第8章 第6讲 平面多杆机构和空间连杆机构简介
第8章 第6讲 平面多杆机构和空间连杆机构简介
第6讲平面多杆机构和空间连杆机构简介8.6.1 平面多杆机构的功用8.6.2 平面多杆机构的分类8.6.3 空间多杆机构简介说明：多杆机构的尺度参数较多，可以满足更为复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求，但其设计也较困难。
5）实现从动件带停歇的运动 （单停歇运动，双停歇运动）6）扩大机构从动件的行程7）使机构的从动件的行程可调8）实现特定要求下的平面导引 1）可获得较小的运动所占空间 2）取得有利的传动角 3）获得较大的机械利益 4）改变从动件的运动特性平面多杆机构有如下功用：（1 ) 多杆机构的分类（2）六杆机构的类型2）斯蒂芬森（Stephenson ）型，有三种。
1）按杆数目分：五杆、六杆、八杆机构等2）按自由度分：单自由度、两自由度和三自由度多杆机构1）瓦特（Watt ）型，有两种。
瓦特型 斯蒂芬森型有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）（3）六杆机构的应用（1）空间连杆机构概述空间连杆机构——具有空间运动的连杆机构组成特点：具有空间运动的连杆；运动副用有空间运动副。
机构命名：常以杆数命名, 也常以所用运动副命名。
机构特点：用较少数目的构件实现空间复杂运动，结构紧凑，运动多样性和灵活性好，在工程实践中的应用越来越多。
但其分析和综合均较为复杂。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）（2）万向铰链机构1）单万向铰链机构机构组成：由末端各有一叉的主、从动轴和中间“十”字构件铰接而成。
机构特点：可变角传动机构，两轴的平均传动比为1；但瞬时角速度比却不恒等于1，而是随时间变化的。
机构的运动特性：当主动轴Ⅰ以ω等速回转时，从动轴Ⅱ的ω2变化范围：1ω1cosα ≤ω2≤ω1/cosα其变化幅度与两轴夹角α有关，一般α≤30°。
2）双万向铰链机构双万向铰链机构的主、从动轴的角速度恒等的条件：⏹轴1、3和中间轴2应位于同一平面内；⏹轴1、3的轴线与中间轴2 的轴线之间的夹角相等；⏹中间轴的两端的叉面应位于同一平面内。
《平面连杆机构》课件
减小机构的整体尺寸，使其更 加紧凑。
重量优化
降低机构的重量，以实现轻量 化设计。
成本优化
通过优化设计降低制造成本。
优化方法
数学建模
建立平面连杆机构的数学模型，以便进行数 值分析。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 对机构进行优化。
有限元分析
利用有限元方法对机构进行应力、应变和振 动分析。
实例二：搅拌机
总结词
搅拌机利用平面连杆机构实现搅拌叶片的周期性摆动，促进物料在容器内均匀混 合。
详细描述
搅拌机中的四连杆机构将原动件的运动传递到搅拌叶片，使叶片在容器内做周期 性的摆动，通过调整连杆的长度和角度，可以改变搅拌叶片的摆动幅度和频率， 以满足不同的搅拌需求。
实例三：飞机起落架
总结词
飞机起落架中的收放机构采用了平面连杆机构，通过连杆的 传动实现起落架的收放功能。
。
设计步骤
概念设计
根据需求，构思连杆机构的大 致结构。
仿真与优化
利用计算机仿真技术对设计进 行验证和优化。
需求分析
明确机构需要实现的功能，分 析输入和输出参数。
详细设计
对连杆机构进行详细的尺寸和 运动学分析，确定各部件的精 确尺寸。
制造与测试
制造出样机，进行实际测试， 根据测试结果进行必要的修改 。
实验验证
通过实验验证优化结果的可行性和有效性。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
通过调整曲柄长度和摇杆摆角，实现 机构的优化设计。
双曲柄机构优化
通过改变双曲柄的相对长度和转动顺 序，提高机构的运动性能。
平面四杆机构优化
通过调整四根杆的长度和连接方式， 实现机构的轻量化和高性能。
第8章 平面连杆机构
动件的曲柄摇杆机构中，
连杆BC与从动曲柄AB出现 两次共线的位置。 特征——γ=0°（α=90°）
死点的缺陷
死点的利用
67
死点的缺陷
——卡死机构
