平面连杆机构设计(1)
平面连杆结构(一)
平面连杆结构(一)(总分：100.00，做题时间：90分钟)一、{{B}}计算题{{/B}}(总题数：25，分数：100.00)1.下图图a所示的铰链四杆机构中，已知各构件的长度：L AB=25mm，L BC=55mm，L CD=40mm，L AD=50mm[比例绘制]，试：(1)判断构件1能否成为曲柄(写出判断过程)。
(2)用作图法作出构件3的最大摆角ψ。
(3)用作图法作出极位夹角θ。
(4)用作图法作出最小传动角γmin。
(5)当分别固定构件1、2、3、4为机架时，各获得什么机构(要求直接给出机构名称，不用写出判断过程)。
（分数：4.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(如下图图b所示。
[*](1)杆长和条件为L min+L max≤其余两杆长度之和由于25+55＜40+50，且构件1为连架杆，所以构件1能成为曲柄。
(2)构件3最大摆角ψ出现在曲柄连杆两次共线位置时，摇杆的最大摆角为ψ。
(3)机构的极位夹角θ为摇杆处于两极限位置时，曲柄对应所夹锐角。
(4)最小传动角γmin为机构的最小传动角，出现在曲柄与机架重叠共线的位置；(5)当分别固定构件1、2、3、4为机架时，机构的名称如下：当固定构件1时，得双曲柄机构；当固定构件2时，得曲柄摇杆机构；当固定构件3时，得双摇杆机构；当固定构件4时，得曲柄摇杆机构。
[解析] (1)分析题目，本题属于机构分析作图求解的问题。
(2)给定机构尺寸，对铰链四杆机构进行工作特性分析，机构存在两个整转副的条件，具有急回特性；分析传力性能，画出压力角和传动角。
(3)主要是应用平面四杆机构的工作特性展开分析。
)解析：2.在下图图a所示曲柄滑块机构中，已知L AB=20mm，L BC=60mm，e=10mm的，试用作图法确定：(1)滑块的行程H。
机械原理平面连杆机构及设计
机械原理平面连杆机构及设计平面连杆机构是一种最为基本的机械结构，由于其结构简单、运动可靠等特点，被广泛应用于各种机械设备中。
本文将对平面连杆机构进行介绍，并探讨其设计原理。
平面连杆机构是由至少一个定点和至少三个连杆组成的机构。
定点为固定参考点，连杆是由铰链连接的刚性杆件。
连杆可以分为连杆和曲柄，连杆连接在定点上，曲柄则旋转。
平面连杆机构的运动由这些连杆的位置和相互连接方式决定。
平面连杆机构的设计原理基于以下几个方面：1.运动分析：在设计平面连杆机构之前，首先需要进行运动分析，确定所需的运动类型。
运动类型可以是旋转、平移、摆动、滑动等。
通过运动分析，可以确定连杆的长度和相互连接的方式。
2.运动性能：平面连杆机构的优点是运动可靠，但运动性能也是需要考虑的重要因素。
例如，设计中需要考虑速度、加速度、力和力矩等参数，以满足机构的运动要求。
3.静力学分析：平面连杆机构在工作过程中可能会受到外力的作用，因此需要进行静力学分析。
静力学分析可以确定机构的力矩和应力，从而确定设计的合理性。
4.运动合成：在进行平面连杆机构的设计过程中，需要进行连杆的运动合成。
运动合成是指通过选择适当的连杆长度和连接方式，实现所需的运动类型。
5.运动分解：运动分解是指将合成的运动分解为各个连杆的运动。
通过运动分解，可以确定每个连杆的运动规律，从而进行设计。
当以上原理得到了充分的了解和运用后，可以进行平面连杆机构的具体设计。
具体的设计包括以下几个步骤：1.确定所需的运动类型：根据机械设备的需求，确定所需的运动类型，例如旋转、平移、摆动等。
2.运动分析：对机构进行运动分析，确定连杆的位置和连接方式。
根据机构的运动要求和外力作用，确定连杆的长度。
3.动力学分析：进行动力学分析，确定机构运动时的力学参数，如速度、加速度、力和力矩等。
4.运动合成与分解：根据所需的运动类型，进行运动合成和分解，确定连杆的运动规律。
5.结构设计：根据上述分析和计算结果，进行结构设计。
