平面四杆机构的运动特性
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机械基础——四杆机构的运动特性
曲柄摇杆机构的 位置：摇杆为从动件，曲柄为原动件时，当原动件与机架共线时传动角最小。比较两者两次共线时的 ，并取小值为该机构的最小传动角 。
曲柄滑块机构的 位置：滑块为从动件，曲柄为原动件时，当曲柄与滑块的导路相垂直时，压力角最大。但对于偏置式曲柄滑块机构， 出现在曲柄位于偏置方向相反一侧的位置。
摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则其压力角恒等于 ，即传动角 恒等于 ，说明以曲柄为原动件时，机构具有最好的传力性能。
（2）死点位置如曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，而曲柄为从动件，则当摇杆摆到两极限位置时，连杆与曲柄共线，此时机构的压力角 ＝ ＝ ，因此有效驱动力矩为零，无论作用力多大，不能使从动件曲柄转动。此位置称为死点位置。机构处于死点位置时，会出现停顿或运动不确定现象。
作业
1、画出下列机构图示位置的压力角，并指出该机构最大压力角的位置。
急回特性可用行程速度变化系数K表示
K＝ ＝
如果已知K，可以求出极位夹角
＝
3、四杆机构的传力特性
（1）压力角 和传动角 作用在从动件上的力F与力作用点的速度方向之间所夹的锐角，称为机构在此位置时的夹角，用 表示。压力角可以作为判断机构传力特性的标志。在连杆机构中，为了度量方便，常用压力角的余角 来判断机构的传力性能， 称为传动角。
课题
四杆机构的运动特性
教学目的
熟练掌握平面四杆机构的运动特性
教学安排
组织教学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讲述新课
五、四杆机构的运动特性
（1）四杆机构的极限位置在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动时，存在左、右两个极限位置。极限位置可以用几何作图法作出。
（2）极位夹角θ和行程速度变化系数K在曲柄摇杆机构中，当从动件摇杆处于两个极限位置时，曲柄对应两位置所夹的锐角θ称为极位夹角。两个极限位置之间的夹角ψ，称为摆角。对于摆动导杆机构，θ＝ψ。
曲柄滑块机构的 位置：滑块为从动件，曲柄为原动件时，当曲柄与滑块的导路相垂直时，压力角最大。但对于偏置式曲柄滑块机构， 出现在曲柄位于偏置方向相反一侧的位置。
摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则其压力角恒等于 ，即传动角 恒等于 ，说明以曲柄为原动件时，机构具有最好的传力性能。
（2）死点位置如曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，而曲柄为从动件，则当摇杆摆到两极限位置时，连杆与曲柄共线，此时机构的压力角 ＝ ＝ ，因此有效驱动力矩为零，无论作用力多大，不能使从动件曲柄转动。此位置称为死点位置。机构处于死点位置时，会出现停顿或运动不确定现象。
作业
1、画出下列机构图示位置的压力角，并指出该机构最大压力角的位置。
急回特性可用行程速度变化系数K表示
K＝ ＝
如果已知K，可以求出极位夹角
＝
3、四杆机构的传力特性
（1）压力角 和传动角 作用在从动件上的力F与力作用点的速度方向之间所夹的锐角，称为机构在此位置时的夹角，用 表示。压力角可以作为判断机构传力特性的标志。在连杆机构中，为了度量方便，常用压力角的余角 来判断机构的传力性能， 称为传动角。
课题
四杆机构的运动特性
教学目的
熟练掌握平面四杆机构的运动特性
教学安排
组织教学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讲述新课
五、四杆机构的运动特性
（1）四杆机构的极限位置在曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件时，从动件作往复摆动或往复移动时，存在左、右两个极限位置。极限位置可以用几何作图法作出。
（2）极位夹角θ和行程速度变化系数K在曲柄摇杆机构中，当从动件摇杆处于两个极限位置时，曲柄对应两位置所夹的锐角θ称为极位夹角。两个极限位置之间的夹角ψ，称为摆角。对于摆动导杆机构，θ＝ψ。
平面四杆机构基本特性精品PPT课件
锐角α称为机构的压力角。 F的两个分力： Fn=Fsinα—引起摩擦力，有害分力 Ft=Fcosα—有效分力 2、传动角（γ）：压力角α
的余角即α+γ=90º称为传动角。
讨论：压力角α↑（传动角γ↓） → Fn↑→传力性能差。
压力角α↓（传动角γ↑ ）→ Fn ↓→传力性能好。
三、压力角、传动角和死点
位置之间所夹的锐角。
B
1
1
A
1
B
2
1
C
2
1
B2
4
C C2
