清华大学机械设计基础讲义-连杆机构
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瞬心法 相对运动图解法（矢量合成法） 杆组法
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B
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计算流程图
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FTP: 166.111.52.6
免试题目（1）：2.13 or 2.14
第六周交
1. 求解步骤 2. 流程图 3. 程序（语言不限） 4. 结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线） 5. 结果分析：有无问题？如何解决？ 6. 动态仿真
平行四杆机构
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3 双摇杆机构
AB：摇杆 CD：摇杆
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平面连杆机构
四杆机构
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
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对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
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2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
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取不同构件作机架
低副可逆性
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第 2 章 连杆机构
若干刚性构件通 过低副联接而成的机 构，称为连杆机构。
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第 2 章 连杆机构
2.1 平面连杆机构的类型 2.2 平面连杆机构的工作特性 2.3 平面连杆机构的特点及功能 2.4 平面连杆机构的运动分析 2.5 平面连杆机构的运动设计 2.6 空间连杆机构简介
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件相对位置固定不变， 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同而改变。
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函数生成机构的设计
第 1 步：选B点，以 I 位置为参考位置，DF1 为机架 第 2 步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点 第 3 步：做中垂线，找C1 点 第 4 步：联接AB1C1D
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以最短杆AB相邻构件AD为机架 曲柄摇杆机构
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以最短杆AB相邻构件BC为机架 曲柄摇杆机构
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以最短杆AB对面构件CD为机架 双摇杆机构
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杆长条件不成立时
Grashoff 定理 双摇杆机构
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a+e<b
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急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间
压力角 a ：受力方向和运动方向所夹的锐角 传动角 g ：压力角的余角
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[a] 50
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amax[a]
gmin[g]
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死点：有效分力等于零 g = 0 a = 90°
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利用构件惯性
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多套机构交错排列
▪ 将一个复杂问题分解为一些简单问题
▪ 将复杂问题转化为计算机可以解决的问题
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2.5 平面连杆机构的设计
分析（Analysis）
设计（Design）
综合（synthesis）
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2.5.1 平面连杆机构设计的基本问题
问题一：刚体导引机构设计 引导一个刚体实现一系列给定位置
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2.1 平面连杆机构的类型
2.1.1 平面四杆机构的基本形式
C
AD：机架
B
AB、CD：连架杆
BC：连杆
A
D
A、B：整转副
C、D：摆动副
铰链四杆机构
连架杆：定轴转动 连 杆：平面一般运动
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1 曲柄摇杆机构
AB：曲柄 CD：摇杆
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2 双曲柄机构
AB：曲柄 CD：曲柄
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2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副 取不同构件作机架 变换构件的形态 扩大运动副尺寸
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曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构
2.2 平面连杆机构的工作特性
2.2.1 运动特性 具有整转副的条件
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AB整周转动 B1C1D和B2C2D成立
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整转副存在条件：
四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之
和 小于或等于 其他两杆之和。
构成整转副的构件中必有一个是最短杆。
满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。 此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存 在曲柄。 不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。
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以最短杆AB为机架 双曲柄机构
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
函数生成机构
？ 刚体导引机构 可整理ppt
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴
为中心转过 1 2得到的。
▪ 低副可逆性； ▪ 机构在某一瞬时，各构
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利用死点夹紧工件
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飞机起落架
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F=0 死点
自锁
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2.3 平面连杆机构的特点及功能
运动副形状简单、易制造 面接触，可以承受冲击力 实现远距离传动 实现多种运动轨迹 构件运动形式多样 惯性力不易平衡
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2.4 平面连杆机构的运动分析
运动分析内容：位移、速度、加速度 分析方法：图解法 解析法
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行程速比系数 K
极位夹角 q（锐角）
Kt1 1 180q t2 2 180q
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运动连续性
运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连 续占据各个预期的位置。
从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。
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2.2.2 传力特性
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刚体导引机构的设计
第 1 步：选定 B、C 点位置 第 2 步：找 A、D 点位置 第 3 步：联接 A、B1、C1、D，获得四杆机构
▪ 三点唯一确定一个 圆，B、C确定后， A、D是确定的；
▪ B、C的位置可以根 据实际情况确定， 满足设计要求的四 杆机构有无穷多个。
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问题二：函数生成机构设计 主、从动连架杆运动规律具有给定的wk.baidu.com数关系
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问题三：轨迹生成机构设计 机构中某点可以实现预期的运动轨迹
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平面连杆机构设计方法：
图解法 解析法 实验法
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2.5.2 刚体导引机构的设计
要求：设计四杆机构，使得连杆通过 I、II、III三个位置
C
B
A
D
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
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双摇杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副 取不同构件作机架
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曲柄摇杆机构
