第2章 平面连杆机构01——平面机构的运动简图
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第2章 平面机构的运动简图及其自由度
注意：机构运动简图与原机构具有完全相同的运动特性！
二. 绘制机构运动简图的目的： 机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动
特性，主要用于简明地表达机构的组成情况和运动 情况，进行运动分析，作为运动设计的目标和构造 设计的依据。也可对机构进行力分析并作为专利性 质的判据。
三. 机构运动简图中运动副的表示方法 机构运动简图中运动副(转动副、移动副)的表示方法如
说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运动难以确 定。
如图所示静定的桁架（图 a）和超静定的桁架（图 b） ，自由度分别为0和 －1 ，即各构件之间不可 能运动。
桁架在机构分析中作为一个构件(结构体)来对待。 综上所述可知，机构具有确定运动的条件是：机构的
自由度F>0且等于原动件数。
局部自由度
错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
一般在高副接触处，若有滚子存在，则滚子绕自身轴线转动 的自由度属于局部自由度，采用滚子结构的目的在于将高副 间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，以减轻摩擦和磨损。
3. 虚约束
对机构的运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。如平行 四边形机构；如图a所示为机车车轮联动机构，图b为其机构 运动简图。
例2-1 绘制如图 (a)所示的颚式破碎机主体机构的运 动简图。
解： （1）分析机构的组成及运动情况 (2) 确定运动副的类型及数量 (3) 选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，
绘制出机构运动简图如图 (b)所示。
活塞泵
例：油泵机构 1圆盘 2柱塞 3 构件 4机架
B 1 A
运动副是使两构件直接接触并能产生一定相对运动的 联接。是由两构件组成的可动联接。运动副是约束运 动的，构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自 由度便随之减少。如：轴与轴承、凸轮与从动件
二. 绘制机构运动简图的目的： 机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动
特性，主要用于简明地表达机构的组成情况和运动 情况，进行运动分析，作为运动设计的目标和构造 设计的依据。也可对机构进行力分析并作为专利性 质的判据。
三. 机构运动简图中运动副的表示方法 机构运动简图中运动副(转动副、移动副)的表示方法如
说明：当原动件数多于机构的自由度时，机构的运动难以确 定。
如图所示静定的桁架（图 a）和超静定的桁架（图 b） ，自由度分别为0和 －1 ，即各构件之间不可 能运动。
桁架在机构分析中作为一个构件(结构体)来对待。 综上所述可知，机构具有确定运动的条件是：机构的
自由度F>0且等于原动件数。
局部自由度
错误
F=3n-2PL-PH= 3*3-2*(2+1)-1=2
正确
F=3n-2PL-PH= 3*2-2*2-1=1
一般在高副接触处，若有滚子存在，则滚子绕自身轴线转动 的自由度属于局部自由度，采用滚子结构的目的在于将高副 间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，以减轻摩擦和磨损。
3. 虚约束
对机构的运动不起独立限制作用的约束称为虚约束。如平行 四边形机构；如图a所示为机车车轮联动机构，图b为其机构 运动简图。
例2-1 绘制如图 (a)所示的颚式破碎机主体机构的运 动简图。
解： （1）分析机构的组成及运动情况 (2) 确定运动副的类型及数量 (3) 选定投影面和比例尺，定出各运动副的相对位置，
绘制出机构运动简图如图 (b)所示。
活塞泵
例：油泵机构 1圆盘 2柱塞 3 构件 4机架
B 1 A
运动副是使两构件直接接触并能产生一定相对运动的 联接。是由两构件组成的可动联接。运动副是约束运 动的，构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自 由度便随之减少。如：轴与轴承、凸轮与从动件
机械设计全套课件 ppt课件
凡具备上述（1）、（2）两个特征的实物组合体称为机构。 机器能实现能量的转换或代替人的劳动去做有用的机械功，而 机构则没有这种功能。
仅从结构和运动的观点看，机器与机构并无区别，它们 都是构件的组合，各构件之间具有确定的相对运动。因此，通 常人们把机器与机构统称为机械。
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7