3 v1
v2 j
D
2)急回运动机理
a)曲柄转过 1 180
摇杆上C点摆过： C1C2
所用时间： t1
1 1
180 1
b)曲柄转 2 180
过 摇杆上C点摆过： C2C1
所用时间：t2
2 1
180 1
1 2 t1 t2
c)设两过程的平均速度为V1、V2：V1
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
4.3 铰链四杆机构的基本特性
想一想 练一练 请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为原动件时，机构存在
死点位置（滑块）？
K
v2
C1C2 / t2
t1
j1
180
v1 C2C1 / t1 t2 j2 180
或 180 K 1 K 1
4.3 铰链四杆机构的基本特性
极位夹角为： 180 K 1
K 1
讨论：a、θ>0º→K>1→此时机构具有急回特性，θ↑ → K↑ →急
回特性越显著。 b、θ=0º→K=1，此时机构无急回特性。
偏置曲柄滑块机构
0 ,无急回特性。
的余角即α+γ=90º称为传动角。
讨论：压力角α↑（传动角γ↓） → Fn↑→传力性能差。
压力角α↓（传动角γ↑ ）→ Fn ↓→传力性能好。
三、压力角、传动角和死点
位置之间所夹的锐角。
B
1
1
A
1
B
2
1
C
2
1
B2
4
C C2
3 v1
v2 j
D
2)急回运动机理
a)曲柄转过 1 180
摇杆上C点摆过： C1C2
所用时间： t1
1 1
180 1
b)曲柄转 2 180
过 摇杆上C点摆过： C2C1
所用时间：t2
2 1
180 1
1 2 t1 t2
c)设两过程的平均速度为V1、V2：V1
缝纫机的脚踏机构
火车车轮联动装置
4.3 铰链四杆机构的基本特性
想一想 练一练 请问摆动导杆机构、对心曲柄滑块机构以哪个构件为原动件时，机构存在
死点位置（滑块）？
K
v2
C1C2 / t2
t1
j1
180
v1 C2C1 / t1 t2 j2 180
或 180 K 1 K 1
4.3 铰链四杆机构的基本特性
极位夹角为： 180 K 1
K 1
讨论：a、θ>0º→K>1→此时机构具有急回特性，θ↑ → K↑ →急
回特性越显著。 b、θ=0º→K=1，此时机构无急回特性。
偏置曲柄滑块机构
0 ,无急回特性。
机械设计2-1分析平面四杆机构的运动特性
（1）此机构中，当取构件AD为机架时，是否存在曲柄？如果存在，指出是 什么机构？（说明理由）
（2）当分别取构件AB、BC、CD为机架时，各将得到什么机构？
解：（1）当AD杆为机架时，最短杆 为连杆BC。最短杆并非是机架或连架 杆，所以该机构为双摇杆机构。
（2）由50+120>72+96，可知，此 机构不满足曲柄存在的杆长之和条件 。故，无论取何构件为机架，该机构 均为双摇杆机构。
搅拌机
雷达天线俯仰机构
天线
2C
3
1
BA
4
D
曲柄摇杆机构
1-曲柄、2-连杆、3-摇杆、4-机架
缝纫机脚踏机构
铰链四杆机构应用实例
(2)双曲柄机构
含义：两连架杆BC、AD均为曲柄
a) 一般双曲柄机构：BC≠AD 应用实例：惯性筛
2 3
1 4
双曲柄机构
铰链四杆机构应用实例
b)特例
平行四边形机构（反向平行四边形）BC=AD、AB=CD
3、图示铰链四杆机构中，已 知AB，BC,CD,AD 的长度如 图所标，单位为毫米，其中 AD为机架，试问，该四杆机 构有曲柄吗？如果存在，指出 是什么机构？
曲柄存在条件例子
解：由曲柄存在的条件可知， 若该四杆机构满足杆长之和条件，且有最短杆，那么该四杆 机构就有曲柄。故列以下式子： 最短杆+最长杆：200+450=650 其他两杆之和： 300+400=700 显然，该四杆机构满足杆长之和条件，故有曲柄。 若以AD为机架，则该机构为曲柄摇杆机构。
曲柄存在条件例子
1、图示铰链四杆机构中，已知各杆的长度如图所标，单 位为毫米，试问，该四杆机构有曲柄吗？如果存在，指出 是什么机构？
（2）当分别取构件AB、BC、CD为机架时，各将得到什么机构？
解：（1）当AD杆为机架时，最短杆 为连杆BC。最短杆并非是机架或连架 杆，所以该机构为双摇杆机构。
（2）由50+120>72+96，可知，此 机构不满足曲柄存在的杆长之和条件 。故，无论取何构件为机架，该机构 均为双摇杆机构。
搅拌机
雷达天线俯仰机构
天线
2C
3
1
BA
4
D
曲柄摇杆机构
1-曲柄、2-连杆、3-摇杆、4-机架
缝纫机脚踏机构
铰链四杆机构应用实例
(2)双曲柄机构
含义：两连架杆BC、AD均为曲柄
a) 一般双曲柄机构：BC≠AD 应用实例：惯性筛
2 3
1 4
双曲柄机构
铰链四杆机构应用实例
b)特例
平行四边形机构（反向平行四边形）BC=AD、AB=CD
3、图示铰链四杆机构中，已 知AB，BC,CD,AD 的长度如 图所标，单位为毫米，其中 AD为机架，试问，该四杆机 构有曲柄吗？如果存在，指出 是什么机构？
