机械原理连杆机构分析和设计
《机械原理》第四章 平面连杆机构及其设计
2. 急回特性和行程速比系数
判断下列机构是否具有急回特性：
双曲柄机构和对心曲柄滑块机构适 当组合后，也可能产生急回特性。
机械原理
小结：
第四章 平面连杆机构及其设计
2. 急回特性和行程速比系数
1）急回特性的作用：节省空回行程的时间，提高劳动生产 率。 2）急回特性具有方向性，当原动件的回转方向改变时，急 回的行程也跟着改变。 3）对于有急回运动要求的机械，先确定K，再求θ。
∆DB1C1 中 : a + d ≤ b + c ∆DB2C 2 中 : b ≤ (d-a ) + c
(a ) 即 a+b≤c+d 即 a+c ≤ b+d
c ≤ (d-a ) + b (a ) + (b )，得 a ≤ c (a ) + (c )，得 a ≤ b
(b ) + (c )，得 a ≤ d
手摇唧筒
固定滑块3成为唧筒外壳，导杆4的下端固结着汲水活塞，在 唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。
机械原理
2 . 平面四杆机构的演化形式 ( ) 运动副元素的逆换 4
第四章 平面连杆机构及其设计
将移动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件 之间的相对运动，但却能演化成不同的机构。
构件2 包容 构件3 导杆机构
4-2
平面四杆机构的类型和应用
1. 平面四杆机构的基本形式 2. 平面四杆机构的演化形式
机械原理
第四章 平面连杆机构及其设计
铰链四杆机构 1. 平面四杆机构的基本形式：
机架：固定不动的构件，如AD 杆 连杆：不直接与机架相连的构件，如BC杆 连架杆：直接与机架相连的构件，如AB、CD 杆 曲柄：能作整周转动的连架杆，如AB 杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆，如CD 杆
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机械原理中最经典也是最重要的一种机构类型之一。
这种机构由多个刚性杆件组成，每个杆件都能在平面内移动，它们通过连接点（铰链/球头）相互连接。
平面连杆机构在机械工程领域中有着广泛的应用，能够实现很多不同的机械运动和工作原理。
平面连杆机构中最重要的构件是连杆，也就是连接各个零件的关键杆件，如果连杆设计不合适可能导致机构性能的下降。
因此，平面连杆机构的设计要受到重视，需要考虑以下几个因素。
一、长度比例连杆不同长度比例的设置，对整个机构的运动特性和反应速度有着很大的影响。
在设计平面连杆机构时，需要根据机构所要完成的任务，选择恰当的连杆长度比例，保证机构的平衡性和可靠性，以及使机构的工作效率更高。
二、铰链/球头的位置铰链/球头是平面连杆机构中的关键组成部分。
在设计平面连杆机构时，需要合理选择铰链/球头的位置，以达到机构所要完成的特定任务。
如果铰链/球头设置不当，或者位置过分集中，会使机构不平衡或失效。
因此，设计者需要考虑连杆的长度、位置、形状和角度等因素。
三、材质选择平面连杆机构的设计材料非常重要，它将直接影响到机构的质量和强度。
不同材料的连接部分，对于平面连杆机构的工作效率和稳定性有着非凡的意义。
因此，在设计时，应本着安全、可靠、实用的原则，选用优质、耐用的材料，确保机构长期稳定、可靠的工作。
以汽车减震器为例，汽车减震器中使用的是多连杆机构原理，作为一种基于平面连杆机构的机构类型，它通过几个连杆的特定结构和布局，使得整个减震器能够更好地适应路况，缓解车辆的震动和冲击。
汽车减震器的设计考虑了多个因素，包括结构的稳定性和可靠性，杆件的材质和尺寸比例等。
总结来说，平面连杆机构是机械原理中非常重要的一种机构类型，广泛应用于机械和工程领域，需要经过仔细的设计和考虑，才能达到最好的运转效果。
设计者需要从多个维度进行考虑，包括长度比例、铰链/球头的位置、材质选择等等。
这些因素的合理应用，能够使平面连杆机构能够更好地适应不同的任务需求，达到最高的技术性能和质量水平。
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
机械原理课件第5章 连杆机构设计
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1）低副便于加工、润滑；构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长；2）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。
如：锻压机肘杆机构，单侧曲线槽导杆机构，汽车空气泵，可变行程滑块机构，等。
一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）.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。
曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构：铰链四杆机构（雷达天线，飞剪，搅拌机）锻压机肘杆机构可变行程滑块机构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。
本章介绍四杆机构的分析和设计。
六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构：全部用回转副联接而成的四杆机构。
