平面连杆创意组合实验台的研制及三维建模
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。
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。
平面机构创意组合测试分析及仿真试验台
平面机构运动设计分析与测试实验台一、功能简介本实验台是在结合高校机械教材机构运动及传动的相关理论知识，并吸收了国内教仪市场同类装置优点的基础上精心设计的，它集搭建灵活，组装方便，展示美观于一体。
是一款实用性强，供高校机械专业师生进行平面运动机构方案创新设计的平台。
利用本装置可拼装出“平面运动机构方案创意设计实验”，“平面运动机构方案构思组装模拟改进实验”等创新实验，在具体操作中，教师可以指导学生设计、搭建、组装实验台配套的多功能零件，将学生们自己的构思创意、试凑选型的机构方案，按比例组装成实物模型，并模拟真实的机构运动情况，直观地调整布局、连接方式和运动学尺寸来改进自己的设计，最终由学生确定其设计方案和运动参数。
实验台在PJC-01的基础上增加了角位移和直线位移传感器，将它们采集出的数据用数据采集卡将模拟信号转换成数字信号，通过专用软件把每种机构的特性曲线展现在学生的面前，加深学生对每种机构特性的了解。
本实验台还赠送一套仿真软件，里面包含有10个模块，全部来源与现代工业设备上的典型机构。
让学生更深入了解机构在现代工业上的应用。
二、实验目的1.掌握机构创新模型的使用方法及实验原理2.训练学生的工程实践动手能力，培养学生创新意识及综合设计的能力3.加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识。
4.通过精密传感器和专用软件对机构的分析和曲线处理,加深学生对每种机构特性的了解。
三、性能特点根据机械系统组成原理，使学生通过实验进一步掌握系统组成理论，熟悉机械传动概念和基础知识，为创新设计奠定良好的基础；1、可组成性能各异的平面机构系统，有利于培养机构方案的设计能力；2、本实验装置各传动系统层次分明，联接可靠，不会产生构件之间的运动干涉或脱离；3、该实验装置和联接方式具有设计巧妙，使用调节范围大，拆装轻松方便，结构紧凑，元件之间的通用性好，拼装方案多等特点；4、实验台搭接调整灵活方便，各件尺寸准确；5、实验台配有精密的传感器、配套的专用软件和仿真软件。
平面连杆机构创新设计实验的开发与实施
二 、 面连 杆 机 构 创 新 设计 平 实验 的 内涵
平 面连 杆机 构创新设 计 实验
真研究 国家 经济 发展形 势及人 才
市场需求状况 ， 对现行实验教学大
纲作了进一步修订 ， 确定 了新 的人 依据《 江苏技术师范学 院机械工程 才培 养 目标 。新 目标 以全 面推进 与汽车工程学 院教学 大纲 （０ ７ ２ ０ 年
课体 系 中开 发 了一 个 凸显 综合 性 和设计 性 的创新 实验 项 目， 平 即“
面连杆机构创新设计实验” 。
来越大 。特 别是机 械类各 专业 ， 要 实现教学 目标 ， 新实验项 目的设 创
范成原 理 ” 已经 不能满 足 当前 素 ， 质教育 理念 下人 才培养 目标 的要
问题启发 、 难处点拨 、 成绩考 “ 、 台” “ ” ， 架” “ 、链 上 使其有合理 的 齿轮 、 凸轮 、 轮 、 槽 连杆 、 滑块 、 主动 演示 、 并将构件 的尺寸 轴、 从动 轴 、 铰链 座 、 皮带轮等共计 核等 作 用 。而实验 的真 正活 动主 秩序和空 间位置 ， 从认识设 备 、 自主选题 、 调整 到适 当位置 。在 “ 自动手” ２０ ０ 多个组 件及 相应 工具 ， 每个 平 体是学生 ， 亲
段为途 径 ， 努力 培养素质 高 、 能力 用工 程专业 的学 生 。实 验安 排在
有特 色 、 有创 新精 神 的应 用型 完成《 机械原理》 课程 中与 “ 面连 平 随着 经济社会 快速发展 ， 机械 强 、
机械原理课 杆机构及其设计 ” 相关 内容 的学 习 领域 内新技 术 、 工艺 不断更 新 。 人才 。基于 以上理念 ， 新
素质 教育 和改革 人才培 养模 式为 重点 ， 以构建新 的教学 内容和课程
平面连杆机构的创新设计
实验16 平面连杆机构的创新设计16.1 实验目的1.加深对机构组成原理和机构运动方案设计的认识；2.了解平面连杆机构的应用；3.培养创新意识和机构创新设计能力；4.了解专利检索方法。
16.2 实验设备和工具创新组合模型一套（或Fischer创意模型若干）。
16.3 实验要求和内容玻璃窗启闭机构创新设计。
