平面连杆机构设计方案
平面连杆机构设计方案
1平面连杆机构的运动分析
1.1 机构运动分析的任务、目的和方法
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。
对四杆机构进行运动分析的意义是：在机构尺寸参数已知的情况下，假定主动件（曲柄）做匀速转动，撇开力的作用，仅从运动几何关系上分析从动件（连杆、摇杆）的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，都是十分必要的，而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据。
机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时，采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计。
1.2 机构的工作原理
在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为：
a.各杆的长度应满足杆长条件，即：
最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。
b.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆，且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时，四杆机构为曲柄摇杆机构；当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。
在如下图1所示的曲柄摇杆机构中，构件AB为曲柄，则B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。
1.3 机构的数学模型的建立
1.3.1建立机构的闭环矢量位置方程
在用矢量法建立机构的位置方程时，需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。如图1所示，先建立一直角坐标系。设各构件的长度分别
为L1、L2 、L3 、L4 ，其方位角为、、、。以各杆矢量组成
一个封闭矢量多边形，即ABCDA。其个矢量之和必等于零。即：
式1
式1为图1所示四杆机构的封闭矢量位置方程式。对于一个特定的四杆机构，其各构件的长度和原动件2的运动规律，即为已知，而 =0，故由此矢量方
程可求得未知方位角、。
角位移方程的分量形式为：
式2
闭环矢量方程分量形式对时间求一阶导数（角速度方程）为：
式3 其矩阵形式为：
式4
联立式3两公式可求得：
式5
式6
闭环矢量方程分量形式对时间求二阶导数（角加速度方程）矩阵形式为：
式7
由式7可求得加速度：
式8
式9
注：式1~式9中，Li(i=1,2,3,4）分别表示机架1、曲柄2、连杆3、摇杆4的长度；（i=1,2,3,4）是各杆与x轴的正向夹角，逆时针为正，顺时针为负，
单位为 rad; 是各杆的角速度，，单位为 rad/s; 为
各杆的角加速度，单位为。
1.3.2求解方法
（1）求导中应用了下列公式：
式10
（2）在角位移方程分量形式（式2）中，由于假定机架为参考系，矢量1与x 轴重合， =0，则有非线性超越方程组：
式11
可以借助牛顿-辛普森数值解法或Matlab自带的fsolve函数求出连杆3的角位移和摇杆4的角位移。
（3）求解具有n个未知量（i=1,2,…,n）的线性方程组：
式12
式中，系列矩阵是一个阶方阵：
式13
的逆矩阵为 ;常数项b是一个n维矢量：
式14 因此，线性方程组解的矢量为：
式15
式11是求解连杆3和摇杆4角速度和角加速度的依据。
基于MA TLAB程序设计
MATLAB 是Mathworks 公司推出的交互式计算分析软件，具有强大的运算分析功能，具有集科学计算、程序设计和可视化于一体的高度集成化软件环境，是目前国际上公认的最优秀的计算分析软件之一，被广泛应用于自动控制、信号处理、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域。通过运算分析，MA TLAB 可以从众多的设计方案中寻找最佳途径，获取最优结果，大大提高了设计水平和质量。四连杆机构的解析法同样可以用MATLAB 的计算工具来求值，并结合MA TLAB 的可视化手段，把各点的计算值拟合成曲线，得到四连杆机构的运动仿真轨迹。
2.1 程序流程图
2.2 M文件编写
首先创建函数FoutBarPosition，函数fsolve通过他确定。
function t=fourbarposition(th,th2,L2,L3,L4,L1)
t=[L2*cos(th2)+L3*cos(th(1))-L4*cos(th(2))-L1;…
L2*sin(th2)+L3*sin(th(1))-L4*sin(th(2))];
主程序如下：
disp ' * * * * * * 平面四杆机构的运动分析* * * * * *'
L1=304.8;L2=101.6;L3=254.0;L4=177.8; %给定已知量，各杆长L1,L2,L3,L4
th2=[0:1/6:2]*pi; %曲柄输入角度从0至360度，步长为pi/6
th34=zeros(length(th2),2); %建立一个N行2列的零矩阵，第一列存放options=optimset('display','off'); %θ_3,第二列存放θ_3
for m=1:length(th2) %建立for循环，求解θ_3，θ_4
th34(m,:)=fsolve('fourbarposition',[1 1],…%调用fsove函数求解关于θ_3，θ_4 options,th2(m),L2,L3,L4,L1); %的非线性超越方程，结果保存在th34中
end
y=L2*sin(th2)+L3*sin(th34(:,1)'); %连杆3的D端点Y坐标值
x=L2*cos(th2)+L3*cos(th34(:,1)'); %连杆3的D端点X坐标值
xx=[L2*cos(th2)]; %连杆3的C端点X坐标值
yy=[L2*sin(th2)]; %连杆3的C端点Y坐标值
figure(1)
plot([x;xx],[y;yy],'k',[0 L1],[0 0],…%绘制连杆3的几个位置点
'k--^',x,y,'ko',xx,yy,'ks')
title('连杆3的几个位置点')
xlabel('水平方向')
ylabel('垂直方向')
axis equal %XY坐标均衡
th2=[0:2/72:2]*pi; %重新细分曲柄输入角度θ_2，步长为5度
th34=zeros(length(th2),2);
options=optimset('display','off');
for m=1:length(th2)
th34(m,:)=fsolve('fourbarposition',[1 1],…
options,th2(m),L2,L3,L4,L1);
end
figure(2)
plot(th2*180/pi,th34(:,1),th2*180/pi,th34(:,2)) %绘制连杆3的角位移关于曲柄2的角位移图
plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,…
th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi) %绘制摇杆4的角位移关于曲柄2的角位移图axis([0 360 0 170]) %确定XY边界值
grid %图形加网格
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角位移(度)')
title('角位移线图')
text(120,120,'摇杆4角位移')
text(150,40,'连杆3角位移')
w2=250; %设定曲柄角速度
for i=1:length(th2)
A=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));…
L3*cos(th34(i,1)) -L4*cos(th34(i,2))];
B=[w2*L2*sin(th2(i)); -w2*L2*cos(th2(i))];
w=inv(A)*B;
w3(i)=w(1);
w4(i)=w(2);
end
figure(3)
plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4); %绘制角速度线图
axis([0 360 -175 200])
text(50,160,'摇杆4角速度(\omega_4)')
text(220,130,'连杆3角速度(\omega_3)')
grid
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角速度(rad\cdot s^{-1})')
title('角速度线图')
for i=1:length(th2)
C=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));…
L3*cos(th34(i,1)) -L4*cos(th34(i,2))];
D=[w2^2*L2*cos(th2(i))+w3(i)^2*L3*cos(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*cos(th34(i,2));...