连架杆——与机架相联的构件；周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副；曲柄1——作整周定轴回转的构件；摇杆3——作定轴摆动的构件；转动副摆转副（C、D）周转副（A、B）铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
实现转动和摆动的转换。
雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用（动画演示）：雷达天线俯仰角调整机构，飞剪机构，搅拌机构，摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。
机械原理-平面连杆机构及设计
平面连杆机构的运动分析
1
位置分析
通过几何和三角学的方法，确定各个连
速度分析
2
杆和转轴的位置。
计算各个部件的速度，了解机构的运动
特性。
3
加速度分析
研究连杆的加速度，对机械系统的稳定 性和性能影响重大。
平面连杆机构的设计原则
力学平衡Biblioteka 确保各个连杆和转轴保持力学平衡，避免不必 要的应力。
优化尺寸
选择合适的尺寸和比例，以提高系统的性能和 耐久性。
机械原理-平面连杆机构及设计
探索机械原理中的平面连杆机构，深入了解其组成部分、运动分析、设计原 则、类型和应用领域。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由连杆和旋转副组成的机械装置，用于转换直线运动和旋转运动。它被广泛应用在各种机械设 备和工具中。
平面连杆机构的组成部分
• 连接杆：用于连接各个部件并传递力和运动。 • 转轴：提供连杆的旋转运动。 • 摩擦面或球面：减小连杆关节的摩擦。 • 约束物：限制连杆的自由运动。
减小摩擦
使用适当的润滑和设计摩擦减小装置，提高效 率。
动态平衡
通过合理设计和调整质量分布，减少系统的振 动。
常见的平面连杆机构类型
滑块曲柄机构
由连接杆、连杆、中心轴和滑块 组成，广泛应用在汽车和机床。
钟摆式机构
采用钟摆原理，具有稳定的运动 轨迹，用于摆锤和钟表。
平行连杆机构
通过平行排列的连杆传递运动和 力，在工程和自动化领域有广泛 应用。
平面连杆机构的应用领域
1 工业生产设备
机械加工、装配线和工厂自动化。
3 家庭用具
打印机、洗衣机和电动工具。
2 交通运输工具
汽车、火车和航空器。
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。
机械原理课程教案—平面连杆机构及其分析与设计
机械原理课程教案一平面连杆机构及其分析与设计一、教学目标及基本要求1掌握平面连杆机构的基本类型，掌握其演化方法。
2,掌握平面连杆机构的运动特性，包括具有整转副和存在曲柄的条件、急回运动、机构的行程、极限位置、运动的连续性等；3.掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转换为可用计算机解决的问题。
4.掌握连杆机构的传力特性，包括压力角和传动角、死点位置、机械增益等；正确理解自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。
5,了解平面连杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式；学会按2~3个刚体位置设计刚体导引机构、按2~3个连架杆对应位置设计函数生成机构及按K值设计四杆机构；对机构分析与设计的现代解析法有清楚的了解。
二、教学内容及学时分配第一节概述（2学时）第二节平面连杆机构的基本特性及运动分析（4.5学时）第三节平面连杆机构的运动学尺寸设计（3.5学时）三、教学内容的重点和难点重点：1.平面四杆机构的基本型式及其演化方法。
2.平面连杆机构的运动特性，包括存在整转副的条件、从动件的急回运动及运动的连续性；平面连杆机构的传力特性，包括压力角、传动角、死点位置、机械增益。
3.平面连杆机构运动分析的瞬心法、相对运动图解法和杆组法。
4.按给定2~3个位置设计刚体导引机构，按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构，按K值设计四杆机构。
难点：1.平面连杆机构运动分析的相对运动图解法求机构的加速度。
2.按给定连架杆的2~3个对应位置设计函数生成机构。
四、教学内容的深化与拓宽平面连杆机构的优化设计。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。
在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握，如整转副、摆转副、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、滑块、低副运动的可逆性、压力角、传动角、极位夹角、行程速度变化系数、死点、自锁、速度影像、加速度影像、装配模式等；基本理论和方法的应用，如影像法在机构的速度分析和加速度分析中的应用、连杆机构设计的刚化一反转法等。
机械原理-平面连杆机构的运动分析和设计
平面连杆机构的设计流程和方法
在这个部分中，我们将深入探讨平面连杆机构的设计，介绍流程和方法，提供实际案例分析，帮助您了解如何设 计成功的机械。
1.
需求分析
将客户的需求转化为机械设计
目标。
2.