设计要求：1)窗扇外形长宽尺寸为m m800 （根据模型中构件模块尺寸情况，可按比例缩小或放大），m m400采用平面连杆机构实现其启闭；90；2)窗扇可自窗槛开启3)操纵窗扇启闭的平面连杆机构有一个引动件（即原动件），并能支持窗扇的重量；4)连杆机构必须具有良好的传动性能（即较大的传动角）；5)窗扇在关闭位置时，连杆机构的所有部分必须隐蔽在窗扇与窗槛之间，且不能延伸至窗槛外侧，延伸至室内的部分亦应尽可能小。
设计内容：1)确定机构运动方案，绘制机构简图；2)机构运动设计，确定各构件运动尺寸；3)利用模型提供的构件和运动副模块搭接出实物机构，并进行运动效果的评价。
要求检索相关专利，以供参考。
16.4 参考方案图16.1 铰链四杆机构运动方案图16.2 曲柄滑块机构运动方案四杆机构运动方案：如图16.1和16.2所示。
前者采用铰链四杆机构，引导构件为连杆3（即窗框），当窗框由全开位置回到关闭位置时需对其施加转矩，且整个窗框的重量仅由连杆3承受；后者采用曲柄滑块机构，引导构件为连杆3（即窗框），滑块可沿窗槛移动，因而可支持窗框的重量，但关闭窗框仍需作用一转矩。
六杆机构运动方案：如图16.3至16.5（均已有实际应用）。
(a) 装置示意图(b) 机构示意图图16.3 司蒂芬Ⅲ型六杆机构运动方案(a) 装置示意图(b) 机构示意图图16.4 司蒂芬Ⅲ型六杆机构（贝莱机构）运动方案（1969年美国专利）(a) 装置示意图(b) 机构示意图图16.5 司蒂芬Ⅰ型六杆机构运动方案（1957年美国专利，船舱窗用）16.5 实验报告(1) 填写完成下表内容简要说明：(2) 实验心得和建议出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
平面机构创意组合及分析实验
5
平面机构创意组合及分析实验
四、实验方法和步骤
1、掌握实验原理。
2、熟悉实验设备的硬件组成及零件功用。使用方法请参 阅随机使用说明书。 3、自拟机构运动方案或选择实验指导书中提供的机构运 动方案作为机构组合（拼接）实验内容。
6
平面机构创意组合及分析实验
四、实验方法和步骤
4、将所选定的机构运动方案根据机构组成原理按杆组进 行正确拆分，并用机构简图表示出来。 5、找出有关零部件，将杆组按运动的传递顺序依次接到 原动件和机架上，正确拼装杆组机构运动方案。 6、机构安装完成之后，用手拨动机构，检查机构运动是 否正常。
12、完成实验报告。
9
平面机构创意组合及分析实验
五、杆组的概念、正确拆分杆组及拼 装杆组
1、杆组的概念： 由于平面机构具有确定运动的条件是机构原动 件数目与机构的自由度相等，因此机构均由机 架、原动件和自由度为零的从动件系统通过运 动副联结而成。 将从动件系统拆成若干个不可再分的自由度为 零的运动链，称为基本杆组，简称杆组。
2、机构的组成原理 根据如上所述，可将机构的组成原理概括为： 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连 接到原动件和机架上去的方法来组成。这是本 实验的基本原理。
16
平面机构创意组合及分析实验
3、正确拆分杆组 正确拆分杆组的三个步骤：
1) 先去掉机构中的局部自由度和虚约束，有时还要将高 副加以低代。 2）计算机构的自由度，确定原动件。 3）从远离原动件的一端（即执行构件）先试拆分Ⅱ级杆 组，若拆分不出Ⅱ级杆组时，再试拆Ⅲ级组，即由最低 级别杆组向高一级杆组依次拆分，最后剩下原动件和机 架。
当n=1，PL =1，PH =1时，即可获得单构件高副 杆组，常见的有如下几种：
机构创新设计论文：连杆机构创新设计的建模与仿真
Modeling and Simulation of Innovation Design of Linkage Mechanism
CHI Jian-bin1, LI Wei-min2, FENG Gui-zhen1, WANG Chen1
( 1. School of Mechanical Engineering, Shijianzhuang Railway Institute, Shijianzhuang Hebei 050043, China; 2. Department of Mechanical and Electronic Engineering; Tangshan Vocational Technical College, Tangshan Hebei 063004; China )
第5期
池建斌等：连杆机构创新设计的建模与仿真
·91·