机械设计基础
绪论
如图1-1所示的内燃机，
图1-5（a）闭式运动链
机械设计基础
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图1-5（a）开式运动链
16
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成:
• 机 架：固定不动的构件
• 原动件：输入运动的构件
• 从动件：其余的活动构件
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
2) 运动副的分类
平面
运 运动副 动 副
空间 运动副
机械设计基础
高副：点、线接触 低副：面接触
球面副 螺旋副
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运动副 转动副
13
图1-2 转动副
图1-3 移动副
是由汽缸体1、活塞2、连杆3、曲轴4、 小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件
机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。
组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零件组成。
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机械设计基础
第2章 平面连杆机构01——平面机构的运动简图
活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6
气缸体1
齿轮10
凸轮7
习 题
画出图示平面机构的运动简图
课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识 作业：2-4
二、平面机构运动简图的绘制
1、构件的表示方法
构件均用线段或小方块表示，画有斜线的表示机架。
2、转动副
a：图垂直于回转轴线； b：图不垂直于回转轴线； 表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。 c：一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂
黑,或在其内画上斜线。
3、移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。
运动尺寸的实际长度(m或mm) l 图上所画长度（mm)
实例
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 车体1-机架 活塞杆3-原动件
翻斗2、液压缸
体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线
第二章
平面连杆机构
平面机构的运动简图及其自由度 平面连杆机构的类型及应用 四杆机构的基本特性
平面四杆机构的设计
§2.1 平面机构运动简图及其自由度 § 2.1.1 运动副及其分类 一、运动副
运动副：两构件直接接触并能产生确定相对运动的可动联接。 例如：轴和轴承、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
第2章平面连杆机构
把铰销B扩大，使其包含A，这时曲柄演化为一几何中心不与回转中 心相重合的圆盘，此盘称为偏心轮，两中心间距称偏心距，等于曲柄之 长，这种机构称为偏心轮机构。 该结构可避免在较短的曲柄两端设两个转动副而引起的结构设计上 的困难， 且盘状构件在强度上比杆状高得多，所以多用于载荷较大或AB较短的 场合。 2、 转动副转化成移动副
例：设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长C及摆角ψ，行程速度变化 系数K。 步骤：①计算 ②按已知条件画C1D、C2D ③连C1C2作∠ C1C2P=90°— ∠ C2C1P=90° ④作C1.C2.P的外接园 ⑤延长C1D、C2D与园交于C1′、C2′ ⑥在或上任取一点即可作A ⑦ AC1=b-a θ。说明此为曲柄与连杆共线的两位置) AC2=b+a 而AD即为机架长度d 由上述知A是可任选的，∴有无数解，若另有其他辅助条件，加给 定d或min或给定a等，则A点便可确定了。 若为曲柄滑块机构：则可由e在园上定A。 若为摆动导杆机构：由 在ψ角平分线上由d→A→B 3、按给定两连架杆对应位置设计（解析法、实验法） 例已知两连架杆AB和CD对应位置 取坐标系如图示，各构件长度在x、y轴上投影，得如下关系式
连杆曲线，用缩放仪求出图谱中的曲线与要求轨迹的相差倍数，将机构 尺寸作相应缩放，从而求得所需的四杆机构尺寸。 这种方法可使设计过程大为简化，适合于工厂和设计单位使用。
几组机构错位安装。 则用死点：例飞机起落架机构 连杆与从动件CD位于一直线上，机构处于死点。机轮着地时产生的 巨大冲击力不致使从动件CD转动，从而保持支撑状态。 又例如机床夹具。见22页图2-6 对其他四杆机构应会用同样方法分析以上四个特性。
