第三章 平面连杆机构
机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计
2
二、连杆机构的特点 优点：
• 承受载荷大，便于润滑
• 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
y B a A Φ b β c ψ ψ0 C B φ A D M3
3
连杆曲线
M
M1
M2
连杆
φ0
d
D
x
缺点：
• 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求；
27
55
20
40
70
80 (b)
例2：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即 LAB+110≤60+70 2.设AB为最长杆 即 LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆 即 110+60≤LAB+70 100≤LAB LAB≤120 A
70
C
60
B
110
FB
D
36
2、最小传动角出现的位置
C b
F VC
B
c
A
d
D
当 为锐角时，传动角 = 当为钝角时，传动角 = 180º - 在三角形ABD中：BD² =a² +d² -2adcos 在三角形BCD中：BD² =b² +c² -2bccos (1) (2)
37
由（1）=（2）得：
b2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
1）当 = 0º 时，即曲柄与机架重叠共线，cos =+1， 取最小值。
min
b c (d a ) arccos 2bc
平面连杆机构的组成
平面连杆机构是一种广泛应用于各种机械设备中的传动机构，它由若干个构件通过低副（转动副或移动副）相互连接而成。
平面连杆机构的基本组成包括以下四个部分：
1. 构件：
- 构件是构成连杆机构的独立部件，可以是杆件、曲柄、滑块等。
- 在平面连杆机构中，通常至少包含一个曲柄和一个滑块。
2. 铰链或轴：
- 铰链或轴是连接两个构件的点，允许它们相对旋转或移动。
- 每个构件至少有一个铰链或轴与另一个构件相连。
3. 运动副：
- 运动副是两个构件之间的接触面，它可以是转动副（允许绕轴旋转）或移动副（允许沿着直线滑动）。
- 平面连杆机构中的所有运动副都是低副。
4. 动力输入和输出：
- 平面连杆机构的动力输入通常是通过驱动曲柄来实现的，而动力输出则可以从其他构件获取。
根据不同的应用需求，平面连杆机构可以有不同的形式，如四杆机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等。
这些机构的设计需要考虑到运动学分析（确定各个构件的位移、速度和加速度）和动力学分析（计算作用力和力矩），以确保机构能够满足预期的性能要求。
机械设计基础分章节练习题
《机械设计基础》课程分章节练习题第一章机械设计基础概论第二章平面机构运动简图及自由度第三章平面连杆机构一、单项选择题1. 机器中各制造单元称为（）A．零件B．构件C．机件D．部件2. 机器中各运动单元称为（）A．零件B．构件C．部件D．机件3. 在平面机构中，每增加一个低副将引入（）A．0个约束B．1个约束C．2个约束D．3个约束4. 机构具有确定相对运动的条件是（）A．机构的自由度数目等于主动件数目 B. 机构的自由度数目大于主动件数目C．机构的自由度数目小于主动件数目 D. 机构的自由度数目大于等于主动件数目5. 平面运动副所提供的约束为（）A.1B.2C.1或2D.36. 由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为( )A.1B.m-1C.mD.m+l7. 平面铰链四杆机构ABCD中，AD为机架，L AB=40mm，L BC=60mm，L CD=120mm，L AD=120mm，那么（）A．AB杆为曲柄，CD杆为摇杆 B. AB杆与CD杆均为曲柄C．AB杆与CD杆均为摇杆 D. AB杆为摇杆，CD杆为曲柄8. 无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为( )A.θ<︒0B.θ=︒0C.θ≥︒0D.θ>︒09. 一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（）A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.导杆机构10. 铰链四杆机构的死点位置发生在（）A．从动作与连杆共线位置B．从动件与机架共线位置C．主动件与连杆共线位置D．主动件与机架共线位置11. 铰链四杆机构ABCD中，AB为曲柄，CD为摇杆，BC为连杆。
若杆长l AB=30mm,l BC=70mm，l CD=80mm，则机架最大杆长为（）A.80mmB.100mmC.120mmD.150mm12. 曲柄摇杆机构处于死点位置时，角度等于零度的是（）A．压力角B．传动角C．极位夹角D．摆角13. 在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其它两杆长度之和，则要获得双摇杆机构，机架应取（）A．最短杆B．最短杆的相邻杆C．最短杆的对面杆D．无论哪个杆14. 铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则机构为（）A．曲柄摇杆机构B．曲柄滑块机构C．双曲柄机构D．双摇杆机构15. 在铰链四杆机构中，传动角γ和压力角α的关系是（）A．γ=180°-αB．γ=90°+αC．γ=90°-αD．γ=α16. 在下列平面四杆机构中，一定无急回特性的机构是（）A.曲柄摇杆机构B.摆动导杆机构C.对心曲柄滑块机构D.偏置曲柄滑块机构17. 偏心轮机构是由铰链四杆机构（）演化而来的。
机械原理第三章
1 . (角)位移分析
写成复向量形式：
l1 l2 l4 l3
l1 cos 1 l2 cos 2 l3 cos 3 l4 0 l1 sin 1 l2 sin 2 l3 sin 3 0
A A2 B 2 C 2 ) 消去2后得： 3 2arctg ( B C
第四节
平面连杆机构的运动分析
l2 C
l3 3 D 4 l4 3 x
二、用解析法对平面连杆机构进行运动分析
（一）铰链四杆机构 已知：各杆长 l , l , l
求：
2 , 3 , 2 , 3 , 2 , 3 .