w2^2*L2*sin(th2(i))+w3(i)^2*L3*sin(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*sin(th34(i,2))];
a=inv(C)*D;
a3(i)=a(1);
a4(i)=a(2);
end
figure(4)
plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4); %绘制角加速度线图
axis([0 360 -70000 65000])
text(50,50000,'摇杆4角加速度(\alpha_4)')
text(220,12000,'连杆3角加速度(\alpha_3)')
grid
xlabel('从动件角加速度')
ylabel('从动件角加速度(rad\cdot s^{-2})')
title('角加速度线图')
disp '曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度' ydcs=[th2'*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th34(:,2)*180/pi,w3',w4',a3',a4'];
disp(ydcs)
2.3 程序运行结果输出
>> * * * * * * 平面四杆机构的运动分析* * * * * *
曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度
1.0e+004 *
0 0.0044 0.0097 -0.0125 -0.0125 -0.5478 4.8458
0.0005 0.0042 0.0094 -0.0126 -0.0107 0.2300 5.5630
0.0010 0.0039 0.0092 -0.0124 -0.0086 0.8946 6.0520
0.0015 0.0037 0.0091 -0.0119 -0.0065 1.4143 6.2982
0.0020 0.0034 0.0090 -0.0114 -0.0043 1.7801 6.3174
0.0025 0.0032 0.0089 -0.0107 -0.0021 2.0027 6.1467
0.0030 0.0030 0.0089 -0.0100 0.0000 2.1046 5.8339
0.0035 0.0028 0.0089 -0.0093 0.0020 2.1134 5.4272
0.0040 0.0026 0.0090 -0.0085 0.0038 2.0566 4.9687
0.0045 0.0025 0.0091 -0.0078 0.0054 1.9578 4.4918
0.0050 0.0023 0.0092 -0.0072 0.0069 1.8356 4.0198
0.0055 0.0022 0.0093 -0.0065 0.0082 1.7040 3.5680
0.0060 0.0021 0.0095 -0.0060 0.0094 1.5725 3.1450
0.0065 0.0019 0.0097 -0.0055 0.0104 1.4474 2.7545
0.0070 0.0018 0.0099 -0.0050 0.0113 1.3328 2.3968 0.0075 0.0017 0.0102 -0.0045 0.0121 1.2307 2.0702 0.0080 0.0017 0.0104 -0.0041 0.0128 1.1425 1.7716 0.0085 0.0016 0.0107 -0.0037 0.0134 1.0687 1.4971 0.0090 0.0015 0.0110 -0.0034 0.0138 1.0095 1.2426 0.0095 0.0014 0.0112 -0.0030 0.0142 0.9653 1.0035 0.0100 0.0014 0.0115 -0.0027 0.0145 0.9364 0.7752 0.0105 0.0013 0.0118 -0.0024 0.0148 0.9232 0.5530 0.0110 0.0013 0.0121 -0.0020 0.0149 0.9269 0.3319 0.0115 0.0013 0.0124 -0.0017 0.0150 0.9485 0.1069 0.0120 0.0012 0.0127 -0.0014 0.0150 0.9899 -0.1276 0.0125 0.0012 0.0130 -0.0010 0.0149 1.0530 -0.3773 0.0130 0.0012 0.0133 -0.0006 0.0147 1.1404 -0.6481 0.0135 0.0012 0.0136 -0.0002 0.0145 1.2544 -0.9455 0.0140 0.0012 0.0139 0.0002 0.0141 1.3967 -1.2743 0.0145 0.0012 0.0142 0.0008 0.0136 1.5677 -1.6368 0.0150 0.0012 0.0144 0.0013 0.0129 1.7648 -2.0314 0.0155 0.0012 0.0147 0.0020 0.0121 1.9807 -2.4495 0.0160 0.0013 0.0149 0.0027 0.0112 2.2018 -2.8735 0.0165 0.0013 0.0151 0.0035 0.0101 2.4071 -3.2754 0.0170 0.0014 0.0153 0.0044 0.0089 2.5697 -3.6186 0.0175 0.0015 0.0155 0.0053 0.0076 2.6616 -3.8650 0.0180 0.0016 0.0156 0.0063 0.0063 2.6609 -3.9849 0.0185 0.0018 0.0157 0.0072 0.0049 2.5591 -3.9674 0.0190 0.0019 0.0158 0.0080 0.0035 2.3638 -3.8244 0.0195 0.0021 0.0159 0.0088 0.0022 2.0959 -3.5866 0.0200 0.0023 0.0159 0.0095 0.0010 1.7823 -3.2931 0.0205 0.0025 0.0159 0.0100 -0.0001 1.4487 -2.9815 0.0210 0.0027 0.0159 0.0105 -0.0011 1.1152 -2.6809 0.0215 0.0029 0.0159 0.0108 -0.0020 0.7942 -2.4103 0.0220 0.0031 0.0158 0.0111 -0.0028 0.4916 -2.1794 0.0225 0.0033 0.0158 0.0112 -0.0035 0.2086 -1.9913 0.0230 0.0036 0.0157 0.0112 -0.0042 -0.0565 -1.8450 0.0235 0.0038 0.0156 0.0111 -0.0048 -0.3071 -1.7375 0.0240 0.0040 0.0155 0.0110 -0.0054 -0.5475 -1.6650 0.0245 0.0042 0.0154 0.0108 -0.0060 -0.7817 -1.6233 0.0250 0.0044 0.0153 0.0104 -0.0065 -1.0139 -1.6089 0.0255 0.0046 0.0151 0.0100 -0.0071 -1.2479 -1.6181 0.0260 0.0048 0.0150 0.0096 -0.0077 -1.4868 -1.6480 0.0265 0.0050 0.0148 0.0090 -0.0082 -1.7336 -1.6955 0.0270 0.0052 0.0146 0.0084 -0.0088 -1.9905 -1.7574 0.0275 0.0054 0.0145 0.0076 -0.0095 -2.2588 -1.8304 0.0280 0.0055 0.0143 0.0068 -0.0101 -2.5391 -1.9100 0.0285 0.0056 0.0141 0.0058 -0.0108 -2.8305 -1.9910
0.0290 0.0057 0.0138 0.0048 -0.0115 -3.1300 -2.0660
0.0295 0.0058 0.0136 0.0037 -0.0122 -3.4326 -2.1255
0.0300 0.0059 0.0133 0.0024 -0.0130 -3.7297 -2.1572
0.0305 0.0059 0.0131 0.0011 -0.0137 -4.0091 -2.1451
0.0310 0.0059 0.0128 -0.0004 -0.0145 -4.2538 -2.0696
0.0315 0.0059 0.0125 -0.0019 -0.0152 -4.4419 -1.9079
0.0320 0.0058 0.0122 -0.0035 -0.0158 -4.5473 -1.6352
0.0325 0.0058 0.0119 -0.0051 -0.0163 -4.5411 -1.2273
0.0330 0.0056 0.0115 -0.0066 -0.0166 -4.3954 -0.6661
0.0335 0.0055 0.0112 -0.0081 -0.0167 -4.0889 0.0551
0.0340 0.0053 0.0109 -0.0095 -0.0166 -3.6129 0.9243
0.0345 0.0051 0.0105 -0.0106 -0.0161 -2.9781 1.9058
