第三章 平面连杆机构
机械原理 第三章 平面连杆机构及其设计
2
二、连杆机构的特点 优点：
• 承受载荷大，便于润滑
• 制造方便，易获得较高的精度 • 两构件之间的接触靠几何封闭实现 • 实现多种运动规律和轨迹要求
y B a A Φ b β c ψ ψ0 C B φ A D M3
3
连杆曲线
M
M1
M2
连杆
φ0
d
D
x
缺点：
• 不易精确实现各种运动规律和轨迹要求；
27
55
20
40
70
80 (b)
例2：若要求该机构为曲 柄摇杆机构，问AB杆尺寸 应为多少？
解：1.设AB为最短杆
即 LAB+110≤60+70 2.设AB为最长杆 即 LAB+60≤110+70 3.设AB为中间杆 即 110+60≤LAB+70 100≤LAB LAB≤120 A
70
C
60
B
110
FB
D
36
2、最小传动角出现的位置
C b
F VC
B
c
A
d
D
当 为锐角时，传动角 = 当为钝角时，传动角 = 180º - 在三角形ABD中：BD² =a² +d² -2adcos 在三角形BCD中：BD² =b² +c² -2bccos (1) (2)
37
由（1）=（2）得：
b2 c 2 a 2 d 2 2ad cos cos 2bc
1）当 = 0º 时，即曲柄与机架重叠共线，cos =+1， 取最小值。
min
b c (d a ) arccos 2bc
平面连杆机构的组成
平面连杆机构是一种广泛应用于各种机械设备中的传动机构，它由若干个构件通过低副（转动副或移动副）相互连接而成。
平面连杆机构的基本组成包括以下四个部分：
1. 构件：
- 构件是构成连杆机构的独立部件，可以是杆件、曲柄、滑块等。
- 在平面连杆机构中，通常至少包含一个曲柄和一个滑块。
2. 铰链或轴：
- 铰链或轴是连接两个构件的点，允许它们相对旋转或移动。
- 每个构件至少有一个铰链或轴与另一个构件相连。
3. 运动副：
- 运动副是两个构件之间的接触面，它可以是转动副（允许绕轴旋转）或移动副（允许沿着直线滑动）。
- 平面连杆机构中的所有运动副都是低副。
4. 动力输入和输出：
- 平面连杆机构的动力输入通常是通过驱动曲柄来实现的，而动力输出则可以从其他构件获取。
根据不同的应用需求，平面连杆机构可以有不同的形式，如四杆机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等。
这些机构的设计需要考虑到运动学分析（确定各个构件的位移、速度和加速度）和动力学分析（计算作用力和力矩），以确保机构能够满足预期的性能要求。
机械设计基础分章节练习题
《机械设计基础》课程分章节练习题第一章机械设计基础概论第二章平面机构运动简图及自由度第三章平面连杆机构一、单项选择题1. 机器中各制造单元称为（）A．零件B．构件C．机件D．部件2. 机器中各运动单元称为（）A．零件B．构件C．部件D．机件3. 在平面机构中，每增加一个低副将引入（）A．0个约束B．1个约束C．2个约束D．3个约束4. 机构具有确定相对运动的条件是（）A．机构的自由度数目等于主动件数目 B. 机构的自由度数目大于主动件数目C．机构的自由度数目小于主动件数目 D. 机构的自由度数目大于等于主动件数目5. 平面运动副所提供的约束为（）A.1B.2C.1或2D.36. 由m个构件所组成的复合铰链所包含的转动副个数为( )A.1B.m-1C.mD.m+l7. 平面铰链四杆机构ABCD中，AD为机架，L AB=40mm，L BC=60mm，L CD=120mm，L AD=120mm，那么（）A．AB杆为曲柄，CD杆为摇杆 B. AB杆与CD杆均为曲柄C．AB杆与CD杆均为摇杆 D. AB杆为摇杆，CD杆为曲柄8. 无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为( )A.θ<︒0B.θ=︒0C.θ≥︒0D.θ>︒09. 一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（）A.曲柄摇杆机构B.双曲柄机构C.双摇杆机构D.导杆机构10. 铰链四杆机构的死点位置发生在（）A．从动作与连杆共线位置B．从动件与机架共线位置C．主动件与连杆共线位置D．主动件与机架共线位置11. 铰链四杆机构ABCD中，AB为曲柄，CD为摇杆，BC为连杆。
若杆长l AB=30mm,l BC=70mm，l CD=80mm，则机架最大杆长为（）A.80mmB.100mmC.120mmD.150mm12. 曲柄摇杆机构处于死点位置时，角度等于零度的是（）A．压力角B．传动角C．极位夹角D．摆角13. 在铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其它两杆长度之和，则要获得双摇杆机构，机架应取（）A．最短杆B．最短杆的相邻杆C．最短杆的对面杆D．无论哪个杆14. 铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则机构为（）A．曲柄摇杆机构B．曲柄滑块机构C．双曲柄机构D．双摇杆机构15. 在铰链四杆机构中，传动角γ和压力角α的关系是（）A．γ=180°-αB．γ=90°+αC．γ=90°-αD．γ=α16. 在下列平面四杆机构中，一定无急回特性的机构是（）A.曲柄摇杆机构B.摆动导杆机构C.对心曲柄滑块机构D.偏置曲柄滑块机构17. 偏心轮机构是由铰链四杆机构（）演化而来的。