曲柄存在条件例子
解：由曲柄存在的条件可知， 若该四杆机构满足杆长之和条件，且有最短杆，那么该四杆 机构就有曲柄。故列以下式子： 最短杆+最长杆：200+450=650 其他两杆之和： 300+400=700 显然，该四杆机构满足杆长之和条件，故有曲柄。 若以AD为机架，则该机构为曲柄摇杆机构。
曲柄存在条件例子
1、图示铰链四杆机构中，已知各杆的长度如图所标，单 位为毫米，试问，该四杆机构有曲柄吗？如果存在，指出 是什么机构？
平面四杆机构动力学分析
平面四杆机构动力学分析平面四杆机构是一种常用的机构形式，它由四个连杆构成，每个连杆的两个端点分别与两个固定点和两个动点连接。
平面四杆机构广泛应用于工程和机械领域，如发动机连杆机构、机床传动机构等。
在对平面四杆机构进行动力学分析时，需要考虑连杆的运动学特性以及受力情况，以求得机构的运动学和动力学性能参数。
本文将介绍平面四杆机构动力学分析的基本方法和步骤。
首先，对平面四杆机构进行运动学分析，即确定连杆的几何参数和运动特性。
通过连杆的长度、角度和位置关系，可以建立连杆运动学方程。
平面四杆机构一般有两个输入连杆和两个输出连杆，输入连杆一般由驱动源（如电机）控制，输出连杆用于传递或产生所需的运动。
其次，根据连杆的几何关系和运动学方程，可以推导得到平面四杆机构的速度和加速度方程。
速度方程描述了各连杆的速度与输入连杆的关系，加速度方程描述了各连杆的加速度与输入连杆的关系。
通过求解速度和加速度方程，可以得到每个连杆的线速度和角速度，以及各连杆的线加速度和角加速度。
接下来，进行平面四杆机构的力学分析。
根据连杆的几何关系和受力分析，可以推导得到每个连杆的力学方程。
力学方程描述了各连杆受到的力和力矩与其他连杆的关系。
通过求解力学方程，可以得到每个连杆的受力和力矩大小以及方向，以及各连杆之间的力传递关系。
最后，根据连杆的运动学和力学特性，可以得到平面四杆机构的动力学性能参数，如位置、速度和加速度的关系、力和力矩的大小和方向等。
这些参数可以用于分析机构的运动和受力情况，并进一步优化设计。
需要注意的是，平面四杆机构的动力学分析是一个复杂的过程，需要考虑各连杆之间的相互作用和约束条件。
同时，还需要考虑连杆的质量和惯量等因素，以求得更精确的分析结果。
因此，在实际应用中，常采用计算机辅助分析方法，如数值模拟和仿真技术，以提高分析的准确性和效率。
综上所述，平面四杆机构的动力学分析是一项重要的工作，对于优化设计和性能评估具有重要意义。
平面四杆机构急回运动特性的分析
ｃ） ＝ ｃ ２
，
。
ｔ ２
假 设 曲柄 以等 角速度转 动 ，则 行程速 比系 数 Ｋ与 极 位夹 角 ０之 间存在着 一一 对应 关系 ，这 样极 大地 方 便 了按 给定 的行程 速 比系数 设计 四杆机 构 的过 程 。本 文 将系 统地研 究平 面 四杆 机 构 的急回运 动特 性 ，重新 定义极位 夹 角 ，分 析衡量 急 回运动特 性 相对程 度 的行 程 速 比系 数 的可 能取值 范围 。 １ 急 回特 性 曲柄 摇杆 机构 中 ， 曲柄 虽做等速 转 动 ，而 摇杆 摆
收 稿 日期 ：２ １－ ４ ０ ０ １ ０ — ９；修 回 日期 ：２ １ － ４ ２ ０ ｌ０—９
由于 ２ ，所 以有 ＞ｆ ｌ ｏ。这种运 动性 ＜ ｌ ２， ＜ｃ ２ 质 ，构成 了平面 四杆机 构的急 回特 性 。
图 ｌ 极 位 夹 角 为 锐 角 的 曲柄 摇 杆 机 构
２ 极 位夹角 的新定 义 为反 映机构 急 回特 性 的相对程 度 ， 引进 从动 件行 程速 比系数 ，用 表 示，其值 为空 回行程 与工 作行程 的平 均速度或 角速度 之 比。即 ：
表 １ 极 位 夹 角 、行 程 速 比 系数 与 效 率 的 关 系
极位夹角 （ 。）
５
行程速 比系数
１ ０ ７ ． ５
效率
０ ５４ ． １
１ ０ ｌ ５ ２ ０ ２５ ３ ０
３ ５ ４ ０
１１ ８ ． １ Ｉ１２ ． ８ １２ ．５ １３ ． ２３ １４ ．
１４ ３ ． ８ １５ ． ７１
０５ ８ ．２ ０． ４ ５２ ０５６ ．５ ０５９ ．６ ０５３ ． ８
０ ５ ７ ． ９ ０ ６ １ ． １
，
。
ｔ ２
假 设 曲柄 以等 角速度转 动 ，则 行程速 比系 数 Ｋ与 极 位夹 角 ０之 间存在着 一一 对应 关系 ，这 样极 大地 方 便 了按 给定 的行程 速 比系数 设计 四杆机 构 的过 程 。本 文 将系 统地研 究平 面 四杆 机 构 的急回运 动特 性 ，重新 定义极位 夹 角 ，分 析衡量 急 回运动特 性 相对程 度 的行 程 速 比系 数 的可 能取值 范围 。 １ 急 回特 性 曲柄 摇杆 机构 中 ， 曲柄 虽做等速 转 动 ，而 摇杆 摆
收 稿 日期 ：２ １－ ４ ０ ０ １ ０ — ９；修 回 日期 ：２ １ － ４ ２ ０ ｌ０—９