0.0350 0.0049 0.0102 -0.0115 -0.0152 -2.2178 2.9395
0.0355 0.0047 0.0099 -0.0122 -0.0140 -1.3857 3.9473
0.0360 0.0044 0.0097 -0.0125 -0.0125 -0.5478 4.8458 图形输出：
图2 连杆3的几个位置点
图3 角位移线图
图4 角加速度线图
图5 角加速度线图
3 基于MATLAB图形界面设计
所谓图形用户界面, 简称为GU I (Graphic User Interface) , 是指包含了各种图形控制对象, 如图形窗口、菜单、对话框以及文本等内容的用户界面。利用这些用户界面, 用户可以和计算机之间进行信息交流。用户可以通过某种方式来选择或者激活这些图形对象, 来运行一些特性的M 文件。最常见的激活方式是利用鼠标或者其它设备来点击这些对象。对于一个用户来说, 图形用户界面就是他所面对的应用程序, 对图形界面的操作直接影响应用程序的应用前途。对于以往专门用于科学计算的语言, 如FORTRAN 语言等, 编写图形界面的功能较弱, 因而用其开发的程序, 其界面往往不够友好, 用户使用起来很不方便。而目前流行的可视化语言, 对科学计算的功能又相对弱一些。MATLAB提供了非常强大的编写图形用户界面的功能。用户只和前台界面下的控件发生交互，而所有运算、绘图等内部操作都封装在内部，终端用户不需要区追究这些复杂过程的代码。图形用户界面大大提高用户使用MATLAB程序的易用性。因此，学习MATLAB图形用户界面编程，即GUI程序的创建，是MATLAB编程用户应该掌握的重要一环。
对于一个MATLAB 中的图形用户界面, 它的设计过程一般可以分为两个部分:
①用户界面的外观设计。在这里, 主要是通过不同的对话框、按钮、文本框等许多工具的使用, 设计出一个图形用户界面。同时也应搞清楚这个图形界面的功能是什么, 也即在图形界面上的操作会引发什么样的结果。
②图形界面的完成。在这里, 用户将根据在外观设计阶段所确定的图形界面的功能, 针对各个不同的图形对象来编写出能够实现该功能的函数代码, 确保这个图形界面能够完成所预定的功能。
3.1 界面设计
首先我们新建一个GUI文件，如下图所示：
图
6 新建GUI文件
选择Blank GUI(Default)。
进入GUI开发环境以后添加5个编辑文本框，8个静态文本框，和1个下拉菜单。利用菜单编辑器，创建Open、Print、Close三个菜单。创建好GUI界面需要的各交互控件并调整好大概的位置后，设置这些控件的属性。最后的界面效果如下图示：
图
7 界面效果
3.2 代码设计
(1)打开M文件编辑器(M-file Edit),点击向下的三角图标，可以看到各个
对象的回调函数（Callback）,某些对象的创建函数或打开函数等。通过选中相应项就可以跳动对应函数位置进行程序编辑。
选中’edit_callback’选项，光标跳到’ function
edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)’下面空白处，添加以下代码：user_entry=str2double(get(hObject,'String'));
if isnan(user_entry)
errordlg('请输入数值！','Bad Input')
end
该语句严格限制编辑框内必须输入数值，否则出现错误对话框（如下图所示）。同理在其他四个编辑框的回调函数下输入相同的代码。
图8 错误对话
框
(2)打开M文件编辑器(M-file Edit),点击向下的三角图标，设置下拉菜单
返回函数，光标跳到’ function popupmenu1_Cal lback(hObject, eventdata, handles)’下面空白处。由于下拉菜单是本界面设计关键控件，与本设计相关的程序都放在这个返回函数下。添加代码如下：
L1=str2double(get(handles.edit1,'String'));
L2=str2double(get(handles.edit2,'String'));
L3=str2double(get(handles.edit3,'String'));
L4=str2double(get(handles.edit4,'String'));
w2=str2double(get(handles.edit5,'String'));
th2=[0:2/72:2]*pi;
th34=zeros(length(th2),2);
options=optimset('display','off');
for m=1:length(th2)
th34(m,:)=fsolve('fourbarposition',[1 1],options,th2(m),L2,L3,L4,L1); end
w2=250;
for i=1:length(th2)
A=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2)); L3*cos(th34(i,1))
-L4*cos(th34(i,2))];
B=[w2*L2*sin(th2(i)); -w2*L2*cos(th2(i))];
w=inv(A)*B;
w3(i)=w(1);
w4(i)=w(2);
end
for i=1:length(th2)
C=[-L3*sin(th34(i,1)) L4*sin(th34(i,2));L3*cos(th34(i,1))
-L4*cos(th34(i,2))];
D=[w2^2*L2*cos(th2(i))+w3(i)^2*L3*cos(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*cos(th34( i,2));...
w2^2*L2*sin(th2(i))+w3(i)^2*L3*sin(th34(i,1))-w4(i)^2*L4*sin(th3 4(i,2))];
a=inv(C)*D;
a3(i)=a(1);
a4(i)=a(2);
end
val=get(hObject,'Value');
str=get(hObject,'String');
switch str{val}
case '连杆3的几个位置点'
th2=[0:1/6:2]*pi;
th34=zeros(length(th2),2);
options=optimset('display','off');
for m=1:length(th2)
th34(m,:)=fsolve('fourbarposition',[1
1],options,th2(m),L2,L3,L4,L1);
end
y=L2*sin(th2)+L3*sin(th34(:,1)');
x=L2*cos(th2)+L3*cos(th34(:,1)');
xx=[L2*cos(th2)];
yy=[L2*sin(th2)];
plot([x;xx],[y;yy],'k',[0 L1],[0
0],'k--^',x,y,'ko',xx,yy,'ks')
title('连杆3的几个位置点')
xlabel('水平方向')
ylabel('垂直方向')
axis equal
grid on
case '角位移线图'
plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi )
axis([0 360 0 170])
grid on
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角位移(度)')
title('角位移线图')
text(120,120,'摇杆4角位移')
text(150,40,'连杆3角位移')
case '角速度线图'
plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4);
axis([0 360 -175 200])
text(50,160,'摇杆4角速度(\omega_4)')
text(220,130,'连杆3角速度(\omega_3)')
grid on
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角速度(rad\cdot s^{-1})')
title('角速度线图')
case '角加速度线图'
plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4);
axis([0 360 -50000 65000])
text(50,50000,'摇杆4角加速度(\alpha_4)')
text(220,12000,'连杆3角加速度(\alpha_3)')
grid on
xlabel('主动件转角\theta_2(度)')
ylabel('从动件角加速度(rad\cdot s^{-2})')
title('角加速度线图')
end
guidata(hObject,handles)
%
其中，guidata(hObject,handles)命令用于更新句柄，当输入不同参数是，程序能够做出相应的相应。
(3)打开M文件编辑器(M-file Edit),点击向下的三角图标，在Open菜单
回调函数下添加以下代码：
file = uigetfile('*.fig');
if ~isequal(file, 0)
open(file);
end
此菜单用以打开fig文件。其相应界面如图9所示：
图9
(4)打开M文件编辑器(M-file Edit),点击向下的三角图标，在Print菜单回调函数下添加以下代码：
printdlg(handles.figure1)
%用于图形输出。
(5)打开M文件编辑器(M-file Edit),点击向下的三角图标，在Close菜单回调函数下添加以下代码：
selection = questdlg(['Close ' get(handles.figure1,'Name') '?'],...
