《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
机械设计基础第二章平面连杆机构解读
2020年11月16日星期一
第2章 平面连杆机构
8
整转副(Fully rotating pair)—联接的两 构件能相对作整周转动的运动副。
摆 转 副 (Partially rotating pair)—联 接的两构件不能相对 作整周转动的运动 副。
整转副 整转副
2020年11月16日星期一
第2章 平面连杆机构
双摇杆机构 等腰梯形机构
2020年11月16日星期一
第2章 平面连杆机构
11
1、曲柄摇杆机构
应用实例一
2020年11月16日星期一
雷达天线俯仰角调整机构
第2章 平面连杆机构
12
实例二
搅拌机构
2020年11月16日星期一
第2章 平面连杆机构
13
实例三、四
脚踏砂轮机构
2020年11月16日星期一
缝纫机踏板机构
B C
A
取滑块作机架，定块机构
2020年11月16日星期一
第2章 平面连杆机构
25
三、含两个移动副的四杆机构（双滑块机构）
改变运动副类型 转动副变成移动副
∞
改变构件相 对尺寸
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双滑块机构（正弦）
第2章 平面连杆机构
26
1、正弦机构
φ 3
φ
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第2章 平面连杆机构
第2章 平面连杆机构
18
销控机构
摄影升降机构
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第2章 平面连杆机构
20
应用实例
双曲柄插床
3、双摇杆机构
应用实例一
鹤式起重机
2020年11月16日星期一
机械设计基础第二章-平面连杆机构
正反连杆机构及其应用举例
剪刀
活塞机构
剪刀是一种常见的正反连杆机构， 通过剪刀双臂的交叉运动实现剪 切动作。
内燃机的活塞机构是一种重要的 反连杆机构，将旋转运动转化为 直线运动。
打印机机械结构
打印机中的传纸机构和墨盒移动 机构都是正反连杆机构。
连杆机构热点应用领域
1 汽车工业
连杆机构在发动机、悬挂系统和转向系统中起关键作用。
复杂运动
结合各种连杆的长度和连接方 式实现。
平面连杆机构的分类与特点
1
四杆机构
具有四个连杆的机构，常见的有平行四杆机构和准平行四杆机构。
2
三杆机构
具有三个连杆的机构，例如三角形连杆机构。
3
排杆机构
包含多个连杆，可以实现复杂的运动。
平面连杆机构静力学分析
静力学分析通过力学原理分析连杆机构在静力平衡状态下的力学性质。常用 的方法包括力平衡法、力矩平衡法和虚功原理。
2 航空航天
连杆机构用于飞机和导弹的着陆装置，以及控制舵面关节传动和运动控制。
构成要素及代表元件
连杆
连接机构中的各个部分，可以是刚性杆件或弹性 杆件。
曲柄
通过旋转运动带动连杆的机构元件。
铰链
实现连杆之间的约束，使其相对运动只能在特定 轴向上发生。
摇杆
与曲柄相似，但其转动轴不经过曲柄轴。
运动类型与分析
直线运动
通过连杆长度或曲柄的定义来 实现。
旋转运动
通过曲柄、摇杆、或曲柄摇杆 组合来实现。
机械设计基础第二章-平 面连杆机构
欢迎来到机械设计基础的第二章！今天我们将一起探讨平面连杆机构的各个 方面，包括定义、构成要素、运动类型和分析、分类与特点、静力学分析等。
机械设计基础平面连杆机构概述PPT课件
摇杆的这种特性称为急回运动
7
曲柄摇杆机构摇杆主动
3
3
2
4
2
1
1 4
缝纫机踏板机构
8
压力角
压力角和传动角
从动件驱动力F与力作用点绝对速度之间所夹锐角
切向分力: F’= Fcosα =Fsinγ
法向分力: F”= Fcosγ
B
