平面连杆机构及其运动设计
《平面连杆机构》课件
减小机构的整体尺寸，使其更 加紧凑。
重量优化
降低机构的重量，以实现轻量 化设计。
成本优化
通过优化设计降低制造成本。
优化方法
数学建模
建立平面连杆机构的数学模型，以便进行数 值分析。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 对机构进行优化。
有限元分析
利用有限元方法对机构进行应力、应变和振 动分析。
实例二：搅拌机
总结词
搅拌机利用平面连杆机构实现搅拌叶片的周期性摆动，促进物料在容器内均匀混 合。
详细描述
搅拌机中的四连杆机构将原动件的运动传递到搅拌叶片，使叶片在容器内做周期 性的摆动，通过调整连杆的长度和角度，可以改变搅拌叶片的摆动幅度和频率， 以满足不同的搅拌需求。
实例三：飞机起落架
总结词
飞机起落架中的收放机构采用了平面连杆机构，通过连杆的 传动实现起落架的收放功能。
。
设计步骤
概念设计
根据需求，构思连杆机构的大 致结构。
仿真与优化
利用计算机仿真技术对设计进 行验证和优化。
需求分析
明确机构需要实现的功能，分 析输入和输出参数。
详细设计
对连杆机构进行详细的尺寸和 运动学分析，确定各部件的精 确尺寸。
制造与测试
制造出样机，进行实际测试， 根据测试结果进行必要的修改 。
实验验证
通过实验验证优化结果的可行性和有效性。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
通过调整曲柄长度和摇杆摆角，实现 机构的优化设计。
双曲柄机构优化
通过改变双曲柄的相对长度和转动顺 序，提高机构的运动性能。
平面四杆机构优化
通过调整四根杆的长度和连接方式， 实现机构的轻量化和高性能。
平面连杆机构运动分析及设计
3选不同的构件为机架
3
1
4
A
2
B
C
直动滑杆机构
手摇唧筒
这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：
机构的倒置
B
C
3
2
1
4
A
导杆机构
3
1
4
A
2
B
C
曲柄滑块机构
3
1
4
A
2
B
C
摇块机构
3
1
4
A
2
B
C
A
B
C
3
2
1
4
天津工业大学专用 作者： 潘存云教授
摆转副——只能作有限角度摆动的运动副;
曲柄
连杆
摇杆
§3－2 平面四杆机构的类型和应用
1 平面四杆机构的基本型式
天津工业大学专用 作者： 潘存云教授
第三章 平面连杆机构运动分析与设计
§3－1 连杆机构及其传动特点
§3－2 平面四杆机构的类型和应用
§3－3 平面四杆机构的基本知识
§3－6 平面四杆机构的设计
§3－4 运动分析——速度瞬心法
§3－5 运动分析——矢量方程图解法
天津工业大学专用 作者： 潘存云教授
作者：潘存云教授
1 改变构件的形状和运动尺寸
偏心曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
双滑块机构
正弦机构
s
=l sin φ
↓ ∞
→∞
φ
l
2 平面四杆机构的演化型式
天津工业大学专用 作者： 潘存云教授
第5章 平面连杆机构的运动分析
( xBi x A ) 2 ( y Bi y A ) 2 ( xB1 x A ) 2 ( y B1 y A ) 2 ( xCi xD ) 2 ( yCi y D ) 2 ( xC1 xD ) 2 ( yC1 y D ) 2 i 2,3
(a12 cos12 b12 sin 12 x A cos12 y A sin 12 x A ) x B1 (b12 cos12 a12 sin 12 x A sin 12 y A cos12 y A ) y B1 1 2 2 a12 x A b12 y A (a12 b12 ) 2 (a13 cos13 b13 sin 13 x A cos13 y A sin 13 x A ) x B1 (b13 cos13 a13 sin 13 x A sin 13 y A cos13 y A ) y B1 1 2 2 a13 x A b13 y A (a13 b13 ) 2
cos 1i D1i sin 1i 0
xBi xB1 y D y 1i B1 Bi 1 1
xCi xC1 y D y 1i C1 Ci 1 1
Qi Pi Bi
Q1
i P1
B1
1
Ci
C1
A
D
铰链四杆机构实现连杆的三个精确位置P1Q1,，