['Close ' get(handles.figure1,'Name') '...'],'Yes','No','Yes');
if strcmp(selection,'No')
return;
end
delete(handles.figure1)
此菜单用于关闭界面，其响应界面如图10所示：
图10
(6)完成M文件编写后，运行程序进行检验，单击图标或M文件工具栏的
图标，在编辑栏输入个构件参数，运行结果如图11：
连杆机构
第二篇机械中的常用机构 第五章平面连杆机构 第一节平面连杆机构的基本类型及应用 一．平面连杆机构的组成 平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的机构，各运动构件均在相互平行的平面内运动。在平面连杆机构中，结构最简单且应用最广泛的是由四个构件组成的平面四杆机构，其它多杆机构均可以看作是在此基础上增加杆组而形成的。其中铰链四杆机构（图5-1a）、曲柄滑块机构（图5-1b）和导杆机构（图5-1c）应用尤为广泛。 图5-1 平面四杆机构 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。如图5-1a所示，它是平面四杆机构的基本形式。在此机构中，构件4为机架，直接与机架相连的构件1、3称为连架杆。连接两连架杆的构件2称为连杆。能作整周回转的连架杆称为曲柄，如构件1；仅能在一定角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆，如构件3。如果以转动副相连的两构件能作整周相对转动，则称此转动副为整转副，如转动副A、B；不能作整周相对转动的称为摆转副，如转动副C、D。 二．铰链四杆机构中曲柄存在的条件 铰链四杆机构中有无曲柄以及有几个曲柄与各构件间的相对尺寸有关，为此需要分析曲柄存在的条件。 如图5-2所示的铰链四杆机构ABCD，杆1、2、3、4的长度分别以a、b、c、d表示，现分析连架杆AB成为曲柄的条件。 图5-2 曲柄存在的条件 在图5-2中，设d>a，当杆1绕转动副A转动时，铰链点B和D之间的距离g是不断变化的，当B点到达图示点B1和B2时，g值分别达到最大值g max=d+a和最小值g min=d-a。如果要求杆1能绕转动副A相对杆4作整周转动，则杆1应能通过AB1和AB2这两个关键位置，即可构成三角形B1C1D和三角形B2C2D。根据三角形构成原理即可推出以下各式：由△B1C1D可得： a+d≤b+c （a）
平面连杆机构
第3章平面连杆机构 平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构,又称平面低副机构;由四个构件通过低副联接的平面连杆机构称为平面四杆机构,是平面连杆机构中最常见的形式; 平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,具有许多优点：平面连杆机构中的运动副均为低副,组成运动副的两构件之间为低副联接,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,能承受较大的载荷；构件形状简单,加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,所以工作平稳；在主动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动；利用连杆可满足多种运动轨迹的要求;平面连杆机构的主要缺点：低副中存在间隙,会引起运动误差,不易精确地实现复杂的运动规律；连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,不适用于高速场合; 平面连杆机构常以其所含的构件杆数来命名,如四杆机构、五杆机构……,常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构;最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构;它不仅应用广泛,而且又是多杆机构的基础; 平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类,前者是平面四杆机构的基本形式,后者由前者演化而来; 平面四杆机构的基本形式及演化 平面四杆机构可分为两类： 1. 运动副全为转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构; 图3-1 铰链四杆机构 图3-1为铰链四杆机构示意图,其中AD杆是机架,与机架相对的BC杆称为连杆,与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆,其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄,只能在小于360°范围内摆动的连架杆称为摇杆;
2. 运动副中既有转动副又有移动 副的平面四杆机构,称为衍生平面四杆 机构,如曲柄滑块机构如图3-2所示; 3.1.1铰链四杆机构的基本类型 图3-2 曲柄滑块机构1．曲柄摇杆机构 两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构;曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,可将曲柄的匀速转动变为从动件的摆动;如图3-3所示的雷达天线机构,当原动件曲柄1转动时,通过连杆2,使与摇杆3固结的抛物面天线作一定角度的摆动,以调整天线的俯仰角度;图3-4为汽车前窗的刮雨器,当主动曲柄AB回转时,从动摇杆作往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮雨动作; 图3-3 雷达天线机构图3-4 汽车前窗刮雨器 1-曲柄 2-连杆 3-摇杆天线 4-机架 1-机架 2-曲柄 3-连杆4-摇杆也有以摇杆为原动件、曲柄为从动件的情况;如图3-5所示缝纫机的脚踏机构,当脚踏板原动件上下摆动时,通过连杆使曲柄从动件连续转动,输出动力;
第三章 连杆机构设计和分析
第三章连杆机构设计和分析 本章重点： 平面四杆机构设计的几何法、解析法，及平面连杆机构运动分析的几何方法、解析法，机构动态静力分析的特点 本章难点： 1. 绘制速度多边形和加速度多边形时，不仅要和机构简图中的位置多边形相似，而且字母顺序也必须一致。 2．相对速度和加速度的方向，及角速度和角加速度的转向。 3．用解析法对平面机构进行运动分析，随着计算机的普及，已越来越显得重要，并且将在运动分析中取代图解法而占主要地位。其中难点在于用什么样的教学工具来建立位移方程，并解此方程。因为位移方程往往是非线性方程。 基本要求： 了解平面连杆机构的基本型式及其演化；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。 §3－1 平面四杆机构的特点和基本形式 一、平面连杆机构的特点 能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，低副不易磨损而又易于加工。由本身几何形状保持接触。因此广泛应用于各种机械及仪表中。 不足之处:作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡； 较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。 连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构。 二、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 三、平面四杆机构的演变 1．转动副转化为移动副 2．取不同构件为机架： 3．变换构件的形态 4．扩大转动副尺寸。 §3－2 平面连杆机构设计中的一些共性 一、平面四杆机构有曲柄的条件 上一节中，已经讲过平面四铰链机构中有三种基本形式：曲柄摇杆机构（一个曲柄）；双曲柄机构（二个曲柄）；双摇杆机构（没有曲柄）。可见有没有曲柄，有几个曲柄是基本形式的主要特征。因此，曲柄存在条件在杆机构中具有十分重要的地位。下面分析曲柄存在条
