连杆机构及其设计
《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
连杆机构的分析和设计
连杆机构的分析和设计连杆机构是一种常见的机械传动装置，具有结构简单、传动平稳等优点，被广泛应用于各个领域。
本文将对连杆机构的分析与设计进行详细介绍。
连杆机构由连杆和关节构成，其中关节是使连杆之间能够相对运动的连接部件。
连杆机构可分为四杆机构、双曲杆机构和单曲杆机构等多种类型。
其中，四杆机构最为常见，是由四根连杆组成的机构。
机构结构分析是指对机构的组成部件进行材料选择、尺寸设计等工作。
在选择材料时，需考虑连杆的抗拉强度、抗压强度等因素。
在尺寸设计中，需满足机构的强度要求，同时尽量减小机构的质量和体积。
此外，连杆机构还需考虑连杆的相互约束关系，以保证机构的稳定性。
运动分析是指对机构运动规律进行研究。
在分析连杆机构的运动规律时，首先需要确定机构中各个连杆的运动关系。
常用的分析方法包括位置分析和速度分析等。
位置分析是指通过几何方法，确定机构各杆件的位置关系，以及杆件随时间变化的位置。
速度分析是指通过运动学方法，确定机构各杆件的速度关系，以及杆件随时间变化的速度。
在连杆机构的设计中，除了满足基本的运动规律外，还需考虑一些实际问题。
比如，在机构设计中，需考虑连杆的制造精度、装配误差等因素，以保证机构的运动精度。
在机构的运动平稳性分析中，需考虑机构的平衡性，避免机构发生过大的振动和冲击。
此外，在连杆机构设计中，还需考虑力学中的静力学平衡条件，以确保机构中各部件受力平衡，避免发生失稳或破坏。
在连杆机构的设计中，还可以根据不同的需求进行优化设计。
比如，在满足机构基本要求的前提下，通过调整连杆的形状和尺寸等参数，以提高机构的运动性能。
此外，还可以通过使用特殊连杆形式，如曲柄滑块机构、摇杆机构等，实现特定的运动要求。
总之，连杆机构的分析与设计是一项复杂而重要的工作，需要综合考虑材料选择、尺寸设计、运动规律分析等多个因素。
通过合理的分析与设计，可以确保连杆机构的性能与稳定性，提高机构的使用寿命和效率，实现机构的优化设计。
机械原理课件8平面连杆机构与设计说明
切向分力:
法向分力:
FFco sFsin FFcos
n
▲切向分力F ′越大,机构的传力
性能越好,法向分力 F″越大,机
构的传力性能越差
B
结论：
A
为保证机构的传力
F″
t
C γα F
F′ t
F ″ T′
D
F′
性能，压力角α不能
过大，传动角γ不能过小。
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置：
当 最小或最大时，都有可能出现
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
各铰部链名四称杆及机运构动形式 机是构架平的面基固四本定杆形的机式构件 连架杆 直接与机架相连接的杆件
连杆
B
铰曲链柄曲四柄能杆摇整机杆周构机转的构动三的种构基件本形式连为架：杆
A
摇杆 只双能曲做柄非机整构周摆动的连架杆
A
4
B
A1
2 3 C 导杆机构,动画
4
转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构〔连杆作机架
B 1 A
4
2
C 3
DC
B A
自卸卡车举升机构
移动导杆机构
B BBB 11 1
222
A AA A
3333 CCC 444
B 1
A
2 3
4
C
曲柄滑块机构
B 1
A
手摇唧筒
2 3
F’ E’
C’
D’
G’
平面连杆机构及其设计
连杆机构的设计方法有解析法、作图法和实验法，现 主要介绍作图法。
2。用作图法设计四杆机构
2。1 按连杆预定的位置设计四杆机构 1）已知活动铰链中心的位置
如图，已知连杆BC的三个位置，并知B、C为连杆的铰 链中心
1.2 双曲柄机构
铰链四杆机构中,若两连架杆均为曲柄,则称其为双曲柄机构.
1.2 双曲柄机构
双曲柄机构
1.3 双摇杆机构
铰链四杆机构中,若两连架杆均为摇杆,则称其为双摇杆机构.
