机械设计原理连杆机构
机械原理第8章 连杆机构及其传动特点
机械原理第8章连杆机构及其传动特点●考纲●1.铰链四杆机构的基本类型，演化和应用●2.曲柄存在条件、行程速比系数、传动角、压力角、死点●2.图解法设计四杆机构●笔记●8.1连杆机构及其传动特点●连杆机构的共同特点是其主动件的运动都要经过一个不与机架直接相连的称之为连杆（coupler)的中间构件，才能传动至从动件，故而称其为连杆机构（linkage mechanism)。
●连杆机构的传动特点●连杆机构具有以下一些传动特点：●1)连杆机构中的运动副一般均为低副（故又称其为低副机构，lower pairmechanism)。
其运动副元素为面接触，压强较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性较为有利。
●2)在连杆机构中，在主动件的运动规律不变的条件下，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。
●3)在连杆机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线（称为连杆曲线，coupler-point curve),其形状随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定工作的需要。
●此外连杆机构还可以很方便的达到改变运动的传递方向，扩大行程，实现增力和远距离传动等目的。
●连杆机构也存在如下一些缺点：●1)由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递，因而传动路线较长，易产生较的误差累积，同时也使机械效率降低。
●2)在连杆机构运动中，连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除而连杆机构不宜用于高速运动。
●8.2平面四杆机构的基本类型及应用●1.铰链四杆机构的类型及应用●(1)铰链四杆运动链周转副存在的条件平面饺链四杆机构中曲柄存在的前提是其运动副中必有周转副存在●转动副为周转副的条件是：●1）最短杆长度＋最长杆长度≤其他两杆长度之和 (杆长条件)l_{min}＋l_{max}≤l_i＋l_j●2）组成该周转副的两杆中必有一个为最短杆(最短杆两端最易产生周转副)●此外，为了使四个杆能够装配成封闭的运动链，最长杆长度必须小于其他三个杆长度之和●I_{max} < l _{m in}＋l_i+ l_j●(2)较链四杆机构的基本类型●满足杆长条件l_{min}＋l_{max}≤l_i＋l_j●1）.l_{min}＋l_{max}＜l_i＋l_j●①最短杆为连架杆，曲柄摇杆机构●②最短杆为机架，双曲柄机构●③最短杆为连杆，双摇杆机构●2）.l_{min}＋l_{max}＝l_i＋l_j●①两两相邻杆长度相等，泛菱形结构●长杆为机架，曲柄摇杆机构●短杆为机架，双曲柄机构●两相邻杆重叠时，一二杆机构●②两两相对杆长度相等时，双曲柄机构●两两相对杆平行，平行四边形结构●平行四边形结构三个特点●①两曲柄以相同角速度同向转动；●②连杆作平动；●③连杆上的任一点的轨迹均是以曲柄长度为半径的圆。
机械原理第二章连杆机构(杨家军版)
3、平面连杆机构的应用
机械手
汽车中那些部位用到连杆机构
起重装置
§3-2 平面四杆机构的基本类型及应用
一、平面四杆机构的基本形式 1. 构件及运动副名称 构件名称：
连架杆——与机架连接的构件 曲柄——作整周回转的连架杆 摇杆——作来回摆动的连架杆 连杆——未与机架连接的构件 机架——固定不动的构件
α1 180° +θ t1 V2 ω = α = = = 180° -θ V1 2 t2 ω
连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ >0。
分析： 180° +θ K= 180° -θ
K≥1,K=1时无急回特性
设计具有急回特性的机构时，一般先根据使用要求给 定K值，则有 (K-1) θ=180° (K+1) θ＝ 0 θ≠0 θ↑,K↑,急回运动越明显，一般取K＜2
●导杆机构（曲柄为主动件） ●导杆机构（摇杆为主动件）
α B2 ≡0°
3 2 1 3 A B VB2 D 4 FB2 1 2 FB3 B D VB2 FB2 FB1
机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下， 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受 力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角， 通常用α 表示。P50
传动角：压力角的余角。 通常用γ 表示.