由于 ２ ，所 以有 ＞ｆ ｌ ｏ。这种运 动性 ＜ ｌ ２， ＜ｃ ２ 质 ，构成 了平面 四杆机 构的急 回特 性 。
图 ｌ 极 位 夹 角 为 锐 角 的 曲柄 摇 杆 机 构
２ 极 位夹角 的新定 义 为反 映机构 急 回特 性 的相对程 度 ， 引进 从动 件行 程速 比系数 ，用 表 示，其值 为空 回行程 与工 作行程 的平 均速度或 角速度 之 比。即 ：
表 １ 极 位 夹 角 、行 程 速 比 系数 与 效 率 的 关 系
极位夹角 （ 。）
５
行程速 比系数
１ ０ ７ ． ５
效率
０ ５４ ． １
１ ０ ｌ ５ ２ ０ ２５ ３ ０
３ ５ ４ ０
１１ ８ ． １ Ｉ１２ ． ８ １２ ．５ １３ ． ２３ １４ ．
１４ ３ ． ８ １５ ． ７１
０５ ８ ．２ ０． ４ ５２ ０５６ ．５ ０５９ ．６ ０５３ ． ８
０ ５ ７ ． ９ ０ ６ １ ． １
平面四杆机构ppt课件
平面四杆机构ppt课件
contents
目录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构类型 • 平面四杆机构的设计与优化 • 平面四杆机构的特性分析 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的未来发展与挑战
01 平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是一种由四个刚性 杆通过铰链连接形成的平面机构 。
3D打印技术
利用3D打印技术，实现复杂结构的设计和快速原型制造。
智能化与自动化
传感器和执行器的集成
01
在机构中集成传感器和执行器，实现实时监测和控制。
智能化控制算法
02
采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制，以提高机
构的动态性能和稳定性。
自动化系统集成
03
将机构与自动化系统集成，实现远程监控、故障诊断和预测性
详细描述
摄影升降装置中的平面四杆机构由支架、滑轨、连杆和摄像设备组成。通过电机驱动，滑轨带动连杆运动，使摄 像设备实现升降。平面四杆机构在摄影升降装置中保证了摄像设备的稳定性和精确性，为拍摄高质量的画面提供 了保障。
06 平面四杆机构的未来发展 与挑战
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金，以提高机构的强度和减轻重量。
运动特性分析
运动特性
分析平面四杆机构的运动特性， 包括运动范围、运动速度和加速 度等，以及各杆件之间的相对运
动关系。
运动轨迹
研究平面四杆机构中各点的运动轨 迹，包括曲线的形状、变化规律和 影响因素。
运动学分析
通过建立平面四杆机构的运动学方 程，分析其运动规律，为机构的优 化设计提供理论依据。
受力特性分析
实例二：搅拌机
contents
目录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构类型 • 平面四杆机构的设计与优化 • 平面四杆机构的特性分析 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的未来发展与挑战
01 平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是一种由四个刚性 杆通过铰链连接形成的平面机构 。
3D打印技术
利用3D打印技术，实现复杂结构的设计和快速原型制造。
智能化与自动化
传感器和执行器的集成
01
在机构中集成传感器和执行器，实现实时监测和控制。
智能化控制算法
02
采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制，以提高机
构的动态性能和稳定性。
自动化系统集成
03
将机构与自动化系统集成，实现远程监控、故障诊断和预测性
详细描述
摄影升降装置中的平面四杆机构由支架、滑轨、连杆和摄像设备组成。通过电机驱动，滑轨带动连杆运动，使摄 像设备实现升降。平面四杆机构在摄影升降装置中保证了摄像设备的稳定性和精确性，为拍摄高质量的画面提供 了保障。
06 平面四杆机构的未来发展 与挑战
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金，以提高机构的强度和减轻重量。
运动特性分析
运动特性
分析平面四杆机构的运动特性， 包括运动范围、运动速度和加速 度等，以及各杆件之间的相对运
动关系。
运动轨迹
研究平面四杆机构中各点的运动轨 迹，包括曲线的形状、变化规律和 影响因素。
运动学分析
通过建立平面四杆机构的运动学方 程，分析其运动规律，为机构的优 化设计提供理论依据。
受力特性分析
实例二：搅拌机
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’