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性；
68
死点的缺陷
顺利通过死点位置的措施：①利用系统的惯性； ②利用特殊机构 蒸汽机车驱动轮联动机构—— 利用机构错位排列
24
曲柄滑块机构
定义—— 一连架杆为曲柄，另一连架杆为相对机架作往
复移动的滑块的机构
分类—— 对心式、偏置式
25
曲柄滑块机构
26
曲柄滑块机构的应用
27
（二）含有一个移动副的四杆机构
曲柄滑块机构 曲柄导杆机构
曲柄摇块机构
移动导杆机构
28
曲柄导杆机构
定义：一连架杆为曲柄，另一连架杆与滑块组成移动副，其 相对滑块的运动起导路作用，且作定轴转动或摆动的机构
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
73
（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构
铸造车间翻转台
74
（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构
75
（三）按照行程速比系数设计四杆机构
按照连架杆的两个极限位置和机构的急回特性设计四杆机构
76
按照给定的运动轨迹设计四杆机构
77
（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构
1．按照连杆的二个位置设计四杆机构 c12
b12 C1 C2
B1
B2
无穷多解
A D
如果铰链A、D位置已知,铰链B、C位置未知？
78
2．按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构
空间连杆机构
空间连杆机构一、引言空间连杆机构是一种广泛应用于机械工程、航空航天等领域的机构形式。
它是由多个杆件通过旋转关节连接而成，形成一个可以在三维空间内运动的机构系统。
空间连杆机构具有灵活性、可变形性以及高度的运动精度等特点，被广泛应用于机械设计中。
本文将对空间连杆机构进行详细介绍。
二、基本构成及工作原理空间连杆机构由多个连接在一起的杆件组成，每个杆件通过旋转关节连接。
在这种机构中，杆件可以绕旋转关节进行旋转运动，从而实现机构的整体运动。
通过在不同的角度、长度和位置上配置杆件，可以实现各种不同的运动轨迹和工作方式。
三、常见的空间连杆机构形式1. 平面机构：平面机构是一种特殊的空间连杆机构，其所有杆件都在同一平面内运动。
平面机构常见的形式有四杆机构、五杆机构等。
这些机构具有简单的结构和明确的运动规律，被广泛应用于工程设计中。
2. 程序机构：程序机构是一种特殊的空间连杆机构，其杆件的运动需要依赖外部的输入信号来控制。
通过控制程序机构的输入信号，可以实现机构的精确控制和复杂的运动模式。
程序机构常见的形式有伺服机构、步进机构等。
3. 平行机构：平行机构是一种特殊的空间连杆机构，其特点是杆件之间具有并联的关系，可以实现杆件的平行运动。
平行机构常见的形式有平行连杆机构、平行柱机构等。
这些机构具有高刚度、高运动精度和高负载能力的特点，被广泛应用于航空航天等领域。
四、应用领域空间连杆机构在机械工程领域有着广泛的应用。
它们常被用于传输力、作为控制链接、用于转换运动方向和比例，以及实现复杂的运动轨迹。
空间连杆机构在航空航天、汽车制造、机器人等领域也有着重要的地位。
具体应用包括飞机机翼的支撑系统、汽车悬挂系统、机器人的运动系统等。
五、空间连杆机构的设计与优化在设计空间连杆机构时，需要考虑多个因素，如运动要求、结构强度、运动精度等。
同时，为了提高机构的性能，也可以通过优化控制算法、材料选择和结构设计等手段进行优化。
在优化过程中，需要考虑多种因素的权衡，以达到最佳的性能指标。
《机械原理》-第八章--平面连杆机构及其设计
§ 8-5 多杆机构
1.多杆机构的功用 （1）取得有利的传动角
（2）获得较大的机械利益 （3）改变从动件的运动特性 （4）实现从动件带停歇的运动 （5）扩大机构从动件的行程 （6）使机构从动件的行程可调 （7）实现特定要求下平面导引 结论 由于导杆机构的尺度参数较多，因此它可以满足更为 复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求。但其设计也 较困难。