2.平面四杆机构的演化型式
2.1、改变构件的形状和运动尺寸
在曲柄摇杆机构中，若摇杆的杆长增大至无穷长，则其 与连杆相联的转动副转化成移动副。 偏置曲柄滑块机构
a)2
(当B2C2 D
900 )
γ1 、γ2中的小者为γmin
3.2 死点
曲柄摇杆机构中,以摇杆为主动件,当曲柄与 连杆共线时,机构的传动角γ=0,机构出现顶死现 象,该位置称为死点.
避免死点的方法
1.错开排列
2.利用惯性
死点的运用 飞机起落架
利用死点设计的夹具
4。铰链四杆机构的运动的连续性
可行区域 ----ψ3（ ψ3’） 不可行区域---- δ 3（ δ 3’）
4。1 错位不连续： 从ψ3区域直接 运动到 ψ3’区域
4。2错序不连续：
当原动件连续运动时，其连杆不能按顺序通过给 定的各个位置。
例
已知铰链四杆机构机架长度 LAD=30mm； 其它两个连架杆长度分别为LAB=20mm； LCD=40mm，问：
即a+b ≤b+c ---2 c≤（d-a）+b
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。
平面连杆机构及其设计
优点： ①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，压强小，承载能力 大，耐冲击； ② 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造； ③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度 可以使从动件得到不同的运动规律； ④可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。 缺点： ①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度； ②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动； ③设计方法比较复杂。
——逆平行（反平行）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）
3. 双摇杆机构 (Double-Rocker Mechanism)
——两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构
C
2
B
3
1
A
4
D
特例：等腰梯形机构— —两摇杆长度相等的双 摇杆机构
汽车前轮 转向机构
功能： 往复摆动
往复摆动
应用实例：
飞 机 起 落 架 机 构
——两个连架杆都是曲柄的铰链四杆机构
B
1
A
C
特例：若机构中相对两杆平行且相等，
则成为平面四边形机构。
2
3
4
D
平行四边 形机构特 性：
▲两曲柄 同速同向 转动
▲连杆作 平动
功能： 连续转动
连续转动
应用实例：
惯性筛机构
机车车轮联动机构
应用实例 播种机料斗机构
升降机构
升降车
台灯伸展机构
应用实例
车门开闭机构
§3-2 平面四杆机构的类型和应用
➢四杆机构各部分的名称：
构件
转动副
机架
连架杆
连杆
周转副 摆转副
曲柄
摇杆
整周 回转
机械原理第4章
LAB居中，则 LAD +LBC＞LCD + LAB ∴ LAB＜70mm
LAB最大，则 LAB+ LAD＞LCD + LBC ∴ LAB＞130mm 结果为50mm＜LAB＜70mm 或130mm＜LAB≤LBC+LCD +LAD=250mm。
第4章 平面连杆机构及其设计
(Chapter 4 Planar linkages and design of linkages)
B A
M F C
E
D
基本内容
1.连杆机构的基本概念 1)铰链四杆机构的基本形式、应用及演化； 2)平面四杆机构的特性。 2.平面连杆机构的设计
学习重点
1)连杆机构的特性； 2)图解法设计平面四杆机构。
CD
2
对心曲柄 滑块机构
偏心曲柄 滑块机构
(2)双滑块机构
当LBC→∞时， →直线。
B 1 1
2
A A 4
2
B 3
C 4
C
3
1
2
B
3
C
4
A
双滑块机构种类：
2 1 4 3
B 2
1
A 4
3 C
2.扩大转动副
B
1 A 1 4 4 B A
2
C
2
C3
3
将B点转动副扩大
3.取不同构件为机架
A
1 2 3 4
C
B A B
2 B 4 1
A
C
2
3
C
C
4
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。
第8章平面连杆机构及其设计
180°-θ
显然：t1 >t2 V2 > V1
摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
所以可通过分析机构中是否存在θ 以及θ的大小来判断机构是否有急 回运动或运动的程度。
称K为行程速比系数。只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
特例：等腰梯形机构－汽车转向机构
B’ C’
B
C
作者：潘存云教授
A
D
CC 电机
作者：潘存云教授
D
蜗轮 BBBA AA
蜗蜗杆杆
风扇座
D
A
作者：潘存云教授
EE
C
B
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
2.平面四杆机构的演化型式 (1) 改变构件的形状和运动尺寸
作者：潘存云教授
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
↓∞ 偏心曲柄滑块机构
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
实例：选择双滑块机构中的不同构件
作为机架可得不同的机构
2
2
1
3
正弦机构
4
1 作者：潘存云教授 4
3
椭圆仪机构
(4)运动副元素的逆换 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两 构件之间的相对运动。
1
1
2
导杆机构 4 3
2 4
摇块机构 3
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到
C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
t2 (180 ) /
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。
第8章-平面连杆机构及其设计
B1
C1
B2
C2
min=00
min=00
B
A
C
B1
C１
min=00
C2
B2
min=00
F
v
死点位置——机构传动角γ=0 0 时的位置。
注意：曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构， 曲柄主动时无死点位置。
克服死点的措施：
1）利用从动件和飞轮的惯性；
2）对从动件施加额外的力；
3）错位排列；
G
G’
C
A
B
D
C1
C2
错位不连续
杆组装配模式应始终保持一致
错序不连续
C1
A
B3
D
C1
C2
B4
B1
B2
C3
例：已知连杆三位置，设计四杆机构。
B1
C1
B2
C2
C3
B3
A
D
出现运动错位不连续。
措施？
另选铰链B、C位置。
C1’
AB1
DC1
若AB主动：
AB2
DC2
AB3
DC3
AB1
DC1’
DC1
AB1
若DC主动：
D
a
b
c
d
2
1
C2
B2
C1
B1
最小传动角 出现在曲柄与机架共线时。
重叠共线时：
拉直共线时：
讨论：标出下列机构在图示位置的压力角α、传动角γ；及最小传动角γmin。
注意：曲柄滑块机构曲柄主动时，γmin在曲柄与导路垂直的位置（两位置之一）。
max
min
a
B
b
A
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-平面连杆机构及设计
曲柄滑块机构有曲柄的条件
B
a
b
C’
C
e
A
b a
B’
显然，需满足: a+e ≤ b
B a
b C”
e
B’
B”
A
C C’
导杆机构有曲柄的条件
摆动导杆机构有曲柄的条件
d- a d
a
B
A
B’
C E’ E
e ≤ d-a
转动导杆机构有曲柄的条件
B a A
CE
d+e ≤ a
d+e d
二、平面四杆机构输出件的急回特性
B2
B1 C
=
DБайду номын сангаас
平行四边形机构
B
b
a
B’
A
d
C C’
c
D
反平行四边形机构
B a
A
A
C 23
C1
D
1
B
B1
4
d
D
b c
C
平 行 四 边 形 机 构
• 实现轨迹：刀刃按一定 轨迹运动
• 实现速度要求：在剪切 区的水平速度有要求
二、平面四杆机构的设计
设计方法
– 几何法 – 解析法 – 实验法
1、给定连杆位置设计四杆机构
C1
C2
B1
C3
B2
B3
A D
2、给定行程速度变化系数设计四杆机构
• 铰链四杆机构-设计过程 • 曲柄滑块机构-设计过程 • 导杆机构-设计过程
δmin
B’’
A
d B’
D
γmin=[δmin , 180-δmax]min δ= arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.
