平面六杆机构
平面六杆机构课程设计
平面六杆机构课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握平面六杆机构的基本构成和特点，理解其运动规律和动力学特性。
2. 使学生了解平面六杆机构在实际工程中的应用，并能结合具体案例进行分析。
3. 帮助学生理解平面六杆机构与其他类型机构之间的区别与联系。
技能目标：1. 培养学生运用平面六杆机构进行简单机构设计的能力，能够根据实际需求进行参数优化。
2. 提高学生运用计算机软件（如CAD等）进行平面六杆机构运动仿真和分析的能力。
3. 培养学生运用数学工具对平面六杆机构进行运动学和动力学计算的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械设计学科的兴趣和热情，激发其创新意识和探索精神。
2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，使其在项目实践中能够相互协作、共同进步。
3. 引导学生关注我国机械工程技术的发展，培养其爱国情怀和社会责任感。
本课程针对高年级学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为具体的学习成果，以使学生能够在实际操作中掌握平面六杆机构的相关知识，提高综合运用能力。
在教学过程中，注重理论联系实际，充分调动学生的主观能动性，培养其创新意识和实践能力。
通过本课程的学习，使学生能够为今后的机械设计工作打下坚实基础。
二、教学内容1. 平面六杆机构基本概念：介绍平面六杆机构的定义、分类及其应用场景，对应教材第二章第一节。
- 六杆机构的构成与特点- 六杆机构的运动副类型及功能2. 平面六杆机构运动分析：- 分析平面六杆机构的运动规律，对应教材第二章第二节；- 掌握平面六杆机构的自由度和速度、加速度的计算方法。
3. 平面六杆机构动力学分析：- 动力学基本方程及其应用，对应教材第二章第三节；- 力、力矩和功率的计算方法。
4. 平面六杆机构设计方法：- 介绍平面六杆机构设计的基本原则和步骤，对应教材第二章第四节；- 结合实际案例，进行参数设计和优化。
5. 计算机辅助设计与分析：- 利用CAD软件进行平面六杆机构建模和运动仿真，对应教材第二章第五节；- 学会对仿真结果进行分析和优化。
平面连杆机构
设l1 < l4,连架杆若能整周回 转，必有两次与机架共线。
由△B2C2D可得：
由△B1C1D可得：
l3≤(l4 –l1) + l2 l2≤(l4– l1) + l3
l1+l4≤ l2 + l3
l1+ l3 ≤ l2 + l4 l1+l2 ≤ l3 + l4
当满足杆长条件时，其 最短杆上的转动副都是 整转副。
此时，铰链A、B均为 整转副。
同理，若 l1 > l4，可得：
l4≤ l1 , l4≤ l2 , l4≤ l3
即： AD为最短杆
▲最长杆与最短杆的长度之和 > 其他两杆长度之和, 双摇杆机构。
曲柄存在的条件:（Grashof 定理） ▲最长杆与最短杆的长度之和 ≤ 其他两杆长度之和
曲柄滑块机构的急回特性分析
应用：节省回程时间，提高生产率。
导杆机构的急回特性
称为杆长条件。
▲连架杆之一为最短杆,曲柄摇杆机构。 ▲机架为最短杆,双曲柄机构。 ▲最短杆对边为机架,双摇杆机构。
2.压力角和传动角 压力角：作用在从动 件上的驱动力F与力 作用点绝对速度之间 所夹锐角α。
切向分力 Ft= Fcosα = Fsinγ
法向分力 Fn= Fcosγ γ↑ Ft↑ 对传动有利。 γ是α的余角。 常用γ的大小来表示机构传力性能的好坏, 称γ为传动角。
K = V2 = C1C2 V1 C1C2
t2 t1
= t1 t2
=180°+θ 180°- θ
只要极位夹角θ ≠ 0 ， 就有 K>1。
而且θ越大，K值越大，机构的急回性质越明显。
机械原理试题(28、B4)
2009 ~2010学年 第 二 学期一 二 三 四 五 六 七 八一、平面机构结构分析（15分）1. 在图1-1所示机构中，凸轮为一圆盘，铰链A 、B 、C共线，AB =BC =BD 。
（1）计算该机构自由度，请明确指出机构中的复合铰链、局部自由度或虚约束；（9分）（2）画出该机构的低副替代机构。
（3分）2. 试画出图1-2所示机构的基本杆组（必须将构件代号标注在基本杆组中），并确定机构的级别。
（3分）二、平面连杆机构分析与设计（30分）1. 确定图2-1所示机构在图示位置的全部瞬心。
若曲柄1的角速度ω1已知，写出计算构件3的角速度ω3的表达式；（8分）2. 画出机构在图示位置的传动角γ；（2分）3. 在图2-2所示机构中，已知1ϕ=45°，1ω=10rad/s ，逆时针方向，l AB =400mm ，封线密15 2 467 38 图1-24C B132ω1A图2-1B DC A J F E ' IG K O H 图1-1 Eγ=60°，试用相对运动图解法求构件2的角速度2ω、构件3的速度v 3和加速度a 3（要求列出矢量方程，画出速度多边形和加速度多边形）；（10分）4．给定摇杆长度及两极限位置如图2-3所示，图中，μl =0.002m/mm ，要求机构的行程速比系数K =1.5，机架长度l AD =45mm ，试设计曲柄摇杆机构（直接在图2-3上作图，保留作图线，求出l AB 和l BC 的值）。