c f
A
D
b c f max b c f min c b f min
平面四杆机构的基本知识
假设:
b c fmax a d d>a b c f min d a c b f d a min
a d b c a b c d a c b d
' B'C' D
b2 c 2 (d a)2 arccos 2bc
2 2 2 b c ( d a ) or " 1800 arccos 2bc
平面四杆机构的基本知识
Fr C B
F Ft V C V B F C B
A
B
D
A
D
a e
A
b
B'
α
γ
a
C VC F
多杆机构
2.多杆机构的类型 （1）多杆机构的分类 1）按杆数分 五杆、六杆、八杆机构等； 2）按自由度分 单自由度、两自由度和三自由度多杆机构。 （2）六杆机构的分类 1）瓦特（Watt）型，有Ⅰ型、Ⅱ型两种。
a) 瓦特型
b) 斯蒂芬森型
a) 瓦特Ⅰ型
b) 瓦特Ⅱ型
多杆机构
2）斯蒂芬森（Stephenson）型，有Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种。
第8章-平面连杆机构及其设计
B1
C1
B2
C2
min=00
min=00
B
A
C
B1
C１
min=00
C2
B2
min=00
F
v
死点位置——机构传动角γ=0 0 时的位置。
注意：曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构， 曲柄主动时无死点位置。
克服死点的措施：
1）利用从动件和飞轮的惯性；
2）对从动件施加额外的力；
3）错位排列；
G
G’
C
A
B
D
C1
C2
错位不连续
杆组装配模式应始终保持一致
错序不连续
C1
A
B3
D
C1
C2
B4
B1
B2
C3
例：已知连杆三位置，设计四杆机构。
B1
C1
B2
C2
C3
B3
A
D
出现运动错位不连续。
措施？
另选铰链B、C位置。
C1’
AB1
DC1
若AB主动：
AB2
DC2
AB3
DC3
AB1
DC1’
DC1
AB1
若DC主动：
D
a
b
c
d
2
1
C2
B2
C1
B1
最小传动角 出现在曲柄与机架共线时。
重叠共线时：
拉直共线时：
讨论：标出下列机构在图示位置的压力角α、传动角γ；及最小传动角γmin。
注意：曲柄滑块机构曲柄主动时，γmin在曲柄与导路垂直的位置（两位置之一）。
max
min
a
B
b
A
第八章 连杆机构
第八章 连杆机构一、学习指导与提示连杆机构是由若干构件用低副（回转副、移动副）组成的机构，用来实现预期的运动规律或轨迹。
本章重点讨论工程中应用最广泛的平面四杆机构。
建议读者熟练掌握平面四杆机构的工作特性，这些是设计、改进和创新机构的基础。
注意以下概念：1．铰链四杆机构的基本型式及尺寸关系铰链四杆机构有三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
这三种基本类型的差异在于是否存在曲柄和存在几个曲柄，其实质是铰链四杆机构各杆的相对长度，以及选取哪一根构件作为机架。
2．平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性包括运动特性和传力特性两个方面。
运动特性包括各构件的位移、速度、加速度分析，从动件的急回运动特性等；传力特性包括压力角与传动角、机构的死点位置等概念。
（1）对于位移、速度、加速度分析，常用的分析方法是相对运动图解法和解析法。
由于相对运动图解法直观、方便，已可满足一般工程问题的需要，因此应重点掌握它。
请参阅第三章机构的运动分析。
（2）对于急回运动特性的分析，确定机构的极位夹角是关键。
极位夹角θ是指机构从动件处于两个极限位置时，曲柄的两个相应位置之间所夹的锐角。
机构从动件的急回运动特性用行程速比系数K 来表示，即()()θθ-+=οο180/180K 。
极位夹角θ>0，则K >1，机构具有急回特性，因此看一个机构有无急回作用，只需考察该机构有无极位夹角即可，只要θ>0，就存在急回运动，且θ角愈大，机构的急回运动愈显著。
（3）对于传力特性，应注意压力角α的定义。