P2Q2，P3Q3 的设计图解方法
实现三个位置
机构不能可靠到位
曲柄摇杆机构
机构不能顺序到位
5.6.2 平面连杆机构运动设计的位移矩阵法
1.刚体运动位移矩阵 刚体运动→矢量运动
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’
平面连杆机构及其分析与设计
平面连杆机构及其分析与设计平面连杆机构是由连杆和连接点组成的机械结构，广泛应用于各种机械设备中。
它的功能是将输入的旋转运动转化为输出的直线运动或者将输入的直线运动转化为输出的旋转运动。
本文将对平面连杆机构的分析与设计进行介绍。
首先，对平面连杆机构进行分析。
平面连杆机构的主要组成部分是连杆和连接点。
连杆是连接点之间的刚性杆件，可以是直杆、曲杆或者具有其他特殊形状的杆件。
连接点是连杆的两个端点或者连杆与其他机构的连接点，可以是支点、铰链等。
平面连杆机构的运动可以分为三种基本类型：平动、转动和复动。
平动是指连杆的一端保持固定，另一端进行直线运动；转动是指连杆的一端保持固定，另一端进行旋转运动；复动是指连杆的一端进行直线运动，另一端同时进行旋转运动。
进行平面连杆机构的设计时，需要考虑以下几个要点。
首先，确定机构的类型和功能。
根据机构的动作要求和功能要求，选择适合的连杆类型和连接点类型。
其次，进行机构的运动分析。
根据机构的运动要求，确定连杆的长度和连接点的位置，使连杆能够实现所需的运动。
然后，进行机构的力学分析。
根据机构的受力情况，确定连杆的截面尺寸和材料，保证机构的刚度和强度。
最后，进行机构的优化设计。
考虑机构的性能要求和制造要求，对机构进行优化设计，提高机构的工作效率和使用寿命。
在平面连杆机构的设计中，还需要考虑机构的动力学问题。
机构的动力学分析包括静力学分析和动力学分析两个方面。
静力学分析是指在机构静止或静力平衡状态下，对机构受力和力矩进行分析。
动力学分析是指在机构进行运动时，对机构的加速度、速度和位移进行分析。
通过对机构的动力学分析，可以确定机构的惯性力和惯性矩，从而确定机构的动态特性和振动特性。
总之，平面连杆机构的分析与设计是一项复杂而重要的工作。
在进行分析与设计时，需要考虑机构的类型和功能，进行运动分析和力学分析，优化设计和动力学分析。
通过合理的分析与设计，可以使机构具有较好的工作性能和使用寿命，满足各种工程应用的要求。
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。
《平面连杆机构设计》课件
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特点
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结构简单，易于设计和制造。
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具有较大的传递力矩的能力。
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运动形式和运动轨迹相对固定，易于实现精确控制。
平面连杆机构的运动分析
运动分析的基本概念
平面连杆机构定义
平面连杆机构是由若干个刚性构件通 过低副（铰链或滑块）连接而成的机 构，构件之间的相对运动都在同一平 面或相互平行平面内。
运动分析目的
通过分析平面连杆机构的运动特性， 确定各构件之间的相对位置、相对速 度和相对加速度，为机构设计、优化 和性能评估提供依据。
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适用于多种类型的运动转换和传递，如转动、摆动、移动 等。
平面连杆机构的应用
农业机械
如收割机、拖拉机等，利用平面连杆机构实 现谷物、饲料的收割和运输。
轻工机械
如包装机、印刷机等，利用平面连杆机构实 现纸张、塑料薄膜等的传送和加工。
矿山机械
如挖掘机、装载机等，利用平面连杆机构实 现土石的挖掘、装载和运输。
发展趋势：随着科技的进步和应用需求 的多样化，平面连杆机构的设计和制造 技术也在不断发展和创新。
数字化设计和仿真技术的运用，提高了 设计效率和准确性。
PART 02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构是一种常见的平面 连杆机构，由曲柄、摇杆和连杆