γ↑ F’↑→对传动有利
可用γ的大小来表示机 构传动力性能的好坏,
曲柄存在的条件：
1、最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和
称为杆长条件。
2、连架杆或机架之一为最短杆。
B
l2
A l1
C
l3
D
l4
15
第二节 铰链四杆机构有整转副的条件
铰链四杆机构的三种基本型式区别在于连 架杆是否为曲柄。而且，由于在生产实际中， 驱动机械的原动机（电动机、内燃机等）一般 都是做整周转动的，因此要求机构的主动件也 能做整周转动，即原动件为曲柄。而在四杆机 构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的 相对尺寸关系。 所以，平面四杆机构在什么条件下具有曲柄的 研究是平面连杆机构的一个主要问题。下面我 们就以铰链四杆机构来分析曲柄存在的条件。
B AA
C γ
F”
FF”’ C γFα
F
F’
DD
称γ为传动角
9
机构的死点位置
F γ＝0
摇 柄此杆两时为次机主共构动线不件时能，，运且有动连:，γ杆称＝与0曲Fγ＝0
此位置为：“死点” 避免措施： 两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性
B’
F’
C’
A’
E’
杨可桢《机械设计基础》(第6版)复习笔记及课后习题详解(含考研真题)-平面连杆机构【圣才出品】
第2章平面连杆机构2.1复习笔记【通关提要】本章主要介绍了平面四杆机构的基本类型、基本特性和设计方法。
学习时需要掌握铰链四杆机构有整转副的条件、急回特性的应用和计算、压力角与传动角以及死点位置的分析等内容。
本章主要以选择题、填空题和计算题的形式考查，复习时需把握其具体内容，重点记忆。
【重点难点归纳】一、平面四杆机构的基本类型及其应用（见表2-1-1）表2-1-1平面四杆机构的基本类型及其应用二、平面四杆机构的基本特性（见表2-1-2）表2-1-2平面四杆机构的基本特性图2-1-1图2-1-2连杆机构的压力角和传动角2.2课后习题详解2-1试根据图2-2-1所注明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。
图2-2-1答：（a）40＋110＝150＜70＋90＝160满足杆长条件，且最短杆为机架，因此是双曲柄机构。
（b）45＋120＝165＜100＋70＝170满足杆长条件，且最短杆的邻边为机架，因此是曲柄摇杆机构。
（c）60＋100＝160＞70＋62＝132不满足杆长条件，因此是双摇杆机构。
（d）50＋100＝150＜100＋90＝190满足杆长条件，且最短杆的对边为机架，因此是双摇杆机构。
2-2试运用铰链四杆机构有整转副的结论，推导图2-2-2所示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件（提示：转动导杆机构可视为双曲柄机构）。
图2-2-2答：根据铰链四杆机构有整转副的结论，则A、B均为整转副。
（1）当A为整转副时，要求AF能通过两次与机架共线的位置。
如图2-2-3中位置ABC′F′和ABC′′F′′。
在Rt△BF′C′中，因为直角边小于斜边，所以l AB ＋e＜l BC。
同理，在Rt△BF′′C′′中，有l AB－e＜l BC（极限情况取等号）。
综上，得l AB＋e＜l BC。
（2）当B为整转副时，要求BC能通过两次与机架共线的位置。
如图2-2-3中位置ABC1F1和ABC2F2。
机械设计基础课件-第2章 平面连杆机构
γmin出现位置： 曲柄与机架共线。
∴γmin ＝min（ γ’ ， γ”）
3）. 自锁特性（死点）——γ＝0的位置
定义：选有极位的构件（如摇杆）为主动件，当此曲柄处在极位时，