机械原理第三章
1 . (角)位移分析
写成复向量形式：
l1 l2 l4 l3
l1 cos 1 l2 cos 2 l3 cos 3 l4 0 l1 sin 1 l2 sin 2 l3 sin 3 0
A A2 B 2 C 2 ) 消去2后得： 3 2arctg ( B C
第四节
平面连杆机构的运动分析
l2 C
l3 3 D 4 l4 3 x
二、用解析法对平面连杆机构进行运动分析
（一）铰链四杆机构 已知：各杆长 l , l , l
求：
2 , 3 , 2 , 3 , 2 , 3 .
1
2
3
, l4及 ,
1
y 1 A
i 3
1
2 B l1 1 1
2
图 图 图 图
• 机构具有运动的连续性：当主动件连续运 动时，从动件也能连续地占据预定的各个 位置。 图
二、平面四杆机构的传力特性 1、压力角和传动角 图 压力角a：从动件所受的力与力作用点的速度方向 之间所夹的锐角。 传动角 g：压力角的余角。可以直接从图中量出。 a愈小， g 愈大，对传动愈有利。
g 设计时限制最小传动角： min 40 g min
最小传动角 g min的位置：
（一般） 50 （高速、重载）
（1）曲柄摇杆机构：曲柄与机架共线。
图
1）当主动件与机架重叠共线时
b 2 c 2 (d a) 2 g arccos 2bc
2）当主动件与机架拉直共线时：
b 2 c 2 (d a) 2 g 180 arccos 2bc
一、速度分析的瞬心法及其应用
1、速度瞬心的概念和类型
机械设计基础-第三章练习题 - 参考答案
《机械设计基础》第三章平面连杆机构练习题班级：姓名：学号：成绩：一、填空题（20分，每空1分）1.铰链四杆机构的压力角α=40°，则传动角γ= 50°，传动角越大，传动效率越高。
2.曲柄摇杆机构中，当从动曲柄和连杆共线时出现死点位置。
3.曲柄摇杆机构中，只有取摇杆为主动件时，才有可能出现死点位置。
处于死点位置时，机构的传动角γ=0°。
4.对心曲柄滑块机构的极位夹角θ=0°，其行程速比系数K= 1 。
5.如图所示铰链四杆机构，a=70mm，b=150mm, c=110mm ,d=90mm。
若以a杆为机架可获得双摇杆机构，若以b杆为机架可获得双摇杆机构。
6.如图所示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，为双曲柄机构；以CD杆为机架时，为双摇杆机构；以AD杆为机架时，为曲柄摇杆机构。
7.如图铰链四杆机构中，d的长度在28 ＜d ＜44 范围内为曲柄摇杆机构；在 d ＜12 范围内为双曲柄机构。
题5图题6图题7图8.在曲柄摇杆机构中曲柄与机架两次共线位置时可能出现最小传动角。
9.连杆机构的急回特性用行程速比系数K 表达。
10.曲柄摇杆机构中，若曲柄等速转动，极位夹角θ=36°，摇杆工作时间为9秒，试问摇杆空回行程所需时间为 6 秒。
11.平面四杆机构的行程速比系数K值的取值范围为1≤K≤3 。
二、单选题（30分，每小题2分，在雨课堂平台完成）三、判断题（20分，每小题2分，在雨课堂平台完成）四、设计题（30分，每小题10分）1.在如下图所示的平面四杆机构中，圆括号内的数字为杆长，试确定机架长度d 的取值范围，以便使该机构分别成为：（1）双曲柄机构；（2）曲柄摇杆机构；（3）双摇杆机构。
解：（1）机构成为双曲柄机构时，首先应满足杆长条件，且应使机架AD为最短杆，则有d＜40d+60≤40+45解得： d≤25，因此，机架长度d≤25时，该机构为双曲柄机构。
机械原理 第03章 连杆机构
平面四杆机构具有急回特性的条件： （1）原动件作等速整周转动；
（2）输出件作往复运动；
（3）
0
B2
2.曲柄滑块机构中，原动件AB以 1等速转动 B 2 b B 1 C2 C3 a b 2 1 1 1 a B1 C2 C 3 C1 B1 H A
A
C1
4
4
H
B2
偏置曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 H=2a, 0 ,无急回特性。
一.平面四杆机构的功能及应用
1 .刚体导引功能 2.函数生成功能 3.轨迹生成功能 轨迹生成功能 是指连杆上某点通过某一 预先给定轨迹 的功能。 连杆
§2-4 平面四杆机构运动设计的基本问题与方法
一.平面四杆机构的功能及应用
1 .刚体导引功能 3.轨迹生成功能 2.函数生成功能 4.综合功能 O1 D1 上剪刀 D2 下剪刀
