平面四杆机构的工作特性
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平面四杆机构
4.5 平面四杆机构的基本特性
4.5.2 死点
死点的位置
在从动曲柄与连杆共线的连个位置之一时，出 现机构的传动角g=0，压力角a=90的情况，这 时连杆对从动曲柄的作用里恰好通过其回转中 心，不能推动曲柄转动，机构的这种位置称为 死点位置。
死点位置的利弊
利：工程上利用死点进行工作。
弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对传动机 构不利
度过死点的方法
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置。
采用机构错位排列的方法源自平面四杆机构4.1 概述
平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构，又称为平面低 副机构。
由四个构件通过低副联接而成的平面连杆机构，称为四杆机构。 如果所有低副均为转动副，这种四杆机构就称为铰链四杆机构。 平面连杆机构的优点 由于是低副，为面接触，所以承受压强小、便于润滑、磨损较轻，可 承受较大载荷 结构简单，加工方便，构件之间的接触是有构件本身的几何约束来保 持的，所以构件工作可靠 可使从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求 利用平面连杆机构中的连杆可满足多种运动轨迹的要求 平面连杆机构的缺点 根据从动件所需要的运动规律或轨迹来设计连杆机构比较复杂，精度不高。
运动时产生的惯性难以平衡，不适用于高速场合。
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
4.4.1 四杆机构的基本形式
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。
应用举例：牛头刨床横向进给机构、搅面机、卫星天线、飞剪
双摇杆机构应用实例
风扇摇头
4.4 四杆机构的基本形式及其演化
平面四杆机构的基本特性总结
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 H=2a,
0 ,无急回特性。
c.曲柄摆动导杆机构
有急回特性。
H (a b )2 e2(b a )2 e2
0 ,有急回特性。
1
1
B
A
B1
2 B2
0
为描述从动摇杆的急 回特性，在此引入行
K = 180 +
程速比系数 K，即：
程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性，
通常用行程速度变化系数K来表示：
K从 从动 动件 件工 回 作 程 C C1 1C C2 2 平 平 tt1 2t均 均 t1 21 2 速 速 1 1度 度 8 80 0 0 0
说明： （1）机构有极位夹角，就有急回特性 （2）θ越大，K值越大，急回性就越显著
和是铰链四杆机构有曲柄的必要条件。(不满足这一条件 的，必为双摇杆机构。)
但满足这一条件的铰链四杆机构究竟有一个曲柄、两 个曲柄还是没有曲柄，还需根据：取何杆为机架来判断。
以最短杆为机架时得到双曲柄机构； 以最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构； 以最短杆的对面杆为机架时得到双摇杆机构。
例：如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为： a=240mm,b=600mm,c=400mm,d=500mm, （试1）问当：取构件4为机架时，是否存在曲柄？如果存在，哪个 构件为曲柄？ （2）如选取别的构件为机架时，能否获得双曲柄或双摇杆 机构？如果可以，应如何得到？
= 0, δmin= arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc} = 180, δmax= arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}
常用机构类型和应用