1
2
3
, l4及 ,
1
y 1 A
i 3
1
2 B l1 1 1
2
图 图 图 图
• 机构具有运动的连续性：当主动件连续运 动时，从动件也能连续地占据预定的各个 位置。 图
二、平面四杆机构的传力特性 1、压力角和传动角 图 压力角a：从动件所受的力与力作用点的速度方向 之间所夹的锐角。 传动角 g：压力角的余角。可以直接从图中量出。 a愈小， g 愈大，对传动愈有利。
g 设计时限制最小传动角： min 40 g min
最小传动角 g min的位置：
（一般） 50 （高速、重载）
（1）曲柄摇杆机构：曲柄与机架共线。
图
1）当主动件与机架重叠共线时
b 2 c 2 (d a) 2 g arccos 2bc
2）当主动件与机架拉直共线时：
b 2 c 2 (d a) 2 g 180 arccos 2bc
一、速度分析的瞬心法及其应用
1、速度瞬心的概念和类型
机械设计基础-第三章练习题 - 参考答案
《机械设计基础》第三章平面连杆机构练习题班级：姓名：学号：成绩：一、填空题（20分，每空1分）1.铰链四杆机构的压力角α=40°，则传动角γ= 50°，传动角越大，传动效率越高。
2.曲柄摇杆机构中，当从动曲柄和连杆共线时出现死点位置。
3.曲柄摇杆机构中，只有取摇杆为主动件时，才有可能出现死点位置。
处于死点位置时，机构的传动角γ=0°。
4.对心曲柄滑块机构的极位夹角θ=0°，其行程速比系数K= 1 。
5.如图所示铰链四杆机构，a=70mm，b=150mm, c=110mm ,d=90mm。
若以a杆为机架可获得双摇杆机构，若以b杆为机架可获得双摇杆机构。
6.如图所示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，为双曲柄机构；以CD杆为机架时，为双摇杆机构；以AD杆为机架时，为曲柄摇杆机构。
7.如图铰链四杆机构中，d的长度在28 ＜d ＜44 范围内为曲柄摇杆机构；在 d ＜12 范围内为双曲柄机构。
题5图题6图题7图8.在曲柄摇杆机构中曲柄与机架两次共线位置时可能出现最小传动角。
9.连杆机构的急回特性用行程速比系数K 表达。
10.曲柄摇杆机构中，若曲柄等速转动，极位夹角θ=36°，摇杆工作时间为9秒，试问摇杆空回行程所需时间为 6 秒。
11.平面四杆机构的行程速比系数K值的取值范围为1≤K≤3 。
二、单选题（30分，每小题2分，在雨课堂平台完成）三、判断题（20分，每小题2分，在雨课堂平台完成）四、设计题（30分，每小题10分）1.在如下图所示的平面四杆机构中，圆括号内的数字为杆长，试确定机架长度d 的取值范围，以便使该机构分别成为：（1）双曲柄机构；（2）曲柄摇杆机构；（3）双摇杆机构。
解：（1）机构成为双曲柄机构时，首先应满足杆长条件，且应使机架AD为最短杆，则有d＜40d+60≤40+45解得： d≤25，因此，机架长度d≤25时，该机构为双曲柄机构。
机械原理 第03章 连杆机构
平面四杆机构具有急回特性的条件： （1）原动件作等速整周转动；
（2）输出件作往复运动；
（3）
0
B2
2.曲柄滑块机构中，原动件AB以 1等速转动 B 2 b B 1 C2 C3 a b 2 1 1 1 a B1 C2 C 3 C1 B1 H A
A
C1
4
4
H
B2
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 H=2a, 0 ,无急回特性。
一.平面四杆机构的功能及应用
1 .刚体导引功能 2.函数生成功能 3.轨迹生成功能 轨迹生成功能 是指连杆上某点通过某一 预先给定轨迹 的功能。 连杆
§2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法
一.平面四杆机构的功能及应用
1 .刚体导引功能 3.轨迹生成功能 2.函数生成功能 4.综合功能 O1 D1 上剪刀 D2 下剪刀
(b>c) (2b)
'
B
1
a
A
b
c
d
4
D r 3
C b 3 c
a-d
B2
r2
d c a b （2a ）
d b a c (2b')
由(1)及（2a' ）(2b')可得
d+a
d a , d b, d c
铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：
在铰链四杆机构中： （1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和 ——满足杆长和条件 且： 1 以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆 为曲柄的曲柄摇杆机构； 2 以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；
2 4
摆动导杆 机构
导杆:
C 3
3平面连杆机构