(b>c) (2b)
'
B
1
a
A
b
c
d
4
D r 3
C b 3 c
a-d
B2
r2
d c a b （2a ）
d b a c (2b')
由(1)及（2a' ）(2b')可得
d+a
d a , d b, d c
铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系：
在铰链四杆机构中： （1）如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和 ——满足杆长和条件 且： 1 以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆 为曲柄的曲柄摇杆机构； 2 以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构；
2 4
摆动导杆 机构
导杆:
C 3
3平面连杆机构
在图（ 在图（a）示曲柄摇杆机构中，当曲柄1转动时，摇杆 示曲柄摇杆机构中，当曲柄1转动时， 点的轨迹是圆弧mm，且当摇杆长度愈长时，曲 3上C点的轨迹是圆弧 ，且当摇杆长度愈长时， 愈平直。当摇杆为无限长时， 线mm 愈平直。当摇杆为无限长时，mm将成为一条 将成为一条 直线，这时可把摇杆做成滑块，转动副D 直线，这时可把摇杆做成滑块，转动副 将演化成 移动副，这种机构称为曲柄滑块机构 移动副，这种机构称为曲柄滑块机构
b.反四边形机构 反四边形机构 两曲柄长度相同， 定义 两曲柄长度相同，而 连杆与机架不平行的铰链四 杆机构， 杆机构，称为反平行四边形 机构。 机构。如图示
应用实例 汽车车门开闭机构
（3）双摇杆机构 ） 定义 在铰链四杆机构中， 在铰链四杆机构中， 若两连架杆均为摇杆， 若两连架杆均为摇杆，则称 为双摇杆机构。 为双摇杆机构。 实例： 鹤式起重机中的 实例： 鹤式起重机中的 四杆机构即为双摇杆机构 当主动摇杆摆动时，从动 当主动摇杆摆动时， 摇杆也随之摆动， 摇杆也随之摆动，位于连 杆延长线上的重物悬挂点 将沿近似水平直线移动。 将沿近似水平直线移动。
一、平面连杆机构的特点
1、连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为 连杆机构中构件间以低副相连， 面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低， 面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因 而可用来传递较大的动力。 而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几 何形状比较简单（ 平面、圆柱面）， ），故容易加 何形状比较简单（如平面、圆柱面），故容易加 工。 2、 构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕 构件运动形式具有多样性。 定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆， 定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有 作平面一般运动的连杆、 作平面一般运动的连杆、作往复直线运动的滑块 利用连杆机构可以获得各种形式的运动， 等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这 在工程实际中具有重要价值。 在工程实际中具有重要价值。
山东理工大学机械原理考试原题目——四杆机构的设计
第三章 平面连杆机构及其设计1、如图示的铰链四杆机构中，AD 为机架，AB a ==35 mm ，CD c ==50 mm ，30==d AD mm ，问BC b =在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有可能成为双曲柄机构？2、试画出图示机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？（1） （2）（3） （4）5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ，40=CD l mm ， 50=AD l mm 。
（1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄；（2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围；（3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ； （4）以AB 杆为主动件，确定机构的αmax 和γmin 。
6、图示为开关的分合闸机构。
