生活中的平面连杆机构分析
第五章 平面连杆机构的运动分析和设计2
怎样求杆长？
求铰链点，由铰链点求杆长
怎样求铰链点？
固定铰链点：无位置变化 其他铰链点：运动轨迹为圆
b B
1 2 3
C c
1 a
d A 4
D
讨论：固定铰链与活动铰链的关系
C2 B1 B2 B3 C1 C3
A
D
连杆上P、Q与铰链点A、B、C、D之间的关系
已知：连杆的三个精确位置P1Q1、P2Q2、P3Q3。
Burmester理论
当给定刚体三个位置，刚体平面上任意一点
都为圆点
当给定刚体四个位置时，圆点和圆心点为三次
曲线，称为Burmester曲线
当给定刚体五个位置时，设计问题的解是确定
的：圆点可能有4个、或者2个，或者没有解！
结论：
铰链四杆机构最多可实现五个连杆精确位置，即： 铰链四杆机构实现连杆精确位置的最大数目为 5
y B1 (3)
1
Bi
i
x (4)
A
O
= XA + LAB cos (1i + 1 ) = XA + LAB (cos1i cos 1-sin 1i sin 1 )
同理：
YBi =YA + LAB (sin1i cos 1+cos1i sin 1 )
(5)
y B1 yB1 Bi
013d????????????????????????????????????????????????????????????????????????115
第 五 章 平面连杆机构的运动分析和设计（2）
5.6 平面连杆机构的运动设计
设计要求通常用在输
出构件（连杆或连架杆） 上的点或直线的一系列有 序的位置来描述。这些点 或直线位置叫做精确点或 精确位置。 精确点或精确位置的含义是：必须保证 设计出来的机构能够到达这些点或位置，而 在精确点或精确位置之间的机构的运动情况 却不能保证。
生活中的平面连杆机构
生活中的平面连杆机构09090314李怀阳前言：平面连杆机构因其构造简单，加工、使用方便的特点使其成为是日常生产生活中的不可或缺的机构。
用心观察的话，会发现平面连杆机构出现在我们身边的很多地方。
用于平面连杆机构种类繁多，下面只记录了我在工大校园中发现的一些平面连杆机构。
一、窗户开启机构这种机构出现在宿舍和教室的窗户上，其中三教采用了使滑块竖直滑行的方式，一教、宿舍等其他地方则多采用使滑块平行滑动的方式，但本质上机构的性质完全相同。
机构运动简图：由此机构的机构运动简图我们可以看出，此机构属于曲柄滑块机构是曲柄连杆机构的一种特殊的存在方式。
下面进行分析。
原动件是什么：简图中1杆（即玻璃窗户） 原动件是不是曲柄：不是有无急回特性：无传递性能：此机构起对窗户的支撑作用，并不是主要为了传递运动，所以传递性能不是很好。
是否有死点位置：无二、订书器开盖机构这种机构出现在订书器的启盖处。
机构运动简图：由此机构的机构运动简图我们可以看出，此机构属于曲柄滑块机构。
下面进行分析。
原动件是什么：简图中1杆（即订书器上盖）原动件是不是曲柄：不是有无急回特性：无传递性能：此机构主要应用滑块的作用来固定订书钉，所以传递性能不是很好。
是否有死点位置：无四、手机滑盖机构这种机构出现在某些滑盖手机的滑盖处。
机构运动简图：由此机构的机构运动简图我们可以看出，此机构属于曲柄连杆机构。
下面进行分析。
原动件是什么：简图中1杆（手机屏幕）原动件是不是曲柄：不是有无急回特性：有传递性能：此机构起对屏幕的支撑作用，并不是主要为了传递运动，所以传递性能不是很好。
是否有死点位置：有死点的意义：此机构正是利用了死点的原理才能使手机屏幕在一定位置保持不动。
2。
平面连杆机构的组成
平面连杆机构是一种广泛应用于各种机械设备中的传动机构，它由若干个构件通过低副（转动副或移动副）相互连接而成。
平面连杆机构的基本组成包括以下四个部分：
1. 构件：
- 构件是构成连杆机构的独立部件，可以是杆件、曲柄、滑块等。
- 在平面连杆机构中，通常至少包含一个曲柄和一个滑块。
2. 铰链或轴：
- 铰链或轴是连接两个构件的点，允许它们相对旋转或移动。
- 每个构件至少有一个铰链或轴与另一个构件相连。
3. 运动副：
- 运动副是两个构件之间的接触面，它可以是转动副（允许绕轴旋转）或移动副（允许沿着直线滑动）。
- 平面连杆机构中的所有运动副都是低副。
4. 动力输入和输出：
- 平面连杆机构的动力输入通常是通过驱动曲柄来实现的，而动力输出则可以从其他构件获取。
根据不同的应用需求，平面连杆机构可以有不同的形式，如四杆机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等。
这些机构的设计需要考虑到运动学分析（确定各个构件的位移、速度和加速度）和动力学分析（计算作用力和力矩），以确保机构能够满足预期的性能要求。
平面连杆机构
1.2 铰链四杆机构的类型及曲柄存在的 条件
图1.1 铰链四杆机构