在图（ 在图（a）示曲柄摇杆机构中，当曲柄1转动时，摇杆 示曲柄摇杆机构中，当曲柄1转动时， 点的轨迹是圆弧mm，且当摇杆长度愈长时，曲 3上C点的轨迹是圆弧 ，且当摇杆长度愈长时， 愈平直。当摇杆为无限长时， 线mm 愈平直。当摇杆为无限长时，mm将成为一条 将成为一条 直线，这时可把摇杆做成滑块，转动副D 直线，这时可把摇杆做成滑块，转动副 将演化成 移动副，这种机构称为曲柄滑块机构 移动副，这种机构称为曲柄滑块机构
b.反四边形机构 反四边形机构 两曲柄长度相同， 定义 两曲柄长度相同，而 连杆与机架不平行的铰链四 杆机构， 杆机构，称为反平行四边形 机构。 机构。如图示
应用实例 汽车车门开闭机构
（3）双摇杆机构 ） 定义 在铰链四杆机构中， 在铰链四杆机构中， 若两连架杆均为摇杆， 若两连架杆均为摇杆，则称 为双摇杆机构。 为双摇杆机构。 实例： 鹤式起重机中的 实例： 鹤式起重机中的 四杆机构即为双摇杆机构 当主动摇杆摆动时，从动 当主动摇杆摆动时， 摇杆也随之摆动， 摇杆也随之摆动，位于连 杆延长线上的重物悬挂点 将沿近似水平直线移动。 将沿近似水平直线移动。
一、平面连杆机构的特点
1、连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为 连杆机构中构件间以低副相连， 面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低， 面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因 而可用来传递较大的动力。 而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几 何形状比较简单（ 平面、圆柱面）， ），故容易加 何形状比较简单（如平面、圆柱面），故容易加 工。 2、 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕 构件运动形式具有多样性。 定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆， 定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有 作平面一般运动的连杆、 作平面一般运动的连杆、作往复直线运动的滑块 利用连杆机构可以获得各种形式的运动， 等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这 在工程实际中具有重要价值。 在工程实际中具有重要价值。
山东理工大学机械原理考试原题目——四杆机构的设计
第三章 平面连杆机构及其设计1、如图示的铰链四杆机构中，AD 为机架，AB a ==35 mm ，CD c ==50 mm ，30==d AD mm ，问BC b =在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有可能成为双曲柄机构？2、试画出图示机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？（1） （2）（3） （4）5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ，40=CD l mm ， 50=AD l mm 。
（1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄；（2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围；（3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ； （4）以AB 杆为主动件，确定机构的αmax 和γmin 。
6、图示为开关的分合闸机构。
已知150=AB l mm ，200=BC l mm ，200=CD l mm ， 400=AD l mm 。
试回答：（1）该机构属于何种类型的机构；（2）AB 为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角α 和传动角γ；（3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q 作用下机构会不会打开，为什么？7、试设计一曲柄摇杆机构。
设摇杆两极限位置分别为4090,15021===CD l ； ϕϕmm ，50=AD l mm 。
求AB l 、BC l 及行程速比系数K 和最小传动角γmin 。
（用图解法求解用图解法求解，简述作图步骤，并保留作图过程）8、现需设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD 的长度l CD =150mm ，摇杆的两极限位置与机架AD 所成的角度 903021==ϕϕ，，机 构的行程速比系数K =1，试确定曲柄AB 和连杆BC 的长度。
10、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K =1.5，滑块的行程10021=C C l mm ，导路的偏距20=e mm 。