曲柄卡死，该位置称为死点。
C
C
C2
B 1
2
v
1
P
A
B2
4
=00
3 D
B B1 =00
A
B2
=00
B
=00
1 P
a. 输入件（曲柄）等速整周转动； b. 输出件往复运动；
c. 极位夹角 >0 °即K>0 从动件具有急回特性此机构具有急回特 性。 、K值越大，急回特性越明显。
急回特性是表征从 动件特性的。
分析机构的急回特 性时要注意原 动件的运动方 向。
注意：
极位夹角θ： 从动件——极位 主动件——所夹锐角 出现位置：
一、存在一个曲柄的机构分析
已知：a,b,c,d
B
C b
c
a A
d D
铰链四杆机构有整转副存在条件：
设a<d
C
B过B’:
a+db+c
b
B
C’
C”
c
B过B”: b(d-a)+c 即 a+bd+c
a
且 c(d-a)+b 即 a+cd+b B’
A
d
D
得：ab, ac, ad, 即a最短；
B”
设d<a，得
d+ab+c
A
4
D
曲柄摇杆机构
1
A
4
D
《机械设计基础》第五版第2章平面连杆机构
t1 (180 ) /
V1 C1C2 t1
C1C2 /(180 )
当曲柄以ω继续转过 φ 2=180-θ 时，摇杆从C１D, 置摆到C2D，所花时间为t2 , 平均速度为V2 ,那么有：
t2 (180 ) /
V2 C1C2 t2
C1C2 /(180 )
2 22
C 3
A
4
定块机构
机械设计基础－第２章平面连杆机构
三、含两个移动副的四杆机构
了解
正弦机构
正弦机构
双转块机构 (十字滑块机构)
双滑块机构
正切机构
机械设计基础－第２章平面连杆机构
缝纫机针杆运 动机构
十字沟槽联轴节
正切机构
椭圆仪
十字沟槽联轴节
机械设计基础－第２章平面连杆机构
四、具有偏心轮的四杆机构
例题
机械设计基础－第２章平面连杆机构
二.急回特性 平面四杆机构的极位 主动件：曲柄 从动件：摇杆
极位：从动件的两 个极限位置
极位夹角θ：从动件处于两个极 位时，曲柄两位置之间的夹角 最大摆角ψ:摇杆往复摆过的 最大角度
机械设计基础－第２章平面连杆机构
急回特性分析
当曲柄以ω逆时针转过 φ1=180°+θ时，摇杆从C2D 位 置 摆 到 C1D ， 所 花 时 间 为 t1 , 平均速度为V1,那么有：
特例2 反平行双曲柄机构：对边平行但不相等
应用实例:车门启闭机构
反向双曲柄机构
车门启闭机构
机械设计基础－第２章平面连杆机构
3、双摇杆机构
结构特点：二连架杆均为摇杆 运动变换：摆动摆动
工程应用实例：
港口起重机 飞机起落架 车辆的前轮转向机构 造型机翻箱机构 风扇摇头机构
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析机械设计基础第2章介绍了平面连杆机构的解析方法，本文将详细探讨平面连杆机构的基本概念以及运动规律，并通过实例分析解算过程。
平面连杆机构是由几个连杆和连接件组成的机械装置，常见于各种机械设备和机器人中，具有重要的机械传动功能。
解析平面连杆机构的目的是求解机构中各个连杆的位置、速度和加速度等运动参数，在设计和优化机构的过程中起到关键作用。
首先，我们需要了解平面连杆机构的基本构件和运动方式。
平面连杆机构包括刚性连杆、铰链、曲轴和悬臂等，在运动过程中，这些构件之间通过铰链连接，可以实现不同形式的运动传动。
平面连杆机构中常见的运动有转动运动、直线运动和复合运动。
其次，我们需要了解平面连杆机构的运动规律。
平面连杆机构的运动规律可以通过几何方法或者代数方法进行求解。
几何方法主要是通过建立连杆的几何关系来求解连杆的位置和速度，而代数方法则是通过建立连杆的运动学方程来求解连杆的加速度。
几何方法中常用的解析方法有正弦定理和余弦定理。
通过应用这些定理，可以获得连杆的长度和角度关系，从而求解出连杆的位置和速度。