组成。
曲柄作为主动件，匀速转动，带 动连杆摆动，摇杆作为从动件，
运动分析的实例
四杆机构
以曲柄摇杆机构为例，通过解析 法分析曲柄的转速、摇杆的摆角 以及各构件之间的相对速度和加
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。
平面连杆机构设计分析及运动分析综合实验
实验二平面连杆机构设计分析及运动分析综合实验一、实验目的：1、掌握机构运动参数测试的原理和方法。
了解利用测试结果，重新调整、设计机构的原理。
2、体验机构的结构参数及几何参数对机构运动性能的影响，进一步了解机构运动学和机构的真实运动规律。
3、熟悉计算机多媒体的交互式设计方法，实验台操作及虚拟仿真。
独立自主地进行实验内容的选择，学会综合分析能力及独立解决工程实际问题的能力，了解现代实验设备和现代测试手段。
二、实验内容1、曲柄滑块机构及曲柄摇杆机构类型的选取。
2、机构设计，既各杆长度的选取。
（包括数据的填写和调整好与“填写的数据”相对应的试验台上的杆机构的各杆长度。
）3、动分析（包括动态仿真和实际测试）。
4、分析动态仿真和实测的结果，重新调整数据最后完成设计。
三、实验设备：平面机构动态分析和设计分析综合实验台，包括：曲柄滑块机构实验台、曲柄摇杆机构实验台，测试控制箱，配套的测试分析及运动仿真软件，计算机。
四、实验原理和内容：1、曲柄摇杆机构综合试验台①曲柄摇杆机构动态参数测试分析：该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调。
该机构的动态参数测试包括：用角速度传感器采集曲柄及摇杆的运动参数，用加速度传感器采集整机振动参数，并通过A/D板进行数据处理和传输，最后输入计算机绘制各实测动态参数曲线。
可清楚地了解该机构的结构参数及几何参数对机构运动及动力性能的影响。
②曲柄摇杆机构真实运动仿真分析：本试验台配置的计算机软件，通过建模可对该机构进行运动模拟，对曲柄摇杆及整机进行运动仿真，并做出相应的动态参数曲线，可与实测曲线进行比较分析，同时得出速度波动调节的飞轮转动惯量及平衡质量，从而使学生对机械运动学和动力学，机构真实运动规律，速度波动调节有一个完整的认识。
③曲柄摇杆机构的设计分析：本试验台配置的计算机软件，还可用三种不同的设计方法，根据基本要求，设计符合预定运动性能和动力性能要求的曲柄摇杆机构。
另外还提供了连杆运动轨迹仿真，可做出不同杆长，连杆上不同点的运动轨迹，为平面连杆机构按运动轨迹设计提供了方便快捷的虚拟实验方法。
平面连杆机构运动分析和设计说明书
§3－1 连杆机构及其传动特点 §3－2 平面四杆机构的类型和应用 §3－3 平面四杆机构的基本知识 §3－4 运动分析——速度瞬心法 §3－5 运动分析——矢量方程图解法 §3－6 平面四杆机构的设计
天津工业大学专用
作者： 潘存云教授
§3－1 连杆机构及其传动特点
D＝ A + B + C 大小：√ ？ ？ √
方向：√ √ √ √
B
A
D
C
B A
DC
天津工业大学专用
蜗蜗杆杆
风扇座
D
A
作者：潘存云教授
EE
C
B
天津工业大学专用
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
s =l sin φ
φ
→∞
l
对心曲柄滑块机构
天津工业大学专用
双滑块机构
正弦机构
作者： 潘存云教授
(2)改变运动副的尺寸
C2
ωB θ 180°＋θ 作者：潘存云教授
C C1
曲柄摇杆机构 3D
A
B1
DD
B2
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置 摆到C2D。 所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
连杆作平动
实例：火车轮 摄影平台 天平
B B’ 作者：潘存云教授
C C’
A
D
AB = CD BC = AD
第章平面连杆机构及其设计
第章平面连杆机构及其设计1. 介绍平面连杆机构是机械运动学中一类常见的重要机构，由连杆（也称杆件）组成，分为接触连杆机构和非接触连杆机构两类。
平面连杆机构能够将旋转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为旋转运动，并广泛应用于各种机械装置中。