平面连杆机构的基本形式
平面连杆机构的基本形式平面连杆机构是一种常见的机械传动装置，由连接在同一平面上的连杆组成。
它具有简单、紧凑的结构，广泛应用于各种机械设备中。
平面连杆机构的基本形式包括三种：曲柄摇杆机构、滑块摇杆机构和滑块曲柄机构。
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最简单的形式之一。
它由一个固定的曲柄和一个连接在曲柄上的摇杆组成。
当曲柄转动时，摇杆会随之摆动。
这种机构常用于泵、压缩机等需要周期性运动的设备中。
滑块摇杆机构是由一个固定的摇杆和一个连接在摇杆上的滑块组成。
当摇杆摆动时，滑块会在固定的轨道上滑动。
这种机构常用于工程机械、飞机起落架等需要复杂运动的设备中。
滑块曲柄机构是由一个固定的滑块和一个连接在滑块上的曲柄组成。
当曲柄转动时，滑块会在固定的轨道上滑动。
这种机构常用于发动机、内燃机等需要往复运动的设备中。
平面连杆机构的基本原理是利用连杆的运动来实现机械装置的工作。
在这些机构中，曲柄是主要的运动构件，通过转动曲柄，摇杆或滑块可以实现不同的运动方式，如旋转、摆动或往复运动。
平面连杆机构的设计需要考虑多个因素，包括连杆的长度、角度和位置等。
根据不同的工作需求，可以通过调整连杆的参数来实现所需的运动方式和速度。
平面连杆机构具有结构简单、可靠性高的优点，但也存在一些局限性。
例如，由于连杆在同一平面上运动，所以只能实现二维的运动，无法实现三维的复杂运动。
此外，由于连杆的长度和角度限制，机构的运动范围也受到一定的限制。
平面连杆机构是一种常见且重要的机械传动装置，具有简单、紧凑的结构。
通过合理设计和调整连杆参数，可以实现不同的运动方式和速度。
在实际应用中，我们可以根据具体的需求选择适合的平面连杆机构，以满足机械装置的工作要求。
第三章 平面连杆机构及其设计习题解答
1图11所示铰链四杆机构中，已知各杆长度AB l =42mm ，BC l =78mm ，CD l =75mm ，AD l =108mm 。
要求(1) 试确定该机构为何种机构；(2) 若以构件AB 为原动件，试用作图法求出摇杆CD 的最大摆角ϕ， 此机构的极位夹角θ，并确定行程速比系数K(3) 若以构件AB 为原动件，试用作图法求出该机构的最小传动角min γ；(4) 试分析此机构有无死点位置。
图11【分析】(1)是一道根据机构中给定的各杆长度（或尺寸范围）来确定属于何种铰链四杆机构问题；(2)(3)(4)是根据机构中给定的各杆长度判定机构有无急回特性和死点位置，确定行程速比系数K 和最小传动角问题。
解： (1)由已知条件知最短杆为AB 连架杆，最长杆为AD 杆，因mm l l mm l l CD BC AD AB 153757815010842=+=+<=+=+故AB 杆为曲柄，此机构为曲柄摇杆机构。
(2)当原动件曲柄AB 与连杆BC 两次共线时，摇杆CD 处于两极限位置。
适当选取长度比例尺l μ，作出摇杆CD 处于两极限位置时的机构位置图AB 1C 1D 和AB 2C 2D ，由图中量得ϕ=70°，θ=16°，可求得19.1180180≈+︒-︒=K θθ(3) 当原动件曲柄AB 与机架AD 两次共线时，是最小传动角min γ可能出现的位置。
用作图法作出机构的这两个位置AB ′C′D 和AB ″C ″D ，由图中量得,50,27︒=''︒='γγ故 min γ=︒='27γ(4) 若以曲柄AB 为原动件，机构不存在连杆BC 与从动件CD 共线的两个位置，即不存在︒='0γ的位置，故机构无死点位置；若以摇杆CD 为原动件，机构存在连杆BC 与从动件AB 共线的两个位置，即存在︒='0γ的位置，故机构存在两个死点位置。
【评注】 四杆机构基本知识方面的几个概念(如有曲柄条件、急回运动、传动角等)必须清晰。
机械原理第3章作业解析
也可直接用sin(ψ/2)=AC/l4得出结果。
3-4 如下图，设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。要求踏
板CD在水平位置上下各摆10°，且lCD=500mm， lAD=1000mm，试用图解法求曲柄AB和连杆BC的长度。
解：根据已知条件画出A、D、C、C1、C2。 画出两个极限位置AC1、AC2。 由图可知， AC1=BC-AB，AC2=BC+AB， 即：AB=（AC2-AC1）/2 可由图上直接量取AC1、AC2长度 后按上式算出连杆和曲柄的长度。
以D点为圆心，DC1为半径作圆弧，与前述直线交于C2。 参照题5-2，列式计算或作图得出曲柄和摇杆的长度。
设计结果：lAB=38.65mm，lBC=98.2mm。 注意：若C1D顺时针画弧，所得交点C2不可用。
θ 180 k 1 180 1.5 1 36
k1
1.5 1
任取D点，作水平线DA，使lDA=80， 过D点，作直线DC1，长 度为lDC=75，位置为与 DA成45°。 过AC1两点的直线为连杆 与曲柄共线的位置之一。 过A点，作一直线与AC1成 θ=36°，此直线为连杆与曲柄 共线的位置之二。