构思和设计
基于机械原理构思和设计机械
装备支撑结构，并采用 CAD 软
件实施初始的草图或模型。
3.
材料选择
选择合适的材料和工艺，确保
结构和类型
平面连杆机构通常由零件精细制 造而成，以满足工业和商业目的 的要求。
工程应用
机械工程师们可以使用平面连杆 机构来完成各种复杂的任务，如 发动机和自动化流水线等。
日常应用
平面连杆机构可以进一步应用在 日常用品中，如钟表、洗衣机和 自动售货机等。
平面连杆机构的运动分析方法
在这个部分中，我们将探索平面连杆机构的运动学和动力学，介绍运动方程和速度方程，以及如何用数学 公式计算不同零件的运动和速度。
1 平衡条件
平衡是指物理系统中所有力和运动之间所需达到的状态，这是机械工程师需要考虑的重 要问题。
2 稳定性
稳定性是一个重要的物理学概念，涉及动量、速度和质量，能够帮助工程师在设计平面 连杆机构时考虑不同零件的状态和取向。
3 应用场景
平面连杆机构无处不在，具有开发良好设计的潜力，是自动化流水线的核心，也是钟表、 汽车和机器人的重要部分。
1
运动学
运动学研究物体运动的规律和运动参数，如位移、速度、加速度等。
2
动力学
动力学研究物体的运动状态和运动参数之间的关系，如动量、力和功等。
3
数值模拟
数字计算能够预测机械零件的运动，利用计算机模拟机械过程，提高设计效率。
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。
连杆机构及设计
连杆机构的稳定性分析
01
连杆机构的稳定性是指在一定条件下，机构能够保持其平衡状 态的能力。
02
稳定性分析是连杆机构设计中的重要环节，可以通过静态分析
和动态分析进行评估。
连杆机构的稳定性受到多种因素的影响，如驱动力、阻力和机
03
构参数等。
05 连杆机构的实例分析
实例一：汽车发动机的连杆机构分析
连杆机构组成
连杆机构的传力分析
连杆机构的传力路径
01
分析连杆机构中力的传递路径和方式，了解其传力特性和效率。
连杆机构的传力性能
02
通过计算和分析连杆机构的传力性能，了解其传力效果和优化
方向。
连杆机构的传力损失
03
研究连杆机构在传力过程中的能量损失和效率问题，提出优化
措施。
03 连杆机构的设计
连杆机构的设计原则
工作原理
通过连杆机构的运动，将主轴的旋转运动转化为工作台的往复直线 运动或旋转运动，完成工件的切削、磨削、铣削等加工过程。
特点
传动精度高，刚性好，能够承受较大的切削力和转矩。
06 总结与展望
总结
01
02
03
04
连杆机构在机械工程中具有广 泛应用，如内燃机、压缩机、
印刷机等。
连杆机构设计需要综合考虑运 动学、动力学、强度和刚度等
，力求实现经济效益最大化。
连杆机构的设计流程
1. 明确设计要求
根据实际需求，明确连杆机构的设计任务和目标，包括运 动轨迹、传动效率、可靠性等方面的要求。
2. 选择合适的连杆机构类型
根据设计要求，选择合适的连杆机构类型，如曲柄摇杆机 构、双曲柄机构、双摇杆机构等。
3. 设计连杆机构
机械原理高级篇章连杆机构分析与综合
y 1
C
2
0.5x
C1
0.866y C1 1
（得4）到将（由n步-2）骤个(2)设求计得方的程xC。i、yCi （i=3,...,n)代入上式， （5）求解上述（n-2）个设计方程，即可求得未知量。
注意：共有2个未知量：xC1 、yC1 n=4（给定连杆4个位置）时可得一组确定解。
滑块的导路方向线与x轴的正向夹角为
tgδ y C2 y C1 xC2 xC1
1
cos θ1i sin θ1i 0 R1i
0
D1i sin θ1i cos θ1i
1
1 0 x Pi - x P1
D1i 0
1
y Pi
-
y P1
0 0 1
平移矩阵
xQi
xQ1
y Qi
D1i
y
Q1
1
1
(5—3)
旋转矩阵
二 刚体导引机构的运动设计
B的位移约束方程——定长方程为
(xBi-xA)2+(yBi-yA)2=(xB1-xA)2+(yB1-yA)2 (i=2,3,…n)
B1(xB1,yB1) 1
2
B2
12 i
1i
Bi
y
O
x
A(xA,yA)
R-R连架杆（导引杆）的设计步骤
（1）由连杆上给定的P点的位置xPi、yPi（i=1,2,...,n)和 1i=i - 1(i=2,3,…,n),求刚体(连杆)位移矩阵D1i。