F2 C
B
A
δ
D
γ F α
F1
vc
机构的传动角和压力角作出如下规定： γ min≥[γ ]；[γ ]= 3060°； α max≤[α ]。 [γ ]、[α ]分别为许用传动角和许用压力角。
C
(2) 推广到导杆机构 结论：有急回特性，且极位夹角等于摆杆摆角，即
机械原理第五章 连杆机构设计
4. 曲柄滑块机构存在曲柄的条件
根据曲柄摇杆机构的演化过程及曲柄摇杆机构曲柄存在的 条件，机架为无穷大+偏距e，则有： 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件：
a
b
① a＋e≤b； ② a为最短杆。
若偏距=0，则得对心曲柄滑块机构有曲柄的条件：
① a≤b； ② a为最短杆。
例5-1 图示铰链四杆机构，lBC=50mm，lCD=35mm， lAD=30mm，AD为机架，若为曲柄摇杆机构， 试讨论lAB的取值范围。
机械原理 第五章 平面连杆机构及其设计
§5-1 平面连杆机构的应用及传动特点
§5-2 平面四杆机构的类型和应用
§5-3 平面四杆机构的一些共性问题 §5-4 平面四杆机构的设计
§5-1 平面连杆机构的应用及传动特点
应用举例 如：四足机器人（图片、动画）、内燃机中的曲柄滑块机构、 汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。
锻压机肘杆机构
可变行程滑块机构
汽车空气泵
单侧曲线槽导杆机构
3）可用于远距离操纵、重载机构，如：自行车手闸机构，挖掘 机等。 4）连杆曲线丰富，可实现特定的轨迹要求，如：搅拌机构， 鹤式起重机等。
挖掘机
搅拌机构
鹤式起重机
二、平面连杆机构的缺点 1）运动副中的间隙会造成较大累积误差，运动精度较低。 2）多杆机构设计复杂，效率低。 3）多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡，不适用于高速。 多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。 六杆机构及六杆机构的实际应用 本章介绍四杆机构的分析和设计。
1）最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和；（杆长条件） 2）组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 2. 铰链四杆机构存在曲柄的条件
1）各杆长度应满足杆长条件； 2）最短杆为连架杆或机架。
机械原理平面连杆机构及设计
机械原理平面连杆机构及设计平面连杆机构是一种最为基本的机械结构，由于其结构简单、运动可靠等特点，被广泛应用于各种机械设备中。
本文将对平面连杆机构进行介绍，并探讨其设计原理。
平面连杆机构是由至少一个定点和至少三个连杆组成的机构。
定点为固定参考点，连杆是由铰链连接的刚性杆件。
连杆可以分为连杆和曲柄，连杆连接在定点上，曲柄则旋转。
平面连杆机构的运动由这些连杆的位置和相互连接方式决定。
平面连杆机构的设计原理基于以下几个方面：1.运动分析：在设计平面连杆机构之前，首先需要进行运动分析，确定所需的运动类型。
运动类型可以是旋转、平移、摆动、滑动等。
通过运动分析，可以确定连杆的长度和相互连接的方式。
2.运动性能：平面连杆机构的优点是运动可靠，但运动性能也是需要考虑的重要因素。
例如，设计中需要考虑速度、加速度、力和力矩等参数，以满足机构的运动要求。
3.静力学分析：平面连杆机构在工作过程中可能会受到外力的作用，因此需要进行静力学分析。
静力学分析可以确定机构的力矩和应力，从而确定设计的合理性。
4.运动合成：在进行平面连杆机构的设计过程中，需要进行连杆的运动合成。
运动合成是指通过选择适当的连杆长度和连接方式，实现所需的运动类型。
5.运动分解：运动分解是指将合成的运动分解为各个连杆的运动。
通过运动分解，可以确定每个连杆的运动规律，从而进行设计。
当以上原理得到了充分的了解和运用后，可以进行平面连杆机构的具体设计。
具体的设计包括以下几个步骤：1.确定所需的运动类型：根据机械设备的需求，确定所需的运动类型，例如旋转、平移、摆动等。
2.运动分析：对机构进行运动分析，确定连杆的位置和连接方式。
根据机构的运动要求和外力作用，确定连杆的长度。