（10分）三、凸轮机构分析（10分）1. 试在图3中画出凸轮的理论轮廓曲线、基圆、从动件的最大行程h 、凸轮逆时针转至轮廓线上点A （点A 位于凸轮轮廓线的直线段上）与滚子接触时，从动件位移s 和机构压力角α；（6分）2. 凸轮的推程角Φ =?、回程角Φ'=?（4分）四、齿轮机构参数计算（10分）在图4所示齿轮机构中，己知各直齿圆柱齿轮模数均为2mm ，各轮的齿数分别为：z 1=15，z 2＝32，z 2'=20，z 3＝30。
机械原理概念题
机械原理概念题一、正误推断题：（在括号内正确的画“√”，错误的画“×”）1.在平面机构中一个高副引入二个约束。
（×）2.任何具有确定运动的机构都是由机架加原动件再加自由度为零的杆组构成的。
（√）3.运动链要成为机构，务必使运动链中原动件数目大于或者等于自由度。
（×）4.平面机构高副低代的条件是代替机构与原机构的自由度、瞬时速度与瞬时加速度必需完全相同。
（√）5.当机构自由度F＞0，且等于原动件数时，该机构具有确定运动。
（√）6.若两个构件之间构成了两个导路平行的移动副，在计算自由度时应算作两个移动副。
（×）7.在平面机构中一个高副有两个自由度，引入一个约束。
（√）8.在杆组并接时，可将同一杆组上的各个外接运动副连接在同一构件上。
（×）9.任何机构都是由机架加原动件再加自由度为零的基本杆组构成。
因此基本杆组是自由度为零的运动链。
（√）10.平面低副具有2个自由度，1个约束。
（×）二、填空题1.机器中每一个制造单元体称之零件。
2.机器是在外力作用下运转的，当外力作功表现为盈功时，机器处在增速阶段，当外力作功表现为亏功时，机器处在减速阶段。
3.局部自由度虽不影响机构的运动，却减小了高副元素的磨损，因此机构中常出现局部自由度。
4.机器中每一个独立的运动单元体称之构件。
5.两构件通过面接触而构成的运动副称之低副；通过点、线接触而构成的运动副称之高副。
6.平面运动副的最大约束数为 2 ，最小约束数为1。
7.两构件之间以线接触所构成的平面运动副，称之低副，它产生2 个约束。
三、选择题1.机构中的构件是由一个或者多个零件所构成,这些零件间 B 产生任何相对运动。
A.能够B.不能C.变速转动或者变速移动2.基本杆组的自由度应为 C 。
A.－1B. +1C. 03.有两个平面机构的自由度都等于1，现用一个带有两铰链的运动构件将它们串成一个平面机构，则其自由度等于 B 。
平面机构的运动分析习题和答案
71.在图示的四杆机构中， mm， mm， mm， 。当构件1以等角速度 rad/s逆时针方向转动时，用瞬心法求C点的速度。
72.图示机构运动简图取比例尺 m/mm。已知 rad/s，试用速度瞬心法求杆3的角速度 。
51.图示为按比例尺绘制的牛头刨床机构运动简图和速度矢量多边形。试由图中的比例尺计算导杆3的角速度 和滑块2的角速度 ，并指出其方向。(提示： 为构件3上特殊点，据 、 求得，作题时不必去研究 如何求得。)
(取 m/mm， (m/s)/mm。)
52.试求图示机构的速度瞬心数目、各瞬心位置、各构件角速度的大小和方向、杆2上点M的速度大小和方向。(机构尺寸如图： mm， mm， mm， mm， ， mm， m/mm。)已知 rad/s。
9.当两构件组成转动副时，其速度瞬心在处；组成移动副时，其速度瞬心在处；组成兼有相对滚动和滑动的平面高副时，其速度瞬心在上。
10..速度瞬心是两刚体上为零的重合点。
11.铰链四杆机构共有个速度瞬心，其中个是绝对瞬心，个是相对瞬心。
12.速度影像的相似原理只能应用于的各点，而不能应用于机构的的各点。
13.作相对运动的3个构件的3个瞬心必。
86.图示机构的运动简图取长度比例尺 m/mm，其中 m， m， m，构件1以 rad/s等角速度顺时针方向转动，试用相对运动图解法求图示位置：
（1） 、 、 和 的大小和方向；
（2） 、3、4和5的大小和方向；
（3）在机构运动简图上标注出构件2上速度为零的点 ，在加速度多边形图上标注出构件2上点 的加速度矢量 ，并算出点 的加速度 的大小。在画速度图及加速度图时的比例尺分别为： =0.02 (m/s)/mm， (m/s2)/mm。
第2章平面连杆机构
把铰销B扩大，使其包含A，这时曲柄演化为一几何中心不与回转中 心相重合的圆盘，此盘称为偏心轮，两中心间距称偏心距，等于曲柄之 长，这种机构称为偏心轮机构。 该结构可避免在较短的曲柄两端设两个转动副而引起的结构设计上 的困难， 且盘状构件在强度上比杆状高得多，所以多用于载荷较大或AB较短的 场合。 2、 转动副转化成移动副
例：设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长C及摆角ψ，行程速度变化 系数K。 步骤：①计算 ②按已知条件画C1D、C2D ③连C1C2作∠ C1C2P=90°— ∠ C2C1P=90° ④作C1.C2.P的外接园 ⑤延长C1D、C2D与园交于C1′、C2′ ⑥在或上任取一点即可作A ⑦ AC1=b-a θ。说明此为曲柄与连杆共线的两位置) AC2=b+a 而AD即为机架长度d 由上述知A是可任选的，∴有无数解，若另有其他辅助条件，加给 定d或min或给定a等，则A点便可确定了。 若为曲柄滑块机构：则可由e在园上定A。 若为摆动导杆机构：由 在ψ角平分线上由d→A→B 3、按给定两连架杆对应位置设计（解析法、实验法） 例已知两连架杆AB和CD对应位置 取坐标系如图示，各构件长度在x、y轴上投影，得如下关系式