§2-4 平面四杆机构的设计
基本问题：按给定的运动条件————确定运动简图的尺寸参数。 给定运动规律（位置、速度、加速度） 已知条件 给定运动轨迹 图解法： 直观 设计方法 解折法： 精确 应根据已知条件和机构具体情况选用 某 实验法： 简便 某种方法 一、按给定的运动规律设计四杆机构 1、按给定的连杆位置设计四杆机构（找圆心法） 已知连杆长度b及两位置B1C1、B2C2，设计该铰链四杆机构（定A、 D点）分析铰链四杆机构ABCD知： B1、B2、B3……应位于园弧k A上 C1、C2、C3……就位于园弧 k c上 作B1B2、B2 B3垂直平分线A C1C2、C2C3垂直平分成D 当给定两个位置时，只能得B1B2、C1C2，分别作其垂直平分线b12、 C12 A点可在b12上任选一点 ∴有无数解 D点可在C12上任选一点 在多解的情况下，可添加一些辅助条件，如满足有曲柄，紧凑的尺 寸，较好的传动角，固定铰链的位置等，从中选取满足附加条件的机 构。（如要求A、D水平） 当给定连杆三个位置时： 作B1B2中垂线 交点为A 作B2 B3中垂线 有唯一解ABCD 作C1C2中垂线 交点为D 作C2C3中垂线 2、按给定的行程速度变化系数K设计（三点共园法）
精品课件- 平面机构的运动简图及自由度
1、导杆机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2
L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
(2)、应用
简易刨床
牛头刨床机构
2、摇块机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。
1 判定机构的运动设计方案是否合理
2 修改设计方案 （1） F=0:增加一构件带进一平面低副 （2） F<>原动件数目：增加一构件带进两平面低副
增加原动件数目
3 判定机构运动简图是否正确
第二章 平面连杆机构
连杆传动是利用常用的低副传动机构进行的传动，连杆传动能 方便的实现转动、摆动、移动等运动形式的转换。其中以由四个构 件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此 本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
两构件只能在一个平面内作相对转动
限制两个自由度： （两个移动） 保留一个自由度 （转动）
2.移动副 两构件只能沿某一方向作相对移动的运动副称为移动副。
限制两个自由度： （一个移动，一个转动） 保留一个自由度 （移动 ）
(二） 高副 两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。
限制一个自由度： （一个移动） 保留两个自由度 （一个移动，一个转动）
时，机构无急回运动。
180o K 1
K 1
摇杆的摆角 ψ＝∠C1DC2 ；
工作行程 回程
（二）、压力角和传动角
压力角
从动件受力点（C点）的受力方向与 受力点的速度方向之间所夹的锐角。
传动角
压力角的余角。
压力角越小，传动角越大，机构 传力性能越好。设计时应使
0 第2章 (1-6) 平面连杆机构
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面四杆机构的基本特性 3. 度过死点位置的方法
采用错位排列地方式顺利地通过死点位置
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面多杆机构简介
前面我们学了基本机构 ，可以根据基本机构的功能， 进行组合以及机构的演化及变异原理创新设计出丰富多彩 的多杆机构。 1. 扩大从动件的行程 冷床运输机就是一个六 杆机构。它用于把热轧 钢料在运输过程中冷却， 因此要求增大行程，该 机构由曲柄摇杆机构 ABCD和杆EF、滑块6所 组成。显然滑块6的行程 S比曲柄摇杆机构ABCD 中C点的行程要大的多。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
2. 取不同的构件为机架
当以不同的构件作为机 架时，将得到不同类型 的机构。
以构件1为机架时， 为曲柄滑块机构。
以构件2为机架时， 为回转导杆机构。
以构件3为机架时， 为摇块机构。
以构件4为机架时， 为移动导杆机构。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 手摇唧筒
铰链四杆机构的基本形式及其演化
➢ 本章主要介绍平面四杆机构的类型及应用、特性、设 计方法。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
一、四杆机构的基本型式
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式：