已知150=AB l mm ，200=BC l mm ，200=CD l mm ， 400=AD l mm 。
试回答：（1）该机构属于何种类型的机构；（2）AB 为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角α 和传动角γ；（3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q 作用下机构会不会打开，为什么？7、试设计一曲柄摇杆机构。
设摇杆两极限位置分别为4090,15021===CD l ； ϕϕmm ，50=AD l mm 。
求AB l 、BC l 及行程速比系数K 和最小传动角γmin 。
（用图解法求解用图解法求解，简述作图步骤，并保留作图过程）8、现需设计一铰链四杆机构，已知摇杆CD 的长度l CD =150mm ，摇杆的两极限位置与机架AD 所成的角度 903021==ϕϕ，，机 构的行程速比系数K =1，试确定曲柄AB 和连杆BC 的长度。
10、设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速度变化系数K =1.5，滑块的行程10021=C C l mm ，导路的偏距20=e mm 。
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第三章平面连杆机构
3.1概述
3.2平面四杆机构的基本型式和应用
3.2 平面四杆机构的运动特性
3.3 平面四杆机构的设计
3.1概述
一、基本概念
平面四杆机构：由四个构件通过低副连接而成的
平面连杆机构称为。
铰链四杆机构：低副均为转动副的平面四杆机构。
3.2平面四杆机构的基本型式和应用
一、四杆机构的基本形式
下图所示为铰链四杆机构, 其中AD杆为机架, 与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆, 与机架相对的BC杆称为连杆。
其中能作整周回转运动的连架杆称为曲柄；只能在小于360°的范围内摆动的连架杆称为摇
2. 双曲柄机构
定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构平行双曲柄机构：在双曲柄机构中
分别相等。
作用：等速转变为变速转动
M
B
B′
C′
M′
A
D
C
例2：鹤式起重机
应用：曲柄滑块机构用途很广, A
当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的速度不同，返回速度较大。
称为机构的，通常用行程速度变化传动角γ:压力角的余角，γ角更便于观察和测量。
在机构运动过程中，压力角和传动角的大小是随机构位置而变化的，为保证机构的传力性能良好，设计时须限定最小传动角或最大压力角αmax 。
通常取γmin ≥40°～
50°。
为此，必须确定γ = γmin 时机构的位置并检验γmin 的值是否小于上述的最小允许值。
对于曲柄滑块机构，当主动件为曲柄时，最小传动角出现在曲柄与机架垂直的位置，如图所示。
导杆机构，由于在任何位置时主动曲柄通过滑块传给从动杆的力的方向，与从动杆受力的速度方向始终一致，所以传动角始终等于90°
2．死点
定义：传动角为90度。
表现：倒、顺转向不定（图a ）或者从动件卡死不动（图b ）的现象。
曲柄滑块机构中，以滑块为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是连杆与曲柄共线位置。
摆动导杆机构中，导杆为主动件、曲柄为从动件时，死点位置是导杆与曲柄垂直的位置。
克服死点方法：利用惯性法使机构渡过死点；当一个机构处于死点位置时，可借助
死点。
利用死点：飞机起落架；夹具夹紧
一、 图解法
1. 按给定连杆位置设计四杆机构 如图所示, 已知连杆BC 的长度BC 和依次所处的三个位置B1C1、
B2C2 、 B3C3, 试设计该四杆机构。
设计分析: 由图可知, B1 、 B2 、 B3三点是在以铰链A 点为圆心的圆弧上运动的点, 故用已知圆弧上的三点求圆心的方法, 可求出铰链中心点A 、 D 。
设计步骤:
(1) 作B1、 B2和B2、 B3连线的垂直平分线b12、 b23, 其交点为固定铰链中心A 的位置。
(2) 作C1、 C2和C2、 C3连线的垂直平分线c12、 c23, 其交点为固定铰链中心D 的位置。
(3) 连接A 、 B1、 C1、 D, 就是所求的铰链四杆机构。
(1) 按照给定的运动规律(位置、 速度、 加速度)设计四杆机构； (2) 按照给定的点的运动轨迹设计四杆机构。
对于上述两类基本问题的设计方法有图解法、 实验法和解析法。
解法直观, 实验法简便, 解析法精确。
本章重点介绍图解法。
3.3平面四杆机构的设计
图 给定连杆三个位置设计四杆机构
2. 按给定的行程速比系数设计四杆机构
C1D和C2D。
（
11-33可知
K要。