机械原理-连杆机构设计图解法_一_
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
平面连杆机构设计(图文)精选全文
可编辑修改精选全文完整版平面连杆机构
1 平面四杆机构的类型
平面四杆机构可分为两类：
1.全转动副的平面四杆机构，称为铰链四杆机构；
2.含有移动副的平面四杆机构，如曲柄滑块机构。
1.1 铰链四杆机构的基本类型
铰链四杆机构的基本类型
类型判断
铰链四杆机构存在曲柄的条件：
（1）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；
（2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。
根据上述曲柄存在条件可得以下推论：
①铰链四杆机构中，若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，则
取最短杆的相邻杆为机架时，得曲柄摇杆机构；
取最短杆为机架时，得双曲柄机构；
取与最短杆相对的杆为机架时，得双摇杆机构。
②铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则不论取何杆为机架时均无曲柄存在，而只能得双摇杆机构。
1. 曲柄摇杆机构
雷达
汽车前窗刮雨器
搅拌机
飞剪
2. 双曲柄机构
两连架杆均为曲柄的四杆机构称为双曲柄机构。
特殊：平行双曲柄机构（平行四边形机构）
机车车轮联动机构反平行四边形机构。
如公共汽车车门启闭机构。
公共汽车车门启闭机构3. 双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。
起重机。
机械设计基础第二章平面连杆机构
(4)AC1=L2－L1, AC2=L2+L1→ L1=1/2(AC2－AC1)
→无数解
以L1为半径作圆,交B1,B2点 →曲柄两位置
M
N
在圆上任选一点A
C1M与C2N交于P点
作∠C1C2N=90－θ,
P
2.导杆机构: P.33
→取决于机构各杆的相对长度
A
D
B
B’
B”
C
C’
C”
三式相加 → ┌ l1≤l2 │ l1≤l3 └ l1≤l4
当杆1处于AB ”位置→ △AC ”D
→ l1＋l2≤l3＋l4 (2-3)
→┌(l2－l1) ＋l3 ≥l4 →┌l1＋l4≤l2＋l3 (2-1) └(l2－l1) ＋l4 ≥l3 └l1＋l3≤l2＋l4 (2-2)
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
(2-4)
（二）压力角和传动角 P.30
1.压力角α－
2.传动角γ
：BC是二力杆,驱动 力F 沿BC方向
作用在从动件上的驱动力F与该力作用点绝对速度VC之间所夹的锐角。
工作行程: 空回行程:
B2→B1 (φ 2) →摇杆C2→C1 (ψ) ∵ φ 1＞ φ 2 , 而ψ不变
B1→B2 (φ1) → 摇杆C1→C2 (ψ)
→ 工作行程时间＞空回行程时间
曲柄(主)匀速转动(顺) 摇杆(从)变速往复摆动
图2-4
曲柄摇杆机构
φ1
φ2
ψ
极位:
缺点:
2.应用:
优点
1.手动冲床： ← 两个四杆机构组成 （双摇杆～+摇杆滑 块机构）
2.筛料机构： 六杆机构←两个四杆 机构组成（双曲柄～ +曲柄滑块～）
12平面连杆机构制作1
平面连杆机构简化模型制作（2学时）
工具：
1、剪刀
2、壁纸刀
3、钢直尺
4、锥子（轧孔用）
5、打火机
6、铅笔、橡皮
消耗材料：
1、纸板
2、尼龙绳
3、透明胶带
知识目标：体会曲柄存在条件、死点、急回特性等知识点
能力目标：根据示意图制作模型
教学重点：巩固平面连杆机构知识点
教学难点：制作模型
教学方法：分组实验
曲柄连杆机构示意图图：
制作步骤：
1、在纸板上划线，确定四个杆件尺寸。
推荐尺寸宽度均为10mm；长度(括号
