第六章平面连杆机构讲解
《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 》课件
平面连杆机构的设计考虑因素
直线运动与曲线 运动的转换
设计中需要考虑连杆的长 度、角度和转动轴位移。
运动轨迹的控制
设计中需要考虑连杆的链 接方式、角度和长度。
噪音与振动控制
需要优化连杆的结构和材 料以减少噪音和振动。
结论和总结
平面连杆机构是一种重要的运动装置，它在各个领域都有广泛的应用。了解平面连杆机构的类型 和工作原理，可以为设计和创新提供重要的参考。
《平面连杆机构》PPT课 件
平面连杆机构的定义
平面连杆机构由刚性连杆连接的平面运动装置组成。它们在工程领域、机械 领域以及其他领域中广泛应用。
平面连杆机构的类型
二级及三级机构
由几个连杆组成的层级 结构，实现复杂的运动。
常见的平面连杆机构
如曲柄摇杆机构、滑块 机构和曲柄滑块机构等。
其他特殊形式的平 面连杆机构
如同心圆机构、牛顿摇 杆机构和双可转连杆机 构等。
平面连杆机构的工作原理
平面连杆机构利用连杆的运动实现物体的平面运动，例如旋转、直线运动和复杂的轨迹运动。
平面连杆机构的应用
1 工程领域
2 机械领域
用于机械装置、工业 生产线和运等。
3 其他领域
用于模拟器、游戏开 发和动画制作等。
第六章平面讲义连杆机构
C
C2
4 C1
1
A
牛头刨床
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
A
4C
摇块机构
B
1
2 3
A
4C
导杆机构
C3
4
2
B
A 1
应用实例
44
4AAAAAφ
111 11
CC 3334
22 B
自卸卡车举升机构
(3)选不同的构件为机架
B
1
2 3
A
4C
曲柄滑块机构
B
1
2 3
B
1
2 3
A
4C
此时，铰链A为整转副。
若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动
副都是整转副。
l2
C
B
A l1
l3
D
l4
当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同 的构件作为机架时，可得不同的机构。如：
曲柄摇杆、 双曲柄、 双摇杆机构。
6.1.2、急回运动和行程速比系数
平面四杆机构具有整转副→可能存在曲柄。
杆1为曲柄，作整周回转，必有两次与机架共线
则由△B’C’D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3 则由△B”C”D可得：
l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆 的长度之和≤其 他两杆长度之和
曲柄摇杆机构 对心曲柄滑块机构
连杆机构的类型及应用
《机械原理》第六章平面连杆机构及其设计——连杆机构的类型及应用一、连杆机构及其运动特点其特点是: 原动件1的运动要经过一个不直接与机架相联的中间构件2才能传动从动件3。
连杆机构：由若干构件通过低副连接组成的平面机构。
——又称低副机构AB CD1234AB C1234优点：①连杆机构为低副机构，运动副为面接触，承载能力大；②运动副元素的几何形状简单，便于加工；③在原动件运动规律不变情况下，通过改变各构件的相对长度可以使从动件得到不同的运动规律；④连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求；⑤可以实现远距离传动等。
AB CD1234缺点：①由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；②由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；③设计方法比较复杂。
AB CD1234由四个构件组成的平面连杆机构——四杆机构本章重点：四杆机构的基本类型、特性及常用设计方法。
21AB4D3C平面四杆机构铰链四杆机构含移动副的四杆机构全部用转动副组成的平面四杆机构。
铰链四杆机构的演化机构。
机架连架杆连杆曲柄：整周回转摇杆：仅在某一角度内往复摆动AB CD1234ABC1234平面四杆机构铰链四杆机构含移动副的四杆机构全部用转动副组成的平面四杆机构。
铰链四杆机构的演化机构。
摆转副以转动副相连的两构件能作整周相对转动的转动副。
如A 、B 。
以转动副相连的两构件不能作整周相对转动的转动副。
如C 、D 。
周转副ACDB转动副AB CD1234铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构1、曲柄摇杆机构两个连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆。