1. 曲柄摇杆机构—在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为
摇杆。
➢ 运动特点：
一般曲柄主动，将连 续转动转换为摇杆的 摆动，也可摇杆主动， 曲柄从动。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 平行双曲柄机构
应用：应用于从动件需要和主动件保持同步的场合。 举例：机车车轮的联动机构
机车车轮联动机构
铰链四杆机构的基本形式及其演化 3. 双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构
平面四杆机构的基本特性 3. 度过死点位置的方法
采用错位排列地方式顺利地通过死点位置
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面多杆机构简介
前面我们学了基本机构 ，可以根据基本机构的功能， 进行组合以及机构的演化及变异原理创新设计出丰富多彩 的多杆机构。 1. 扩大从动件的行程 冷床运输机就是一个六 杆机构。它用于把热轧 钢料在运输过程中冷却， 因此要求增大行程，该 机构由曲柄摇杆机构 ABCD和杆EF、滑块6所 组成。显然滑块6的行程 S比曲柄摇杆机构ABCD 中C点的行程要大的多。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
2. 取不同的构件为机架
当以不同的构件作为机 架时，将得到不同类型 的机构。
以构件1为机架时， 为曲柄滑块机构。
以构件2为机架时， 为回转导杆机构。
以构件3为机架时， 为摇块机构。
以构件4为机架时， 为移动导杆机构。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 手摇唧筒
铰链四杆机构的基本形式及其演化
➢ 本章主要介绍平面四杆机构的类型及应用、特性、设 计方法。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
一、四杆机构的基本型式
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式：
1. 曲柄摇杆机构—在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为
摇杆。
➢ 运动特点：
一般曲柄主动，将连 续转动转换为摇杆的 摆动，也可摇杆主动， 曲柄从动。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 平行双曲柄机构
应用：应用于从动件需要和主动件保持同步的场合。 举例：机车车轮的联动机构
机车车轮联动机构
铰链四杆机构的基本形式及其演化 3. 双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构
平面机构运动副和运动简图
构件的表示方法
可以组成两个运动副的构件
构件的表示方法
可以组成三个运动副的构件
运动副的表示方法:
(1)a、b、c是由两个构件组成转动副的表示方法。用圆圈表示转动 副．其圆心代表相对转动轴线。
(2)d、e、f是两构件组成移动副的表示方法，移动副的导路 必须与相对移动方向一致。图中画阴影线的构件表示机架。 (3)两构件组成高副时，在简图中应当画出两构件接触处的 曲线轮廓．
见版图/仿真动画
曲柄、连杆、齿扇、 齿条活塞、机架。 曲柄为原动件， 其余为从动件， 当曲柄匀速转动时， 活塞在汽缸中往复移 动。
2、自卸货车
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
3、抽水机构
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
习题2-3
4、偏心轮机构
见版图/仿真动画（连杆/演化/摇块）
机构运动简图/颚式破碎机
2 B
A
1
3 D
C
4 注意!
插入flash
内燃机机构运动简图
作业
Hale Waihona Puke 2-52、绘制图示偏心轮油泵的运动 简图
3
2 1 4
偏心泵
习题2-5d
2-5b手动冲床
连杆/演化/多杆机构
空间运动副－两构件的相对运动为空间运动。
球面副
球销副
螺旋副
见仿真动画
本节主要应解决的问题：
如何用简单线条和符号绘制的机构运动简图来表示实际机械 ？
2.2 平面机构运动简图
机构运动简图:
实际构件的外形和结构往往很复杂，为使问题 简化，用简单线条和符号来表示构件和运动副，按 比例定出各运动副的位置。这种说明机构各构件间 相对运动关系的简化图形．称为~。
第2章平面机构运动简图
杆状构件截面形状
第2章平面机构运动简图
2.1.2 构件
2.具有移动副元素 和转动副元素的构件
单缸内燃机
第2章平面机构运动简图
2.1.3.构件和运动副的表示方法（表2-1）
1
2
3 4
构件的结构及其表示
第2章平面机构运动简图
运动副的表示