2. 平面连杆机构的分类平面连杆机构一般分为以下几类：2.1 四杆机构四杆机构是由四根杆件组成的平面连杆机构，其中两根杆件为引导杆，在机构运动过程中仅仅进行直线运动，另外两根杆件则为连杆，在机构运动过程中发生旋转和直线运动。
2.2 三杆机构三杆机构又称三杆架，是由三根杆件组成的平面连杆机构，其中两根杆件为引导杆，在机构运动过程中仅仅进行直线运动，另外一根杆件则为连杆，在机构运动过程中发生旋转和直线运动。
2.3 双曲杆机构双曲杆机构是由两个连杆组成的平面连杆机构，其中两个连杆的运动轨迹呈现为双曲线形状，能够实现近似于直线的直线运动。
2.4 齿条机构齿条机构是由齿轮和齿条组成的平面连杆机构，齿轮进行旋转运动，齿条进行直线运动，能够实现运动传递和位置定位。
3. 平面连杆机构的设计设计平面连杆机构时需要考虑以下几方面：3.1 运动要求平面连杆机构的设计需要优先考虑机构所要完成的工作，确定所需运动方式、速度、角度等指标，为机构的设计提供技术参考和方向。
3.2 相关构件尺寸在完成运动要求的基础上，需考虑各组件之间的相互匹配，包括连杆长度、引导杆长度、连杆夹角、引导杆倾斜角等。
3.3 材质选取平面连杆机构在耐用性、强度、重量、成本等方面也需要考虑，选用合适的材质，满足机构设计要求。
3.4 连接方式选择平面连杆机构的连接方式通常为销轴连接和螺栓连接，选择合适的连接方式也是机构设计的关键。
4.平面连杆机构是机械装置中常见的一种机构结构，应用广泛，设计时需考虑机构所要完成的工作、构件尺寸、材质选取和连接方式选择等方面，结合实际情况进行设计，才能满足机构的运动要求和性能要求。
机械基础-平面连杆机构
化工机械
如搅拌机、反应器等， 利用平面连杆机构实现
物料的混合和反应。
02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
总结词
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的一种形式，它由一个曲柄和一个摇杆 组成，曲柄通过转动将动力传递给摇杆，使摇杆进行摆动或转动。
详细描述
曲柄摇杆机构广泛应用于各种机械装置中，如缝纫机、搅拌机、车窗升降器等。 曲柄通常作为主动件，通过转动将动力传递给摇杆，使摇杆进行摆动或转动， 从而实现特定的运动形式。
机械基础-平面连杆机构
• 引言 • 平面连杆机构的基本类型 • 平面连杆机构的运动特性 • 平面连杆机构的传力特性 • 平面连杆机构的设计 • 平面连杆机构的实例分析
01
引言
平面连杆机构简介
01
平面连杆机构是由若干个刚性构 件通过低副（铰链或滑块）连接 而成的机构，构件在互相平行的 平面内运动。
机构的承载能力分析
总结词
机构的承载能力分析是评估 平面连杆机构在承受载荷时
的承载能力和稳定性。
详细描述
通过承载能力分析，可以确 定机构在各种工况下的最大 承载能力，为机构的安全使
用和优化设计提供保障。
总结词
在进行承载能力分析时，需要综合考虑机 构中各个构件的强度、刚度和稳定性等因 素。
详细描述
通过对这些因素的评估和分析，可以确定 机构在各种工况下的承载能力和稳定性， 为机构的安全使用和优化设计提供依据。
压力角和传动角
总结词
压力角是指在平面连杆机构中，主动件与从动件之间所形成的夹角。传动角是指连杆与曲柄之间所形成的夹角。
详细描述
压力角的大小直接影响到机构的传动能力和效率。较小的压力角可以减小作用在从动件上的力，提高传动效率。 而传动角的大小则与机构的传动性能和曲柄的形状有关。在设计平面连杆机构时，需要综合考虑压力角和传动角 的影响，以获得最佳的传动效果。
平面连杆机构的运动分析和设计实用教案
P， Q： 其余两杆的长度
Grashof机构(jīgòu) ： 满足条件 Lmin + Lmax ≤ P ＋Q的机构(jīgòu)。
第15页/共57页
第十六页，共57页。
平面(píngmiàn)四杆机构存在曲柄的条 件
Lmin + Lmax ≤ P ＋Q 最短杆为机架或连架杆
动画链接(liàn jiē)
第23页/共57页
第二十四页，共57页。
讨论：机构(jīgòu)的初始装配状态与
可行域
在 机构的运动过程中是不会发生变化的原因
第24页/共57页
第二十五页，共57页。
急回运动
当曲柄等速回转的情况下，通常 (tōngcháng)把从动件往复运动速度快慢 不同的运动称为急回运动。
a21x1 a22 x2 ...... a2n xn b2
...........