平面四杆机构的基本特性
1、克服死点的办法
采用多套机构错位排列，使死点相互错开。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用
A D
B1 C1
地面
飞机起落架收放机架
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用 （夹紧工件）
F
FN
总结
运动特性
基本特性
传力特性
曲柄存在的条件及推论
（铰链四杆机构类型判别）
压力角和传动角(最小值) 死点位置
平面四杆机构的 基本特性
平面四杆机构的基本特性
一、急回特性
1、什么是急回特性：
从动件空回行程比工作 行程的速度大的特性。
可以缩短非生产时间, 提高生产效率时.
观察现象：
平面四杆机构的基本特性
一、急回运动
观察：
2、急回特性产生的原因：
极位夹角
工作行程：
摇杆 C1 C2 1
空回行程
摇杆 C2
C1
2
0 (即 90 )
时的位置。
曲柄与连杆共线的两个位置
平面四杆机构的基本特性
三、死点
注意：曲柄为从动件，才会出现死点
BHale Waihona Puke AB1脚C2
踏板 D
C1 缝纫机主运动机构
平面四杆机构的基本特性
三、死点
1、克服死点的办法
安装飞轮加 大惯性，借惯性 作用使机构闯过 死点。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
冲压机构
平面四杆机构的基本特性
四、死点 例：缝纫机 –踏板机构 属曲柄摇杆机构
平面四杆机构的基本特性
问题1：对踏板机构操作不熟练会怎样？ 踏板易卡死，不能动或出现飞轮倒转。
采用多套机构错位排列，使死点相互错开。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用
A D
B1 C1
地面
飞机起落架收放机架
平面四杆机构的基本特性
三、死点
2、死点的应用 （夹紧工件）
F
FN
总结
运动特性
基本特性
传力特性
曲柄存在的条件及推论
（铰链四杆机构类型判别）
压力角和传动角(最小值) 死点位置
平面四杆机构的 基本特性
平面四杆机构的基本特性
一、急回特性
1、什么是急回特性：
从动件空回行程比工作 行程的速度大的特性。
可以缩短非生产时间, 提高生产效率时.
观察现象：
平面四杆机构的基本特性
一、急回运动
观察：
2、急回特性产生的原因：
极位夹角
工作行程：
摇杆 C1 C2 1
空回行程
摇杆 C2
C1
2
0 (即 90 )
时的位置。
曲柄与连杆共线的两个位置
平面四杆机构的基本特性
三、死点
注意：曲柄为从动件，才会出现死点
BHale Waihona Puke AB1脚C2
踏板 D
C1 缝纫机主运动机构
平面四杆机构的基本特性
三、死点
1、克服死点的办法
安装飞轮加 大惯性，借惯性 作用使机构闯过 死点。
平面四杆机构的基本特性
三、死点
冲压机构
平面四杆机构的基本特性
四、死点 例：缝纫机 –踏板机构 属曲柄摇杆机构
平面四杆机构的基本特性
问题1：对踏板机构操作不熟练会怎样？ 踏板易卡死，不能动或出现飞轮倒转。
平面四杆机构的基本特性
机械设计基础
Machine Design Foundation
2 B
平面四杆机构的基本特性
Fn
F
C″ C
C′ Ft vC
″
′
3
1A
B″
B′ 4
D
图6 – 19 传力特性分析
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的基本特性
在机构的运动过程中， 传动角同样也是随着机构
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的基本特性
如图6 - 19所示的导杆机构， 其极位夹角θ＞0°，
因此导杆机构也具有急回特性。
综上所述， 平面四杆机构具有急回特性的条件可归 纳如下：
(1) 主动件以等角速度作整周转动；
(2) 输出从动件具有正行程和反行程的往复运动；
(3) 机构的极位夹角θ＞0°。
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的基本特性
快速
慢速
A
C2
＝
C1
D
图6 - 19 导杆机构的极位夹角
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的基本特性
1.2 传力特性
1. 压力角和传动角
在图6 - 19所示的曲柄摇杆机构中， 如果不考虑各个构件的质量和运动副中的摩擦力， 则连
Ft=F cosα Fn=F sinα
（6 - 2）
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的基本特性
压力角α的余角称为传动角， 用γ表示。 传动角 γ与压力角α的关系如下：
平面四杆机构的运动特性