连杆曲线，用缩放仪求出图谱中的曲线与要求轨迹的相差倍数，将机构 尺寸作相应缩放，从而求得所需的四杆机构尺寸。 这种方法可使设计过程大为简化，适合于工厂和设计单位使用。
几组机构错位安装。 则用死点：例飞机起落架机构 连杆与从动件CD位于一直线上，机构处于死点。机轮着地时产生的 巨大冲击力不致使从动件CD转动，从而保持支撑状态。 又例如机床夹具。见22页图2-6 对其他四杆机构应会用同样方法分析以上四个特性。
§2-4 平面四杆机构的设计
基本问题：按给定的运动条件————确定运动简图的尺寸参数。 给定运动规律（位置、速度、加速度） 已知条件 给定运动轨迹 图解法： 直观 设计方法 解折法： 精确 应根据已知条件和机构具体情况选用 某 实验法： 简便 某种方法 一、按给定的运动规律设计四杆机构 1、按给定的连杆位置设计四杆机构（找圆心法） 已知连杆长度b及两位置B1C1、B2C2，设计该铰链四杆机构（定A、 D点）分析铰链四杆机构ABCD知： B1、B2、B3……应位于园弧k A上 C1、C2、C3……就位于园弧 k c上 作B1B2、B2 B3垂直平分线A C1C2、C2C3垂直平分成D 当给定两个位置时，只能得B1B2、C1C2，分别作其垂直平分线b12、 C12 A点可在b12上任选一点 ∴有无数解 D点可在C12上任选一点 在多解的情况下，可添加一些辅助条件，如满足有曲柄，紧凑的尺 寸，较好的传动角，固定铰链的位置等，从中选取满足附加条件的机 构。（如要求A、D水平） 当给定连杆三个位置时： 作B1B2中垂线 交点为A 作B2 B3中垂线 有唯一解ABCD 作C1C2中垂线 交点为D 作C2C3中垂线 2、按给定的行程速度变化系数K设计（三点共园法）
0 第2章 (1-6) 平面连杆机构
平面四杆机构的基本特性 3. 度过死点位置的方法
采用错位排列地方式顺利地通过死点位置
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面多杆机构简介
前面我们学了基本机构 ，可以根据基本机构的功能， 进行组合以及机构的演化及变异原理创新设计出丰富多彩 的多杆机构。 1. 扩大从动件的行程 冷床运输机就是一个六 杆机构。它用于把热轧 钢料在运输过程中冷却， 因此要求增大行程，该 机构由曲柄摇杆机构 ABCD和杆EF、滑块6所 组成。显然滑块6的行程 S比曲柄摇杆机构ABCD 中C点的行程要大的多。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
2. 取不同的构件为机架
当以不同的构件作为机 架时，将得到不同类型 的机构。
以构件1为机架时， 为曲柄滑块机构。
以构件2为机架时， 为回转导杆机构。
以构件3为机架时， 为摇块机构。
以构件4为机架时， 为移动导杆机构。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 手摇唧筒
铰链四杆机构的基本形式及其演化
➢ 本章主要介绍平面四杆机构的类型及应用、特性、设 计方法。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
一、四杆机构的基本型式
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式：
1. 曲柄摇杆机构—在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为
摇杆。
➢ 运动特点：
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。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 平行双曲柄机构
应用：应用于从动件需要和主动件保持同步的场合。 举例：机车车轮的联动机构
机车车轮联动机构
铰链四杆机构的基本形式及其演化 3. 双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构
基于MATLAB与SolidWorks的平面六杆机构运动分析及仿真
表3平面六杆机构中预设的部分构件初始参数
3.2平面六杆机构motion运动分析
本部分介绍了利用SolidWorks中的motion插件
进行运动仿真分析以输出平面六杆机构中构件5的
运动图像。首先，利用SolidWorks中的motion功能，将
电机加装在杆*上，设定电机转速恒定为10 r=d・s>#
，X motion 分析中，对构件 5 进行运动分析
终端
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至
，
回 入库
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系统，
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本:
Research and Design "0 Fixed Network Terminal Inventory Management
U*#=)-
bang bing
(Chongbo Information Technology Researph Institute Ko・HLtd・，Nanjing Jiangs. 211500)