是由四个构件六个低副组成的杆组，称之为 III 级组或 IV 级组……而在基本杆组中又以 II 级和 III 级基本杆组为常见。根据 II 级组中低副的不 同形式是转动副（Revolute-Pair，常用 R 表示） 还是移动副（Prismatic-Pair，常用 P 表示）和它 们所在的不同位置又分成不同的类型。 机构的运动分析可以从 I 级机构开始，通过 逐次求解各基本杆组来完成。这样，把 I 级机构 和各类基本杆组看成各自独立的单元，分别建立 其运动分析的数学模型，然后再编制成通用子程 序，对其位置、速度及加速度和角速度、角加速 度等运动参数进行求解。当对具体机构进行运动 分析时，可以通过调用原动件和机构中所需的基 本杆组的通用子程序来解决，这样，可快速求解 出各杆件及其上各点的运动参数。对各种不同类 型的平面连杆机构都适用杆组法来进行运动分 析[17-18]。 基于杆组的机构组建理论可将连杆机构组 建为Ⅰ级杆组、 Ⅱ级杆组(RRR、 RRP、 RPR、 RPP、 PRP) 和 III 级 杆 组 (RR-RR-RR 、 RR-RR-RP 、 RR-PR-RP)。限于篇幅，以下以 II 级杆组 PRP 为 例说明其数学模型的建立。 2.2 PRP 杆组运动分析模型 由两个构件，两个外移动副和一个内回转副 所组成的 PRPII 级杆组如图 1 所示。已知两杆长
实验四机构创新组合设计实验
实验四机构创新组合设计实验一、实验目的1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。
2、训练学生的工程实践动手能力。
培养学生创新意识及综合设计的能力。
二、实验设备及工具1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。
附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。
2、装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。
3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。
三、实验要求1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案.2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去.3、每人完成一份实验报告。
四、实验原理和方法根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。
五、实验内容1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。
2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。
3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。
4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。
5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。
每一组提交一份机构创新设计方案。
6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。
六、实验方法与步骤1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。
按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。
一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。
2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。
选取构件杆，连接转动副或移动副。
凸轮。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ｆ ＝ ３ ｎ 一２ —Ｐ ｈ ＝ ３Ｘ ５ －２Ｘ ７ ＝１ （ １】
四杆 机 构 分 别 进 行 分析 ， 判 断 四杆 机 构 的 类 型 （ 曲柄 连杆 机 构 、
双 曲柄 机构、 双 摇杆机构 ） ： 根据杆 件的尺寸验 证杆 机构 曲柄存
在 的条 件 ， 也 可 以 改 变主 动 件 来 获 得 不 同机 构 。
２ 总 结 及 展 望
为了增加实验室的创新实验项 目研制了小型实验 台，除 了 杆 件外可替换 的零件 包括 齿轮 、 链条 、 链轮及各种型 式的 凸轮 ，
工 程 类 院 校 机 械 类 专业 的教 学 目的是 使 得学 生在 学 习 相 关
的技术理论课程的同时 ，初步具备设计通 用机械 零件 简单 机械 传动装置 的能力 ，能够理论结合 实际分析生产 实际中常用机构 的工作特性 、 通用机械零件的失效以及结构方面问题的能力 ， 明
确 工程产品的设计 、 加工制造 、 装 配及 维 护 等 过 程 ， 为 将 来 能够
理， ２ ０ ０ ３， ２ （ ２ ０） ： ２ ４ — ２ ７ ．