偏置曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构
偏滑块导路的中心线不通过曲柄的回转中心，c1、c2为滑块的两极限位置，θ极位夹角存在， 故该机构具有急回特性，滑块行程不是曲柄长度的两倍。
对 心 曲 柄 滑 块 机 构
因滑块导路的中心线通过曲柄的回转中心，从动件滑块位于极限位置时，无极位夹角，故机构无 急回特性。
2．死点的利弊 〔1〕死点的利用
在工程中也常常应用死点位置实现工作要求。 如工件加紧机构、飞机起落架等。
连杆2与连架杆3共线，此时不管N多大， 作 用在1上的力由2传给3时总是通过3的回转中 心D，无法使其转动。
应用实例1：工件加紧机构
应用实例2：飞机起落架
γ=0
F
BC、CD共线，机构处于死点位置，承受着陆时 的地面反力，作用于CD的力通过其铰链中心D，故起 落架不会反转〔摇杆CD不会转动〕，从而使飞机的降 落更加平安可靠。
平面四杆机构具有急回特性的条件：
① 主动件作整周回转运动；
② 从动件往返运动且有极位；
③ 从动件存在两极位时，主动件相应的有极位夹角θ，
④
且极位夹角θ ≠0。
机构具有死点位置的条件：
① 主动件为摇杆；
② 从动件与连杆共线，即：压力角为 α=90°、传动角
③
γ=0°。
7—布置作业
上交作业： P68：T1.1，T1.5，T6。 目的：稳固本节所学知识 考虑题： 1、我们坐折叠椅的时候，靠在椅背上，为何靠椅不会自动松开或合拢？
故，可通过分析机构中是否存在极位夹角θ以及θ的大小来判断机构是否有急回运动以及急回运 动的程度。
总结归纳：
平面四杆机构具有急回特性的条件：
• ①主动件作整周回转运动； • ②从动件往返运动且有极位； • ③从动件存在两极位时，主动件相应的有极
《平面四杆机构的基本特性》教案
《平面四杆机构的基本特性》教案教案：平面四杆机构的基本特性一、教学目标：通过本节课的学习，学生应能够：1.了解平面四杆机构的定义和基本特性；2.掌握平面四杆机构的运动特点和构造形式；3.能够运用所学知识解决平面四杆机构的相关问题。
二、教学内容：1.平面四杆机构的定义和基本特性：平面四杆机构是由四根连杆和若干铰链连接而成的机械系统，在平面内可以实现规定的运动。
平面四杆机构的基本特性包括：构成条件、运动链条件、运动副个数、自由度、杆件数量等。
2.平面四杆机构的运动特点：平面四杆机构的运动特点主要有：连杆运动、连杆约束、动平衡性和动稳定性等。
3.平面四杆机构的构造形式：平面四杆机构的构造形式包括：双曲杆机构、平行杆机构和菱形杆机构等。
每种构造形式都具有不同的特点和应用领域。
三、教学过程：1.导入：与学生互动讨论，引出平面四杆机构的概念，并了解其在日常生活中的应用。
2.知识讲解：(1)讲解平面四杆机构的定义和基本特性。
(2)介绍平面四杆机构的运动特点和构造形式，并通过实例分析加深学生的理解。
3.实例分析：(1)给出一个具体的平面四杆机构，并要求学生分析其构造形式和运动特点。
(2)将学生分成小组，自行选择一个平面四杆机构进行分析，并展示给全班。
4.练习与巩固：(1)在课堂上，教师设计一些与平面四杆机构相关的练习题，供学生巩固所学知识。
(2)布置作业：要求学生通过阅读相关文献或查阅互联网，找到一个实际应用了平面四杆机构的例子，并分析其构造形式和运动特点。
四、教学评价：1.通过课堂互动和小组展示，评价学生对平面四杆机构的理解程度。
2.批改学生完成的练习题，评价其对所学知识的掌握情况。
3.评价学生在作业中的查找和分析能力。
五、教学反思：通过本节课的教学，学生能够初步了解平面四杆机构的定义和基本特性，并掌握运动特点和构造形式。
但在实例分析环节，部分学生的理解还有待提高，今后可以通过更多的实例来加深学生对平面四杆机构的认识。
机械设计-平面四杆机构的特性
平面四杆机构的特性
4 - 4
01
平面四杆机构的运动特性
平面四杆机
构 的 特 性
02
平面四杆机构的传力特性
平面连杆机构能实现转动、摆动、移
动等，在应用机构时我们需要知道它的运动
特点和传力性能，平面连杆机构的运动特点
有急回特性，传力特点有压力角、传动角、
死点位置。
在图4-4.1所示的曲柄摇杆机构中，
（2）死点位置：当从动件与连杆共线时，=0，该位置叫做死点位置，工程中有的地方可以利
用死点位置，如夹具机构；有的需要克服死点位置，如缝纫机的踏板机构。
感谢您的观看
从动摇杆3所受的力F与力作用点C 的速
度vC 间所夹 的锐角称为压力角，用α表示。
习惯用压力角α的余角γ来判断传力性
能，γ称为传动角。越大，机构传力性能越
好，为了保证机构传力性能良好，一般要求
机构的最小传动角min≥40°，传递大功率
时所用机械 如颚式破碎机、冲床等，
min≥50°。
图4-4.2 压力角和传动角
=2/1=(180°+)/(180°−)，
=180°(−1)/(+1)。
平面四杆机构有无急回特性取决于极位夹角θ。