曲柄摇块机构
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摆动导杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副 取不同构件作机架 变换构件的形态
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扩大运动副尺寸
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B
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计算流程图
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FTP: 166.111.52.6
免试题目（1）：2.13 or 2.14
第六周交
1. 求解步骤 2. 流程图 3. 程序（语言不限） 4. 结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线） 5. 结果分析：有无问题？如何解决？ 6. 动态仿真
平行四杆机构
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3 双摇杆机构
AB：摇杆 CD：摇杆
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平面连杆机构
四杆机构
铰链四杆机构
曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
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对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
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2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
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取不同构件作机架
低副可逆性
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第 2 章 连杆机构
若干刚性构件通 过低副联接而成的机 构，称为连杆机构。
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第 2 章 连杆机构
2.1 平面连杆机构的类型 2.2 平面连杆机构的工作特性 2.3 平面连杆机构的特点及功能 2.4 平面连杆机构的运动分析 2.5 平面连杆机构的运动设计 2.6 空间连杆机构简介
可整理ppt
件相对位置固定不变， 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同而改变。
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函数生成机构的设计
第 1 步：选B点，以 I 位置为参考位置，DF1 为机架 第 2 步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点 第 3 步：做中垂线，找C1 点 第 4 步：联接AB1C1D
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以最短杆AB相邻构件AD为机架 曲柄摇杆机构
可整理ppt
以最短杆AB相邻构件BC为机架 曲柄摇杆机构
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以最短杆AB对面构件CD为机架 双摇杆机构
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杆长条件不成立时
Grashoff 定理 双摇杆机构
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a+e<b
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急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间
压力角 a ：受力方向和运动方向所夹的锐角 传动角 g ：压力角的余角
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[a] 50
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amax[a]
gmin[g]
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死点：有效分力等于零 g = 0 a = 90°
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利用构件惯性
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多套机构交错排列
▪ 将一个复杂问题分解为一些简单问题
▪ 将复杂问题转化为计算机可以解决的问题
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2.5 平面连杆机构的设计
分析（Analysis）
设计（Design）
综合（synthesis）
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2.5.1 平面连杆机构设计的基本问题
问题一：刚体导引机构设计 引导一个刚体实现一系列给定位置
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2.1 平面连杆机构的类型
2.1.1 平面四杆机构的基本形式
C
AD：机架
B
AB、CD：连架杆
BC：连杆
A
D
A、B：整转副
C、D：摆动副
铰链四杆机构
连架杆：定轴转动 连 杆：平面一般运动
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1 曲柄摇杆机构
AB：曲柄 CD：摇杆
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2 双曲柄机构
AB：曲柄 CD：曲柄
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2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副 取不同构件作机架 变换构件的形态 扩大运动副尺寸
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曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构
2.2 平面连杆机构的工作特性
2.2.1 运动特性 具有整转副的条件
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AB整周转动 B1C1D和B2C2D成立
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整转副存在条件：
四杆长度满足杆长条件：最短杆与最长杆长度之
和 小于或等于 其他两杆之和。
构成整转副的构件中必有一个是最短杆。
满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。 此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存 在曲柄。 不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。
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以最短杆AB为机架 双曲柄机构
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
函数生成机构
？ 刚体导引机构 可整理ppt
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴
为中心转过 1 2得到的。
▪ 低副可逆性； ▪ 机构在某一瞬时，各构
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利用死点夹紧工件
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飞机起落架
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F=0 死点
自锁
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2.3 平面连杆机构的特点及功能
运动副形状简单、易制造 面接触，可以承受冲击力 实现远距离传动 实现多种运动轨迹 构件运动形式多样 惯性力不易平衡
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2.4 平面连杆机构的运动分析
运动分析内容：位移、速度、加速度 分析方法：图解法 解析法
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行程速比系数 K
极位夹角 q（锐角）
Kt1 1 180q t2 2 180q
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运动连续性
运动连续性：表示主动件连续运动时，从动件也能连 续占据各个预期的位置。
从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。
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2.2.2 传力特性
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刚体导引机构的设计
第 1 步：选定 B、C 点位置 第 2 步：找 A、D 点位置 第 3 步：联接 A、B1、C1、D，获得四杆机构
▪ 三点唯一确定一个 圆，B、C确定后， A、D是确定的；
▪ B、C的位置可以根 据实际情况确定， 满足设计要求的四 杆机构有无穷多个。
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问题二：函数生成机构设计 主、从动连架杆运动规律具有给定的wk.baidu.com数关系
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问题三：轨迹生成机构设计 机构中某点可以实现预期的运动轨迹
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平面连杆机构设计方法：
图解法 解析法 实验法
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2.5.2 刚体导引机构的设计
要求：设计四杆机构，使得连杆通过 I、II、III三个位置
C
B
A
D
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
可整理ppt
双摇杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副 取不同构件作机架
可整理ppt
曲柄摇杆机构
曲柄摇块机构
可整理ppt
摆动导杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副 取不同构件作机架 变换构件的形态
可整理ppt
扩大运动副尺寸