an1x1 an2 x2 ...... ann xn bn
x , x ,..... x 其中
为 待求变量。
12
n
方 程组可以简写为
（ 5---5´）
Ax b
则 方程组的解为
（5---6）
x A1b
第38页/共57页
c (d a) b
acd b
两 两相加
动画演示
ac ab ad
最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和
a最短
第14页/共57页
第十五页，共57页。
补充：Grashof曲柄存在(cúnzài)条
件
Lmin + Lmax ≤ P ＋Q 则最短杆两端的转动(zhuàn dòng)副均为周转副；其余转 动(zhuàn dòng)副为摆转副。
《平面连杆机构 》课件
分析优化后机构在工程应用中的前景，为实 际应用提供指导。
05
平面连杆机构的未来发展
新材料的应用
轻质材料
01
采用轻质材料如碳纤维、玻璃纤维等，降低机构重量，提高运
动性能。
高强度材料
02
选用高强度材料如钛合金、超高强度钢等，提高机构承载能力
。
复合材料
03
利用复合材料的各向异性特点，优化机构性能，实现多功能化
遗传算法
利用遗传算法对平面连杆机构进行优化，通 过不断迭代和选择，寻找最优解。
约束处理
在优化过程中，需要特别注意处理各种约束 条件，如几何约束、运动约束等。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
以曲柄摇杆机构为例，通过优化算法找到最优 的设计参数，使得机构的运动性能达到最佳。
双曲柄机构优化
对双曲柄机构进行优化，改善机构的运动平稳 性和精度。
平面连杆机构系列优化
对一系列平面连杆机构进行优化，比较不同机构的性能特点，为实际应用提供 参考。
优化效果评估
性能指标
通过性能指标来评估优化效果，如运动精度 、运动范围、刚度等。
经济性评估
评估优化后机构的经济效益，包括制造成本 、运行成本等。
实验验证
通过实验验证优化的有效性，对比优化前后 的性能差异。
。
新工艺的探索
精密铸造
通过精密铸造技术，提高 零件的精度和表面质量， 减少加工余量。
激光切割
利用激光切割技术，实现 零件的高精度、高效率加 工。
3D打印
利用3D打印技术，快速制 造复杂结构零件，缩短产 品研发周期。
新技术的应用
智能控制
有限元分析
引入智能控制技术，实现机构的高精 度、高效率运动控制。
第八章 平面连杆机构及其设计
组成转动副的两个构件不能作整周转动
三种基本型式：
曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构
铰链四杆机构 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
应用实例
双曲柄机构
反平行四边形机构
曲柄摇杆机构
平行四边形机构
双摇杆机构
还有含一个移动副的四杆机构 ……，型式多样。 直 动 滑 杆 机 构 各种型式的四 杆机构相互之 间有无关系？
应用
连杆式快速夹具
飞机起落架
三 铰链四杆机构的运动连续性
错位不连续
C C1 B φ A D A B1 C1' D B2 B4 C1 C2
错序不连续
C2 C3 C4
B3
C2 '
小 结 1、平面四杆机构的基本型式 三种 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 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 2）改变运动副的尺寸 3）选取不同的构件为机架 4）运动副元素的逆换
低副运动的可逆性： 由低副连接的两个构件，其相对运动关 系不因其中哪个构件是固定件而改变
4、铰链四杆机构类型的判断方法：
a) 满足杆长条件 (i) 机架与最短杆相邻——曲柄摇杆机构 (ii) 机架是最短杆——双曲柄机构 (iii) 机架与最短杆相对——双摇杆机构
b) 不满足杆长条件 ——双摇杆机构
不论取哪个构件为机架都是双曲柄机构
2.急回运动和行程速比系数
C B
（以曲柄摇杆机构为例）
C
C1 C2
b c
A
D B
q
a
A α2
B2
摇杆处于两个极限位 置时, 曲柄两相应位 置所夹锐角θ .—— 极位夹角
曲柄
α1
《机械原理》第三章平面连杆机构及其设计
双曲柄机构的应用
惯性筛机构