5、工程上常用 行程速比系数K 表示机构的急回
性质，其大小可由计算式 K (180) /(180) 求
出。
6、曲柄摇杆机构中，最小传动角出现的位置是 曲柄与机架两次共线的位置 。
7、曲柄摇杆机构可演化成偏心轮机构，其演化 途径为 扩大转动副 。
二、判断题
1、曲柄摇杆机构的行程速比系数K不可能等于1。
第3章 连 杆 机 构
一、填空题 1、在四杆机构中，取与 最短杆 相对的杆为机 架，则可得到双摇杆机构。
平面连杆机构重点知识点
平面连杆机构重点知识点平面连杆机构是工程学中常见的一种机械结构，它由多个连杆和关节连接而成，用于转换和传递运动和力。
本文将从基本概念、结构特点、运动分析和应用领域等方面介绍平面连杆机构的重点知识点。
一、基本概念1.连杆：连杆是平面连杆机构的基本组成部分，它是一根刚性杆件，通过关节连接在一起。
常见的连杆有曲柄、连杆、摇杆等。
2.关节：关节是连接连杆的装置，它可以实现两个连杆之间的转动或者固定。
常见的关节有铰链关节、滑动关节等。
二、结构特点1.四杆机构：平面连杆机构中最简单的一种是四杆机构，它由四个连杆和四个铰链关节连接而成。
四杆机构有很好的刚性和稳定性，常用于传输力和转动力矩。
2.多杆机构：除了四杆机构，平面连杆机构还可以由多个连杆组成，形成不同的结构形式。
多杆机构可以实现更复杂的运动轨迹和力传递方式。
三、运动分析1.运动副类型：平面连杆机构的运动可以分为旋转运动和滑动运动两种类型。
旋转运动是指连杆绕某个固定轴线旋转，滑动运动是指连杆在平面上的直线运动。
2.运动规律：通过对连杆机构的运动进行分析，可以得到连杆的角速度、角加速度和线速度等运动规律。
这些规律对于机构的设计和控制非常重要。
四、应用领域1.机械工程：平面连杆机构是机械工程中常见的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
例如，发动机中的曲轴连杆机构用于将活塞运动转换为旋转运动。
2.机器人学：平面连杆机构也是机器人学中常见的一种机构形式。
通过设计不同的连杆参数和关节位置，可以实现机器人的特定运动轨迹和动作。
3.汽车工程：汽车中的悬挂系统和转向系统中常使用平面连杆机构。
这些机构可以提供稳定的悬挂和灵活的转向性能。
总结：平面连杆机构是工程学中重要的机械结构，它通过多个连杆和关节的连接实现力和运动的传递。
本文从基本概念、结构特点、运动分析和应用领域等方面介绍了平面连杆机构的重点知识点。
对于理解和应用平面连杆机构具有一定的参考价值。
四杆机构——精选推荐
四杆机构第三章平⾯四杆机构的设计§3—1 平⾯连杆机构的特点、类型及应⽤1.1 概述连杆机构：各构件之间⽤低副和刚性构件连接起来实⾏运动传递的机构。
如图2-1 分为平⾯连杆机构和空间连杆机构。
连杆机构由连架杆，连杆和机架组成。
平⾯连杆机构的特点：1.2平⾯连杆机构的基本类型和结构特点：由于连杆机构的构件⼀般呈杆状，也以其构件的数量称为多杆机构。
平⾯杆机构是最基本最常⽤的连杆机构。
1．2．1 平⾯连杆机构的基本类型：1) 曲柄摇杆机构 2）双曲柄机构 3）双摇杆机构 1．2．2 平⾯连杆机构演化 1) 转动副转化为移动副 2）取不同的构件为机架3）变换构件的形态 4）扩⼤转动副的尺⼨§3—2 平⾯连杆机构的运动特性2.1平⾯连杆机构的运动特性：（1的Grashoff 定理（简称曲柄存在条件）a + d ≤b + cb ≤ d – a +c c ≤d – a + b a ≤ c a + b ≤ c + da ≤b a +c ≤ b +d a ≤ d a + d ≤ b + c在全铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆杆长之和⼩于或等于其余两杆杆长之和，则必然存在作整周转动的构件。
若不满⾜上述条件，即最短杆与最长杆杆长之和⼤于其余两杆杆长之和，则不存在作整周转动的构件。
（2）四杆机构从动件的急回特性：如图⽰四杆机构从动件的回程所⽤时间⼩于⼯作⾏程所⽤的时间，称为该机构急回特性。
急回特性⽤⾏程速⽐系数K 表⽰。
212112??===t t v v K极位夹⾓θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐⾓。
θ越⼤，K 越⼤，急回特性越明显。
§3—3 平⾯连杆机构的传⼒特性3．1．传动⾓与压⼒⾓：如图⽰在机构处于某⼀定位置时，从动件上作⽤⼒与作⽤点绝对速度⽅向所夹的锐⾓α称为压⼒⾓。
压⼒⾓的余⾓γ（γ = 90°— α）作为机构的传⼒特性参数，故称为传动⾓。
在四杆机构运动过程中，压⼒⾓和传动⾓是变化的，为使机构具有良好的传⼒特性应使压⼒⾓越⼩越好，传动⾓越⼤越好。
第三章 连杆机构设计和分析
第三章连杆机构设计和分析本章重点：平面四杆机构设计的几何法、解析法，及平面连杆机构运动分析的几何方法、解析法，机构动态静力分析的特点本章难点：1. 绘制速度多边形和加速度多边形时，不仅要和机构简图中的位置多边形相似，而且字母顺序也必须一致。