平面连杆机构
平面连杆机构 第一节、平面连杆机构的特点 平面连杆机构： 由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的，在同一平面内或相互平行的平面内运动的机构。 作用：实现某些较为复杂的平面运动，在生产和生活中广泛用于动力的传递或改变运动形式。四杆机构： 最常用的平面四杆机构，具有四个构件（包括机架）的低副机构。 平面铰链四杆机构——构件间用四个转动副相连接的平面四杆机构，简称铰链四杆机构。 第二节、铰链四杆机构的组成与分类 四杆机构的组成：铰链四杆机构是由转动副联接起来的封闭系统。 其中被固定的杆4称为机架，不直接与机架相连的杆2称之为连杆，与机架相连的杆1和杆3称之为连架。 凡是能作整周回转的连架杆称之为曲柄，只能在小于360度的范围内作往复摆动的连架杆称之为摇杆。 四杆机构的类型： 铰链四杆机构根据其两个连架杆的运动形式不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。 一、曲柄摇杆机构： 在铰链四杆机构中的两连架杆，如果一个作为曲柄，另一个作为摇杆，那么该机构就称为曲柄摇杆机构，取曲柄AB为主动件，当曲柄AB做连续等速整周转动时，从动摇杆CD将在一定角度内作往复摆动。由此可见，曲柄摇杆机构能将主动件的整周回转运动转换成从动件往复摆动。剪刀机是通过原动机驱动曲柄转动，通过连杆带动摇杆往复运动，实现剪切工作。用来调整雷达天线的仰角和俯角的曲柄摇杆机构。 汽车前窗的雨刮器，当主动曲柄AB回转时，从动件摇杆作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮雨动作。 在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动经连杆转为曲柄的连续旋转运动。在生产中应用很广泛。缝纫机的踏板机构，当脚踏板（相当于摇杆）作往复摆动时，通过连杆带动曲柄（相当于曲柄）作连续运动，使缝纫机实现缝纫工作。 二、双曲柄机构：
连杆机构
第四章连杆机构 平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 4-1 铰链四杆机构的基本形式和特性 全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图4-1所示。机构的固定件4称为机架；与机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。对于铰链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构 ．．．．．．．．．．．． ．．．．．．、双曲柄机构和双摇杆机构。 图4-1 铰链四杆机构 一、曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动，通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内摇动，从而调整天线俯仰角的大小。 图4-2 雷达天线俯仰角调整机构 图4-3a所示为缝纫机的踏板机构，图b为其机构运动简图。摇杆3（原动件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1（从动件）作整周转动，再经过带传动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构 下面详细讨论曲柄摇杆机构的一些主要特性： 1．急回运动 如图4-4所示为一曲柄摇杆机构，其曲柄AB在转动一周的过程中，有两次与连杆BC 共线。在这两个位置，铰链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D和C2D分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角ψ称为摇杆的摆 角。 图4-4 曲柄摇杆机构的急回特性 当曲柄由位置AB1顺时针转到位置AB2时，曲柄转角ϕ1=180+θ，这时摇杆由极限位置 C1D摆到极限位置C2D，摇杆摆角为ψ；而当曲柄顺时针再转过角度ϕ2=180-θ时，摇杆由位 置C2D摆回到位置C1D，其摆角仍然是ψ。虽然摇杆来回摆动的摆角相同，但对应的曲柄 转角却不等(ϕ1>ϕ2);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1>t2)，这反映了摇杆往复摆动的
连杆机构设计
连杆机构设计 提示： 连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副等）联结而成，故又称低副机构。连杆机构常用于刚体导引、实现已知运动规律或已知轨迹。特点: 连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。因此，平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。平面连杆机构的缺点是：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。 连杆机构的类 型和应用 根据构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机构的自由度为1时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于1时，称为多自由度连杆机构。根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构（机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构，其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。 连杆机构设计的基本问题和方法 连杆机构设计通常包括选型、运动设计、承载能力计算、结构设计和绘制机构装配图与零件工作图等内容，其中选型是确定连杆机构的结构组成，包括构件数目以及运动副的类型和数目；运动设计是确定机构运动简图的参数，包括各运动副之间的相对位置尺寸以及描绘连杆曲线的点的位置尺寸等等；承载能力计算是基于强度理论，确定关键零件的主要结构参数；结构设计是在综合考虑安装、调整、加工工艺性等因素情况下对各零件结构参数的全面细化。 平面连杆机构的运动设计是本章的主要研究内容，它一般可归纳为以下三类基本问题：1) 实现构件给定位置（亦称刚体导引），即要求连杆机构能引导某构件按规定顺序精确或近似地经过给定的若干位置。 2) 实现已知运动规律（亦称函数生成），即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系，包括满足一定的急回特性要求，或者在主动件运动规律一定时，从动件能精确或近似地按给定规律运动。
(完整版)平面连杆机构