a.平行四边形机构：
在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等且平行， 两曲柄的转向相同，称为平行四边形机构。
平行四边行机构
平行四边形机构的应用
蒸汽机车驱动装置
b.反平行四边形机构：
在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等， 但不平行(BC与AD)，两曲柄转向相反（AB 与CD），称为反平行四边形机构。
1
A
2 w1
q= B
D
有急回特性的机构：部分曲柄摇杆机构、偏置曲柄滑 块机构、摆动导杆机构、具有曲柄的多杆机构
无急回特性的机构：正弦机构、对心曲柄滑块机构、 双曲柄四杆机构 机构急回的作用： 节省空回时间，提高工作效率。 注意：急回具有方向性
三、压力角和传动角
1. 机构压力角a 机构从动件上力的作用线与力作用点的 绝对速度之间所夹的锐角，为机构在此位置的压力角。
a b
e
b-a>e b>a+e
当 e=0时 b>a
二、行程速度变化系数
1. 机构极位（极限位置）： 曲柄回转一周，与连杆两次 共线，此时摇杆分别处于两 个位置，称为机构极位。
2. 极位夹角：机构在两个极 位时，原动件所处两个位置 之间所夹的角θ称为极位夹 角。
一般K≤2，q为锐角。
3. 急回运动：
曲柄摇杆急回运动
摇杆C点平均速度
C1D C2D C1D C2D
1 180 q 2 180 q
1 ＞2
t1 ＞ t2
v2 ＞ v1
曲柄等速转动情况下，摇杆往复摆动的平均速度一快一慢，
机构的这种运动性质称为急回运动。
4. 行程速比系数K 为表明急回运动程度，用反正行程速比系数K来衡量：
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构处于死点位置。
24
❖摆动导杆机构
以摆杆3为原动件，当摆杆3与从动曲柄1垂直时，则
机构处于死点位置。 25
❖死点的克服
➢ 利用构件的惯性或对从动曲柄施加外力 实例：家用缝纫机。
26
死点的克服
➢用多套机构错位排列。 实例：蒸汽机车车轮联动机构
27
蒸汽机车车轮联动机构
28
❖死点的利用
夹紧工件的夹具
8
3.铰链四杆机构三种类型的倒置
❖ 倒置： 在机构学中将变换机架称为倒置。
❖ 对于铰链四杆机构，当杆长条件满足时，机构的三种 类型具有内在联系。
9
4 作
为1 机
曲柄摇杆
架
的 构
2
件
3
曲柄摇杆
双曲柄
双摇杆
10
4.曲柄滑块机构有曲柄的条件
▪ 偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件
a+e≤ b,且最短杆为连架杆。 其中a为连架杆的长度、b为连杆的长度。
一系列给定的位置。
炉门的开闭机构
31
铸造造型机砂箱翻转机构
▪实现两连架杆给定的对应位置
要求所设计的机构的 主、从动连架杆的位 置（转角）满足预定 的对应关系。
F1 C1
F2 E1
B1
B2
E2 标线：构件上标志其位 C2 置的线段。
如：线段AF,DE。
32
▪实现给定的运动特性要求
33
问题二：实现给定的运动轨迹
▪ 对心曲柄滑块机构有曲柄的条件 a≤ b,且最短杆为连架杆 。
11返回Leabharlann 二、急回特性和行程速度变化系数
❖急回特性
当机构的原动件作连续 转动，而从动件作往复运动时， 从动件的回程速度大于工作行 程速度的特性。
❖行程速度变化系数
=回程平均速度／工作行程平均速度
12
在图示曲柄摇杆机构中，曲柄为原动件。 ▪摇杆的两极限位置
因传动角γ易于从机构位置图观察和测量， 故常 用γ衡量机构传力的性能。
19
▪α或γ是针对机构中的从 动连架杆而言，与主、从 动件的选取有关；
▪ α、γ随机构位置的变化而 变化。
▪为了保证机构传力性能良好，应使 min40º~50º。 20
❖最小传动角min出现的位置
max
min
max
min
之和。 2）组成该整转副的两杆中必有一杆为最短杆。
▪最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。 3
2.铰链四杆机构三种类型的判据
❖当满足杆长条件时，
取最短杆的邻杆为机架,
则为曲柄摇杆机构；
▪最短杆参与组成的转动副是整转副，其余的是摆动副。
4
铰链四杆机构
❖当满足杆长条件时，
取最短杆为机架， 则为双曲柄机构；