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。
第8章平面连杆机构及其设计
二、特点(Characteristics) 1、优点(Advantage) ： 1）运动副都是低副，低副两元素为面接触，所以耐磨损， 承载大； 2）低副两元素几何形状简单，是圆柱面或平面，所以制 造简单，容易获得较高的制造精度； 3）可以实现不同的运动规律和特定轨迹要求。如：
实现特定运动规律的牛头刨床（图c）； 实现特定轨迹要求的椭圆仪（图d）。
(Evolution of Planar Four-bar Linkage)
1、四杆机构演化的目的： 满足运动方面的要求、改善受力状况、满足结构设 计上的要求。 2、四杆机构的演化方法： 1）改变构件的形状和运动尺寸
摇杆3做成滑块 ββ做成导轨
具有曲线导 轨的曲柄滑 块机构
图8－13 a ）
图8－13 b ）
徐州工程学院
图8－13 a ）
摇杆长→∞, ββ →直线 摇杆3 →滑块， 转动副D →移动副 偏置(eccentric or e≠0
offset)
对心(in-line) e=0 图8－14 曲柄滑块机构
曲柄滑块机构(slider-crank mechanism)常用在冲床、 内燃机、空压机等机械中。
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70≤LCD≤90
二、急回运动和行程速比系数(Quick-return Motion and
Coefficient of Travel Speed Ratio)
1、曲柄摇杆机构 图8-26所示为曲柄摇杆机构， 主动曲柄AB以ω1方向转动。 在曲柄转动一周过程中，有 两次与连杆BC共线（AB1C1重叠 共线、AB2C2拉直共线），这时 摇杆CD的位置CD1、CD2分别位 于其左、右极限位置。
a为最短杆
2）组成该转动副的两杆中必有一杆是最短杆。 上述条件表明：如各杆长动 徐州工程学院 副（C 、D）则为摆转副。
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第8章连杆机构及其设计研究内容：1. 连杆机构及其类型与应用2. 平面四杆机构的基本特性3. 平面四杆机构的设计——图解法和解析法4. 平面多杆机构和空间连杆机构简介第1讲连杆机构及其类型与应用8.1.1 连杆机构及其传动特点8.1.2 平面四杆机构的类型8.1.3 平面四杆机构的应用连杆机构的应用实例：四足行走机，雨伞，假肢例铰链四杆机构曲柄滑块机构摆动导杆机构连杆机构的共同特点：⏹均有连杆：机构的原动件和从动件的运动都需要经过连杆来传动——连杆机构⏹均为低副 : 机构中的运动副一般均为低副——低副机构⏹构件杆状：机构中的构件多呈现杆的形状——杆。
用杆数命名，分四杆机构、六杆机构等连杆机构的传动特点优点： 缺点： ⏹ 运动链长，累积误差大，效率低；⏹ 惯性力难以平衡，动载荷大，不宜用于高速运动；⏹ 一般只能近似满足运动规律要求。
⏹ 运动副一般为低副；⏹ 构件多呈现杆的形状；⏹ 可实现多种运动变换和运动规律；⏹ 连杆曲线形状丰富，可满足各种轨迹要求。
⏹双摇杆机构 ： 等腰梯形机构1. 基本形式连架杆： 曲柄 摇杆转动副： 周转副 摆转副铰链四杆机构 ⏹曲柄摇杆机构⏹双曲柄机构 ： 平行四边形机构，逆平行四边形机构2. 演化形式演化方法：1）改变构件的形状及运动尺寸2）运动副的改变尺寸3）选用不同的构件为机架——机构的倒置4）运动副元素的逆换曲柄摇杆机构的应用：双曲柄机构的应用：⏹连杆直线轨迹运动；连杆姿态大变姿运动 ⏹等腰梯形机构：两摇杆同向摆动转向运动⏹一般双曲柄机构：连续匀速转动变换变速连续转动⏹平行四边形机构：两曲柄同速同向转动；连杆平动运动；连杆同圆轨迹运动 ⏹逆平行四边形机构：两曲柄反向相对运动；双摇杆机构的应用： ⏹连续转动变换往复摆动运动⏹往复摆动运动变换连续转动⏹ 连杆曲线实现运动轨迹要求第2讲平面四杆机构的基本特性（一）8.2.1 铰链四杆机构的周转特性8.2.2 铰链四杆机构的急回特性8.2.3 铰链四杆机构的轨迹特性8.2.4 铰链四杆机构的运动连续1. 铰链四杆机构有曲柄的条件（1）周转副的条件⏹最短杆长度＋最长杆长度≤其余两杆长度之和——杆长条件；⏹组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。
