平面连杆机构的创新设计
机构的创新设计
电动玩具马的传动机构，其
由曲柄摇块机构安装在两杆机构 的转动构件4上组合而成。当机
构工作时分别由转动构件4和曲
柄1输入转动，从而使马的运动 轨迹是旋转运动和平面运动的叠
加，产生了一种飞奔向前的动态
效果。
4.2
工业机械手
机构的组合与实例分析
工业机械手的手指A为一开式运 动链机构，安装在水平移动的气缸B 上，而气缸B叠加在链传动机构的回 转链轮C上，链传动机构又叠加在“X” 形连杆机构D的连杆上，使机械手的 终端实现上下移动、回转运动、水平 移动以及机械手本身的手腕转动和手 指抓取的多自由度、多方位的动作效 果，以适应各种场合的作业要求。
4.2
机构的组合与实例分析
机构的组合方式可划分为以下4种：串联式机构组合、并联式 机构组合、复合式机构组合、叠加式机构组合。 机构的组合原理是指将几个基本机构按一定的原则或规律组合成 一个复杂的机构，这个复杂的机构一般有两种形式，一种是几种基本
机构融合，成为性能更加完善、运动形式更加多样化的新机构，被称
4.2
增程功能
机构的组合与实例分析
下齿条固定，当曲柄回转一周，齿条的行程又是 滑块的2倍。
4.2
机构的组合与实例分析
实现输出构件特定的运动规律
用于毛纺针梳 机导条机构上的椭 圆齿轮连杆机构。 前置机构是椭圆齿 轮机出非匀速转动； 中间串联一个齿轮 机构，用于减速； 后置机构是曲柄导 杆机构，将变为移 动，使输出构件5 实现近似的匀速移 动，以满足工作要 求。
4.2
机构的组合与实例分析
常用的基本机构可以胜任一般性的设计要求，随着生产的发展， 以及机械化、自动化程度的提高，对其运动规律和动力特性都提出了 更高的要求。这些常用的基本机构往往不能满足要求。为解决这些问 题，可以将两种以上的基本机构进行组合，充分利用各自的良好性能， 改善其不良特性，创造出能够满足原理方案要求的、具有良好运动和 动力特性的新型组合机构。
《机械原理》第四章 平面连杆机构及其设计
2. 急回特性和行程速比系数
判断下列机构是否具有急回特性：
双曲柄机构和对心曲柄滑块机构适 当组合后，也可能产生急回特性。
机械原理
小结：
第四章 平面连杆机构及其设计
2. 急回特性和行程速比系数
1）急回特性的作用：节省空回行程的时间，提高劳动生产 率。 2）急回特性具有方向性，当原动件的回转方向改变时，急 回的行程也跟着改变。 3）对于有急回运动要求的机械，先确定K，再求θ。
∆DB1C1 中 : a + d ≤ b + c ∆DB2C 2 中 : b ≤ (d-a ) + c
(a ) 即 a+b≤c+d 即 a+c ≤ b+d
c ≤ (d-a ) + b (a ) + (b )，得 a ≤ c (a ) + (c )，得 a ≤ b
(b ) + (c )，得 a ≤ d
手摇唧筒
固定滑块3成为唧筒外壳，导杆4的下端固结着汲水活塞，在 唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。
机械原理
2 . 平面四杆机构的演化形式 ( ) 运动副元素的逆换 4
第四章 平面连杆机构及其设计
将移动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件 之间的相对运动，但却能演化成不同的机构。
构件2 包容 构件3 导杆机构
4-2
平面四杆机构的类型和应用
1. 平面四杆机构的基本形式 2. 平面四杆机构的演化形式
机械原理
第四章 平面连杆机构及其设计
铰链四杆机构 1. 平面四杆机构的基本形式：
机架：固定不动的构件，如AD 杆 连杆：不直接与机架相连的构件，如BC杆 连架杆：直接与机架相连的构件，如AB、CD 杆 曲柄：能作整周转动的连架杆，如AB 杆 摇杆：不能作整周转动的连架杆，如CD 杆
02第二章 平面连杆机构
第二章平面连杆机构及其设计【基本要求】1.了解平面四杆机构的基本型式，掌握其演化方法。
2.掌握平面四杆机构的工作特性。
3.了解连杆机构传动的特点及其功能。
4.掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转化为可用计算机解决的问题。
5.了解平面连杆机构设计的基本问题，熟练掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式和合理的设计方法，解决具体设计问题。
【重点难点】本章内容包括平面连杆机构和空间连杆机构两部分，其中平面连杆机构是本章的重点。
通过本章的学习，最终要求达到：根据实际需求，确定满足此需求的连杆机构类型，选择合适的设计方法设计出此连杆机构。
设计完成后需对所设计的连杆机构进行运动学和动力学分析，校验此机构是否实用，是否满足实际要求。
【学习内容】平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。
因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
2.1 铰链四杆机构的类型及应用2.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件2.3 铰链四杆机构的演化2.4 平面四杆机构的基本特性2.5 平面四杆机构的设计平面连杆机构若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。
空间连杆机构若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛，故着重介绍平面连杆机构。
在平面连杆机构中，结构最简单的且应用最广泛的是由4个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆组而组成。