▪ max为锐角 min= min
▪ max为钝角
1= min ，2= 180º max
min为1和2中的较小者。
对于曲柄摇杆机构， min出现在曲柄与机架共线的两
位置之一。
21
偏置曲柄滑块机构的min出现在主动曲柄的动铰链B
距导路最远的位置（主动曲柄与滑块导路方向垂直的位置 之一）。
摆动导杆机构（曲柄为原动件）的压力角恒为零，故
其传动角恒为90º
22
返回
五、死点
当作用在从动件（连架杆）上的力恰好通过其转 动中心时，从动件不能继续转动，出现“顶死”现 象，机构的这种位置称为“死点”。
• 死点位置： =0º（=90º）
23
❖曲柄摇杆机构
以摇杆3为原动件，连 杆2与从动曲柄1共线时，
则机构处于死点位置。
❖曲柄滑块机构
以滑块3为原动件，连杆2与从动曲柄1共线时，则机
有急回特性
对心曲柄滑块机构是否有急回特性？
没有急回特性
15
摆动导杆机构是否有急回特性？
有急回特性
16
返回
三、运动的连续性
❖运动的连续性：
当主动件连续运动时，从动件也能连续地占据预定的 各个位置。
❖运动的可行域：
从动件运动范围。
▪从动件只能在某一可行域内运动，而不能从一个可行域 跨入另一个可行域。
平面连杆机构及其运动设计
平面四杆机构的基本知识 平面四杆机构的运动设计
1
平面四杆机构的基本知识
• 平面四杆机构有曲柄的条件 • 急回特性和行程速度变化系数 • 压力角和传动角 • 死点
2
返回
一、平面四杆机构有曲柄的条件
1. 有整转副的条件
铰链四杆机构具有整 转副的条件为：
1）满足杆长条件 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他二杆长度
❖按连杆的给定位置设计四杆机构（刚体导引） ❖按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构
❖按行程速度变化系数设计四杆机构
❖习题课
❖总结
35
返回 k例题
1.机构设计的倒置原理
▪ 同一运动链，取不同的构件为“机架”时，根据相对 运动原理，各构件间的相对运动关系并未改变（机构位置 图全等）。
要求在机构的运动过程中，连杆上某点的轨迹能 符合预定的轨迹要求。
❖设计方法：图解法、解析法和实验法.
34
二、实现给定运动规律的平面四杆机构运动设计 的图解法
用图解法进行设计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(作出机构位置图）， 从而由“图”定出各构件的尺寸。 。
❖机构设计的倒置原理
飞机起落架机构
29
返回
平面四杆机构的运动设计
根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件 的尺寸，同时满足运动条件（如存在曲柄等）， 动力条件（如传动角等）和运动连续条件等。
30
返回 图解法
一、平面四杆机构设计的基本问题
问题一：实现给定的运动规律
▪实现连杆给定位置（刚体导引） 要求所设计的机构能引导刚体（连杆）顺序通过
5
铰链四杆机构
❖当满足杆长条件时， 取最短杆的对杆为机架， 则为双摇杆机构；
❖当不满足杆长条件时，
不论取何杆为机架，均为双摇杆机构。
6
❖结论
机构类型 杆长条件 机架
曲柄摇杆 满足
最短杆的邻杆
双曲柄 满足
最短杆
双摇杆
满足
最短杆的对杆
不满足 任意杆
7
❖铰链四杆机构有曲柄的条件
1）满足杆长条件， 2）取最短杆或最短杆的邻杆为机架。
曲柄与连杆两次共线 时，从动摇杆CD分别处于 极限位置C1D和C2D。
▪行程速度变化系数
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▪极位夹角
从动摇杆位于两极限位置时， 相应曲柄两位置所夹的锐角。
180 K 1
K 1
➢ 0 ，K1 ,机构有急回特性；
值越大，K值越大，急回特性越 显著。
➢若0 ，K1，机构无急回特性。
14
偏置曲柄滑块机构是否有急回特性？
17
返回
四、 压力角和传动角
❖ 压力角： 作用在从动件（连架
杆）上的力与该力作用点 的速度之间所夹的锐角。 记作α.
❖传动角：压力角的余角 (F与Fn所夹的锐角）。 记作γ。
不计惯性力、重力、摩擦力
，对机构的传力愈有利。
18
▪ 当∠BCD为锐角时， =∠BCD= ▪ 当∠BCD为钝角时， =180º