3.动力学分析：进行动力学分析，确定机构运动时的力学参数，如速度、加速度、力和力矩等。
4.运动合成与分解：根据所需的运动类型，进行运动合成和分解，确定连杆的运动规律。
5.结构设计：根据上述分析和计算结果，进行结构设计。
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
机械原理第三章平面连杆机构及其设计
b12
C1
B
B2
B1
b. 设计 b12
c12
A
B2
C1
C2
B1
A点所在线
A
D点所在线
D
C C2
D
★ 已知连杆两位置
c23
——无穷解。要唯一解需另加条件 ★ 已知连杆三位置
b23 B3
c23
——唯一解 ★ 已知连杆四位置
——无解 B3
b12 B2 B1
C1 C2
C3
AD
B2 B1
分析图3-20
C2 C1 B4
反平行四边形
车门开闭机构
3)、双摇杆机构
若铰链四杆机构的两连架杆均为摇杆， 则此四杆机构称为双摇杆机构。
双摇杆机构
双摇杆机构的应用 鹤式起重机机构
鹤式起重机
倒置机构：通过更换机架而得到的机构称为原机构的倒置机构。
变化铰链四杆机构的机架
C
B
整转副
2
(<360°)
(0~360°)
3
1
(0~360°)
（1）、取最短构件为机架时，得双曲柄机构。 （2） 、取最短构件的任一相邻构件为机架时，均得曲柄
摇杆机构。 （3）、取最短构件的对面构件为机架时，得双摇杆机构。
判断：所有铰链四杆机构取不同构件为机架时，都能演化成带 曲柄的机构。
例：图示机构尺寸满足杆长条件，当取不同构件为机架时 各得什么机构？
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。
《机械原理》-第八章--平面连杆机构及其设计
§ 8-5 多杆机构
1.多杆机构的功用 （1）取得有利的传动角
（2）获得较大的机械利益 （3）改变从动件的运动特性 （4）实现从动件带停歇的运动 （5）扩大机构从动件的行程 （6）使机构从动件的行程可调 （7）实现特定要求下平面导引 结论 由于导杆机构的尺度参数较多，因此它可以满足更为 复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求。但其设计也 较困难。
c f
A
D
b c f max b c f min c b f min
平面四杆机构的基本知识
假设:
b c fmax a d d>a b c f min d a c b f d a min
a d b c a b c d a c b d
' B'C' D
b2 c 2 (d a)2 arccos 2bc
2 2 2 b c ( d a ) or " 1800 arccos 2bc
平面四杆机构的基本知识
Fr C B
F Ft V C V B F C B
A
B
D
A
D
a e
A
b
B'
α
γ
a
C VC F
多杆机构
2.多杆机构的类型 （1）多杆机构的分类 1）按杆数分 五杆、六杆、八杆机构等； 2）按自由度分 单自由度、两自由度和三自由度多杆机构。 （2）六杆机构的分类 1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型两种。
a) 瓦特型
b) 斯蒂芬森型
a) 瓦特Ⅰ型
b) 瓦特Ⅱ型
多杆机构
2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种。
机械设计中的曲柄连杆机构设计
机械设计中的曲柄连杆机构设计1. 概述在机械设计中，曲柄连杆机构是常用的传动机构之一。
它由曲柄和连杆组成，常用于转动运动转换为往复运动的转换装置。
本文将针对曲柄连杆机构的设计进行讨论和探究。
2. 曲柄连杆机构的基本原理曲柄连杆机构基于几何原理，通过曲柄的旋转将往复运动转化为旋转运动或者将旋转运动转化为往复运动。
其基本组成部分包括曲柄、连杆和活塞。
曲柄是一个旋转的轴，连杆通过连接曲柄和活塞来实现往复运动。
3. 曲柄连杆机构设计的要点在进行曲柄连杆机构设计时，有几个重要的要点需要考虑：3.1 运动要求首先需要明确机构所承载的运动要求。
例如，机构所需的往复运动频率、行程大小、运动轨迹的形状等。
这些要求将直接影响到曲柄连杆机构的设计参数。
3.2 曲柄结构设计曲柄的结构设计需要考虑曲柄的强度和刚度。
曲柄的形状和长度会直接影响到机构的运动特性。