，
输出平面六杆机构中构件 5 的位移、速度、加速度运
动图像⑷(构件5运动图像如图4所示)。
0.00 0.72 1.44 2.16 2.88 3.60 4.32 5.04 5.76 6.48 7.20
Js
4>1
Ie
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0.00 0.72 1.44 2.16 2.88 3.60 4.32 5.04 5.76 6.48 7.20
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机械原理大作业平面六杆机构的运动分析（题号：）班级：05021004组员：唐岁迎-2010301238万琦-2010301239成绩：完成日期：年月日平面连杆机构的运动分析1．题目及原始数据图示为一平面六杆机构。
设已知各构件的尺寸如表1所示，又知原动件1以角速度ω1=1 rad/s沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速度、角加速度以及E点的位移、速度及加速度的变化情况。
表1 平面六杆机构的尺寸参数（mm）(1)建立封闭图形：L1 + L2= L3+ L4L 1 + L 2= L 5+ L 6+AG(2） 机构运动分析 a 、角位移分析由图形封闭性得：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅-⋅+=+-⋅-⋅+⋅⋅-⋅+=+-⋅-⋅+⋅⋅=⋅+⋅+⋅=⋅+⋅55662'2221155662'222113322114332211sin sin )sin(sin sin cos cos )cos(cos cos sin sin sin cos cos cos θθθαπθθθθθαπθθθθθθθθL L y L L L L L x L L L L L L L L L L G G将上式化简可得：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅-⋅+-⋅+⋅-=⋅-⋅+-⋅+⋅⋅-=⋅-⋅⋅-=⋅-⋅G G y L L L L L x L L L L L L L L L L L 66552'233466552'2331133221143322sin sin )sin(sin cos cos )cos(cos sin sin sin cos cos cos θθαθθθθαθθθθθθθθb 、角速度分析上式对时间求一阶导数，可得速度方程：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅⋅-⋅⋅+⋅-⋅+⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-⋅-⋅-⋅⋅-⋅⋅-=⋅⋅-⋅⋅⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-0cos cos )cos(cos 0sin sin )sin(sin cos cos cos sin sin sin 66655522'233366655522'2333111333222111333222ωθωθωαθωθωθωθωαθωθωθωθωθωθωθωθL L L L L L L L L L L L L L化为矩阵形式为：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅-⋅⋅=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅-⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅--⋅-⋅-⋅⋅⋅-00cos sin cos cos cos )cos(sin sin sin )sin(00cos cos 00sin sin 1111165326655332'26655332'233223322θθωωωωωθθθαθθθθαθθθθθL L L L L L L L L L L L L Lc 、角加速度分析：矩阵对时间求一阶导数，可得加速度矩阵为：2233222333'223355665'22335566622332233'22sin sin 0cos cos 00sin()sin sin sin cos()cos cos cos cos cos 00sin sin 00cos(L L L L L L L L L L L L L L L L L θθεθθεθαθθθεθαθθθεθθθθθα-⋅⋅⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⎢⎥⎢⎥⋅=⎢⎥⎢⎥-⋅--⋅-⋅⋅⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⋅-⋅⎣⎦⎣⎦-⋅⋅-⋅⋅⋅-211221123123355665'2223355666cos sin )cos cos cos 0sin()sin sin sin 0L L L L L L L L L