若θ≠0，则K>1，机构有急回特性，且θ越大，机构
的急回特性就越明显；若θ=0，机构无急回特性。
利用机构的急回特性，可以缩短空回行程的时
间，提高机器的生产率。
图4-4.1 曲柄摇杆机构的运动特性
（a）
（b）
图4-4.5 克服死点位置
本节课学习了以下几个内容：
1. 平面连杆机构的运动特性——急回特性：空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，极
位夹角θ越大，机构的急回特性越明显，若θ=0，机构无急回特性。
4 - 4
01
平面四杆机构的运动特性
平面四杆机
构 的 特 性
02
平面四杆机构的传力特性
平面连杆机构能实现转动、摆动、移
动等，在应用机构时我们需要知道它的运动
特点和传力性能，平面连杆机构的运动特点
有急回特性，传力特点有压力角、传动角、
死点位置。
在图4-4.1所示的曲柄摇杆机构中，
（2）死点位置：当从动件与连杆共线时，=0，该位置叫做死点位置，工程中有的地方可以利
用死点位置，如夹具机构；有的需要克服死点位置，如缝纫机的踏板机构。
感谢您的观看
从动摇杆3所受的力F与力作用点C 的速
度vC 间所夹 的锐角称为压力角，用α表示。
习惯用压力角α的余角γ来判断传力性
能，γ称为传动角。越大，机构传力性能越
好，为了保证机构传力性能良好，一般要求
机构的最小传动角min≥40°，传递大功率
时所用机械 如颚式破碎机、冲床等，
min≥50°。
图4-4.2 压力角和传动角
=2/1=(180°+)/(180°−)，
=180°(−1)/(+1)。
平面四杆机构有无急回特性取决于极位夹角θ。
若θ≠0，则K>1，机构有急回特性，且θ越大，机构
的急回特性就越明显；若θ=0，机构无急回特性。
利用机构的急回特性，可以缩短空回行程的时
间，提高机器的生产率。
图4-4.1 曲柄摇杆机构的运动特性
（a）
（b）
图4-4.5 克服死点位置
本节课学习了以下几个内容：
1. 平面连杆机构的运动特性——急回特性：空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，极
位夹角θ越大，机构的急回特性越明显，若θ=0，机构无急回特性。
平面四杆机构ppt课件
摄影三脚架中的平面四杆机 构通常由三根支撑杆和若干 个连接杆组成。
三根支撑杆通常具有较好的 弹性和韧性，可以适应不同 地形和环境，提供稳定的支 撑效果。连接杆则将三根支 撑杆连接在一起，形成稳定 的三角形结构。
挖掘机机构
挖掘机是一种广泛应用于建筑、道路 、矿山等领域的工程机械设备。它的 主要功能是通过挖掘斗的升降、旋转 和移动来实现挖掘作业。
作用
03
连杆在机构中起到传递运动和动力的作用，还可以改变运动的
方向。
转动副
定义
转动副是平面四杆机构的基本组成之一，是一种 连接两个构件的相对转动的运动副。
特点
转动副由两个构件组成，一个构件作为固定轴， 另一个构件围绕固定轴旋转。
作用
转动副在机构中起到传递运动和动力的作用，同 时也可以改变运动的方向。
双摇杆机构
由两个摇杆和两个连架杆组成的平面四杆机构。双摇杆机构中，两个摇 杆长度相等且平行，连架杆相对摇杆做往复摆动，可以实现将摇杆的往 复摆动转换为连架杆的往复摆动。
平面四杆机构的应用
实例1
缝纫机踏板机构。当脚踏板低速转动时，通过一个曲柄摇杆 机构将脚踏板的往复摆动转换为缝针的上下摆动；当脚踏板 快速转动时，通过一个双曲柄机构将脚踏板的往复摆动转换 为缝针的上下摆动。
利用计算机辅助设计软件进行 数值仿真，通过对机构参数的
调整，实现最优设计。
基于实验设计的优化
通过实验测试机构的性能，利 用实验设计方法对机构进行优 化。
基于人工智能的优化
利用人工智能算法，如神经网 络、遗传算法等，对机构的参 数进行优化。
多学科优化方法
综合考虑机构的多学科因素， 如结构、运动、动力学等，实
转向机构是汽车底盘的一个重要组成部分，它的 主要功能是控制汽车的行驶方向，使车辆能够按 照驾驶员的意愿进行转弯或者改变行驶方向。
5《平面四杆机构的运动特性》导学案
必看资源，学习铰链四杆机构曲柄存在 的条件、急回特性、传力特性、死点位 置及其应用。
项目二 平面连杆机构 P144-147 “2.2 平面四杆机构的运动特性”
课堂安排
活动类型
活动内容
课堂讨论
（1）牛头刨床工作行程与返回行程速度是否一样？为什么？ （2）找找工程应用中具有急回特性的机构实例。 （3）举例说明死点位置的利与弊。
动画
对心曲柄滑块机构、偏 置曲柄滑块机构、牛头 刨床导杆机构
必看资源，分析这些机构是否存在急回 特性。
最小传动角
必看资源，了解机构最小传动角出现的 位置。
死点位置
必看资源，了解机构死点概念。
缝纫机踏板机构
必看资源，了解机构如何克服死点。
飞机起落架
必看资源，了解机构死点位置的应用。
微课 教材查阅
《7.平面四杆机构的演 化》、《8.平面四杆机 构的运动特性》微课视 频