在不计摩擦的情况下，机构从动件所受驱动力的方向线与受力点速度方向线之间所夹的锐角，称为压力角α。
压力角的余角，称为传动角γ。
传动角没有独立的定义，它与压力角互为余角，故总存在ο90=+γα。
对于连杆机构，因为传动角表现为连杆与从动件之间所夹的锐角，比较直观，所以有时用传动角γ来反映机构的传力性能较为方便。
压力角α是衡量机构传力性能好坏的重要指标。
第8章 平面连杆机构及其设计讲解
t1 (180 ) / V1 C1C2 t1 C1C2 /(180 )
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D位置摆 到C1D，所花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有： C1 C2 t2 (180 ) /
V2 C1C2 t2
C1C2 /(180 )
a、b、c、d
Y N
ad bc
双摇杆机构
以最短杆相邻杆为机架 以与最短杆相对的杆为机架
曲柄摇杆机构 双摇杆机构
以最短杆为机架
双曲柄机构
如果四杆机构两相邻杆两两相等，则为泛菱形机构 p117
泛菱形机构有三个周转副，一个摆转副 泛菱形机构当以短杆为机架时，为双曲柄机构 泛菱形机构当以长杆为机架时，为曲柄摇杆机构 泛菱形机构当相邻两杆重合时，为二杆机构 例：折叠架
C' B' B C
设计：潘存云
C C 电机
A
D
蜗轮 B B B A A 设计：潘存云 A D 蜗杆 蜗杆
D
设计：潘存云
A E E B
C
风扇座
梯形转向机构
转向条件: 所有车轮形成一个转动中心.
转向时汽车各轮纯 滚动的条件：
1. 内、外导向轮的 转速：ｎ外>ｎ内。 2. 内外驱动轮的转 速：ｎ外>ｎ内。 （靠差速器保证） L
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第6讲平面多杆机构和空间连杆机构简介
8.6.1 平面多杆机构的功用
8.6.2 平面多杆机构的分类
8.6.3 空间多杆机构简介
说明：多杆机构的尺度参数较多，可以满足更为复杂的或实现更加精确的运动规律要求和轨迹要求，但其设计也较困难。
5）实现从动件带停歇的运动 （单停歇运动，双停歇运动）
6）扩大机构从动件的行程
7）使机构的从动件的行程可调
8）实现特定要求下的平面导引 1）可获得较小的运动所占空间 2）取得有利的传动角 3）获得较大的机械利益 4）改变从动件的运动特性
平面多杆机构有如下功用：
（1 ) 多杆机构的分类
（2）六杆机构的类型
2）斯蒂芬森（Stephenson ）型，有三种。
1）按杆数目分：五杆、六杆、八杆机构等
2）按自由度分：单自由度、两自由度和三自由度多杆机构
1）瓦特（Watt ）型，有两种。
瓦特型 斯蒂芬森型
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（3）六杆机构的应用
（1）空间连杆机构概述
空间连杆机构——具有空间运动的连杆机构
组成特点：具有空间运动的连杆；运动副用有空间运动副。
机构命名：常以杆数命名, 也常以所用运动副命名。
机构特点：用较少数目的构件实现空间复杂运动，结构紧凑，运动多样性和灵活性好，在工程实践中的应用越来越多。
但其分析和综合均较为复杂。
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（2）万向铰链机构
1）单万向铰链机构
机构组成：由末端各有一叉的主、从动轴和中间“十”字构件铰接而成。
机构特点：可变角传动机构，两轴的平均传动比为1；但瞬时角速度比却不恒等于1，而是随时间变化的。
机构的运动特性：当主动轴Ⅰ以ω
等速回转时，从动轴Ⅱ的ω2变化范围：
1
ω1cosα ≤ω2≤ω1/cosα
其变化幅度与两轴夹角α有关，一般α≤30°。
2）双万向铰链机构
双万向铰链机构的主、从动轴的角速度恒等的条件：⏹轴1、3和中间轴2应位于同一平面内；
⏹轴1、3的轴线与中间轴2 的轴线之间的夹角相等；
⏹中间轴的两端的叉面应位于同一平面内。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）（3）其它空间连杆机构简介
1）微创外科手术机械手
2）Stewart平台。