●下面介绍平面四杆机构的基本型式及其演化。
铰链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。
它是平面四杆机构的基本型式。
２.1 铰链四杆机构的类型及应用２.1.1铰链四杆机构的类型由转动副联接四个构件而形成的机构，称为铰链四杆机构，奴图所示。
图中固定不动的构件AD是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆；不与机架直接相连的构件BC称为连杆。
机构运动方案创新设计实验报告答案
机构运动方案创新设计实验报告答案机构运动方案创新设计实验报告机构运动方案创新设计实验报告一．实验目的1、培养学生对机械系统运动方案设计的整体认识，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力；2、通过机构的拼接，可以发现一些基本机构及机械设计中的典型问题，通过解决问题，可以对运动方案设计中的一些基本知识点融会贯通，对机构系统的运动特性有一个更全面更深入的理解;3、加深学生对机构组成原理的认识，进一步掌握机构运动方案构型的各种创新设计方法。
二、实验设备机架、各种零部件、连杆、复合铰链、移动副、转动副等。
三、实验步骤1、掌握平面机构组成原理。
2、熟悉本实验中的实验设备，各零部件功用和安装、拆卸工具。
3、自拟平面机构运动方案，形成拼接实验内容，将平面机构运动方案正确拆分成基本杆组。
4、正确拼接各基本杆组。
5、将基本杆组按运动传递规律顺序联接到原动件和机架上。
四、实验内容(1)按比例绘制实际拼装的机构运动简图，并要求符号规范。
标出活动构件、原动件、转动(2) 进行机构分析：杆组化分，并简要说明机构杆组的拆组过程，并画出所拆机构的杆组简图。
(3) 根据拆分的杆组，按不同的顺序排列杆组，可能组合的机构运动方案有哪几种？要求用机构运动简图表示出来，就运动传递情况作方案比较，并简要说明之。
(4) 利用不同的杆组进行机构拼接，可得到哪一些有创意的机构运动方案？用简图说明篇二：机构运动方案创新设计实验指导书实验四实验四：机构运动方案创新设计实验一、实验目的1、加深学生对机构组成理论的认识，熟悉杆组概念，为机构创新设计奠定良好的基础；2、利用若干不同的杆组，拼接各种不同的平面机构，以培养学生机构运动创新设计意识及综合设计的能力；3、训练学生的工程实践动手能力。
二、实验设备及工具1、机构运动方案创新设计实验台零件及主要功用（参看“机构运动方案创新设计实验台零部件清单”）2、工具M5、M6 、M8 内六角搬手、6 或8 英寸活动搬手、1 米卷尺、笔和纸。
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
平面机构运动方案设计与拼装 实验报告
平面机构运动方案设计与拼装实验报告一、实验目的1、 加深学生对机构组成原理的认识，进一步理解平面机构的组成及其运动特性。
2、 通过平面机构拼装，训练学生的工程实践动手能力，了解机构在实际安装中可能出现的运动干涉现象及解决的办法。
3、 通过机构运动方案的设计，培养学生的创新意识和综合设计能力。
二、内燃机机构设计及实验组装说明书1、实验所用器材介绍搭接机构是在机架前侧平面上完成的。
本实验配有各种工具、连接用的螺钉、螺帽、垫圈等。
其它主要零部件及其功能请仔细阅读表1。
表1 主要零件及其功能表 标号 名称 图形功能1固定支座销轴 与机架相连，带键槽的为主动销轴。
不带键槽的为从动销轴。
2销轴用于构成转动副或移动副的连接轴3 端螺栓装于轴端头，有台肩的可压紧轴端头，无台肩的可压紧套在轴上的连杆。
4连杆将1、2的圆柱或扁头装于其上图1 机架1机架 xy2立柱3滑块4电动机5皮带传动机架后侧2、实验原理机构组成：曲柄滑块与摇杆滑块组合而成的机构，如图所示。
图：内燃机机构工作特点：当曲柄1座连续转动时，滑块6作往复直线移动，同时摇杆3作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。
该机构用于内燃机中，滑块6在压力气体作用下作往复直线运动（故滑块6实际的主动件），带动曲柄1回转并使滑块5往复运动是压力气体通过不同的路径进入滑块6的左、右端并实现排气。
3、实验正确拼装运动副方案根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺寸，利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。
拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，其目的是避免各运动构件发生运动干涉。
然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，按预定拼接计划进行拼接。
拼接中应注意各构件的运动平面是平行的，所拼接机构的外伸运动层面数愈少，机构运动愈平稳，为此，建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。
机构运动方案创新设计实验台提供的运动副的拼接方法请参见以下介绍。
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
连杆机构及创新设计
B
1
2
3
A
C B副扩大
4 h=2lAB
对心式曲柄滑块机构
B
1 A
2
3
C 4
偏心轮机构 eccentric mechanism
2007-2008第1学期
22
3. 选不同构件作机架——机构倒置inversion
B 1 A
2 4
B
2
C
1
C
3
2作机架 A
4
3
曲柄滑块机构
曲柄摇块机构
液压作动筒
2007-2008第1学期
d