2
2
2
2
1
1
1
1
(a)
(b)
(c)
(d)
转动副的表示
第2章平面机构运动简图
第2章 平面机构的运动简图 及自由度
2.1 机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构自由度
第2章平面机构运动简图
本章知识导读
1.主要内容 机构的组成及运动特点，平面机构 运动简图的绘制以及机构自由度的计算。 2.重点、难点提示 平面机构运动简图的绘制以及机构 自由度的计算。
第2章平面机构运动简图
2.1 机构的组成—构件与运动副
齿轮机构
凸轮机构
第2章平面机构运动简图
连杆机构
2.1 机构的组成—构件与运动副
2.1.1 运动副
1.运动副的概念
两构件之间直接接触并能产生 一定相对运动的连接称为运动副。
两构件只能在同一平面内做 相对运动的运动副称为平面运动副。
第2章平面机构运动简图
2.1.1 运动副
=3×7-2×10-0=1
第2章平面机构运动简图
2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束
2.局部自由度
局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的 这种局部运动的自由度称为局部自由度。
在计算机构自由 度时，局部自由度应 略去不计。
该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH
第2章平面机构运动简图
2.1.2 构件
2.具有移动副元素 和转动副元素的构件
单缸内燃机
第2章平面机构运动简图
2.1.3.构件和运动副的表示方法（表2-1）
1
2
3 4
构件的结构及其表示
第2章平面机构运动简图
运动副的表示
2
2
2
2
1
1
1
1
(a)
(b)
(c)
(d)
转动副的表示
第2章平面机构运动简图
第2章 平面机构的运动简图 及自由度
2.1 机构的组成 2.2 平面机构的运动简图 2.3 平面机构自由度
第2章平面机构运动简图
本章知识导读
1.主要内容 机构的组成及运动特点，平面机构 运动简图的绘制以及机构自由度的计算。 2.重点、难点提示 平面机构运动简图的绘制以及机构 自由度的计算。
第2章平面机构运动简图
2.1 机构的组成—构件与运动副
齿轮机构
凸轮机构
第2章平面机构运动简图
连杆机构
2.1 机构的组成—构件与运动副
2.1.1 运动副
1.运动副的概念
两构件之间直接接触并能产生 一定相对运动的连接称为运动副。
两构件只能在同一平面内做 相对运动的运动副称为平面运动副。
第2章平面机构运动简图
2.1.1 运动副
=3×7-2×10-0=1
第2章平面机构运动简图
2.3.3 复合铰链、局部自由度和虚约束
2.局部自由度
局部运动并不影响其他构件的运动。这些构件所产生的 这种局部运动的自由度称为局部自由度。
在计算机构自由 度时，局部自由度应 略去不计。
该机构的自由度为 F=3n-2PL -PH
第2章--平面机构运动简图和自由度
我受到了表扬 从小到大我受到过许多表扬，每次 受到表 扬我都 是喜滋 滋
的。但是有一次表扬却是苦涩的。
记得读三年级时，我期终考试失误了， 导
致数学成绩只得了89分。我看着那成 绩单上 的红红 的、刺 眼的89 这个数 ，不知 揉
了多少次眼睛。眼睛都被我揉红了。 我看着 这个令 我心酸 心痛的 数字， 不敢相 信
(2)选定视图平面。为将机构运动简图表达清楚，必须先选好投影 面，为此可以选择机械的多数构件的运动平面作为投影面。
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§2.2 平面机构的运动简图
必要时也可就机械的不同部分选择两个或更多个投影面，然后扩展到 同一图面上，或者将主运动简图上难以表达清楚的部分另绘局部简图， 总之，以表达清楚、正确为原则。
式(2.2)可以判断、检验或确定机构原动件的个数;同时说明活动构件、 低副、高副个数如何分配，才能组成机构。
2.3.2计算平面机构自由度应注意的事项
在计算机构的自由度时，往往会遇到按公式计算出的自由度数目与
机构的实际自由度数目不相符的情况。这往往是因为在应用公式计算
机构的自由度时，还有某些应该注意的事项未能正确考虑的缘故。现
将应该注意的主要事项简述如下。
1.复合铰链
两个以上的构件同时在一处以转动副相连接，就构成了所谓的复合
铰链。
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§2.3 平面机构的自由度
如图2-13所示，它是三个构件在一起以转动副相连接而构成的复合
铰链。由图2-13(b)可以看出，这三个构件共同构成的是两个转动
副。同理，若有m个构件以复合铰链相连接时，其构成的转动副数
千万只蚂蚁再爬似的。心底里暗暗地 说：“ 妈妈， 对不起 ，我骗 了你！ ”
第
二天，我们全家去了福建玩。说真的 我玩得 十分不 爽，因 为我的 心老想 着成绩 单
《机械设计基础》第2章平面机构的运动简
动状态。