2）实现已知轨迹问题 主要指设计轨迹生成机构的问题
2、设计方法 1）实验法
2）几何法 3）解析法
5—1 平面连杆机构解析综合
刚体导引机构的运动设计 轨迹生成机构的运动设计 函数生成机构的运动设计 平面多杆机构的设计
机械原理-第02章-平面连杆机构及其设计---平面连杆机构的力分析精选全文完整版
将构件的质量假想地集中在某几个预定的点上，使其产生的 力学效应保持不变，这种方法称为质量代换法，假想的质量称 为代换质量，预定点称为代换点。
(1) 质量代换的等效条件
m1 s
m2
n
a. 代换前后构件的质量不变；Σi=m1 i= m
n
b. 代换前后构件的总质心位置不变；
Σi=m1 i xi = 0
n
Σi=m1 i yi = 0
n
c. 代换前后构件对质心轴的转动惯量不变。 Σi=m1 i ( x2i + y2i ) = 0
质量代换法主要用于绕不通过质心轴转动的构件或平面复杂运 动构件的惯性力（力偶矩）计算。
2024年10月16日星期三
10
§2-5 平面连杆机构的力分析
a. 动代换。同时满足上述三 个代换条件的质量代换。对 连杆有：
机构力分析常用方法：图解法和解析法。
2024年10月16日星期三
6
§2-5 平面连杆机构的力分析
WHUT
二、构件惯性力的确定
一般力学法和质量代换法。
1、一般力学法
h s Mi
由理论力学知：惯性力可以最终简化为一个加 Pi′
Pi
于构件质心S处的惯性力Pi和一个惯性力矩Mi，
即：
Pi = -mas
Mi = - Jsε
结论：
(1) 摩擦角与摩擦系数一一对应， j = arctgf；
(2) 总支反力永远与运动方向成90°+ j 角。
2024年10月16日星期三
14
§2-5 平面连杆机构的力分析
WHUT
(2) 楔形面摩擦
θ
θ
以滑块作为受力
体，有
1
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。
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二、压力角和传动角*
压力角：连杆作用于从动件上的力方向与该点速度方向的夹角。 传动角：压力角的余角。设计时满足一定条件。最小传动角计算，
与原动件运动角之间的关系。
三、急回运动和行程速比系数*
1． 极位夹角 2． 行程速比系数 3． 急回作用与急回机构 偏置曲柄滑块机构、导杆机构、曲柄摇杆机构
滑块机构急回特性
运动、动力
运动 目的：是Βιβλιοθήκη 计新机械和了解现有机械运动、动力性能的基础。 方法：图解、解析、实验法。 内容：已知原动件的运动，求其它构件的运动。 动力 目的：是影响机械运动和动力性能的重要参数；是决定构件尺
寸和结构形状的重要依据。 方法：低速机械——静力分析，高速（重载）机械——动态静
力分析 内容：确定运动副反力，求平衡力或力矩
二、连杆机构特点*
1、面接触，单位面积所承受的力较小，且便于润滑，磨损小—满足重 载机械要求
2、运动副元素形状为面——制造精度高
3．运动副接触依靠自身几何形状来封闭，无需外载荷作用
4．*连杆曲线运动轨迹的任意性，能实现多种运动规律或运动轨迹要求
5．连杆机构可以实现运动转换，如：回转
移动
6．连杆机构设计的近似性
二、机构演化*
1．改变构件形状、相对尺寸或运动副尺寸，转动副演化为移动副 1) 曲柄摇杆机构——偏置曲柄滑块机构——对心曲柄滑块机构
—正弦机构 2) 曲柄摇杆机构——偏心轮机构 2． 取不同构件为机架 1) 曲柄摇杆机构——双曲柄机构——双摇杆机构 2) 曲柄滑块机构： 转动导杆机构（牛头刨床） 摆动导杆机构（书3-18牛头刨床） 曲柄摇块机构（自卸卡车） 移动导杆机构（定块机构）（手摇唧筒）
第三章 连杆机构分析和设计
3-1 概述 * 3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化 3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念 3-4 平面四杆机构的运动分析 3-5 平面四杆机构的力分析和机械效率 3-6 平面四杆机构设计 3-7 机器人操作机——开式链机构及其运动分析
3-1 概述
一、连杆机构定义 二、连杆机构特点 三、本章内容