图1.2 曲柄摇杆机构
图1.3 牛头刨床横向进刀机构
图1.4 缝纫机踏板机构 1.曲柄；2.连杆；3.踏板；4.支架
1.2 铰链四杆机构的类型及曲柄存在的 条件
2.双曲柄机构 两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构，如图1.5所示。在图
1.2 铰链四杆机构的类型及曲柄存在的 条件
1.2.1 铰链四杆机构的类型
平面连杆机构的类型很多，但最基本的是铰链四杆机构。铰链四杆机构由四 个构件用铰链连接而成，如图1.1所示。在此机构中固定不动的构件AD称为机 架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆，与机架相对的构件BC称为在某一角度（小于 360°）内摆动，称为摇杆。
图1.14 曲柄滑块机构
1.3 铰链四杆机构的演化
1.3.2 导杆机构
曲柄滑块机构各构件间具有不同的相对运动，因而当取不同的构件作机架时 ，机构呈现出不同的运动特点。 1.转动导杆机构和摆动导杆机构
在图1.15（a）所示的曲柄滑块机构中，当取杆1为机架时，则机构演化成 图1.15（b）所示的导杆机构。其中与滑块组成移动副的长杆4称为导杆。若杆 长l1l2，杆2整周回转时，杆4往复摆动，称此机构为摆动导杆机构。
在图1.12（a）所示的铰链四杆机构中，设各杆的长度分别为a、b、c、d。 先假定构件1为曲柄，则在其回转过程中杆1和杆4一定可实现拉直共线和重叠 共线两个特殊位置（摇杆处于左右极限位置），即构成△BCD[图1.12（b）、 （c）]。根据三角形任意两边之和必大于第三边的定理可得:
图1.12 铰链四杆机构的运动过程
铰链四杆机构根据其连架杆是否为曲柄，可以分为三种类型，即曲柄摇杆 机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
平面连杆机构
1.3 铰链四杆机构的演化
转动副向移动副的演化
1.3 铰链四杆机构的演化
在曲柄滑块机构［图1（ａ）］ 中，取不同杆作为机架可得到导杆机构［图1（ｂ）］、 摇块机构［图1（ｃ）］和定块机构［图1（ｄ）］。图2为摇块机构的应用实例、图3为定 块机构的应用实例。
图1 曲柄滑块机构的演化
1.3 铰链四杆机构的演化
平行四边形机构
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
机车驱动轮联动机构
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
1.1.３ 双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构 称为双摇杆机构。
图所示为飞机起落架机构的运动简 图。飞机着陆前，操作系统控制主动件 AB摆动，通过连杆使从动摇杆放下或收 回着陆轮，收回着陆轮后，整个双摇杆 机构可藏于机翼内。
铰链四杆机构
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
1.1.１ 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若有两个连架杆， 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。通常曲柄１为原动 件，并做匀速转动；而摇杆３为从动件，做 变速往复运动。图为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄１缓慢做匀速转动，通 过连杆２，使摇杆３在一定角度范围内摆动， 从而调整天线俯仰角的大小。
曲柄摇杆急回特性
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
机械原理-平面连杆机构及设计
平面连杆机构的运动分析
1
位置分析
通过几何和三角学的方法，确定各个连
速度分析
2
杆和转轴的位置。
计算各个部件的速度，了解机构的运动
特性。
3
加速度分析
研究连杆的加速度，对机械系统的稳定 性和性能影响重大。
平面连杆机构的设计原则
力学平衡Biblioteka 确保各个连杆和转轴保持力学平衡，避免不必 要的应力。
优化尺寸
选择合适的尺寸和比例，以提高系统的性能和 耐久性。
机械原理-平面连杆机构及设计
探索机械原理中的平面连杆机构，深入了解其组成部分、运动分析、设计原 则、类型和应用领域。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由连杆和旋转副组成的机械装置，用于转换直线运动和旋转运动。它被广泛应用在各种机械设 备和工具中。
平面连杆机构的组成部分