机械基础一轮复习资料 （平面连杆机构） 【复习要求】 1. 了解铰链四杆机构的三种基本类型、特点及应用; 2. 掌握三种基本形式的判别条件； 3. 了解四杆机构的演化形式及应用； 4. 了解“死点”位置产生的原因、克服方法及应用; 5. 了解急回运动特性及其应用。 【知识网络】 【知识精讲】 一、平面连杆机构 由一些刚性构件用转动副和移动副相互联接而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。注当平面四杆机构中的运动副都是转动副时称为铰链器杆机构。
三、铰链四杆机构三种基本形式的组成条件（见表） 四、铰链四杆机构的演化和应用（见表） 注：四杆机构的演化形式都可以看作是改变四杆机构某些构件的形状、相对长度或选择不同构件作为机架而获得的。 五、铰链四杆机构的特性 1. “死点”位置（以曲柄摇杆机构为例） （1）“死点”位置的产生：摇杆为主动件曲柄为从动件时，当摇杆处于两极限位置时，连杆与曲柄出现两次共线，此时曲柄上所受的力通过曲柄转动的中心，转动力矩为零，从动件不动，机构停顿。
（2）机构在“死点”位置时，将出现从动件转向不确定或卡死不动。 （3）克服“死点”位置的措施：利用自重、加飞轮、增设辅助机构或机构错列。 （4）“死点”位置出现的利与弊：对传动机构来说，“死点”位置的出现是不利的，应设法予以避免， 而工程中某些工作要求（如连杆式夹具的夹紧）就是利用“死点”位置来实现的。 2. 急回运动特性 （1）定义：机构空回行程的平均速度大于工作行程平均速度的性质。 （2）意义：利用急回运动特性可缩短空回行程时间，提高生产效率。 （3）行程速比系数（K）和极位夹角（9）行程速比系数是从动件空回行程平均速度与从动件工作行程平均速度的比值，其大小反应急回特性；极位夹角是主动曲柄与连杆两次共线位置时的夹角。 K=（180° +9）/（180 °-9）或9=180°（K -1）/（K+1） 注K > 1或9>0°时机构具有急回特性；摆角（小是指摇杆两极限位置的夹角。 （4）具有急回运动特性的常见机构曲柄摇杆机构（曲柄主动件）、摆动导杆（曲柄主动件）、双曲柄机构（ 平行双曲柄机构除外）、曲柄滑块机构（曲柄为主动件）等。 【边缘知识】 压力角、传动角及其对机构传力性能的影响： 1. 压力角：从动件C点所受力F的方向与C点的绝对速度u C方向间所夹的锐角（a）（见图）传动角：压力角的余角（丫） （见图）。 2. 压力角（或传动角）是判别机构传力性能的重要参数。 F可分解为两个力；
02 连杆机构及其运动设计
第二章连杆机构及其运动设计平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的、各构件在同一个平面内或互相平行的平面内运动的机构，又称平面低副机构。 平面连杆机构中构件的运动形式是多样的，可以实现给定的运动规律或运动轨迹；低副以圆柱面或平面接触，承载能力高，耐磨损，制造简便。因此，平面连杆机构在各种机械、仪器中获得了广泛的应用。平面连杆机构的缺点是：不易实现复杂的运动规律，且设计较为复杂；当构件数和运动副数较多时，效率较低。 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此，本章着重介绍平面四杆机构的基本类型、特性、演化形式及其常用的设计方法。 2.1 铰链四杆机构的类型及应用 全部用转动副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，简称四杆机构，如图2-1所示。机构的固定件4称为机架；与机架用转动副相联接的杆1和杆3称为连架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。对于铰链四杆机构，机架和连杆总是存在的，
因此可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构与双摇杆机构。 图2-1 铰链四杆机构 1.曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。 图2-2所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动，通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图2-2 雷达天线俯仰角调整机构 图2-3（a）所示为缝纫机的踏板机构，图（b）为其机构运动简图。摇杆3（原动件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1（从动件） 作整周转动，再经过带传动使机头主轴转动。
平面连杆机构及其设计与分析
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。 AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆
2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：ϕ、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。然后，再看以哪个构件作为机架。
连杆机构设计方法
连杆机构设计方法 连杆机构是一种常见的机械传动装置，它由多个连杆和铰链组成，可以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。在机械设计中，连杆机构的设计是非常重要的一环，下面将介绍一些常用的连杆机构设计方法。 一、确定机构类型 在设计连杆机构之前，首先需要确定机构的类型。常见的连杆机构类型有四杆机构、双曲杆机构、滑块机构等。不同类型的机构有不同的特点和适用范围，因此在设计时需要根据具体的需求选择合适的机构类型。 二、确定机构参数 在确定机构类型之后，需要确定机构的参数，包括连杆长度、铰链位置、运动轨迹等。这些参数的选择需要考虑到机构的运动要求和结构限制，同时还需要满足机构的稳定性和可靠性要求。 三、进行运动分析
在确定机构参数之后，需要进行运动分析，即分析机构的运动规律和运动轨迹。运动分析可以通过数学模型和计算机模拟等方法进行，可以帮助设计人员更好地理解机构的运动特性和优化机构设计。 四、进行强度分析 在完成运动分析之后，需要进行强度分析，即分析机构的受力情况和强度要求。强度分析可以通过有限元分析等方法进行，可以帮助设计人员确定机构的材料和尺寸，以满足机构的强度要求。 五、进行优化设计 在完成强度分析之后，需要进行优化设计，即对机构进行优化，以满足机构的性能要求和结构限制。优化设计可以通过参数优化、拓扑优化等方法进行，可以帮助设计人员找到最优的机构设计方案。 六、进行制造和装配 在完成优化设计之后，需要进行制造和装配。制造和装配需要考虑到机构的加工和装配难度，同时还需要满足机构的精度和可靠性要求。制造和装配的过程需要严格控制，以确保机构的质量和性能。 综上所述，连杆机构的设计是一个复杂的过程，需要考虑到机构的运
连杆机构设计--轨迹生成机构的运动设计
连杆机构设计--轨迹生成机构的运动设计
连杆机构设计：轨迹生成机构的运动设计 1 图谱法 这种方法是利用编纂汇集的连杆曲线图册来设计平面连杆机构。现举一例说明如下：例如生产上需要设计带停歇运动的机构（这种机构常用于打包机等一些机器中），首先查阅连杆曲线图册，找到连杆曲线上有一段接近圆弧的铰链四杆机构如图所示，图中连杆曲线的每一段短线的大小相当于曲柄AB转过50时连杆上点M所描绘的距离。整个连杆曲线由72段短线所组成。将曲柄的长度作为基准并取为1，其他构件的长度对曲柄的长度成比例，因此按图册上表示的杆长成比例地放大或缩小机构时，并不改变连杆曲线的特性。由图上可找出连杆曲线上的点P至点Q部分接近于圆弧，其曲率半径f=1.26。这段圆弧由十八段短线组成，因此当点M运动经过这段圆弧时，曲柄转过900，而其曲率中心G保持不动。再将另一构件MF的一端与连杆上的点M铰接，另一端F与滑块在点G处铰接，该构件的长度即等于曲率半径的大小（G处的输出件可以是滑块也可以是摇杆，视实际需要而定）。这样在图示机构中，当点M自点P运动至点Q时，滑块F静止不动；点M至点Q运动至点R时，滑块F向下运动；点M至点R运动至点P时，滑块F作返回运动。滑块F 的行程H=1.48，调整滑块导路倾角b的大小，就能改变滑块行程H的大小和往返行程的时间比。但需注意机构的最小传动角不得小于许用值。 由上述可知，使用图谱法可从连杆曲线图册中查到与所要求实现的轨迹非常接近的连杆曲线，从而确定了该机构的参数，使设计过程大大简化。 2 解析法