（2）铰链四杆机构有曲柄的条件⏹各杆长度应满足杆长条件；⏹最短杆为连架杆或机架。
2. 铰连四杆机构的杆长条件与类型（1）各杆长度满足杆长条件不等式的机构类型（2）各杆长度满足杆长条件等式的机构类型（3）各杆长度不满足杆长条件的机构类型急回运动——主动件曲柄等速转动时，从动件摇杆摆回的平均速度大于摆出的平均速度的运动特性K =v 2v 1 = 180°+θ180°+θ结论：当机构存在极位夹角θ 时，机构便具有急回运动特性；且θ 角越大，K值越大，机构的急回性质也越显著。
1. 铰链四杆机构的急回运动（1）急回运动及行程速度变化系数K⏹慢进快回运动⏹快进慢回运动⏹无急回运动2. 四杆机构的急回运动在工程的应用（2）双曲柄机构的行程速度变化系数K =ωm ωo = （360°−φ1）α1（180°−α1）φ11. 曲柄摇杆机构的连杆曲线特性⏹连杆曲线的形状特性及应用⏹连杆曲线的尖点及交叉点特性及其应用⏹连杆曲线的对称特性及其应用2. 双摇杆机构的连杆曲线特性⏹封闭与非封闭连杆曲线⏹近似直线的连杆曲线8.2.3 铰链四杆机构的运动连续特性连杆机构的运动连续性——连杆机构在运动过程中能否连续实现给定的各个位置的特性（1）错位不连续——连杆机构设计时，出现要求从动件在两个不连通的可行域内连续运动的情况（2）错序不连续——连杆机构设计时，出现连杆不能按给定的顺序连续运动的情况结论：在设计四杆机构时，必须检查所设计机构是否满足运动连续性要求——检查是否存在错位、错序不连续问题，并考虑能否补救或其他方案。
第3讲平面四杆机构的基本特性（二）8.3.1 铰链四杆机构的传力特性8.3.2 演化形式四杆机构的基本特性1. 传动角及压力角压力角α ——不计摩擦及构件的重力和惯性力时，机构主动件作用于从动件上的力与其作用点的速度方向所夹的锐角。
传动角γ——连杆与从动件之间所夹的锐角，且γ ＝90°−α ≤90°。
1）传动角用来衡量机构的传力性能的优劣，应使γmin ≥ 40 ～50°。
2）最小传动交的确定：曲柄摇杆机构的γmin出现在主动件曲柄与机架共线的两位置之一。
2. 死点及其应用死点——机构的传动角γ＝0°时，主动件通过连杆作用于从动件上的力恰好通过其回转中心，出现了不能使从动件转动的“顶死”现象的位置。
克服死点的方法: 借助于惯性闯过死点；采用相同机构错位排列。
8.3.2 演化形式四杆机构的基本特性由于演化形式四杆机构可以看作是由铰链四杆机构演化而来，所以由铰链四杆机构得出的基本特性的结论可以方便地应用到其他演化形式的四杆机上。
例偏置曲柄滑块机构第4讲平面四杆机构的设计——图解法8.4.1 连杆机构设计的基本问题8.4.2 平面四杆机构的图解设计8.4.1 连杆机构设计的基本问题根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。
（1）满足预定的连杆位置要求要求连杆能占据一系列预定位置——刚体导引问题。
（2）满足预定的运动规律的要求满足两连架杆预定的对应位置要求——实现函数的问题。
满足给定行程速比系数K 的要求。
（3）满足预定的轨迹要求要求在机构的运动过程中连杆上某些点的轨迹能满足预定的轨迹要求。
8.4.1 连杆机构设计的基本问题图解法和解析法连杆机构设计的方法：图解法：直观、简单、快捷，对于要求机构满足的位置数目不多于三个时，设计也是十分方便的，其设计精度也能满足工作要求，并能为解析法精确求解和优化设计提供初始值，故具有很大的工程实用性。
1. 图解设计的基本思想对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。
用作图法设计四杆机构，就是利用各铰链之间相对运动的几何关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。