一般情况下，曲柄的结构设计会采用一定的经验公式或者有限元分析等方法来确定。
3.3 连杆设计连杆的设计也是曲柄连杆机构中的重要环节。
连杆的长度、剖面形状和材料选择都需要进行合理的设计。
连杆的设计需要满足强度和刚度要求，同时还需要考虑质量和制造难度等因素。
3.4 活塞设计活塞在曲柄连杆机构中起到连接曲柄和连杆的作用，其设计也需要考虑密封性能和轻质化要求。
活塞的几何形状和材料选择都会对机构的性能产生影响。
4. 曲柄连杆机构设计的优化在进行曲柄连杆机构设计时，可以利用一些优化方法来提高机构的性能。
比如遗传算法、神经网络等可以用来寻找最优的设计参数组合。
优化设计可以使曲柄连杆机构在满足运动要求的同时，具备更好的性能指标，如减小能耗、提高传动效率等。
5. 曲柄连杆机构设计的案例分析为了更好地理解曲柄连杆机构设计的实际应用，下面以某某机械设备中的曲柄连杆机构设计为例进行分析。
包括对设计要求的分析、曲柄连杆机构参数的计算和优化等。
6. 结论曲柄连杆机构作为一种常用的传动机构，在机械设计中具有广泛的应用。
连杆机构及其设计知识点
连杆机构及其设计知识点连杆机构作为一种常见的机械传动装置，在工程设计中起到了重要的作用。
它由多个连杆和连接件组成，能够将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。
本文将介绍连杆机构的定义、分类、工作原理以及设计中需要注意的知识点。
一、连杆机构的定义连杆机构是由多个连杆和连接件组成的机械传动装置。
它通过连接不同的连杆，使其在特定的轨迹上进行运动，并实现不同的机械功能。
二、连杆机构的分类根据连杆的数量和类型，连杆机构可以分为四种基本类型：曲柄滑块机构、摇杆机构、滑块机构和翼型机构。
1. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构由曲柄、连杆和滑块三部分组成。
曲柄通过旋转产生连杆的运动，滑块在连杆的控制下做往复直线运动。
曲柄滑块机构广泛应用于发动机、压力机、锻压机等设备中。
2. 摇杆机构摇杆机构由摇杆和连接件组成。
摇杆以一端固定，另一端通过连接件完成与其他部件的连接。
摇杆机构可将旋转运动转换为另一种旋转运动或直线运动。
摇杆机构常见于挖掘机、摇摆门等设备中。
3. 滑块机构滑块机构由滑块和连杆组成，滑块在连杆的控制下沿直线轨迹运动。
滑块机构广泛应用于自动化机械、冲床等领域。
4. 翼型机构翼型机构是由翼型件和其他连杆组成的机构，它可以实现翼型件的曲面运动。
翼型机构常见于飞机的机翼结构设计中。
三、连杆机构的工作原理连杆机构的工作原理是基于连杆间的运动转换关系。
通过调整连杆的长度、夹角和固定点的位置，可以实现不同形式的运动转换。
工程设计中，需要根据实际需求选择合适的机构类型和参数。
四、连杆机构设计的知识点在进行连杆机构的设计时，需要注意以下几点：1. 连杆长度的选择：连杆的长度决定了机构的运动幅度和速度。
通过合理选择连杆的长度，可以满足设计要求。
2. 连杆夹角的确定：连杆夹角决定了机构传动比和输出运动的特性。
在设计过程中，需要根据具体场景选择合适的夹角。
3. 连杆的材料选择：连杆的材料应具有足够的强度和刚度，以满足机构运动的要求。
机械原理四连杆机构全解
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的 分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无 助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越 小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0， 所以压力角是反映机构传力效果好坏的 一个重要参数。一般设计机构时都必须 注意控制最大压力角不超过许用值。
死点会使机构的从动件出现卡死或 运动不确定的现象。可以利用回转机构 的惯性或添加辅助机构来克服。如家用 缝纫机中的脚踏机构，图4-3a。 有时死点来实现工作，如图4-6所示 工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆 CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传 给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力 不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F 后，工件依然被可靠地夹紧。