从动件运动规律分析
02
根据凸轮轮廓曲线和从动件的运动学关系，分析从动件的运动
规律。
机构受力分析
03
分析凸轮机构在工作过程中的受力情况，为机构的强度和刚度
设计提供依据。
凸轮机构动力学性能研究
动力学模型建立
建立凸轮机构的动力学模型，包括构件的质量、转动惯量等参数。
运动微分方程求解
根据动力学模型建立运动微分方程，并求解得到各构件的动态响 应。
绘制方法
绘制机构运动简图时，应首先确定机构的原动件和从动件，然后根据构件之间的 相对运动关系选择合适的符号来代表构件和运动副，最后按比例尺定出各运动副 的相对位置。在绘制过程中，还应注意保持图形的清晰和整洁。
02 平面连杆机构分析
连杆机构组成及工作原理
组成
连杆机构由连杆、曲柄、摇杆和机架等基本构件组成，通过构件间的相对运动 实现机构的运动传递和变换。
集中质量法
将齿轮传动系统等效为多 个集中质量的振动系统， 建立动力学方程进行分析。
分布质量法
考虑齿轮的连续分布质量， 建立更精确的动力学模型 进行分析。
有限元法
利用有限元软件对齿轮传 动系统进行建模和分析， 可得到更详细的动力学特 性。
齿轮传动效率提升途径
01
选择合适的齿轮材料和 热处理工艺，提高齿轮 的强度和耐磨性。
组成要素
平面机构由构件和运动副组成， 其中构件是机构中的运动单元体 ，而运动副则是构件之间的可动 连接部分。
平面机构类型与特点
类型
平面机构类型包括平面连杆机构、凸 轮机构、齿轮机构、间歇运动机构等 。
特点
各类平面机构具有不同的运动特点和 适用范围，例如平面连杆机构运动平 稳、凸轮机构可实现复杂运动规律、 齿轮机构传动比准确等。
机械设计基础第二章平面连杆机构
(3)过C1、C2、 P 作圆
(4)AC1=L2－L1, AC2=L2+L1→ L1=1/2(AC2－AC1)
→无数解
以L1为半径作圆,交B1,B2点 →曲柄两位置
M
N
在圆上任选一点A
C1M与C2N交于P点
作∠C1C2N=90－θ,
P
2.导杆机构: P.33
→取决于机构各杆的相对长度
A
D
B
B’
B”
C
C’
C”
三式相加 → ┌ l1≤l2 │ l1≤l3 └ l1≤l4
当杆1处于AB ”位置→ △AC ”D
→ l1＋l2≤l3＋l4 (2-3)
→┌(l2－l1) ＋l3 ≥l4 →┌l1＋l4≤l2＋l3 (2-1) └(l2－l1) ＋l4 ≥l3 └l1＋l3≤l2＋l4 (2-2)
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
(2-4)
（二）压力角和传动角 P.30
1.压力角α－
2.传动角γ
：BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向
作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。
工作行程: 空回行程:
B2→B1 (φ 2) →摇杆C2→C1 (ψ) ∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
→ 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺) 摇杆(从)变速往复摆动
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
极位:
缺点:
2.应用:
优点
1.手动冲床： ← 两个四杆机构组成 （双摇杆～+摇杆滑 块机构）
2.筛料机构： 六杆机构←两个四杆 机构组成（双曲柄～ +曲柄滑块～）
(4)AC1=L2－L1, AC2=L2+L1→ L1=1/2(AC2－AC1)
→无数解
以L1为半径作圆,交B1,B2点 →曲柄两位置
M
N
在圆上任选一点A
C1M与C2N交于P点
作∠C1C2N=90－θ,
P
2.导杆机构: P.33
→取决于机构各杆的相对长度
A
D
B
B’
B”
C
C’
C”
三式相加 → ┌ l1≤l2 │ l1≤l3 └ l1≤l4
当杆1处于AB ”位置→ △AC ”D
→ l1＋l2≤l3＋l4 (2-3)
→┌(l2－l1) ＋l3 ≥l4 →┌l1＋l4≤l2＋l3 (2-1) └(l2－l1) ＋l4 ≥l3 └l1＋l3≤l2＋l4 (2-2)
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
(2-4)
（二）压力角和传动角 P.30
1.压力角α－
2.传动角γ
：BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向
作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。
工作行程: 空回行程:
B2→B1 (φ 2) →摇杆C2→C1 (ψ) ∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