2．相对速度和加速度的方向，及角速度和角加速度的转向。
3．用解析法对平面机构进行运动分析，随着计算机的普及，已越来越显得重要，并且将在运动分析中取代图解法而占主要地位。
其中难点在于用什么样的教学工具来建立位移方程，并解此方程。
因为位移方程往往是非线性方程。
基本要求：了解平面连杆机构的基本型式及其演化；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
§3－1 平面四杆机构的特点和基本形式一、平面连杆机构的特点能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，低副不易磨损而又易于加工。
由本身几何形状保持接触。
因此广泛应用于各种机械及仪表中。
不足之处:作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡；较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。
连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构。
二、平面四杆机构的基本型式三种：曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构三、平面四杆机构的演变1．转动副转化为移动副2．取不同构件为机架：3．变换构件的形态4．扩大转动副尺寸。
§3－2 平面连杆机构设计中的一些共性一、平面四杆机构有曲柄的条件上一节中，已经讲过平面四铰链机构中有三种基本形式：曲柄摇杆机构（一个曲柄）；双曲柄机构（二个曲柄）；双摇杆机构（没有曲柄）。
可见有没有曲柄，有几个曲柄是基本形式的主要特征。
因此，曲柄存在条件在杆机构中具有十分重要的地位。
下面分析曲柄存在条件：在铰链四杆机构中，有四个转动副和四个杆，为什么连架杆能作整周旋转（曲柄），有时就不能作整周旋转（摇杆）呢？这主要是因为四杆的相对杆长能约束连架杆是否能整周旋转或只作摆动的缘故。
平面四杆机构.
基本特性
双曲柄存在的条件 急回特性 传动角和压力角 死点位置 运动连续性
平面四杆机构的基本特征
平面四杆机构的基本特征
上式两两相加得： l1≤l2 ， l1≤l3， l1≤l4， 即AB为最短杆。
平面连杆机构有曲柄的条件： 1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最 短杆； 2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆 的杆长之和。（杆长和条件） （Grashof 定理）
平面四杆机构的基本特征
杆长条件ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机架条件
机构类型
最短杆相邻的杆为机架 曲柄摇杆机构
满足杆长之 和条件
最短杆本身为机架
双曲柄机构
最短杆相对的杆为机架 双摇杆机构（I）
不满足杆长 之和条件
任意杆为机架
双摇杆机构（II）
作业 书P38（3-1、3-2、3-6）
谢谢！
End
双曲柄机构的运动特点：
普通双曲柄机构 平行双曲柄机构 反向双曲柄机构
主动曲柄等速转动 从动曲柄变速转动 两曲柄转动的角速度始终相等 双曲柄的转向相反，且长度也相等
2.双曲柄机构
平行四边形机构的运动不确定性 当四杆共线时会出现运动不确定现象
2.双曲柄机构
解决方法：
1、惯性飞轮 2、加虚约束 3、靠自重
往复摆动；当以摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动变成曲柄的 连续转动。
2.双曲柄机构
特征：两个连架杆，均为 为曲柄
特点：可将原动件的匀速转动变
成从动件的变速转动。
2.双曲柄机构
应用：
2.双曲柄机构
平行四边形机构：
当相对两杆平行且相等，称为平行四边形机构。
B B’
C C’
机械设计基础(第3版)
l2 = A C2－EC2/ 2
二、按连杆的预定位置设计四杆机构
1.给定连杆两组位置 将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连 线的垂直平分线上任意位置都能满足 设计要求。 有无穷多组解。 2.给定连杆上铰链BC的三组位置 有唯一解。 B1 B1 B2 A A’
C1
C2 D D’
C1
设计：潘存云
C2
A B 1 D 2 设计：潘存云 C 3
6
C 设计：潘存云 2 3 B 4 D 1 A
E
惯性筛机构
旋转式叶片泵
A 1 B
4
D
2
C 3
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行， 连杆作平动 实例：火车轮 摄影平台 播种机料斗机构 天平
A B B B C B
设计：潘存云
B B’ A
设计：潘存云
φ
设计：潘存云 设计：潘存云