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(2) 双曲柄机构
结构特点：二连架杆均为曲柄 运动变换：转动转动，通常二转速不相等 举例：振动筛机构
机械设计基础 —— 平面连杆机构
特殊双曲柄机构
平行四边形机构 结构特点：二曲柄等速 运动不确定问题 车门开闭机构
反平行四边形机构 结构特点：二曲柄转向相反
最短杆是机架
——双曲柄机构
最短杆是连杆
——双摇杆机构
推论2：
当Lmax+Lmin > L(其余两杆长度之和)时
——双摇杆机构
机械设计基础 —— 平面连杆机构
(2) 急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征
极位夹角：
急回特性分析：
1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 - t1 > t2 , v2 > v1
圆轨迹复制机构
AMF保龄球置瓶机扫瓶机构
D
B A
M
C
机械设计基础 —— 平面连杆机构
2 实现从动件运动形式及运动特性的改变
步进式工件传送机构 运动形式改变实例
机械设计基础 —— 平面连杆机构
3 实现较运距离的传动或操纵
应用实例：自行车手闸
机械设计基础 —— 平面连杆机构
4 调节、扩大从动件行程
A
4
D
机架：固定不动的构件——AD
连架杆：直接与机架相连的构件——
AB、CD
连架杆 B
连杆：不与机架相连的构件—BC
1
曲柄：能作整周转动的连架杆
A
摇杆：不能作整周转动的连架杆
连杆 2
C 连架杆
平面连杆机构的类型和工作特性
A 1B
A 1
4 B
4
2
2
3
3C
C
三.含两个移动副的四杆机构
B
2
1
C3
A
4
曲柄滑块机构（对心）
B2 1
3 A
C 4
BC杆长增至
2
1 B
3 A
S
双滑块机构
C
slAB si n
4
双滑块机构应用
缝纫机针杆机构
椭圆仪机构
双转块机构
十字滑块联轴器
四.具有偏心轮的四杆机构
曲柄摇杆机构
偏心盘机构是转动 副扩大的等效形式
利用机构错位排列法来克服死点位置。
2）死点位置在机构中的作用
钻床工件夹紧机构
飞机起落架机构
谢谢观赏！
2020/11/5
47
C
A
l1 B
l2 l4
B
C
l3
即
D
由AC得D,
l3(l2 l1 ) l4
l1l4l2l3
l1l3l2l4 l1 l2 l3 l4
将上式两两相加可得：
l1 l 2
l1
l3
l1
是四杆中最短的杆
l1 l 4
铰链四杆机构有曲柄的条件
杆长条件：最短杆和最长杆长度之和小于或等
于其它两杆长度之和。 最短杆是连架杆或机架。
特点：
有急回特性。
3.压力角和传动角
B
1
1 A
2
4
C
3 D
F 从动件CD受的力F 作用线与该点的绝对
VC 速度Vc 所夹锐角， 称为此位置的压力角。
连杆与摇杆之间所 夹的锐角为传动角。
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
第二章 平面连杆机构
作业：p38
2-3
运动特性分析
例1：
C
γ
α
VC F
α
e 滑块主动
曲柄滑块机构滑块主动→有死点位置
运动特性分析
例2：
n A
m
θ
B1
Γ =90 ° α =0°
B2
φ
摆动导杆机构曲柄主动 →急回
C
摆动导杆机构摆杆主动→有死点位置
§2-3 平面四杆机构的设计
根据给定的运动条件→运动简图的尺寸参数 实现已知(从动件)运动规律 解析法→精确 (位置,速度,加速度) → 作图法→直观 实验法→简便 实现给定点的运动轨迹 √ 一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构(作图法) 二、按给定连杆位置设计四杆机构(作图法)√
(1) 曲柄摇杆机构
• 结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆 • 运动变换：转动摇动
1
2 3 4
• 举例：搅拌器机构、雷达天线机构 、步进式工件传送装置
(2) 双曲柄机构
• 结构特点：二连架杆均为曲柄 • 运动变换：转动转动，通常二转速不相等 • 举例：振动筛机构、旋转式水泵
特殊双曲柄机构
平行四边形机构 结构特点：二曲柄等速 • 运动不确定问题 • 车门开闭机构、天平
三杆, 不可能.