一般曲柄主动，将连续转动转换为摇杆的摆动，也可摇杆主动，曲柄从动。
铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄一般主动曲柄等速转动，从动曲柄变速转动。
21AB4D3惯性筛铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄特殊双曲柄机构：平行四边形机构——特点是对边平行且相等21AB4D3AB C D1234二、平面四杆机构的基本形式铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄特殊双曲柄机构：平行四边形机构AB CD123421AB4D3C铰链四杆机构的分类：根据连架杆曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构2、双曲柄机构两个连架杆均为曲柄特殊双曲柄机构：反平行四边形机构特点：两相对等长而不平行的双曲柄机构。
平面连杆机构教学课件
二级平面连杆机构
二级平面连杆机构包括曲柄滑块机构等，以及 它们的运动学分析。
三级平面连杆机构
三级平面连杆机构适用于冲压机、冲床和锻压 机等机械，拥有较为复杂的运动学规律。
四级平面连杆机
四级平面连杆机构适用于各种工业生产中，如 机械装配、物料搬运、等等。
平面连杆机构的合成和综合分析
1 平面连杆机构的合成
稳定性的前提下寻找最佳设计。
3
运动曲线分析
分析平面连杆机构的运动轨迹及其变 化规律，为控制机构作图、仿真分析 提供基础和保证。
平面连杆机构的动力学分析与工作空间 分析
动力学分析
动力学分析即对平面连杆机构的运动和力学特性 进行分析，包括机构加用于确定机械臂或手的可达范围， 进而确定其适用范围并对其进行应用设计。
平面连杆机构的运动模拟实例和应用 案例分析
运动模拟实例
机构仿真可以模拟机构的运动和特性，方便学者学习和掌握各种连杆机构的运动规律和性能 特点。
应用案例分析
应用案例分析是指将平面连杆机构应用于实际装配过程中，分析运动规律和参数变化，验证 其在实践中的可行性。
平面连杆机构的未来发展方向
1 智能平面连杆机构 2 新型传动机构
按照杆件数目和传动方式可分为4级，每个级别的杆件排列和传动方式都有不同，适用于不 同场景。
平面连杆机构的应用
平面连杆机构广泛应用于各种机械传动系统中，如汽车发动机、内燃机和局部机器人等。
平面连杆机构的运动学分析
平面连杆机构的运动分析
连杆机构的运动分析主要是通过绘制运动学图， 根据杆件之间的运动联系来说明机构的运动规 律。
平面连杆机构教学课件 PPT
欢迎来到平面连杆机构的教学课件。本课程将深入浅出地介绍平面连杆机构 的基础知识和应用，包括运动学、动力学、力学、杆长比等方面的内容。
机械设计基础第六章 机械常用机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
图6-6 双曲柄机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
图6-7 机车车轮联动机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
3. 双摇杆机构 两连架杆都为摇杆的铰链四杆机构，称为双摇杆机构。 如图6-８a所示，双摇杆机构的两摇杆均可作为主动件，当主动摇杆1往复摆动时，
通过连杆2带动从动摇杆往复摆动。如图6-8b所示门式起重机的变幅机构即是双摇杆机 构，当主动摇杆1摆动时，从动摇杆3随之摆动，使连杆2的延长部分上的E点(吊重物
平面连杆机构中，最常见的是四杆机构。下面主要介绍其类型、运动转换及其特 征。
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
如图6-1所示，当平面四杆机构中的运动副都是转动副时，称为铰链四杆机构。机 构中固定不动的构件4称为机架，与机架相连的构件1和3称为连架杆，不与机架相连的 构件2称为连杆。连架杆相对于机架能作整周回转的构件(如杆1)称为曲柄，若只能绕机 架摆动的称为摇杆(如杆3)。
图6-3 缝纫机踏板机构
一、 铰链四杆机构的基本形式及应用
在双曲柄机构中，如两曲柄的长度相等，且连杆与机架的长度也相等，称为平行 双曲柄机构(图6-6的ABCD)。平行双曲柄机构有两种情况：图6-6a所示为同向双曲柄 机构；图6-6b所示为反向双曲柄机构。
图6-5 惯性筛
图6-4 双曲柄机构运动示意图
第一节 平面连杆机构
连杆机构是由若干构件用转动副或移动副连接而成的机构。在连杆机构中，所有 构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构，称为平面连杆机构。