图4-3a所示为缝纫机的踏板机构， 图b为其机构运动简图。摇杆3（原动 件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1 （从动件）做整周转动，再经过带传 动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性有。
急回 压力与传动角 死点
1．急回运动
如图4-4所示为一曲柄摇杆机构， 其曲柄AB在转动一周的过程中，有两 次与连杆BC共线。在这两个位置，铰 链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别 为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D 和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。
机械原理平面连杆机构及其设计
3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构
3.4按给定的行程速比系数K设计四杆机构
湖
南 建
§8－4 平面四杆机构的设计
材
高 专
一、 连杆机构设计的基本问题
专
用
作 机构选型－根据给定的运动要求选择机
者 ：
构的类型；
潘
存 云
尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度
教 授
尺寸)。
同时要满足其他辅助条件：
K1
湖
南 建
曲柄滑块机构的急回特性
材
高
专
专
用
作 者
θ 180°＋作者θ：潘存云教授
：
潘
存
云
教
180°-θ
授
θ 180°＋θ
作者：潘存云教授
180°-θ
思考题： 对心曲柄滑块机构的急回特性如何？ 导杆机构的急回特性 应用：节省返程时间，如牛头刨、往复式输送机等。
对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K, 先求出θ ，然后在设计各构件的尺寸。
专
专 用
若∠B1C1D≤90°,则
γ1＝∠B1C1D
作 者
∠B2C2D＝arccos[b2+c2-(d+a)2]/2bc
： 潘 存
若∠B2C2D>90°,
则
γ2＝180°-∠B2C2D
云 教 授
γmin＝[∠B1C1D, 180°-∠B2C2D]min
机构的传动角一般在运动链 最终一个从动件上度量。
将以上三式两两相加得：
a≤ b, a≤c, a≤d
AB为最短杆 若设a>d，同理有：
B’
a
b C’ b c
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。
机械原理与设计之平面连杆机构
机械原理与设计之平面连杆机构引言平面连杆机构是一种常见的机械装置，用于将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。
在机器设计中，平面连杆机构被广泛应用于各种机械装置，如发动机、机械手臂和汽车悬挂系统等。
本文将介绍平面连杆机构的基本原理、设计方法以及一些常见的平面连杆机构。
基本原理平面连杆机构由多个连杆组成，其中至少一个连杆可以旋转。
连杆通过连接处的铰链相互连接，形成一个闭合的链条。
其中一个连杆称为曲柄杆，用于提供旋转驱动力，而其他连杆则用于将驱动力传递给要执行的任务。
平面连杆机构的运动分析主要基于几何学原理和运动学原理。
平面连杆机构的运动是由各个连杆的长度、角度和运动速度决定的。
通过对各个连杆的长度和角度进行合理设计，可以实现所需的运动轨迹和速度。
平面连杆机构的设计必须考虑到各个连杆的运动约束、力学平衡以及运动的精确性和可靠性。
设计方法设计一个平面连杆机构需要经过以下几个步骤：1.确定设计需求：首先需要明确所需的运动特性和任务要求。
例如，是需要将旋转运动转化为直线运动还是将直线运动转化为旋转运动，还需要考虑到运动的速度、力量和精确性等因素。
2.确定连杆的长度和角度：通过几何学原理和运动学原理，可以根据设计需求确定各个连杆的长度和角度。