→ 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺) 摇杆(从)变速往复摆动
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
极位:
缺点:
2.应用:
优点
1.手动冲床： ← 两个四杆机构组成 （双摇杆～+摇杆滑 块机构）
2.筛料机构： 六杆机构←两个四杆 机构组成（双曲柄～ +曲柄滑块～）
机械原理 第2章-连杆机构
图2-8a
图2-8b
内燃机内的核心构件活塞、连杆、曲轴和缸套就 是曲柄滑块机构。其活塞就是滑块，缸体就相当 于上图的机架，它的制造要求十分精密。
22
2、导杆机构
图2-9(a)就是和图2-8一样的曲柄滑块机构。但如果改AB杆（1杆）为 机架，就变为图（b）所示的导杆机构。在图（b）中，杆4称为导杆，滑 块3相对导杆滑动并一起绕 A点转动，通常把杆2作为原动件。在图（b） 中，由于L1<L 2，两连架杆2 和4 均可相对于机架 1整周回转，称为曲柄转 动导杆机构或转动导杆机构。 但图（b）中如果L1>L2，则图（b）就变成为图2-10了，此时连架杆4 就只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构或摆动导杆机构。摆动导杆机 构在牛头刨床中应用较多，其简图见右下图。
〖1〗最短杆的对边作为机架，两连架杆就是二个摇杆。 〖2〗这时最短杆与最长杆长度之和不论小于或大于其余两杆长度之和都只 能得到双摇杆机构，且有，如果最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长 度之和，无论哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。
18
（3）双摇杆机构的应用
双摇杆机构有广泛的应用。如下面二图中都是由摇杆机构组成，它们 都是把最短边BC的对边AD作机架。请注意它们的运动轨迹，对左图鹤式 起动机，它能使E点沿水平线EE’移动，这对吊放物体很有利；而对于右 图飞机起落架，放下时ABC成一线，保证了稳定，收起时轮胎成水平，节 约了空间。这些设计十分巧妙，这是我们要学习的。
图2-2e
图2-2e1
图2-2e2 机车车轮联动机构
16
（3）双曲柄机构的应用 双曲柄机构也有一定的应用，如下面惯性筛就是一种， 但用的最多是平行四边形机构，所以又叫平行双曲柄机构。 下面的摄影平台升降机构，就是利用了平行四边形机构运 动中，构件始终保持水平的特点，使人站在上面不觉得倾 斜。
一、二平面连杆机构
m个构件, m-1个铰链
(2) 局部自由度
—排除
定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机构 输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的 滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构 件固结在一起，视作一个构件
动画
F＝3n－2pl－ph ＝3 3 －2 3 －1 ＝2
机构自由度举例：
2 3 1 1 4 5 2 3
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 =1
B
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 0 =2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1 =1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
F＝3n－2PL－PH 2 1 ＝3 2 －2 － ＝1 F＝3n－2PL－PH 3 1 ＝3 2 －2 － ＝-1 错
虚约束 2 1
对
结论
虚约束经常发生的场合
A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时
B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时
在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为
虚约束
计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算
2 1 A B 4 2
3
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 － 3 2 4 4 2 － 6 0 －0 ＝3 － 4 0 ＝3 3 －2 － ＝0 错 ＝1 对 ＝1
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轴与轴承
啮合中的一对齿廓
滑块与导槽
运动副元素：两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。 例如：1、轴与轴承间构成运动副，轴的外圆柱面与轴承 内孔为运动副元素。