2007-2008第1学期
a
ad
有曲柄，该
结论
机构是转导 杆机构。
导杆机构总
是有曲柄的
d
35
偏置导杆机构有曲柄的条件
ae
d
a d-e
有曲柄，该机构是 摆动导杆机构。
2007-2008第1学期
a
e
d
ad-e
有曲柄，该机构是 摆动导杆机构。
36
a
e d
ade
a
有曲柄，该 机构是转动
导杆机构。
B 2
1 A
4
3
3 作机架
正弦机构
BBB22 B AAAAAA A 1111111BBBB2222A 1
BB222 B BBBB22221111111 A AAAAAA
44444 4 411111２1222222BBABBBBB41
BBBBBB２22222221111114 4 44444
双3滑块机构
应用1
应用2
错位排列
反平行四边形机构 特点：二曲柄转向相反 2007-2008第1学期
机构运动方案创新设计的实验报告
机构运动方案创新设计的实验报告一、概述机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比拟复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，屡次改良后才能得到最正确的方案和参数。
本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比拟直观、方便的搭接、验证、调试、改良、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵〞的状况。
二、实验目的掌握机构创新模型的使用方法及实验原理。
〔1〕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。
〔2〕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。
三、实验原理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，这是机构的组成原理，也是本实验的根本原理。
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的原动件数目与机构的自由度数目相等，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接而成。
将从动件系统拆成假设干个不可再分的自由度为零的运动链，称为根本杆组，简称杆组。
根据杆组的定义，组成平面机构杆级的条件是：F=3n—2P L-P H=0。
其中构件数n，高副数P L和低副数P H都必须是整数。
由此可以获得各种类型的杆组。
最简单的杆组为n=2，P L=3，称为II级组，由于杆组中转动副和移动副的配置不同，II 级杆组共有五种形式如图2-22所示。
III级杆组形式较多，其中n=4，P L=6，图2-23所示为机构创新模型已有的几种常见的III级杆组。
2．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，假设拆不出II级组时，再试拆III极杆组，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。
机构的叠加组合与创新设计
与创新设计机构叠加组合是指在一个机构的可动构件上再安装一个以上的机构的组合方式。
基本概念1把支承其他机构的机构称为基础机构，安装在基础机构可动构件上的机构称为附加机构。
2分类Ⅰ型叠加组合 Ⅱ型叠加组合机构的叠加组合框图分类2I型叠加机构 此组合中，驱动力作用在附加机构上(或者说主动机构为附加机构/或由附加机构输入运动)。
附加机构在驱动基础机构运动的同时，也可以有自己的运动输出。
2分类附加机构和基础机构分别有各自的动力源(或有各自的运动输入构件)，最后由附加机构输出运动。
II型叠加机构组合示例3行星轮系机构蜗杆传动机构I型叠加机构轮系系杆上叠加蜗杆机构该机构可设计出理想的电风扇，扇叶转数可通过电动机调速调整。
附加机构的机架(基础机构的系杆)转动速度为14231n z z z z n H调整齿轮的齿数可改变附加机构机架的转数。
组合示例3常用电风扇的机构简图Ⅰ型叠加组合连杆机构齿轮机构组合示例3双重轮系机构组合示例3户外摄影车机构II型叠加组合ABCDCDEF AD 缸2缸1组合示例3机构的叠加组合方法机械手机构II型叠加组合组合示例3主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。
驱动在附加机构上，各机构之间的运动有一定的影响。
I型叠加组合有各自的驱动，各机构的运动关系是相互独立的，常见于各种机械手。
II型叠加组合组成3套液压摆缸机构:1-2-3-4、4-5-6-7、7-8-9-10液压挖掘机机构关系连接位置分别为4和7输入运动3套液压缸工作机构叠加组合的概念明确，思路清晰。
确定附加机构与基础机构之间的运动传递，或者附加机构的动力源安装位置。
输出构件与基础机构的哪一个构件连接。
叠加创新实例实现天线空间全方位转动任务需求单自由度的平面机构难以实现分析用叠加组合构思附加机构绕水平轴旋转，基础机构绕垂直轴旋转具体叠加创新实例全方位空间转动的天线可实现复杂的运动要求机构的传力功能较好叠加组合优缺点可减少传动功率但设计构思难度较大谢谢观看。
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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mm
800 （根据模型中构件模块尺寸情况，可按比例缩小或放大），
mm
400
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。