连杆的长度和角度直接影响着机构的运动轨迹和速度。
3.确定连杆的连接位置：在设计过程中，还需要确定各个连杆的连接位置，即铰链的位置。
铰链的位置直接决定了连杆之间的运动关系。
4.分析运动特性：通过运动学分析，可以计算出机构的运动特性，如连杆的位移、速度和加速度等。
这些数据可以用于评估机构的性能和合理性。
5.进行力学分析：在设计过程中，还需要进行力学分析，以确保机构的稳定性和可靠性。
力学分析可以确定机构的最大负载和各个连杆之间的力传递情况。
6.优化设计：根据运动特性和力学分析的结果，可以对设计进行优化。
通过调整连杆的长度、角度和连接位置等参数，可以改进机构的性能和可靠性。
机械原理 平面连杆机构及设计课件
仿真分析
利用计算机仿真软件对机构进行模拟分析， 评估其性能。
实验测试
通过实际测试机构的性能，与理论分析进行 对比验证。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 ，对机构参数进行优化。
04
平面连杆机构的运 动分析
机构运动的基本方程
01
平面连杆机构的基本运动方程是 根据机构的运动学和动力学特性 建立的，它描述了机构中各构件 之间的相对运动关系。
刚度对机构性能的影响
刚度不足会导致机构运动失 真、振动等问题，影响其正 常工作。
06
平面连杆机构的实 例分析
曲柄摇杆机构的实例分析
曲柄摇杆机构是一种常见的平面连杆机构，它由曲柄、摇杆、连杆和机架组成。 曲柄旋转，通过连杆传递运动给摇杆，使摇杆在一定范围内摆动。
实例：缝纫机脚踏板机构。缝纫机脚踏板机构就是一个典型的曲柄摇杆机构的应 用。当脚踏板转动时，通过连杆将运动传递给摇杆，使机头上下摆动，完成缝纫 工作。
应力分析
通过计算机构各构件在工作状态下的应力分布，评估其强度是否 满足设计要求。
疲劳强度
考虑机构在循环载荷作用下的疲劳强度，预测其使用寿命。
可靠性分析
基于概率论和统计学方法，评估机构在各种工作条件下的可靠性。
机构的刚度分析
刚度定义
刚度表示机构抵抗变形的能 力。
刚度分析方法
通过有限元分析、实验测试 等方法，评估机构的刚度性 能。
双曲柄机构的实例分析
双曲柄机构由两个曲柄、连杆和机架组成。两个曲柄同时旋 转，通过连杆传递运动，使另一个曲柄产生相对的旋转运动 。
实例：飞机起落架机构。飞机起落架机构中的前轮转向机构 就是一个双曲柄机构的应用。当飞机滑行时，双曲柄机构使 前轮左右摆动，实现飞机的前轮转向。
机械原理与设计平面连杆机构
机械原理与设计平面连杆机构引言连杆机构是机械工程中非常重要的一类机构，广泛应用于各种机械装置中。
平面连杆机构是其中最简单、常见的一种连杆机构。
本文将介绍机械原理与设计平面连杆机构的基本概念、工作原理及设计要点。
一、连杆机构的基本概念连杆机构是指由刚性杆件连接而成的机械系统，它具有一定的自由度和特定的运动特性。
平面连杆机构是指所有杆件均在同一平面内运动的连杆机构。
平面连杆机构由连杆、铰链和主动副组成。
连杆：连杆是连接其他杆件的刚性杆件，具有一定的长度和形状。
铰链：铰链是连接连杆的关节，它允许连杆相对旋转，保持一定的约束。
主动副：主动副是指能够驱动整个机构运动的关节，通常由电机或气动装置驱动。
二、平面连杆机构的工作原理平面连杆机构的工作原理是利用连杆的长度、角度和铰链的位置来实现特定的运动。
在平面连杆机构中，主要有以下几种常见的运动形式：1.顺序运动：当主动副驱动时，各个连杆按照一定的顺序依次运动。
这种运动形式常见于内燃机的活塞连杆机构。
2.并联运动：当多个连杆同时受到主动副驱动时，它们以同步的方式进行运动。
这种运动形式可以用来实现机械手臂等装置的运动。
3.逆运动：当主动副驱动时，连杆和铰链的位置发生变化，使机构实现逆向运动。
这种运动形式常见于一些特殊装置的设计。
平面连杆机构的工作原理和运动形式可以通过机械原理的分析和运动学的计算来实现。
其中，机械原理用来推导连杆运动的基本方程，而运动学则用来分析连杆机构的运动特性和运动关系。
三、平面连杆机构的设计要点在设计平面连杆机构时，需要考虑以下几个要点：1.运动要求：根据具体的工作要求，确定机构需要实现的运动形式和工作速度等指标。
2.运动范围：根据工作空间和杆件的长度等约束条件，确定连杆机构的运动范围。
3.结构强度：根据承载力和杆件的材料等因素，设计连杆机构的结构强度和刚度，以确保机构的正常工作。