2、凸轮与尖顶间构成运动副，凸轮与尖顶接触部
分为运动副元素。
二、 运动副分类 （一）平面运动副
按两构件接触特性，常分为低副、高副两大类。 1、低副：两构件以面接触而形成的运动副。按运动特性可分 为转动副和移动副。
第二章
平面连杆机构
平面机构的运动简图及其自由度 平面连杆机构的类型及应用 四杆机构的基本特性
平面四杆机构的设计
§2.1 平面机构运动简图及其自由度 § 2.1.1 运动副及其分类 一、运动副
运动副：两构件直接接触并能产生确定相对运动的可动联接。 例如：轴和轴承、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽
平 面 运 动 副
转 动 副
1
1
1
2
1
2
移 动 副 1 2 1
2 1 2 1 1
平 面 高 副 2 螺 旋 空 副 间 运 动 球 副 面 副 球 销 副
2
1 1 2
2
1
2 1 2
1
1 1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
2 1
1 2
2.2.2 绘制机构运动简图的步骤
①分析机构组成和运动原理,找到主动件，原动件 的运动方向，分清运动路线。 ②确定运动副的类型以及数目 ③选择一个最能反映机构中各构件之间的运动关系的 平面,绘制各运动副 ④选择合适比例,按照比例连接各运动副。
运动尺寸的实际长度(m或mm) l 图上所画长度（mm)
实例
例1 卡车翻斗卸料机构示意图
1. 确定机构组成: 车体1-机架 活塞杆3-原动件
翻斗2、液压缸
体4为从动件
2.运动副类型: 3和4——移动副 3和2——转动副 4和1——转动副 2和1 ——转动副
3.机构草图绘制 测量各运动副 相对位置实际尺寸。 本图中,测量Lab,Lbc 以及BC连线与水平线
4、平面高副
两构件组成平面高副时，其运动简图中应画出两构件 接触处的曲线轮廓，对于凸轮、滚子，习惯划出其全部 轮廓；对于齿轮，常用点划线划出其节圆。
凸轮副
齿轮副
常用运动副的符号 运动副 名称
运动副符号
两运动构件构成的运动副 2 2 1 2 2 1
两构件之一为固定时的运动副
2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 2 2
（二）空间运动副
若两构件之间的相对运动均为空间运动，则称为空 间运动副。如：球面副、螺旋副。
螺旋副
球面副
运动副类型及其代表符号
转 动 副 移 动 副 球 销 副
圆 柱 副 螺 旋 副
平 面 高 副
球 面 副
§2.1.2 机构中构件的分类
构件可分为机架、原动件和从动件。 （1）固定件（机架）
机构中的固定构件；
二、平面机构运动简图的绘制
1、构件的表示方法
构件均用线段或小方块表示，画有斜线的表示机架。
2、转动副
a：图垂直于回转轴线； b：图不垂直于回转轴线； 表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。 c：一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂
黑,或在其内画上斜线。
3、移动副
两构件组成移动副，其导路必须与相对移动方向一致。
活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6
气缸体1
齿轮10
凸轮7
习 题
画出图示平面机构的运动简图
课后要求
1、明确绘制机构运动简图的目的
机构运动简图与真实机构具有完全相同的运动特性，主 要用于简明地表达机构的传动原理.
2、熟练掌握好运动副的基本知识 作业：2-4
一般机架相对地面固定不动。 （2）原动件（主动件） 接受外界给定运动规律的活动构件。 （3）从动件 随着原动件的运动而运动的其余活动构件。
§2.1.3 平面机构的运动简图
一、机构运动简图的概念
机构运动简图——
按一定的比例尺，用规定的运动副及构件符号来表示机
构各运动副及构件之间的位置关系、各构件间的相对运动 关系的简化图形。 机构示意图—— 只需表明机构运动传递情况和构造特征，不必按严格 和 绘制图的比例U, 绘制机构简图。
例2
试绘制内燃机的机构运动简图
例3
试绘制内燃机的机构运动简图
进气阀3
排气阀4 活塞2 顶杆8 连杆5 曲轴6 气缸体1
齿轮10
凸轮7
解：
1）分析运动，确定构件 的类型和数量 2）确定运动副的类型和数目
进气阀3
排气阀4
3）选择视图平面 4）选取比例尺，根据机 构运动尺寸，定出各运动 副间的相对位置 5）用简单线条和规定符号 表示出各构件和运动副， 画出机构运动简图。
(1)转动副：只能在一个平面内做相对转动, 也称铰链。 两构件中如有一个构件固定不动, 则称为固定铰链； 二者均能转动， 则称为活动铰链。
(a)固定铰链
(b)活动铰链
(2) 移动副：只允许两构件作相对移动。
移动副
转动副
转动副、移动副实例
2、高副 两构件以点或线接触而构成的运动副。
凸轮副
齿轮副