例如，在一个平面连杆机构中，已知一根连杆的长度和角度，可以利用余弦定理求解出另一根连杆的长度和角度。
代数方法中常用的解析方法有速度、加速度和加加速度分析法。
这些方法是通过建立连杆的运动学方程，并对方程进行求导得到速度、加速度和加加速度的表达式。
例如，在一个平面连杆机构中，已知连杆的运动学方程，可以对其进行求导，得到连杆的速度和加速度表达式。
最后，我们通过一个实例来详细解析平面连杆机构的运动规律。
假设我们有一个平面连杆机构，包括两根等长的连杆和一个铰链。
已知一根连杆的长度为L，角度为θ，我们希望求解另一根连杆的位置、速度和加速度。
首先，利用余弦定理求解另一根连杆的长度。
根据余弦定理，可以得到连杆的长度与角度的关系式。
然后，利用连杆长度与角度的关系式，可以求解出连杆的长度。
接下来，利用几何方法求解连杆的速度。
机械设计基础课件-2-3平面连杆机构
定义
2-3平面连杆机构由两个或三 个连杆以及其它连接件组成 的一种机械机构。
连杆
连杆是机构的主要组成部分， 负责传递力、转动和滑动运 动。
连接件
连接件用于连接连杆，并保 证其固定和自由运动。
2-3平面连杆构中各连杆和连接件的长度和位置。
2
步骤二
使用运动学原理分析各连杆的运动轨迹和速度。
使用尽可能少的连杆和连接件， 减少运动系统中的摩擦和能量 损失。
运动可靠
确保连杆机构在运行中稳定、 可靠，并且符合预期的运动要 求。
易于维护
设计机构时考虑到维护和维修 的方便性，减少因故障导致的 停机时间。
2-3平面连杆机构的应用与案例分析
应用领域 汽车工业 机械工业 航空航天
案例 悬挂系统、刹车系统 压力机、冲床 升降舵、襟翼机构
总结与展望
2-3平面连杆机构是一种重要的机械结构，广泛应用于各个领域。未来，随着技术的不断发展，它将在更多的 领域得到应用和改进。
3
步骤三
根据运动分析结果，优化连杆机构设计，并解决可能的运动干涉问题。
2-3平面连杆机构的驱动方式
1 电动驱动
通过电动机提供动力驱动 连杆机构的运动。
2 液压驱动
通过液压系统产生的压力 控制连杆机构的运动。
3 气动驱动
通过气动系统产生的压力 控制连杆机构的运动。
2-3平面连杆机构的设计原则
结构简单
机械设计基础课件-2-3平 面连杆机构
本课件将介绍2-3平面连杆机构的概述、定义与组成部分、运动分析、驱动方 式、设计原则、应用与案例分析，并总结与展望。
2-3平面连杆机构的概述
2-3平面连杆机构是一种基本的机械结构，由多个连杆构成，并通过铰链连接。 它具有简单的结构和广泛的应用领域。
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由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
1.铰链四杆机构存在曲柄的条件
⑴ 连架杆或机架为最短杆；
⑵ 最短杆和最长杆之和应小于或等于其他两杆长
度之和。 其中条件⑵又称为格拉肖夫（Grashof）判别式。
2.两个推论
⑴ 不满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构，任何
杆为机架时皆为双摇杆；
⑵ 满足格拉肖夫判别式的铰链四杆机构：
①
当以最短杆的相邻杆为机架时，必为曲柄摇杆 机构；
个曲柄转向相反、长度相等的双曲柄机构
车门启闭机构
3.双摇杆机构
具有两个摇杆的铰链四杆机构。
港口起重机
车辆前轮转向机构
二、铰链四杆机构的演化
1.转动副转化成移动副
⑴ 铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副
⑵ 铰链四杆机构中二个转动副转化为移动副
2.取不同构件为机架
⑴ 铰链四杆机构
影响其传动精度。惯性力不容易平衡，不适合于高 速传动。不易精确地满足各种运动规律和运动轨迹 的要求。