对于图示铰链四杆机构，以A点为原点、机架AD为x'轴建立直角坐标系Ax'y'。若连杆上一点M在该坐标系中的位置坐标为x'、y'，则有 或: 由式(7.26)和(7.27)消去f，得: 由式(7.28)和(7.29)消去y，得: 再由式(7.30)和(7.31)消去b，则得在坐标系Ax'y'中表示的M点曲线方程:
连杆机构优化设计
连杆机构优化设计 连杆机构是最常用的机构，因此连杆机构优化设计在机构设计中十分重要，研究工作开展得也最为广泛。有大量的文献介绍有关平面四杆机构、平面五杆机构、柔性连杆机构、曲柄连杆机构、槽轮连杆机构、凸轮连杆组合机构和齿轮连杆等机构的优化。鉴于四连杆机构的典型性，本节结合四连杆机构的函数再现优化设计问题，阐述连杆机构优化问题的一般方法及流程。 四连杆机构的优化设计就是对四连杆机构的参量进行优化调整，使得机构给定的运动和机构所实现的运动之间误差最小。因此四连杆机构的优化设计的过程，就是寻找使得四连杆机构运动误差最小的一组机构设计参量。四连杆机构设计参量确定后，就可认为实现了机构的优化设计。 四连杆机构的优化设计包括四连杆机构优化模型建立和优化模型求解二个主要过程。通过对四连杆机构的分析确定优化方案，确定设计变量，给出目标函数，并将机构设计制约条件，如杆长条件、传动角条件等，写成相应的约束条件，即可建立机构优化设计模型。 下面介绍四连杆机构函数再现优化设计模型的建立。连杆机构函数再现设计主要通过选取输人构件和输出构件相对应若干位置、采用机构图解法或分析法确定机构各参数。图1 是典型的平面铰链四杆机构，、、和分别表示于四个构件的长度，杆AB是输入构件。假设图1所示的平面铰链四杆机构再现给定函数为，即 ，则机构位置取决于、、、铰链A的位置、AD与机架x轴夹角以及输人构件转角等七个变量。 图1 平面铰链四杆机构
为简化问题，可令A的位置为，，构件的长度为1(参考构件)，由此可将问题维数降为四维，并不影响构件输入、输出的函数关系。由此可以得到输出构件转角 外与输入构件转角之间的函数关系式： （1） 机构优化设计目标就是使得输出构件转角与给定值在，所有位置上的误差最小。因此机构优化设计的目标函数可用下式表示 （2） 当输入构件转角为时，输出构件转角外可由下式求得， （3） 式中： 所以
连杆机构的结构设计-LI
连杆机构的结构设计 newmaker 1 构件的结构 1. 带转动副的构件 连杆机构中的构件有杆状、块状、偏心轮、偏心轴和曲轴等型式。当构件上两转动副轴线间距较大时，一般做成杆状。 带两个转动副的双副杆结构： 带三个转动副的三副杆结构： 杆状结构的构件应尽量做成直杆。有时为了避免构件之间的运动干涉，也可将杆状构件做成其他结构。 带三个转动副的三副杆的结构设计较为灵活，与三个转动副的相对位置和构件加工工艺有关，下图为8种典型结构形式：
另外，根据对构件强度、刚度等要求的不同，可以将构件的横截面设计成不同的形状，如下图所示:
块状构件大都是作往复移动的构件，其结构和形状与移动副的构造有关，故在移动副的结构设计中一并讨论。 当两转动副轴线间距很小时，难以在一个构件上设置两个紧靠着的轴销或轴孔，此时可采用偏心轮或偏心轴结构，分别如下图a和b所示，其中的偏心轮或偏心轴相当于连杆机构中的曲柄。另外，当曲柄需安装在直轴的两支承之间时，为避免连杆与曲柄轴的运动干涉，也常采用偏心轮或偏心轴结构。图c为偏心轮、偏心轴综合应用的结构实例，可以实现曲柄长度在一定范围内的连续调节。
当曲柄较长且需装在轴的中间时，若采用偏心轮或偏心轴形式，则结构必然庞大。这种情况下常用图d所示的曲轴式曲柄，它能承受较大的工作载荷。 2. 带转动副和移动副的构件 带转动副和移动副的构件结构形式主要取决于转动副轴线与移动副导路的相对位置及移动副元素接触部位的数目和形状。下图为带转动副和移动副构件的几种结构形式。
3. 带两个移动副的构件 当构件带有两个移动副时，其结构与移动副导路的相对位置及移动副元素形状有关。其典型结构如下图所示，其中：a)为十字滑块联轴器；b)为十字滑槽椭圆画器；c)为带移动导杆的六杆机构。 4. 构件长度的调节
向外开门的连杆机构设计实例
向外开门的连杆机构设计实例 【原创版】 目录 1.引言 2.连杆机构的定义和作用 3.外开门的连杆机构设计实例介绍 4.设计过程中的关键点 5.实例的优势与不足 6.结论 正文 【引言】 在现代建筑中，门的设计不仅需要满足功能性的需求，还需要注重美观与实用。连杆机构作为一种常见的机械传动装置，可以实现门的自动开启与关闭。本文将介绍一个向外开门的连杆机构设计实例，分析其在设计过程中的关键点及优势与不足。 【连杆机构的定义和作用】 连杆机构是由两个或两个以上的连杆组成的机构，通过连杆之间的相对运动，将一个轴的旋转运动转变为另一个轴的旋转运动。在建筑门领域，连杆机构广泛应用于自动门、旋转门等设计，可以提高门的开启与关闭的效率，减轻人们的操作负担。 【向外开门的连杆机构设计实例介绍】 本文所要介绍的向外开门的连杆机构设计实例，主要由以下部分组成：驱动装置、连杆组件、门体及控制系统。其中，驱动装置负责为连杆机构提供动力；连杆组件负责将驱动装置的旋转运动传递到门体，实现门体的
开启与关闭；门体则是连杆机构的承载部分，负责承受人们的进出；控制系统负责对整个连杆机构的工作进行控制。 【设计过程中的关键点】 在设计向外开门的连杆机构时，需要关注以下几个关键点： 1.驱动装置的选择：根据门体的质量和开启速度要求，选择合适的驱动装置，如电动机、气缸等。 2.连杆组件的设计：合理设计连杆组件的几何参数和材料，以保证连杆组件在承受门体重量时具有足够的强度和稳定性。 3.控制系统的设置：根据实际需求，设置合理的控制逻辑，如自动开启、关闭以及遇到障碍物时的停止等。 【实例的优势与不足】 向外开门的连杆机构设计实例具有以下优势： 1.提高门的开启与关闭效率，减轻人们的操作负担。 2.具有较好的可靠性和稳定性，可以实现长时间的连续运行。 3.可以根据实际需求，实现多种功能，如自动开启、关闭以及遇到障碍物时的停止等。 然而，该实例也存在一定的不足： 1.结构相对复杂，维护难度较高。 2.成本相对较高，不利于普及。 【结论】 向外开门的连杆机构设计实例为现代建筑提供了一种高效、美观的门禁解决方案。在设计过程中，需要关注驱动装置的选择、连杆组件的设计以及控制系统的设置等关键点。
平面连杆机构教案
课题：平面连杆机构（教材第6章第1节）教案 教学目的：通过一些实例的演示讲解，使学生掌握平面连杆机构的组成、类型、特性及应用， 从而掌握一些比较简单的平面铰链四杆机 构的设计方法。 教学对象：一年一期模具制造技术、数控技术应用、机电技术应用、汽车维修与检测等专业的 新生。 教学重点：1、运动副的概念及机构运动简图的绘制； 2、平面铰链四杆机构类型的判别； 3、平面铰链四杆机构的运动特性及应用。 教学难点：机构运动简图的绘制、铰链四杆机构类型的判别及其运动特性。 教学方式：讲解法、演示法、例证法、讨论法 教学场地：多媒体教室 教学课时：2课时 教学内容安排： 导入：先在多媒体屏幕上打开演示一个飞机起落的3D动画，引起学生的兴趣，集中学生的注意力，由此提出飞机能平安着陆靠的是什么?由这样一个问题引出飞机起落架的运动特性，从而开场今天的新课内容。