平面连杆机构能够实现多种运动形式的转换，构件间均为面接触的低副，因此运 动副间的压强较小，磨损较慢。由于其两构件接触表面为圆柱面或平面，制造容易， 所以应用广泛。缺点是连接处间隙造成的累积误差比较大，运动准确性稍差。
6连杆机构解析
最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和 杆长条件
铰链四杆机构有曲柄的条件
C1B1D中：
d＋a b＋c （1）
b c a d
DC2B2中：
d＋b a＋c （2） d＋c a＋b （3）
d a，d b，d c
最短杆是机架 满足杆长条件
（d < a)
铰链四杆机构有曲柄的条件
曲柄存在条件： 最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆长度之和——杆长条件 最短杆必须作为连架杆或机架 b b B c a d C a d c
偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件是 a＋e b
小
结
铰链四杆机构有曲柄存在条件： 最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆长度之和——杆长条件 最短杆必须作为连架杆或机架 对于一个满足杆长条件的铰链四杆机构，是否有曲柄存在取决 于机架的选取：
1、选取最短杆邻边为机架，得两不同的曲柄摇杆机构。
2、选取最短杆为机架，得双曲柄机构。
B A
C B D C
A
B A
C
1. 改变构件的形状和运动尺寸
B
2 4
C
3
B
1
A
e
D A
C
1
1
B
2 A 4
2
C 3C E
偏置曲柄滑块机构
B
2 4
3
B
1 4
D A
1
A
2
对心曲柄滑块机构
C 3 E
2.取不同的构件为机架 低副运动可逆性---以低副相连接的两构件间的相对运动关系， 不因机架的不同而改变。
C2 B1
C
ψ
C1
θ
D
摇杆的摆角为ψ 。
平面连杆机构的基本性质沐风教学
图优讲1课-1堂3 曲柄摇杆机构中的几何关系
7
结论：
（1）曲柄是机构中的最短杆 （2）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆
长度之和——杆长之和条件。
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8
铰链四杆机构中有一个曲柄的条件：
（1）曲柄为最短连架杆 （2）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和——杆长之和条件。
曲柄两位置所夹的锐角。
急回特性：曲柄摇杆机构中，曲柄虽作等速运动， 而摇杆摆动时空回行程的平均速度却大于工作行 程的平均速度
2.公式：急回特性系数K＝180˚＋θ/180˚－θ
Θ＝180˚
k 1 k 1
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13
三、死点位置
1.概念：在曲柄摇杆机构中，取摇杆为主动件，曲柄 为从动件，连杆与曲柄会出现两次共线，这两个位置 就是死点位置。
1.什么是铰链四杆机构？
机构间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为平面 铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。
2.铰链四杆机构是由那几个构件组成的？
组成： 4—机架 →固定不动 1,3—连架杆 →定轴转动 作整周转动—曲柄
连杆2 连架杆1
连架杆3
作往复摆动—摇杆
机架4
2—连杆→平面运动
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1
3.铰链四杆机构有几种基本类型，分别是什么？
K=180º+θ/180º-θ=1.4
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16
3）以AB为主动件时，该机构有无急回运动？用作图 法求解极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K。
C
C
C
B
B
A
D
B
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15
分析：利用类型判别条件及急回特性的原因求解。
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平面连杆机构一、填空题:1.平面连杆机构是由一些刚性构件用副和2.平面连杆机构是由一些3.在铰链四杆机构中,运动副全部是副。