a)θ=0 , k=1 -------无急回特性 (对心曲柄滑块机构) b)θ ≠0 ，k>1-------有急回特性（偏置曲柄滑块机构）
导杆机构急回特性
a) θ ≠0 ，k>1- -------有急回特性 (转动导杆机构） b)θ ≠0 ，k>1-------有急回特性（摆动导杆机构）
四、死点位置*
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及 几个基本概念
一、铰链四杆机构有曲柄的条件 二、压力角和传动角 三、急回运动和行程速比系数 四、死点位置
一、铰链四杆机构
有曲柄的条件 *
一、铰链四杆机构有曲柄的条件 *
1． 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆之和 2． 最短杆是连架杆或机架 推论 1． 不满足上述两条件，但能构成四杆机构，得到双摇杆机构 2． 若满足上述条件： 最短杆为机架——双曲柄机构 最短杆相邻两杆为机架——曲柄摇杆机构 最短杆对边杆为机架——双摇杆机构
先求解速度瞬心，后进行速度（角速度）分析 １）平面低副机构 铰链四杆机构：求输出构件的角速度，或输入输出构件角速度之比 曲柄滑块机构：求滑块速度 ２）平面高副机构 齿轮机构／摆动从动件盘形凸轮机构：求角速度之比 平底从动件盘形凸轮机构：求平底速度
内容：进行位移、速度、加速度分析。 已知原动件的运动，求其它构件的运动。
目的：是分析、了解、评价现有机械的工作运动、动力性能， 及设计和优化新机械的基础。了解机械运动空间、运动干涉， 运动工作要求。
方法：图解、解析、实验法。
二、用速度瞬心法作平面机构速度分析
应用：构件数较少的机构。不能进行加速度分析。 1．速度瞬心 ２．速度瞬心求法 ３．用速度瞬心进行机构速度分析
２．速度瞬心求法
１）两构件直接接触 ２）两构件不直接接触
１）两构件直接接触
转动副：铰链中心 移动副：垂直于导路的无穷远处 高副：纯滚动——接触点，相对滚动——接触点的法 线方向，具体根据第三方条件决定
２）两构件不直接接触
三心定理：三个彼此做平面相对运动的构件 共有３个瞬心，且位于同一直线上。
３．用速度瞬心进行机构速度分析
1． 死点位置：曲柄与连杆共线（摇杆为主动件） 2． 解决措施：惯性构件、错位机构布置 3． 应用：飞机起落架、夹具
3-4 平面四杆机构的运动分析
一、研究机构运动分析的目的和方法 二、用速度瞬心法作平面机构速度分析 三、用解析法进行平面机构的速度和加速度 分析
一、研究机构运动分析的目的和方法
一、连杆机构定义
定义：由若干个杆件通过低副(Lower-pair)连接而组成的机构 称为连杆机构------低副机构。
按相对运动分： *平面机构：各构件在同一平面或相互平行平面内运动。 *空间机构：所有构件不全在相互平行的平面内运动的连杆机构 按构件数分：
四杆机构、六杆机构、多杆机构
连杆机构应用: 各类机械、仪表
１）概念：
1．速度瞬心
单刚体速度瞬心：速度为0的点。
相对运动两构件速度瞬心：相对速度为0的点，或等速重合点。
类型：相对瞬心v≠0，绝对瞬心v=0
２）求法
已知：两构件重合点的相对速度 求：瞬心位置
３）速度瞬心位置和数目确定
速度瞬心位置确定
可能在构件内或也可能在构件外
瞬心数目确定
Ｎ＝k(k-1)/2
7．多杆传动，存有运动副间隙，造成运动积累误差——机械效率低
8．惯性力与力矩平衡难——不宜高速传动
三、本章内容
1、 基础知识：基本类型、演化，基本知识 2． 连杆机构分析：运动、动力。 3． 连杆机构设计
满足预期位置要求（刚体导引机构）， 满足预期运动规律（函数机构）， 满足预期轨迹要求（轨迹机构）
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化 一、基本类型及应用 二、机构演化
一、基本类型及应用*
铰链四杆机构：全部运动副为转动副的四杆机构称为铰链四杆 机构，它是平面四杆机构的最基本型式。
铰链四杆机构可分为以下三种类型： 1．曲柄摇杆机构：鄂式破碎机，雷达天线 2．双曲柄机构：惯性筛 平行四边形机构——火车车轮、天平、摄影平台升降机构。 运动不确定性 反平行四边形机构——车门开闭机构 3．双摇杆机构：鹤式起重机 等腰梯形机构，汽车前轮转向机构