l
设计：潘存云
→∞
对心曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构
2.改变运动副的尺寸
设计：潘存云
3.选不同的构件为机架
B B
偏心轮机构
1
A
2 4
3
C
1
A
2 4
3
C 摆动导杆机构 转动导杆机构
曲柄滑块机构
导杆机构
应用实例:
D
C 3 6 E 5 2 4 3 C C1
2 B 设计：潘存云 4
第三章 平面连杆机构
第一节 概述 第二节 平面四杆机构的基本形式及其演化 第三节 平面四杆机构存在曲柄的条件和几 个基本概念
第四节 平面四杆机构的运动设计
机械设计基础（第3版）
• 书名：机械设计基础 （第3版） • 书号：978-7-11155122-5 • 作者：胡家秀 • 出版社：机械工业出 版社
平面连杆机构的原理
平面连杆机构的原理平面连杆机构是一种常见的机械结构，由多个连杆和铰链连接而成，可以用来将直线运动转换为旋转运动，或者将旋转运动转换为直线运动。
在许多机械设备中都有广泛应用，如发动机、车辆悬挂系统、机床等。
平面连杆机构的基本原理是将一个或多个连杆通过铰链连接，在固定中心的约束下，使得其中一个连杆能够做直线运动，同时通过其他连杆的传动，实现其他连杆的相应运动。
平面连杆机构主要有四个元素构成：铰链、连杆、零件和运动副。
铰链是连接连杆的重要部件，它能够实现连杆之间的转动。
连杆是平面连杆机构的主要承载部件，它通过铰链与其他连杆连接。
零件则是用来实现或限制机构特定运动的部件，如轴、轴承等。
而运动副是指由连杆和铰链组成的连接机构。
平面连杆机构的工作原理基于几何学和运动学原理。
在平面连杆机构中，每个连杆都有固定的约束方式，通过连接在一起的铰链，连杆的运动受到约束，从而实现机构的转动或平移运动。
根据不同的铰链连接方式和连杆排列，可以实现不同的运动形式。
平面连杆机构根据连杆的布置和铰链连接方式可以分为多种类型，如四杆机构、曲柄摇杆机构、双曲柄机构等。
其中，最简单的四杆机构由四个连杆和四个铰链组成，其中两个连杆平行排列，被称为基本杆件，另外两个连杆与基本杆件相交连接。
这种结构能够实现连杆的平移和转动。
在四杆机构中，曲柄摇杆机构是应用最广泛的一种。
曲柄摇杆机构由三个连杆和一个铰链组成，其中一个连杆受到驱动力的作用，通过曲柄的旋转实现连杆的转动，从而将驱动力转化为所需的运动。
曲柄摇杆机构常用于内燃机中，通过曲柄的旋转将往复直线运动转化为旋转运动，使得发动机能够正常工作。
平面连杆机构还可以通过变动连杆的角度、长度和位置来调节机构的工作性能，如运动速度、运动轨迹和输出力。
通过改变连杆的设计参数，可以实现不同的机构运动特点，满足不同应用的需求。
总之，平面连杆机构是一种通过连杆和铰链连接的机械结构，可以将直线运动转换为旋转运动，或者将旋转运动转换为直线运动。
机械设计基础项目一 任务3 平面连杆机构分析与设计
为0 °（转向点），从动曲柄可能向正反两个方向
转动，机构运动不确定，平行四边形机构可能变成 反平行四边形机构。
B 2 C 1 A 4 3 D
双摇杆机构，也有死 点位置，在实际设计中常 采用限制摆杆的角度来避 免死点位置。
克服的方法： 安装飞轮，利用惯性克服死点（例如：内燃机、
缝纫机）
例：缝纫机借助于带轮
△ B′C′D和△ B〞C〞D成立
由△B〞C〞D得 a+d≤b+c (1) 由△B′C′D得 或 b≤(d-a)+c c≤(d-a)+b a+b≤d+c a+c≤b+d (2) (3)
由式（1）、（2）、（3）得
a≤c a≤b a≤d a为最短杆
整转副存在条件
四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之和
知极为夹角θ为：
k 1 180 k 1
四杆机构有无急回运动，取决于曲柄与连杆共
线位置的夹角，即有无极位夹角，不论是何种机构，
只要机构在运行过程中具有极位夹角，则该机构就
具有急回作用。
角越大，则K 值越大，说明急回运动的性质也 越显著。
曲柄滑块机构
B
l1
A
l2
B2
e
C
工作行程 aθ b B1 l 1 l C C1 2 A A e e
缺点： 连杆机构一殷具有较长的运动链，各构件的尺寸误 差和运动副中的间隙将使连杆机构产生较大的积累
误差，也使机械效率降低。
连杆及滑块作变速运动，其惯性力难于平衡，会增
加机构的动载荷，一般不宜用于高速传动。
设计过程却十分繁难，在多数情况下一般只能近似 地得以满足。
四杆机构：由四个构件组成的平面连杆机构
《机械原理》第三章平面连杆机构及其设计
•
铰链四杆机构可以分为两大类：
1、不满足杆长条件时，不管取那个构件为机架，所组成 的机构都是双摇杆机构。
2、满足杆长条件时，最短构件相对于与它组成转动副的 构件可以作相对整周转动。
•站在连杆上观察：从位置1到位置2，
•E2 •F1 •B2 •C1
•F2 •C2
•A •D
•∠ABC增大， ∠BCD减小，即A点饶B点顺时针转动，D点饶C点顺时针转动 。
•(avi)
•连杆运动1