4.运动平稳性：通过运动学计算和动力学分析，确定机构的运动是否平稳，以及如何减小振动和冲击力。
《机械原理》连杆机构
基本内容： 1)平面连杆机构的定义、类型及应用； 2)四杆机构的基本型式及演化; 3)平面四杆机构的基本特性; 4)平面四杆机构的运动设计(尺寸综合)。
连杆机构的定义： 由若干个刚性构件用低副（转动副、移动副）
连接而成的机构—连杆机构，又称为低副机构。 用四个转动副连接而成的四杆机构—铰链四杆机
图(a) ：对心曲柄滑块机构。
偏距 e 等于零。滑块 C 的行程等于2 lAB ；往
返的平均速度也相同。 图(b)：偏置曲柄滑块机构。
偏距 e 不等于零。滑块 C 的行程不等2 lAB ；
往返的平均速度也不相同。
3. 取不同的构件为机架
(1)曲柄滑块机构
杆2长度>杆1长度，形
成转动导杆机构；
杆2长度<杆1长度，形
lA DlBC lC D lAB
2)若AB为最长杆
lAD lAB lCD lBC
lAB80mm lAB12m0m
结论： 8m 0 m lAB 12 m0m
(3)若欲成为双摇杆机构，则应分析两种情况： 1)机构各杆件长度满足“杆长之和条件”，但
以最短杆的对边为机架； 2)机构各杆件长度不满足“杆长之和条件”。 *本题只存在第二种情况。
法确定：(1)曲柄和连杆的长度
的 min 。
lAB,lBC
；(2)机构
拟设计一偏置曲柄滑块机构。已知滑块行
程 H50 m，m偏距 e20mm ，k1.5，试用图
解法确定：
((21))曲 曲柄 柄和 为连 原杆 动的 件长时度机构lA 的B, lmBaC,x；m ax；
(3)滑块为原动件时机构的死点位置。
D 时 lAB 的取值范围。
解： lA B lB C lC D lA D 0 lA B 7 m 0m
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k
v2 v1
c1c2 /t2 c1c2 /t1
t1 t2
1 2
180 180－
或：
＝180 k 1
k 1
结论：当θ≠0时，机构具有急回运动特性，θ角愈 大，K值愈大，急回运动特性愈显著。
3.运动连续性 1、运动连续性：当主动件连续运动时，从动件也能连续占据预定 的各个位置，称为机构具有运动的连续性。
2 . 急回运动特性
在曲柄等速回转情况下，由于α1=180°+θ，α2=180°-θ， 所以t1>t2,摇杆往复摆动的平均速度为V2>V1.把摇杆的这种往 复摆动快慢不同的运动称为急回运动。 急回运动的程度可以用行程速比系数K来衡量：
C C1
C2
l2
B
l3
ψ
φ1
l1 θ
B1
l4
A
D
φ2
B2
行程速比系数
在下图所示曲柄摇杆机构中，若以摇杆为主动件，则当连 杆与曲柄共线，机构的传动角为零，机构此位置就称为死 点。而对于图示的曲柄滑块机构，当以滑块为主动件，机 构也处于死点位置。
4.2.1 运动特性 1.转动副为整转副的条件-----铰链四杆机构有曲柄的条件
C2
B
l2
C C1 l3
l1
B2 A
l4
B1
D
C2
B
l2
C C1 l3
l1
B2 A
l4
B1
D
在ΔB1C1D中，根据三角形任意两边之差必
l3l2 l4 l1
小于等于第三边，可得：
l2 l3 l4 l1
(1)
移项可得：
l1l3 l4l2
(4 )
满足上述条件时，取不同的构件为机架时，可 得三种不同性质的铰链四杆机构
取最短杆的邻杆为机架 －－－曲柄摇杆机构
取最短杆的对杆为机架 －－－双摇杆机构
取最短杆为机架 －－－双曲柄机构 图10
“最短构件与最长构件的长度之和 小于或等于其余两构件长度之和” 是必要条件， 如果不满足此条件， 无论取那个构件作为机架，都不存 在曲柄。
最大值。
2C
B
1 1
vc
F
3
maCx 2
A
4
D B2
A
D
视频1
机构的死点位置
1．死点
图示曲柄摇杆机构，摇杆 CD为主动件，当机构处于连杆 与从动曲柄共线的两个位置时， 出现了传动角γ＝o。的情况。 这时主动件CD通过连杆作用于 从动件AB上的力恰好通过其回 转中心，所以不能使构件AB转 动而出现“顶死”现象。机构的 此种位置称为死点。
铰链四杆机构的三种基本型式 曲柄摇杆机构：指两连架杆一为曲柄，一为摇杆的铰链四杆机构。
双曲柄机构：指两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构。若机构中相对两杆平行 且相等，则成为平面四边形机构。