• 连接杆：用于连接各个部件并传递力和运动。 • 转轴：提供连杆的旋转运动。 • 摩擦面或球面：减小连杆关节的摩擦。 • 约束物：限制连杆的自由运动。
减小摩擦
使用适当的润滑和设计摩擦减小装置，提高效 率。
动态平衡
通过合理设计和调整质量分布，减少系统的振 动。
常见的平面连杆机构类型
滑块曲柄机构
由连接杆、连杆、中心轴和滑块 组成，广泛应用在汽车和机床。
钟摆式机构
采用钟摆原理，具有稳定的运动 轨迹，用于摆锤和钟表。
平行连杆机构
通过平行排列的连杆传递运动和 力，在工程和自动化领域有广泛 应用。
平面连杆机构的应用领域
1 工业生产设备
机械加工、装配线和工厂自动化。
3 家庭用具
打印机、洗衣机和电动工具。
2 交通运输工具
汽车、火车和航空器。
平面连杆机构的定义和运用
1.1连杆机构的定义及特点
• 连杆机构又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干（两个以上） 有确定相对运动的构件用低副（转动副或移动副）联接组成的机构。其特点 是：能够实现多种运动形式的转换和得到各种复杂的运动轨迹；连杆机构是 低副机构，各构件之间的相对运动部分均为面接触，故单位面积上的压力较 小。所以摩擦磨损较小，构件的使用寿命较长。适于传递较大的动力；各构 件之间的接触面为圆柱面或平面，几何形状简单，便于加工制造，能得到较 高精度；当构件数目比较多或制造精度较低时,机构的运动累积误差较大， 会影响运动准确性；连杆机构中，由于有的构件的运动速度在变化，产生惯 性动负荷，因此常会引起冲击或振动。当机构运动速度较高时,这种冲击或 振动更为严重。
1.2平面四杆机构
• 许多机械设备中的结构都可以看作是由若干个四杆机构组成的，因此，了解 四杆机构是了解连杆机构的第一步，四杆机构中固定的构件称为机架，直接 与机架相联接的构件称为连架杆，在连架杆中能绕固定轴线作整周回转的称 为曲柄，只能在某一角度内摆动的称为摇杆，联接连架杆的构件称为连杆 （它作平面运动），而根据选取不同的机构作为原动件和从动件时，四杆机 构又可以分为双曲柄机构、曲柄摇杆机构和双摇杆机构。这些四杆机构的共 同特点是将由原动件所提供的扭矩，即平面圆周运动转化为平面曲线往复运 动，倘若用滑块来代替四杆机构中的摇杆，还能获得平面直线往复运动，这 种机构被称之为曲柄滑块机构（如图1.2）所示。
谢谢观看！
• 四杆机构类型的判别：
• 1、若最短杆为连架杆，该机构是曲柄摇杆机构； • 2、若最短杆为机架，该机构是双曲柄机构； • 3、若最短杆为连杆，该机构是双摇杆机构；
平面四杆机构运动的急回特性
空回行程速度V2大于工作行程速度V1，称为急 回特性。如图所示，曲柄摇杆机构所处的这两 个位置，称为极限位置（简称极位)。从动件的 两个极限位置所对应的主动件的两个位置所夹 角的锐角θ，称为极限位置夹角。K 构在矿山机械设备的应用分析
平面连杆机构
图2-1 铰链四杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
3、铰链四杆机构的分类 根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基 本形式：曲柄摇杆机构、双摇杆机构、双曲柄机 构 （1）曲柄摇杆机构：两连架杆，一为曲柄，另一 为曲柄摇杆。 （2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 （3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。
一、曲柄摇杆机构
4Байду номын сангаас
2 B 1 A
自卸卡车举升机构
B 1 A
2
A 3 4
1
2 3
B
4 C 曲柄滑块机构 C A
A 4 4
1
2
B
定块机构
设计：潘存云
3 C
手摇唧筒
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
1
3 4
3
4
椭圆仪机构 正弦机构 正切机构
三、曲柄滑快机构演化——偏心轮机构
曲柄长度较小时，一杆上不宜制两个转动副联接（两轴 直径较大而杆较短），此时可制成偏心轮机构，运动特 性不变，而增强刚度，改善受力。
摇杆为主动件时，且连杆与曲柄两次共线时有： 死点 极位夹角θ >0
3、压力角和传动角
（二）双曲柄机构 特征：两个曲柄 特点：将等速回转转变为等速或变速回转。 应用实例：如叶片泵、 惯性筛、 平行四边形 机构——火车车轮连动 机构等。
A B 1 D 2 设计：潘存云 C 3
6 C 设计：潘存云 2 3 B 4 D 1 A
也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具等。
C D A A C
设计：潘存云
P
γ B =0
B
B 2 2 C
C γ=0 33