一、平面连杆机构概念 平面连杆机构的各构件是用销轴、滑道（低副）等方式连接起来的，各构件间的相对运动均在同一平面或互相平行的平面内。最简单的平面连杆机构是由 4个杆件组成的，简称平面四杆机构，其结构简单、易于制造、工作可靠，因此应用非常广泛。应用实例有：雷达、飞机起落架、铲斗、缝纫机、货车自卸机构、变速器、起重机、破碎机、筛选机、压紧机等等。 二、运动副 1、定义： 使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接，称为运动副。 2、分类：在工程上，人们把运动副按其运动范围分为空间运动副和平面运动副两大类。在一般机器中，经常遇到的是平面运动副。平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形式不同，可分为低副和高副。 （1）、低副 是指两构件之间作面接触的运动副。如下图1所示。 a b c 图1 （2）、高副 高副是指两构件之间作点或线接触的运动副。如下图2所示。 a b c 图2 3、机构运动简图 机构运动简图就是指用一些简单的线条表示运动副关系的图形，称之为机构运动简图。 图3 转动副的表示方法
机械原理教案 平面连杆机构及其设计
第八章平面连杆机构及其设计 §8-1、连杆机构及其传动特点 1、连杆机构及其组成 。本章主要介绍平面连杆机构（所有构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构）组成：由若干个‘杆’件通过低副连接而组成的机构。又称为低副机构。 2、平面连杆机构的特点（首先让学生思考在实际生活中见到过哪些连杆机构：钳子、缝纫机、挖掘机、公共汽车门） 1）运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，易润滑，磨损小，寿命长；。 2）运动副元素简单（多为平面或圆柱面），制造比较容易； 3）运动副元素靠本身的几何封闭来保证构件运动，具有运动可逆性，结构简单,工作可靠； 4）可以实现多种运动规律和特定轨迹要求； （连架杆之间）匀速、不匀速 主动件（匀速转动）→→→→→从动件连续、不连续（转动、移动） 某种函数关系 引导点实现某种轨迹曲线 导引从动件（连杆导引功能）→→→→→ 引导刚体实现平面或空间系列位置 5）还可以实现增力、扩大行程、锁紧。。。。 连杆机构的缺点： 1）由于连杆机构运动副之间有间隙，且运动必须经过中间构件进行传递，因而当使用长运动链（构件数较多）时，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。 2）连杆机构所产生的惯性力难于平衡，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。3）难以精确地满足很复杂地运动规律（受杆数限制） 4）综合方法较难，过程繁复； 平面四杆机构的应用广泛，而且常是多杆机构的基础，本章重 点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。 §8-2、平面四杆机构的基本类型和应用 （利用多媒体中的图形演示说明） 1．铰链四杆机构的基本类型1）、曲柄摇杆机构 曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件；摇杆：与机架相联并 且作往复摆动的构件；（还可以举例：破碎机、自行车（人骑上之 后）等） 2）、双曲柄机构
平面连杆机构设计
习题与参考答案 一、复习思考题 1、什么是连杆机构？连杆机构有什么优缺点？ 2、什么是曲柄？什么是摇杆？铰链四杆机构曲柄存在条件是什么？ 3、铰链四杆机构有哪几种基本形式？ 4、什么叫铰链四杆机构的传动角和压力角？压力角的大小对连杆机构的工作有何影响？ 5、什么叫行程速比系数？如何判断机构有否急回运动？ 6、平面连杆机构和铰链四杆机构有什么不同？ 7、双曲柄机构是怎样形成的？ 8、双摇杆机构是怎样形成的？ 9、述说曲柄滑块机构的演化与由来。 10、导杆机构是怎样演化来的？ 11、曲柄滑块机构中，滑块的移动距离根据什么计算？ 12、写出曲柄摇杆机构中，摇杆急回特性系数的计算式？ 13、曲柄摇杆机构中，摇杆为什么会产生急回运动？ 14、已知急回特性系数，如何求得曲柄的极位夹角？ 15、平面连杆机构中，哪些机构在什么情况下才能出现急回运动？ 16、平面连杆机构中，哪些机构在什么情况下出现“死点”位置？ 17、曲柄摇杆机构有什么运动特点？ 18、试述克服平面连杆机构“死点”位置的方法。 19、在什么情况下曲柄滑块机构才会有急回运动？ 20、曲柄滑块机构有什么特点？ 21、试述摆动导杆机构的运动特点？ 22、试述转动导杆机构的运动特点。 23、曲柄滑块机构与导杆机构，在构成上有何异同？
二、填空题 1、平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副相互联接而组成的机构。 2、平面连杆机构能实现一些较复杂的平面运动。 3、当平面四杆机构中的运动副都是回转副副时，就称之为铰链四杆机构；它是其他多杆机构的基础。 4、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周连续转动的连架杆叫曲柄。 5、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作往复摆动的连架杆叫摇杆。 6、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。 7、平面四杆机构有三种基本形式，即机构，机构和机构。 8、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和或其他两杆的长度之和；以最短杆的相邻构件为，则最短杆为。 9、在曲柄摇杆机构中，如果将最短杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作 整周旋转____ 运动，即得到双曲柄机构。 10、在曲柄摇杆机构中，如果将最短杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。 11、在铰链四杆机构中，最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为机架，都可以组成双摇杆机构。 12、曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构的摇杆长度趋向无穷大而演变来的。 13、导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的固定件而演变来的。 14、将曲柄滑块机构的曲柄改作固定机架时，可以得到导杆机构。 15、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为主动件，曲柄为从动件或者是把往复摆动运动转换成旋转运动。 16、曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：摇杆为从动件，曲柄为主动件或者是把` 等速旋转运动转换成往复摆动。 17、曲柄摇杆机构的极位夹角不等于00，则急回特性系数就大于1 ，机构就具有急回特性。 18、实际中的各种形式的四杆机构，都可看成是由改变某些构件的形状，相对长度或选择不同构件作为机架等方法所得到的铰链四杆机构的演化形式。 19、若以曲柄滑块机构的曲柄为主动件时，可以把曲柄的等速旋转运动转换成滑块的__直线往复_____运动。 20、若以曲柄滑块机构的滑块为主动件时，曲柄在运动过程中有“死点”位置。 21、通常利用机构中构件运动时自身的惯性，或依靠增设在曲柄上飞