内为孔心距)，A1杆55（45）mm，A2杆110（100）mm，A3杆80（70）mm，A4杆130（120）mm；B1杆60（50）mm，B2杆110（100）mm，B3杆80（70）mm，B4杆100（90）mm。
注意合理下料。
2、按线剪切各杆。
3、按尼龙绳直径用锥子打铰链孔。
4、用尼龙绳依次铰接各杆，打火机烤软固定两端。
注意用笔端按压，避免烫伤
手指。
5、选择合适的杆件用胶带粘贴较大的纸板上作机架，分别形成不同类型机构。
5平面连杆机构1
C2 ——C1，构件 ，构件1 构件3 转动 α 构件 2 转 180°ω3>ω1 °
α 1
1 3 p34
p12
C ° p23 当∠BAC=90°时 ∞ C1 2
p13 ∞ C2 分目录
α4 2
A
ω3=ω1
p13 ∞ 退出
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♦5.2.4 几种其他类型的四杆机构 ♦1) 正弦机构
2
θ — 极位夹角
θ = β1 − β 2
分目录
+b
2
) − 2(b
2
− a cos θ
2
)
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退出
AB主动时，无死点 主动时， 主动时
a α max = arcsin b a 1 1 ≤ ~ b 2.5 3
a
A
B
b
α
C
B
滑块主动时，有两个死点位 a 滑块主动时， 置 A
分目录
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退出
♦铰链四杆机构
♦1) 曲柄摇杆机构
应用
转动——摆动 摆动 转动 满足杆长条件，且最短杆作连架杆。 满足杆长条件，且最短杆作连架杆。
分目录
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退出
♦铰链四杆机构
♦2) 双曲柄机构
应用
等速转动——变速转动 变速转动 等速转动 满足杆长条件，且最短杆作机架。 满足杆长条件，且最短杆作机架。
2
4 1
+
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分目录
5.3 多杆机构
牛头刨床利用了导杆 牛头刨床利用了导杆 机构的急回特性。 机构的急回特性。
分目录
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退出
插床利用了转动导杆机构的变速转动性质。 插床利用了转动导杆机构的变速转动性质。 利用了转动导杆机构的变速转动性质
第章平面连杆机构及其设计
第章平面连杆机构及其设计1. 介绍平面连杆机构是机械运动学中一类常见的重要机构，由连杆（也称杆件）组成，分为接触连杆机构和非接触连杆机构两类。
平面连杆机构能够将旋转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为旋转运动，并广泛应用于各种机械装置中。
2. 平面连杆机构的分类平面连杆机构一般分为以下几类：2.1 四杆机构四杆机构是由四根杆件组成的平面连杆机构，其中两根杆件为引导杆，在机构运动过程中仅仅进行直线运动，另外两根杆件则为连杆，在机构运动过程中发生旋转和直线运动。
2.2 三杆机构三杆机构又称三杆架，是由三根杆件组成的平面连杆机构，其中两根杆件为引导杆，在机构运动过程中仅仅进行直线运动，另外一根杆件则为连杆，在机构运动过程中发生旋转和直线运动。
2.3 双曲杆机构双曲杆机构是由两个连杆组成的平面连杆机构，其中两个连杆的运动轨迹呈现为双曲线形状，能够实现近似于直线的直线运动。
2.4 齿条机构齿条机构是由齿轮和齿条组成的平面连杆机构，齿轮进行旋转运动，齿条进行直线运动，能够实现运动传递和位置定位。
3. 平面连杆机构的设计设计平面连杆机构时需要考虑以下几方面：3.1 运动要求平面连杆机构的设计需要优先考虑机构所要完成的工作，确定所需运动方式、速度、角度等指标，为机构的设计提供技术参考和方向。