四杆机构的图解设计的实质——用作图法确定各铰链中心的位置的问题：固定铰链：A、D活动铰链：B 、C2. 按连杆预定的位置设计四杆机构（1）已知活动铰链B、C 的位置，求固定铰链A、D 的位置——求作圆心法（2）已知固定铰链A、D的位置，求活动铰链B、C的位置——先作机构倒置，再用求作圆心法确定求解条件：当N=3时，有唯一解；当N=2时，有无穷解，此时可根据其他条件来选定一个解，工程应用多；当N=4时，可能有无穷解；当N=5时，可能有解或无解。
例汽车车库门启闭四杆机构的设计3. 按两连架杆预定的对应角位移设计四杆机构（2）按给定三对对应角位移设计（3）按给定多对对应角位移设计（1 ) 按给定二对对应角位移设计 —— 求作活动铰链C i 的位置问题方法：先选取原动件AB 的长度及其位置AB 1，再用反转法原理确定活动铰链C i 。
方法：先用点位归并法和反转法原理将活动铰链B i 的4个点变换为3个点，再求作C i 。
方法：实验图解法。
4. 按预定的轨迹设计四杆机构（1 ) 按预定轨迹上的五个点位设计方法：用点位归并法和反转法原理先确定活动铰链B i的位置，再确定活动铰链C i的位置（2）按预定轨迹上的多个点位设计方法：寻找连杆曲线图谱中与预定轨迹形状相似曲线和尺寸比关系进行设计（3）按预定的轨迹形状设计方法：借助于实验方法进行图解设计，依次确定活动铰链B i和C i的各位置。
5. 按给定的急回要求设计四杆机构方法：利用机构在极位时存在的几何关系∠C1AC2 = θ先作图确定出固定铰链A 的位置，再利用给定的其他辅助条件确定出活动铰链B 的位置。
第5讲平面四杆机构的设计（二）8.5.1 解析法设计的基本思想8.5.2 平面四杆机构的解析设计8.5.1 解析法设计的基本思想在用解析法设计四杆机构时，首先需建立包含机构各尺度参数和运动变量在内的解析式，然后根据已知的运动变量求机构的尺度参数。
方法特点：可借助于计算器或计算机求解，计算精度高，适应于对三个或三个以上位置设计的求解，尤其是对机构进行优化设计和精度分析十分有利。
8.5.2 平面四杆机构的解析设计1. 按预定的连杆位置设计四杆机构2. 按预定的运动轨迹设计四杆机构3. 按预定的连架杆运动规律设计四杆机构（1）按预定的两连架杆对应位置设计（2）按期望函数设计（3）按给定的急回运动要求设计第6讲平面多杆机构和空间连杆机构简介8.6.1 平面多杆机构的功用8.6.2 平面多杆机构的分类8.6.3 空间多杆机构简介说明：多杆机构的尺度参数较多，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。
5）实现从动件带停歇的运动 （单停歇运动，双停歇运动）6）扩大机构从动件的行程7）使机构的从动件的行程可调8）实现特定要求下的平面导引 1）可获得较小的运动所占空间 2）取得有利的传动角 3）获得较大的机械利益 4）改变从动件的运动特性平面多杆机构有如下功用：（1 ) 多杆机构的分类（2）六杆机构的类型2）斯蒂芬森（Stephenson ）型，有三种。
1）按杆数目分：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1）瓦特（Watt ）型，有两种。
瓦特型 斯蒂芬森型（3）六杆机构的应用（1）空间连杆机构概述空间连杆机构——具有空间运动的连杆机构组成特点：具有空间运动的连杆；运动副用有空间运动副。
机构命名：常以杆数命名, 也常以所用运动副命名。
机构特点：用较少数目的构件实现空间复杂运动，结构紧凑，运动多样性和灵活性好，在工程实践中的应用越来越多。
但其分析和综合均较为复杂。
（2）万向铰链机构1）单万向铰链机构机构组成：由末端各有一叉的主、从动轴和中间“十”字构件铰接而成。
机构特点：可变角传动机构，两轴的平均传动比为1；但瞬时角速度比却不恒等于1，而是随时间变化的。
机构的运动特性：当主动轴Ⅰ以ω等速回转时，从动轴Ⅱ的ω2变化范围：1ω1cosα ≤ω2≤ω1/cosα其变化幅度与两轴夹角α有关，一般α≤30°。
2）双万向铰链机构双万向铰链机构的主、从动轴的角速度恒等的条件：⏹轴1、3和中间轴2应位于同一平面内；⏹轴1、3的轴线与中间轴2 的轴线之间的夹角相等；⏹中间轴的两端的叉面应位于同一平面内。
（3）其它空间连杆机构简介1）微创外科手术机械手2）Stewart平台。