4.在铰链四杆机构中,能作整周连续回转的连架杆称为。
5.在铰链四杆机构中,只能摆动的连架杆称为6.在铰链四杆机构中,与连架杆相连的构件称为7.某些平面连杆机构具有急回特性。
从动件的急回性质一般用8.对心曲柄滑快机构8.偏置曲柄滑快机构急回特性。
10. 对于原动件作匀速定轴转动, 从动件相对机架作往复运动的连杆机构, 是否有急回特性, 取决于机构的极位夹角是否大于零。
11.机构处于死点时,其传动角等于12.机构的压力角越小对传动越有利。
13.曲柄滑快机构,当取为原动件时,可能有死点。
14.机构处在死点时,其压力角等于15.平面连杆机构,至少需要构件。
三、选择题:1.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和其他两杆之和。
A <=; B >=; C > 。
2. 铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和, 而充分条件是取 A 为机架。
A 最短杆或最短杆相邻边;B 最长杆;C 最短杆的对边。
3.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和,当以为机架时,有两个曲柄。
A 最短杆相邻边;B 最短杆;C 最短杆对边。
4. 铰链四杆机构中, 若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和, 当以为机架时,有一个曲柄。
A 最短杆相邻边;B 最短杆;C 最短杆对边。
5. 铰链四杆机构中, 若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和, 当以为机架时,无曲柄。
A 最短杆相邻边;B 最短杆;C 最短杆对边。
6.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之和摇杆机构。
A <;B >;C = 。
7. 一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。
则当为原动件时, 称为机构的死点位置。
A 曲柄;B 连杆;C 摇杆。
8. 一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。
则当为原动件时, 称为机构的极限位置。
A 曲柄;B 连杆;C 摇杆。
9.当极位夹角θA <0;B >0;C =0。
10.当行程速度变化系数时,机构就具有急回特性。
A <1;B >1;C =1。
11.在死点位置时,机构的压力角α=CA 0 º;B 45º;C 90º。
12.若以A 夹紧和增力;B 传动。
13.若以A 夹紧和增力;B 传动。
14.判断一个平面连杆机构是否具有良好的传力性能,可以的大小为依据。
A 传动角; B 摆角; C 极位夹角。
15.压力角与传动角的关系是α+γA 180º;B 45º;C 90º。
四、简答题:1. 什么叫连杆、连架杆、连杆机构?答:不与机架组成运动副的构件称为“连杆” 。
与机架组成运动副的构件称为“连架杆” 。
由若干刚性构件用低副连接而成的机构称为“连杆机构” 。
2. 什么叫连杆机构的急回特性?它用什么来表达?答:对于原动件作匀速定轴转动、从动件相对机架作往复运动的连杆机构,从动件正行程和反行程的平均速度不相等的现象称为机构的急回特性。
机构的急回特性用从动件行程速度变化系数来表达。
3. 什么叫极位夹角?它与机构的急回特性有什么关系?答:从动件处于两个极限位置时对应的原动件(曲柄位置所夹的角,称为极们夹角。
从动件速度行程变化系数:K =(180+θ /(180-θ ,其中θ为极位夹角。
4. 什么叫死点?它与机构的自由度 F<=0有什么区别?答:四杆机构中,当连杆运动至与转动从动件共线或与移动从动件移动导路垂直时,机构的传动角为0的位置称为死点位置。
死点与自由度 F<=0的运动链不同,自由度 F<=0的运动链无法运动,而具有死点的机构是可以运动的, 只是需要避免在死点位置开始运动, 同时采取措施使机构在运动过程中能顺利通过死点位置并使从动件按预期方向运动。
5. 什么叫连杆机构的压力角、传动角?研究传动角的意义是什么?答:连杆对从动件的作用力方向与力作用点的速度方向的夹角称为连杆机构的压力角。
压力角的余角称为传动角。
由于传动角有时可以从平面连杆机构的运动简图上直接观察其大小, 因此, 在平面连杆机构设计中常采用传动角来衡量机构的传动质量。
五、分析计算设计题:1. 根据图中标注的尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构, 还是双摇杆机构。
(a(b(c(d解:(a 因为 45+110=155<70+90=160, 满足杆长之和条件,且最短构件为机架,因此该机构为双曲柄机构。