3.2 相关构件尺寸在完成运动要求的基础上，需考虑各组件之间的相互匹配，包括连杆长度、引导杆长度、连杆夹角、引导杆倾斜角等。
3.3 材质选取平面连杆机构在耐用性、强度、重量、成本等方面也需要考虑，选用合适的材质，满足机构设计要求。
3.4 连接方式选择平面连杆机构的连接方式通常为销轴连接和螺栓连接，选择合适的连接方式也是机构设计的关键。
4.平面连杆机构是机械装置中常见的一种机构结构，应用广泛，设计时需考虑机构所要完成的工作、构件尺寸、材质选取和连接方式选择等方面，结合实际情况进行设计，才能满足机构的运动要求和性能要求。
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➢设计要求： 1、实现构件给定位置
2、实现已知运动规律 3、实现已知运动轨迹
➢设计方法：
1、图解法，2、解析法，3、图谱法，4实验法
23
可整理ppt
2、用作图法设计平面四杆机构 1）按照给定的连杆位置设计四杆机构
1）已知连杆长度及三个位置，设计该铰链四杆机构。
分析：
C1
C2
y
q
q
AC1=BC－AB
A
B2
D
AC2＝BC＋AB A’
B1
25
可整理ppt
设计步骤
1、θ=180 K 1
4、死点位置
B1
A
曲柄为从动件，当机构处于曲柄和连
杆共线的两个位置时，原动件通过连
B2
杆作用于曲柄的力通过曲柄转动中心，
不产生转矩。
P
γ=0,α=90
C1
机构停在死点位置，不能起动。
D
运转时，靠惯性冲过死点。
C2
22
可整理ppt
§8－4 平面四杆机构的设计
1、平面连杆机构设计的基本问题
选型：确定连杆机构的结构组成：构件数目，运动副类型、数目。
2C
2C
B
3
B
3
1
1
A
4
DA 4
D
12
B A1
2C 3
D 4
可整理ppt
四、正弦机构
Kc
B
2
1 A4
C3
Kc 2B
A1
4
C
3
φ
2 B
C∞
A1
3
4
s
13
S=lABsinφ
可整理ppt
五、机构演变小结
2
1
4
3
铰链四杆机构： 构件4为机架，——曲柄摇杆 构件1为机架，——双曲柄 构件2为机架，——曲柄摇杆 构件3为机架，——双摇杆
4
可整理ppt
双曲柄机构
5
平行四边形机构及应用
可整理ppt
双摇杆机构
6
可整理ppt
2、 平面四杆机构的演变型式
一、曲柄滑块机构
转动副转化成 移动副
2 B
1 A
4
C
Kc
3
B2
1
DA
3
C
Kc
4
D
B2 1 A
3 C
4
e
B
2
1 A4
C3
7
可整理ppt
曲柄滑块机构的类型
偏距e
e≠0，偏置曲柄滑块机构 e=0， 对心曲柄滑块机构
（若1能绕A整周相对转动，则存在两个特殊位置）
a+d≤b+c
(1)
b<c+d-a即a+b≤c+d
(2)
c<b+d-a即a+c≤b+d
(3)
15
可整理ppt
a+d≤b+c
(1)
a+b≤c+d
(2)
a+c≤b+d
(3)
(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c
(1)+(3)得 a≤b
(2)+(3)得 a≤d
由此可见，铰链四杆机构曲柄存在的条件是： （1）连架杆或机架为运动链中的最短杆。 （2）最短杆与最长杆的长度之和小于等于其它两杆长度之
和。（杆长之和的条件）
平面四杆机构的类型判别
（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之 和，所有运动副均为摆动副，均为——双摇杆机构。
（2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其他两构件 长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。
➢压力角α:从动件
上