有急回， 行程速比系数 Ｋ为多少。该机构通过三维 绘图软件
Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ进 行 绘 图 和 三 维 建模 ， 并 进 行 了 运 动仿 真 ， 检 验杆 件 是 否
［ ２ ］ 周 亚焱． 目 标 教学在“ 机械 设计基础” 课程设计中应用初探 ［ Ｊ ｊ ｌ 教学 与课程研
较快地投入到实际工作中较好地完成角 色转化打下坚实基础 。 如何将所学的知识应用到实践并且 能够提 高学生的创 新思 维和
能 力一 直 都 是 重 要 课 题 。 为增 加 课 外 的 实 践 操作 机 会 ， 加 深 对理
一 ２ Ｐ ２
图 ２机构运动简图
论 知识 的理解 ， 熟悉产品 的设计 过程 ， 增 强工程意识 ， 进～步激 发创新意识 ， 提高动手能力 ， 本课题将设计并研 制一台小型机构
（ 黑龙江工程学 院 ， 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ５ ０ ） 摘要 ：机械设计 基础是工科院校机械类专业开设 的专业基础课 ， 实验教学不可或缺。 目前多数实验项 目为验证性实验 ， 学生的创 新思维得不到锻炼。 本课题 旨在研发涵盖连杆 、 齿轮、 皮带等常见机构组合的创意 实验 台， 并进 行了三维建模。 增刨创新 实验可使学生 从 方案 的设计、 构件 的选择和搭接都独立完成 ， 加深对理论知识 的理解 ， 进而达到较好 的教学效果。
后 续的实验延伸思路 为学生根据搭 接的实 物进 行测 绘 ， 绘
制三维图纸 ， 添 加 动 力进 行 运 动 仿 真 ， 观看机构运 动情况 ， 给 出 不同机构的极位图 ， 求解 各 特 性 参 数 。利 用 ＶＢ或 ＭＡ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ软 件 等 编 写 入机 交 互 界 面 ，通 过 给 定 的 构 件 已知 参 数 求 解 运 动 学 动 力 学 参数 ， 还 有 待 于进 一步 研 究 。
第５ 卷 第ｌ ２ 期
２ ０ １ ４年 ｌ ２月
黑 龙 江 科 学
ＨＥＩ Ｌ ０ＮＧＪ Ｉ ＡＮＧ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ ＮＣＥ
Ｖｏ １ ． ５ Ｎｏ ． １ ２
Ｄｅ ｃ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ２ ０ｌ ４
平面连杆创 意组合实验 台的研制及三维建模
刘春香 ， 张舒 凯 ， 王利 民， 赵 字 豪， 王佳 旭 ， 张庆 余
后续还可添加轴、 轴 承 及 减 速 器 等 零 部 件 丰 富其 机 械 结构 。 一 方 面 可 以丰 富 实 验 室 的 陈 列 柜 ， 另 一 方 面 增 强 学 生 的感 官认 识 。 学 生 通 过 独 立 的 方案 设 计 、 构件 的选择 、 拼 搭 及 机 构 的调 试 ， 理 论
图 １连 杆 机构 组合 机 构
联 系实际， 锻炼 了 动 手 能 力 。最 后 撰 写 一份 完 整 的说 明 书 ， 授 课 教 师进 组合
实验 台机 械 部 分 的设 计 该 连杆 机 构 由 ４个 带 轮 ， ７个 杆 件 ， ２个皮 带 ， １个 机 架 ， １ 个 滑块 组 成 。 工 作 时 ， 整 个 机 构 固 定 在 ～ 个 白 色 的背 板 上 。 其 中 ， 构 件 ５为 固定 机 架 ， 带轮 １ ２为 主动 件
究， ２ ０ ０ ８， （ ０ ２ ） ： ９ １ — ９ ２ ．
有干涉现象。优 化后 的尺寸范围内制作可调换构件来 实现不同
位置 ， 进 而 分 析 机 构 是 否存 在 死点 ， 最 小传 动 角 ， 机 构 是 否
此产 品除了可作 为实验项 目，也可 以作 为机械设计基础原 理 部分的课程设计 ， 切实可行 。
参考文献：
［ １ ］ 高志慧 ， 郭卫东． 平 面连 杆机构创意 实验教学 改革与 实践 ［ Ｊ ］ ． 实验技 术与管
与电机相连 ， 带轮 ５ 、 ７通过短轴 固定在背板 上 ， 黄色的杆 件 ８ 、 １ Ｏ分别与各 自带轮 固结。实验室另备不同长度 的杆件若干 ， 学 生可根据课前 的方案设计选择构件 ， 进行拼搭 ， 通过 电机带动 ， 观察不同类型的杆机构运动过程 ， 计算机构的 自由度 ， 找 出极限
创 新实验 台， 多种机构组合 ， 进行机构运动 学测试 ， 自主研发 实
验项 目， 可用 于 机 械 设 计 基 础 的 实 验 教 学 实验 室 中。
其 中构件 １ ， ２， ３在 Ｐ点构成 了复合铰链。当机构 的主动件 个数 为 １时， 机构具有确定 的运动。 也可以将本机构分解 为两个