θωθωωθθθωθαθθθω⎡⎤⋅⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅+⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⋅-⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⋅-⋅⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦d 、E 点的运动状态位移：⎩⎨⎧⋅-⋅+=⋅-⋅+=55665566sin sin cos cos θθθθL L y y L L x x G EG E速度：⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅-⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-=555666555666cos cos sin sin ωθωθωθωθL L v L L v yx E E 加速度：⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅-⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅-=⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅-⋅⋅-=5552555666266655525556662666cos sin cos sin sin cos sin cos εθωθεθωθεθωθεθωθL L L L a L L L L a yx E E3.流程图进入机构仿真模块，进行算例分析，确定原动件，定义运动参数获得整个六连杆相关构件的角位移，角速度，角加速度曲线和详细分析数据，并模拟点E的相关数据结束4．三维六杆机构效果图5．六杆机构运动动画(点击播放) 6．计算结果和曲线图a.计算结果（作业文件中）b.曲线图连杆2曲线图0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se3443526170角位移 (d-25-15-5515角速度 - Z (d e g /s-31-18-5 821角加速度 - Z (d e g /s e c连杆3曲线图0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se8091102114125角位移 (d-30-17-5720角速度 - Z (d e g /s-22-6 92440角加速度 - Z (d e g /s e c连杆5曲线图0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se-66-43-20326角位移 (d-48-10 2865103角速度 - Z (d e g /s-143-58 27112197角加速度 - Z (d e g /s e c连杆6曲线图0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se-180-91-288177角位移 (d-88-37 1566118角速度 - Z (d e g /s-117-22 73169264角加速度 - Z (d e g /s e cE 点X 、Y 轴速度曲线图0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se-27-992745质心速度 - X (m m /-30-18-6617质心速度 - Y (m m /0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se-64-38-121339质心加速度 - X (m m /s e-50-29-81334质心加速度 - Y (m m /s e0.000.631.261.882.513.14 3.774.405.02 5.656.28时间(se103119134149164平动位移 - X5765748290平动位移 - YE点运动轨迹图7、心得体会作为一名机械设计制造专业的学生，学好机械原理是非常重要的，而这次通过做机械原理大作业使我受益匪浅。
首先，作业前对连杆机构的分析，不仅让我们巩固了学习的知识，而且对六杆机构的运动及其特点有了更深的认识，同时，通过和同学的讨论，让我们从新的角度认识了连杆机构，而且增加了我们对机械设计的兴趣。
其次，在作业过程中，大家分工明确，认真合作，让我们体会到了团队合作的力量，认识到了团队的重要性。
最后，学期初的两周上机实验让我们对PRO-E软件有所熟悉，这次作业用到了该软件，使我们对它有了进一步的掌握,并且熟练运用了Microsoft Word, Microsoft Excel等，增加了我们对软件学习的兴趣。
通过此次作业，我们不仅对专业知识进行了更好的学习，认识到了学好专业知识的重要性，同时也锻炼了我们其他方面的能力。
在以后的学习生活中，我们会努力学好专业知识，拓宽自己的视野，提高自己能力！8 参考书孙恒，葛文杰，陈作模，机械原理【M】7版，北京：高等教育出版社2006 陈作模，机械原理学习指南【M】5版，高等教育出版社，2007谭浩强，C语言程序设计（第三版），清华大学出版社，200甘登岱，Pro\E基础与应用野火版3.0精品教程，航空工业出版社，2011。