(b 因为 45+120=165<70+100=170, 满足杆长之和条件,最短构件相邻的构件为机架,因此该机构为曲柄摇杆机构。
(c 因为 50+100=150>60+70=130, 不满足杆长之和条件,因此该机构为双摇杆机构。
(d 因为 50+120=170>70+90=160, 不满足杆长之和条件,因此该机构为双摇杆机构。
2. 在图示铰链四杆机构中, 已知 lAB=30mm, l BC =110mm, l CD =80mm, l AD =120mm , 构件 1为原动件。
(1 判断构件 1能否成为曲柄;(2 在图中标出构件 3的极限工作位置和最大摆角Ψmax ,写出行程速度变化系数表达式;(3 在图中标出最小传动角位置和最小传动角γmin ;(4 当分别固定构件 1、 2、 3、 4时,各获得何种机构?解:(1 因为 l AB +l AD =30+120=150< l BC +l CD =80+120=200,满足杆长之各条件,且 AB 为最短构件,因此构件1为曲柄。
(2180 180 Kθθ︒+ =︒-(3(4构件1为机架时,机构为双曲柄机构;构件2为机架时,机构为曲柄摇杆机构;构件 3为机架时,机构为双摇杆机构;构件4为机架时,机构为曲柄摇杆机构。
3. 下列各机构图中标注箭头的构件为原动件,试用作图法求解:①画出各机构的极限工作位置,判断有无急回作用;②标注出图示位置时机构的压力角和传动角,并画出最大传动角和最小传动角位置;③判断各机构是否存在死点,若存在请在图中画出死点位置。
解:(1①如图所示, B 1C 1、 B 2C 2位置为机构的两个极限工作位置,该机构摇杆为主动件,曲柄作变速回转,因此,无急回特性。
C 1C 3(C4②机构图示工作位置的压力角和传动角分别为上图中α和γ,最大传动角位置为B 3C 3、 B 4C 4位置,在这两个位置连杆与曲柄垂直,压力角为0º,传动角为90º。
最小传动角位置为 B 1C 1、 B 2C 2位置,在这两个位置,连杆与曲柄共线,压力角为90º,传动角为0º。
③该机构摇杆为原动件,存在死点位置,图中 B 1C 1、 B 2C 2位置为死点位置。
(2①如图所示, B 1C 1、 B 2C 2位置为机构的两个极限工作位置,连杆与曲柄共线。
该机构有急回特性。
②机构图示工作位置的压力角和传动角分别为上图中α和γ,最大传动角位置为B 4C 4和 B 5C 5位置,连杆与滑块导路重合,连杆对滑块的作用力方向与滑块运动方向一致,压力角为0º,传动角为90º。
最小传动角位置为 B 3C 3位置,在这个位置压力角最大,传动角最小。
③该机构曲柄为原动件,不存在死点位置。
(3①如图所示,②在任何位置,滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆,与力作用点速度方向相同,因此,压力角始终等于0º,传动角始终等于90º。
③该机构曲柄为原动件,不存在死点位置。
4. 已知图示六杆机构,原动件 AB 作等速回转。
试用作图法确定:(1滑块 5的冲程 H ;(2滑块 5往返行程的平均速度是否相同?行程速度变化系数 K 值; (3滑块处的最小传动角γmin (保留作图线。
解:(1 H l ==⨯=μ( .. 120002170034 m (2不相等。
180o + θ 180o + 42 o K = = ≈ 1.61 180o − θ 180o − 42 o （3）γ min = 69 o 5. 试设计一曲柄摇杆机构。
设摇杆两极限位置分别为ϕ1 = 150 ,ϕ 2 = 90 ;l = 40 mm， CD o o lAD = 50 解： mm。
用图解法求 lAB 、 lBC 及行程速比系数 K 和最小传动角γ min 。
（1）取比例尺 µ l = 1 mm mm 先将已知条件画出。
（2）测得：AC 1 = l − lAB = 26 mm BC mm mm AC 2 = lBC + lAB = 64 两式联立求得： lAB = 19 mm，lBC = 45 （3）测得：θ = ∠C 1 AC 2 ＝15 o 180o + θ 180o + 15o 所以 K = = = 1. 18 180o − θ 180o − 15o （4）测得：γ min = 42 o6.如图所示，已给出平面四杆机构的连杆和主动连架杆 AB 的两组对应位置，以及固定铰链 D 的位置，已知 lAB = 25 mm， lAD = 50 mm。
试设计此平面四杆机构。
解：用反转法，以比例尺 µ l = lAB AB mm/mm 作图，机构图如 AB1C1D 所示。
解得： lBC = BC ⋅ µ l l = CD ⋅ µ l CD 得： lBC = 60 mm l = 55 mm CD。