• 平面连杆机构的基本型式是铰链四杆机构 • 其余四杆机构均是由铰链四杆机构演化而成的
1 基本型式（续）
• 结构特点：四个运动副均为转动副 • 组成：机架、连杆、连架杆
C 2 B 1 A 4 3
曲柄
(周转副)
摇杆(摆杆)
(摆转副)
D
机架：固定不动的构件——AD 连架杆：直接与机架相连的构件 —— AB、CD 连架杆 连杆：不与机架相连的构件—BC 曲柄：能作整周转动的连架杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆
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。
平面连杆机构——滑块四杆机构工作特性
(a3+)3如0≤果50能+3成5 为双摇杆机构，求a的取值范围。
(2) 如果能成为双曲柄机构，求a的取值范围。 机在构机中 构具中有，整具转有副整的转构副件的是构关件键占性有的重构要件的。地位，因为只有这种构件才能用电机等连续转动装置来带动。
a+30＞≤5500++3355
1这5时m，m＜应a考＜虑45下m述m 两种情况：
b+a≤c+d 在机曲构柄 中A具B有转整动转一副周的的构过件程是中关，键曲性柄的A构B必件定。与连杆BC有两个共线的位置（曲柄转至B1，B2处）。
所以
50+a≤35+30 a≤15mm
四铰链机构
(2) 若能成为双曲柄机构，则应满足“杆长之和的条件”， 且AD必须为最短杆。 这时，应考虑下述两种情况：
将以上三式两两相加，经过化简后得到 a≤b a≤c a≤d
可见，曲柄1是机构中的最短杆，并且最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两 杆长度之和，我们把这种杆长之和的关系简称为杆长之和条件。
【例】在下图所示四铰链机构中，已知：b＝50mm，c＝35 mm，d＝30mm，AD 为固定件。
另这外时，还应应考考虑虑下(到述1两B)C种与如情C况D果杆：延能长成成一直为线时曲，需柄满足摇三角杆形的机边长构关系，(一边且小于A另B两边是之和曲)，柄即 ，求a的极限值。
平面四杆机构的几个工作特性
构件具有整转副的条件
在机构中，具有整转副的构件占有重要的地位，因为只有这种构件才能用电机等 连续转动装置来带动。如果这种构件与机架相铰接(亦即是连架杆)， 则该构件就是一 般所指的曲柄。机构中具有整转副的构件是关键性的构件。 在图的曲柄摇杆机构中，
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
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。
机械设计之系统方案设计PPT 第二章 连杆机构
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四、 平面连杆机构的设计
4.1 图解法***
– 已知连杆位置，设计连杆机构 – 已知连架杆位置，设计连杆机构 – 已知连杆机构的急回系数，设计连杆机构
4.2 解析法
– 已知连架杆位置，设计连杆机构 – 已知连杆上某点的轨迹，设计连杆机构
4.3 实验法 4.4 最优化方法(了解）
课外题 2（附加分）
参见书中第2.5.4节“急回机构的设计” 的图2.58,试分析曲柄轴心A在弧C1C2和弧 FG选取时的情况。要求绘出各种情况的图 形，以及给出分析的解析式。
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第二章
连杆机构
主要内容： 一、平面四杆机构的基本型式及演化 二、平面四杆机构的工作特性* 三、平面连杆机构的运动分析 四、平面连杆机构的设计**
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0 概述
• 平面连杆机构的特点 1.优点:
– – – – 杆状构件,可以传递较远距离的动作 低副,可以承受很大的载荷 曲线形式的多样性 运动形式的多样性
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急回特性
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2.1 运动特性
3、运动的连续性
• 机构只能在其可行域内运动,不能从一个 可行域跳入另一个可行域.
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2.2 动力特性 1、压力角a、传动角g
4.1 图解法
3、已知曲柄摇杆机构的急回系数K，摇杆 的长度及摆角，设计连杆机构 • 已知曲柄滑块机构的急回系数K，滑块的 行程H，设计连杆机构
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4.2 解析法
•掌握求解思路和求解过程 •给定不同设计初始条件, 设 计的机构分别能实现的精确 位置数目.
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3.1 速度瞬心及其应用
四、 平面连杆机构的设计
4.1 图解法***
– 已知连杆位置，设计连杆机构 – 已知连架杆位置，设计连杆机构 – 已知连杆机构的急回系数，设计连杆机构
4.2 解析法
– 已知连架杆位置，设计连杆机构 – 已知连杆上某点的轨迹，设计连杆机构
4.3 实验法 4.4 最优化方法(了解）
课外题 2（附加分）
参见书中第2.5.4节“急回机构的设计” 的图2.58,试分析曲柄轴心A在弧C1C2和弧 FG选取时的情况。要求绘出各种情况的图 形，以及给出分析的解析式。
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第二章
连杆机构
主要内容： 一、平面四杆机构的基本型式及演化 二、平面四杆机构的工作特性* 三、平面连杆机构的运动分析 四、平面连杆机构的设计**
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0 概述
• 平面连杆机构的特点 1.优点:
– – – – 杆状构件,可以传递较远距离的动作 低副,可以承受很大的载荷 曲线形式的多样性 运动形式的多样性
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急回特性
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2.1 运动特性
3、运动的连续性
• 机构只能在其可行域内运动,不能从一个 可行域跳入另一个可行域.