惯性筛
双摇杆机构：指两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。
4.1.2 平面四杆机构的演化
由四杆机构的基本型式通过演化可以得到其它多种 结构型式。 常用的演化方法有 1、转动副变移动副 曲柄摇杆机构→曲柄滑块机构→双滑块机构
4.2.2 传力特性
1、压力角α
在不计重力、 摩擦力、惯性力的 条件下，机构中输 出件所受主动力的 方向线与该受力点 的绝对速度方向线 所夹的锐角。
B
2பைடு நூலகம்
1 1 A
4
F2
C
F
F1
3
V
D
2、传动角γ
压力角的余角，
γ=900-α。
min
α越小， γ越大，则机构传力性能越好。
常用传动角的大小和变化来衡量机构传力 性能的好坏。设计时通常要求γmin≥40°， 对于高速和大功率的传动机械， γmin≥50°。
B
1 1 a A
F2
2b
C
F
f
c
3
F1vc
4d D
A
C1 D
视频1
BC cD o 1b2 sc2a2d22acdo s
2bc
2）当∠BCD >900时，γ =1800-∠BCD，则γmin =
1800-∠BCDmax ，由公式可知，当φ = 1800时，
有∠BCDmax 。即曲柄与机架拉值共线时，机构将出现
最小传动角的确定
图示铰链四杆机构中，原动件为
AB。各杆长度为：a、b、c、d。
由图可见，γ 与
机构的∠BCD有关。 在ΔABD和ΔBCD中，
B
1 1 a A
F2
2b
C
F
c
F1vc
3
4d D
由余弦定理得：
B2D a 2 d2 2 a d co s
B2D b 2 c2 2 b c co B s CD
4.1.1平面四杆机构的基本型式
全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆 机构
连杆
视频:2
连架杆 机架
平面四杆机构的基本型式 曲柄——作整周运动的构件 摇杆——作摆动的构件。
铰链四杆机构根据连架杆的运动形式不同分为：
○ 曲柄摇杆机构（视频1） ○ 双曲柄机构（视频2） ○ 双摇杆机构（视频3）
l1l2 l4l3
(2)
C2
B
l2
C C1 l3
l1
B2 A
l4
B1
D
l1l3 l4l2
l1l2 l4l3
在ΔB2C2D中，根据三角形任意两边之和必大于等于 第三边，可得：
l1 l4 l2 l3
(2)
(3 )
以上三式两两相加并化简可得： l1 l2 l1 l3 l1 l4
铰链四杆机构曲柄存在条件： 1、曲柄为最短杆； 2、最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和
4 扩大移动副的尺寸
曲柄摇杆机构
偏心盘机构
（视频8） 機械原理視頻 连杆（1-2）.avi
4.2 平面连杆机构的工作特性
平面连杆机构具有传递和变换运动，实现力 的传递和变换功能，前者称为平面连杆机构的运 动特性，后者称为平面连杆机构的传力特性。
了解了这些特征，对于正确选择连杆机构的 类型，进而进行机构设计具有重要指导意义。
视频11
①
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 曲柄摇杆机构 双摇杆机构
②
曲柄滑块机构 导杆机构
摇块机构
定块机构 (直动滑杆机构)
3. 变换构件形态 两个移动副的四杆机构 ①若选择构件2或4为机架时，就 是正弦机构； ②若改取构件3为机架,则为双滑块 机构; ③当取构件1为机架时，便演化为 双转块机构。
视频13
则
BC cD o 1b2 sc2a2d22 ac dos
2 bc
BC cD o 1b2 sc2a2d22acdo s
2bc
1）当∠BCD <900时，γ =∠BCD，则γmin =∠BCDmin ，
由公式可知，当φ = 00时，有∠BCDmin 。即曲柄与机架重
合共线时，机构将出现最小值。
机械设计原理连杆机构
连杆机构：由若干个构件通过低副连接而组 成，又称为低副机构。
平面连杆机构：所有构件均在相互平行的平 面内运动的连杆机构。
空间连杆机构：所有构件不全在相互平行的 平面内运动的连杆机构。
由于平面连杆机构不仅应用广泛，而且还往 往是多杆机构的基础；所以这里重点介绍平 面连杆机构.
4.1 平面连杆机构的类型