课后安排 （1）查看《铰链四杆机构的设计》的课前学习资源； （2）参与讨论答疑区，提出自己课前知识的疑问点。
5.《平面四杆机构的运动特性》导学案
本节目标
掌握四杆机构曲柄存在的条件及推论、极位夹角、急回特性、行 知识目标
程速比系数、压力角、传动角、死点位置。
技能目标
（1）熟练应用铰链四杆机构曲柄存在条件及其推论判断机构的类 型；
（2）能够对机构是否具有急回特性进行分析、判断。
平面四杆机构是否具有急回特性的分析；压力角、传动角、死点 学习重点
（1）图示缝纫机踏板机构，已知 AB=4cm、AD=11 cm、BC =16 cm，若 BC 为机构的最长构件，问：（1）缝纫机踏板机构中构 件 CD应满足什么条件，缝纫机踏板机构才能为曲柄摇杆机构？
相关主题
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极位夹角θ
极位夹角θ：输出 件位于两极限位置 时，对应输入件曲 柄两位置之间的夹 角（锐角）。
连杆机构具有急回特性的条件：1)输入件整周转 动，2）输出件往返运动，3）极位夹角θ >0。
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机构急回特性的判断
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2、压力角与传动角—力与效率
机构压力角α：不计 摩擦、惯性和重力时， 从动件上某点所受作 用力的方向与该点速 度方向之间所夹的锐 角。 压力角α，愈小愈好
机构传动角γ：压力角的余角，γ =900- α 。（度量方便， γ愈大愈好，一般γ>400，大功率γ>500 ）
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最小传动角位置的判断
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3、死点
死点：α=900位置。
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曲柄滑块机构实例
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曲柄滑块机构实例
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2、两个转动副转化为移动副
自由度个数仍然不变
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曲柄移动导杆机构实例
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三、平面四杆机构的基本特 性
三、平面四杆机构的基本特性
1、急回特性—速度与效率
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行程速度变化系数K
C点平均 速度：
C1C2 往 t1 C1C2 返 t2
空回行程速度 K 工作行程速度
Unit 2 平面连杆机构
铰链四杆机构的基本组成 铰链四杆机构的演化 平面四杆机构的基本特性 平面四杆机构的设计 思考题与作业
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一、铰链四杆机构的组成
平面连杆机构(planar link)—所有构件均作平行于 某一平面的运动，且构件之间只有低副连接。 1、铰链四杆机构的组成 机架—固定不动构件 连架杆—与机架以运动副相连的杆 曲柄---能做整周转动 摇杆---摆动一定角度 （曲柄摇杆、双曲柄、双摇杆） 1
1）此时无论驱动力多大，不能驱动从动件， 应予以避免。
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2）死点分析
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死点分析
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3）死点利用
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连杆—不直接与机架相连的杆
2 43返回来自2、铰链四杆机构的基本形式
（1）曲柄摇杆机构 （crank-rocker)
（2）双摇杆机构 （double-crank)
（3）双曲柄机构 （double-rocker)
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二、铰链四杆机构的演化
1、一个转动副转化为移动副（自由度个数不变）
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曲柄滑块机构实例