2.平面连杆机构的应用
最常用的基本机构之一，广泛应用于各种机械、 仪表中。 如:内燃机、锻压机、空气压缩机及牛头刨 床 中的主要运动的执行机构等；
缝纫机、颚式破碎机、拖拉机、回转式油泵等 机器设备中的传动、操纵机构等。 雷达天线俯仰角的调整机构；
⑵ 含有一个移动副的四杆机构
含有一个移动副的四杆机构应用实例
回转油泵
含有一个移动副的四杆机构应用实例
自卸车
含有一个移动副的四杆机构应用实例
数控牛头刨床（长沙机床厂 机械刨床厂）
牛头刨床
含有一个移动副的四杆机构应用实例
⑶ 含有两个移动副的四杆机构
含有两个移动副的四杆机构应用实例
滑块联轴器
②
当以最短杆为机架时，必为双曲柄机构；
③
当以最短杆的对面杆为机架时，必为双摇杆机
构。
3.判定铰链四杆机构类别的方法
⑴曲柄摇杆机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且
以最短杆的相邻杆为机架。
⑵双曲柄机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且以
最短杆为机架。
⑶双摇杆机构的条件：满足格拉肖夫判别式，且以
最短杆的对面杆为机架；或不满足格拉肖夫判别式。
四杆机构类型的判别 是 可能有 曲柄
lmax+lmin ≤ l余1+l余2
否
最短构件的对边
双摇杆机构
机架
最短构件的邻边 最短构件
曲柄摇杆机构双曲柄机构二、急回特性1.解释（工程上的作用）
某些连杆机构中，当主动件（一般为曲柄）等速 转动时，作往复摆动或移动的输出构件在空行程中的 平均速度大于工作行程的平均速度，缩短辅助生产时 间，提高生产效率。
⑴曲柄摇杆机构 ⑵偏置曲柄滑块机构 ⑶曲柄摆动导杆机构
2.极位夹角
急回特性机构中，当输出构件位于两极限位置时， 主动件（曲柄）在与之对应的两位置之间所夹的锐角 θ。极限夹角是标志机构有无急回特性的重要参数。
3.行程
机构中输出构件在两极限位置间的移动距离或摆 动角度。
4.行程速度变化系数k
作往复运动的输出构件在空回 行程中的平均速度与工作行程 中的平均速度之比值。
第2章 平面连杆机构
2.1 概述 2.2 铰链四杆机构的基本型式及其演化 2.3 平面四杆机构的基本特性
2.4 平面四杆机构的设计
2.1
一、基本概念
概述
1.连杆机构：构件间只有低副连接的机构。 2.平面连杆机构：所有构件均作平行于某一平面的
平面运动的连杆机构。
3.平面四杆机构：只有四个构件（包括机架）的低
摄影车上的升降机构； 摇头风扇传动机构；
缝纫机
雷达天线俯仰角调整机构（动画）
2.2 铰链四杆机构的基本型式 及其演化
一、铰链四杆机构的基本型式
曲柄：能作整周转动的连架杆。
曲柄摇杆机构
铰链四杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
1、曲柄摇杆机构（动画） 具有一个曲柄和一个摇杆 的铰链四杆机构。 一般地，曲柄为主动件 做等速转动，摇杆为从动件 作往复摆动。
副平面连杆机构。
4.平面铰链四杆机构：
全转动副的平面四杆机构。
构件名称
连杆 连架杆 连架杆 机架 机架：固定不动的构件称为机架。 连架杆：与机架相连的构件称为连架杆。
连杆：不直接与机架相连的构件称为连杆。
曲柄 连架杆
摇杆 滑块
能绕其轴线转360º 的连架杆。 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。 作往复移动的连架杆
k用来表示机构急回特性的
相对程度。
c v 2 1c 2 k v1 c1c 2
0
t t t t
2 1 1 2
1 2
180o θ 180 θ
o
180 K 1 K 1
180 k 180
0 0
K 1 180 K 1
0
180 k 180