•(avi)
• •连杆运动2
•E1 •B1
•A
•F1 •E2 •C1
•B2
•(avi) •F2•C2
•D •A•′1
•
2.含一个移动副四杆运动链中转动副为整转副的 充分必要条件（曲柄滑块有曲柄的条件）
•a •b
•e
b-a>e b>a+e
•当 e=0时 b>a
•
•二、行程速度变化系数
1. 机构极位（极限位置） ：曲柄回转一周，与连杆两 次共线，此时摇杆分别处于 两个位置，称为机构极位。
2. 极位夹角：机构在两个 极位时，原动件所处两个位 置之间所夹的角θ称为极位 夹角。
•取最短杆 相邻的构件
为机架得曲 柄摇杆机构
•最短杆为 机架得双 曲柄机构
•取最短杆 对边为机架 得双摇杆机 构
•
特殊情况： 如果铰链四杆机构中两个构件长度相等且均为最短杆 1、若另两个构件长度不相等，则不存在整转副。 2、若另两个构件长度也相等， （1）当两最短构件相邻时，有三个整转副。 （2）当两最短构件相对时，有四个整转副。 例1' 课后3-3
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章平面连杆机构
3.1概述
3.2平面四杆机构的基本型式和应用
3.2 平面四杆机构的运动特性
3.3 平面四杆机构的设计
3.1概述
一、基本概念
平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的
平面连杆机构称为。
铰链四杆机构：低副均为转动副的平面四杆机构。
3.2平面四杆机构的基本型式和应用
一、四杆机构的基本形式
下图所示为铰链四杆机构, 其中AD杆为机架, 与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆, 与机架相对的BC杆称为连杆。
其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄；只能在小于360°的范围内摆动的连架杆称为摇
2. 双曲柄机构
定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构平行双曲柄机构：在双曲柄机构中
分别相等。
作用：等速转变为变速转动
M
B
B′
C′
M′
A
D
C
例2：鹤式起重机
应用：曲柄滑块机构用途很广, A
当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回速度较大。
称为机构的，通常用行程速度变化传动角γ:压力角的余角，γ角更便于观察和测量。
在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的，为保证机构的传力性能良好，设计时须限定最小传动角或最大压力角αmax 。
通常取γmin ≥40°～
50°。
为此，必须确定γ = γmin 时机构的位置并检验γmin 的值是否小于上述的最小允许值。
对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置，如图所示。
导杆机构，由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆受力的速度方向始终一致，所以传动角始终等于90°
2．死点
定义：传动角为90度。
表现：倒、顺转向不定（图a ）或者从动件卡死不动（图b ）的现象。
曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是连杆与曲柄共线位置。
摆动导杆机构中，导杆为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是导杆与曲柄垂直的位置。
克服死点方法：利用惯性法使机构渡过死点；当一个机构处于死点位置时，可借助
死点。
利用死点：飞机起落架；夹具夹紧
一、 图解法
1. 按给定连杆位置设计四杆机构 如图所示, 已知连杆BC 的长度BC 和依次所处的三个位置B1C1、
B2C2 、 B3C3, 试设计该四杆机构。
设计分析: 由图可知, B1 、 B2 、 B3三点是在以铰链A 点为圆心的圆弧上运动的点, 故用已知圆弧上的三点求圆心的方法, 可求出铰链中心点A 、 D 。
设计步骤:
(1) 作B1、 B2和B2、 B3连线的垂直平分线b12、 b23, 其交点为固定铰链中心A 的位置。
(2) 作C1、 C2和C2、 C3连线的垂直平分线c12、 c23, 其交点为固定铰链中心D 的位置。
(3) 连接A 、 B1、 C1、 D, 就是所求的铰链四杆机构。
(1) 按照给定的运动规律(位置、 速度、 加速度)设计四杆机构； (2) 按照给定的点的运动轨迹设计四杆机构。
对于上述两类基本问题的设计方法有图解法、 实验法和解析法。
解法直观, 实验法简便, 解析法精确。
本章重点介绍图解法。
3.3平面四杆机构的设计
图 给定连杆三个位置设计四杆机构
2. 按给定的行程速比系数设计四杆机构
C1D和C2D。
（
11-33可知
K要。