某点的受力方向与从
B
动件上该点速度方
向的所夹的锐角。
Pt =Pcosα
A B2
Pn =Psinα
➢传动角γ：P与Pn夹角，
α+γ=90
➢最小传动角γmin
出现在原动件和机架共线的位置
一般要求：γmin≥40⁰
C2
max
B1
Pn P
C vc Pt
min
C1
D
δ≤90,γ=δ
δ≥ 90,γ=180δ
8
可整理ppt
曲柄滑块机构的运动特性
e
1
慢行程
C1
C2
1A
B2
2
B1
偏距e 行程H＝C1C2
极位夹角θ
9
可整理ppt
二、曲柄滑块机构的演变
1、导杆机构 摆动导杆机构：
10
B1
1
A
2
B2
C
θ=
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转 动 导 杆 机
摇 块 机 构
构
双
定
滑
块
块
机
机
构
构
三、偏心轮机构
偏心轮的演化过程
（若已知2个位置，无穷解。）
b12
C1 c12 C2 c23
B1 B2 b23
C3
直接量取：AB、 CD、AD的值，则
lAB＝AB·ml
B3 A
D
lCD ＝CD·ml lAD ＝AD·ml
ml——作图比例
24
可整理ppt
2）按照给定的行程速比系数K设计四杆机构
a)已知：曲柄摇杆机构，摇杆CD长度，摆角，K 设计此机构（确定曲柄和连杆长）
某些机构（如曲柄摇杆机构）中，原动件作匀速转动， 从动件作往复运动的机构，从动件正行程和反行程的平 均速度不相等。——急回运动
( ) ➢行程速比系数 K =从 从动 动件 件慢 快行 行程 程平 平均 均速 速≥度 度1
19
可整理ppt
21= =118800+θθ⇒θ=
1
2
2
1→ t1, 2→ t2
从动件慢行程
快行程
C1
B
1
A
B2
2
B1
C C2
D
C2C1
K=v2 = t2 =t1 = v1 C1C2 t2 t1
1 2
=11880 0 +θθ
∴ θ =180 K 1
K +1
极位夹角θ（<C2AC1）——AB1和AB2所夹的锐角
摇杆的摆角y（＜C1DC2）—— 摇杆两极限位置的夹角
3、压力角和传动角
第八章 平面连杆机构及其设计
——用低副连接而成的平面机构。
1
可整理ppt
§8－1 连杆机构及其传动特点
1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动 2、运动副为低副：
面接触： ①承载能力大；②便于润滑。寿命长 几何形状简单——便于加工，成本低。 3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律； ②设计复杂； ③只用于速度较低的场合。
取最短构件为机架 ——双曲柄机构
取最短构件任一相邻构件为机架 ——曲柄摇杆机构
取最短构件对面的构件为机架
——双摇杆机构
17
可整理ppt
曲柄滑块机构有曲柄的条件
e
B1
Aa
B2
E
C
1
△ AC1E：b-a>e △ AC2E：a+b>e
b
C2
即有曲柄的条件:b>a+e e=0, b>a
18
可整理ppt
2、急回运动和行程速比系数
14
2
1
3
4
曲柄滑块机构： 构件4为机架——曲柄滑块 构件1为机架——转动导杆 构件2为机架——曲柄摇块 构件3为机架——移动导杆
可整理ppt
§8－3 平面四杆机构的基本知识
1、 平面四杆机构有曲柄存在的条件
C
b
B
2
a1
A
d
3c
b
D B1 a A 4
C1 c
B2 d
DA 4
C2
c b
a
D
B2 d
4
2
可整理ppt
§8－2 平面四杆机构的类型和应用
1、平面四杆机构的基本型式
铰链四杆机构：构件之间都是用
转动副联接的平面四杆机构
组成：
机架——固定不动的构件。
连架杆——与机架相联接的构件。
分为：曲柄——能整周转动
B
摇杆——不能整周转动
1
A
连杆——不直接和机架相联的构件
3
C 2
3
4
D
可整理ppt
曲柄摇杆机构