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2.2 动力特性 1、压力角a、传动角g
4.1 图解法
3、已知曲柄摇杆机构的急回系数K，摇杆 的长度及摆角，设计连杆机构 • 已知曲柄滑块机构的急回系数K，滑块的 行程H，设计连杆机构
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4.2 解析法
•掌握求解思路和求解过程 •给定不同设计初始条件, 设 计的机构分别能实现的精确 位置数目.
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3.1 速度瞬心及其应用
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C 2C1
K -1 180 K +1
θ越大K值就越大，急回特性
就越明显。在机械设计时可根 据需要先设定K值，然后算出θ 值，再由此计算得各构件的长 度尺寸。 急回特性在实际应用中广泛
用于单向工作的场合，使空回
程所花的非生产时间缩短以提 高生产率。例如牛头刨床滑枕 的运动。 牛头刨床机构
B1C1D
a +d b +c
b (d - a ) + c c ( d - a) + b
B2C2 D
a + b d + c a + c d + b a + d b + c
曲柄存在条件
a b a c a d
① 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； ② 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。
缝纫机踏板机构——利用惯性
死点的缺陷
快速夹具 飞机起落架
死点的利用
2、压力角和传动角
压 力 角 α—— 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γ——压力角的余角。 设计条件
min
如何确定γmin？
如何确定铰链四杆机构的最小 传动角？
在△ABD和△BCD中，分别有
2 2 2 l BD a + d - 2ad cos 2 2 2 l BD b + c - 2bc cos
3、死点位置
从Ft = F cosα知，当压力角α = 90°时，对从动件的作用力 或力矩为零，此时连杆不能驱动从动件工作。机构处在这种位 置称为止点，又称死点。
当从动曲柄AB与连杆BC共线 时，出现压力角α = 90°， 传动角γ = 0。 如果以滑块作主动，则当从动曲 柄AB与连杆BC共线时，外力F无 法推动从动曲柄转动。
平面四杆机构的特性
一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件
1.铰链四杆机构中曲柄存在的条件 存在几个曲柄。机构中是否存在曲柄与各构件相对尺寸的大小以及 哪个构件作机架有关。可以证明，铰链四杆机构中存在曲柄的条件
铰链四杆机构的三种基本类型的区别在于机构中是否存在曲柄，
为：
条件一：最短杆与最长杆长度之和不大于其余两杆长度之和。 条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
式中，
BCD 。
联立求解得
b 2 + c 2 - a 2 - d 2 + 2ad cos cos 2bc
o 0（或 180o）时， cos +（或－ 1 1 ）， 有最小值（或最大值） 。
压力角α的余角γ是连杆与摇杆所夹锐角，称为传动角。由于 γ更便于观察，所以通常用来检验机构的传力性能。传动角γ 随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较好的传力性能， 应控制机构的最小传动角γmin。一般可取γmin≥40°，重载高 速场合取γmin≥50°。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄 与机架共线的两个位置之一，如图所示的B1点或B2点位置。
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
死点位置——在摇杆CD为主 动件的曲柄摇杆机构中， 连杆BC与从动曲柄AB出现 两次共线的位置。 特征——γ=0°（α=90°）
机构处于止点位置，一方面驱动力作用降为零，从动件要依 靠惯性越过止点；另一方面是方向不定，可能因偶然外力的 影响造成反转。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。
2.铰链四杆机构基本类型的判别 (2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构; (4)不满足条件一是双摇杆机构。
例已知铰链四杆机构的各杆尺寸,机架的位 置,判断各四杆机构的类型。
二 、平面四杆机构的基本特性
如果改摇杆主动为曲柄主动， 则摇杆为从动件，因连杆BC与 摇杆CD不存在共线的位置，故 不存在止点。
如果改曲柄为主动， 就不存在止点。
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
止点的存在对机构运动是不利的，应尽量避免出现止点。 顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；②利用特殊机构
蒸汽机车驱动轮联动机构
—— 利用机构错位排列
1、急回特性
极位夹角—— 当从动摇杆处于左、右
两极限位置时，主动曲 柄两位置所夹的锐角θ 摇杆的摆角—— 从动摇杆两极限位 置间的夹角ψ
急回特性—— 当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不
同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用v2 与v1的比值K来衡量，K称为行程速比系数。
行程速比系数K
v2 t1 1 180 + t2 K v1 C C t 2 2 180 - 1 2 t1