平面连杆机构讲解
第2章 平面连杆机构解读
定义：全部用转动副相连的平面四杆机构。
机架
组成: 连架杆
连杆
分类:
整转副 机架 曲柄
摆动副
摇杆
三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构
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第2章 平面连杆机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用 1. 曲柄摇杆机构
定义：在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆。
运动特点：
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两个特性 ：
①两曲柄同速同向转动；
②连杆作平动。
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第2章 平面连杆机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用
反平行四边形机构—两个曲柄 反向回转。
应用实例：车门启闭机构
反平行四边形机构
平行四边形机构在四杆
(或铰链)共线位置出现运
动不确定。
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第2章 平面连杆机构
风扇摇头机构
汽车转向机构
B’ C’
B
C
A
D
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C 电机
蜗轮 BBA
D D
A
D 蜗杆
C C
风扇座
第2章 平面连杆机构
A A E E B B
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§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用 铰链四杆机构的演化
演化常用的方式: ①改变运动副类型； ②选不同构件作机架； ③改变相对杆长。
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第2章 平面连杆机构
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§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用
② 双滑块机构：椭圆仪机构(延长点的运动轨迹为椭圆)
2 1 4
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椭圆仪机构
《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。
机械设计基础-平面连杆机构
平面连杆机构的运动分析
运动分析是设计平面连杆机构中的重要步骤，通过分析各部件的运动规律和 约束关系，可以确定机构的性能和工作范围。
实例与案例分析
案例一
设计一个机械手臂，使其能够在不同位置和角度进 行精确定位。
案例二
设计一个车门开闭机构，使其能够平稳地打开和关 闭。
机械设计基础-平面连杆机构
这个幻灯片将介绍平面连杆机构的基本知识，包括组成、作用、种类、设计 要点、运动分析以及实例与案例分析。
平面连杆机构简介
平面连杆机构是一种常见而重要的机械传动机构，它由连杆、铰链和机构连接件组成，用于将旋转运动转化为 直线运动或相反。
平面连杆机构的组成
连杆
起支撑作用，将旋转运动转化为直线运动。
由滑块和曲杆组成，常用于发动 机的活塞连杆传动。
四连杆机构
由四个连杆组成，常见于机械手 臂和门的开闭机构。
平面伸缩杆机构
通过类似电车接触网的结构实现 伸缩变形。
平面连杆机构的设计要点
1
连杆比例设计
确定连杆的比例关系以实现所需的运动。
铰链选型
2
选择合适的铰链类型和尺寸以满足设计
要求。
3
机构连接方式
选择适当的机构连接件和连接方式以保 证机构的稳定性。
铰链
连接连杆和机构连接件，使其能够相对运动。
机构连接件
固定在机构上，用于连接铰链和机构化为直线运动或相反。
2 传递力量
通过连杆将动力从一个地方传递到另一个地方。
3 控制位置
通过调整连杆的长度和角度来控制机构的位置。
平面连杆机构的种类
滑块曲杆机构
平面连杆机构
第3章平面连杆机构平面连杆机构是由若干个构件通过低副联接而成的机构,又称平面低副机构;由四个构件通过低副联接的平面连杆机构称为平面四杆机构,是平面连杆机构中最常见的形式;平面连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中,具有许多优点：平面连杆机构中的运动副均为低副,组成运动副的两构件之间为低副联接,因而承受的压强小,便于润滑,磨损较轻,能承受较大的载荷；构件形状简单,加工方便,构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的,所以工作平稳；在主动件等速连续运动的条件下,当各构件的相对长度不同时,可使从动件实现多种形式的运动；利用连杆可满足多种运动轨迹的要求;平面连杆机构的主要缺点：低副中存在间隙,会引起运动误差,不易精确地实现复杂的运动规律；连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡,不适用于高速场合;平面连杆机构常以其所含的构件杆数来命名,如四杆机构、五杆机构……,常把五杆或五杆以上的平面连杆机构称为多杆机构;最基本、最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平面四杆机构;它不仅应用广泛,而且又是多杆机构的基础;平面四杆机构可分为铰链四杆机构和衍生平面四杆机构两大类,前者是平面四杆机构的基本形式,后者由前者演化而来;平面四杆机构的基本形式及演化平面四杆机构可分为两类：1. 运动副全为转动副的平面四杆机构,称为铰链四杆机构;图3-1 铰链四杆机构图3-1为铰链四杆机构示意图,其中AD杆是机架,与机架相对的BC杆称为连杆,与机架相连的AB杆和CD杆称为连架杆,其中能做整周回转运动的连架杆称为曲柄,只能在小于360°范围内摆动的连架杆称为摇杆;2. 运动副中既有转动副又有移动副的平面四杆机构,称为衍生平面四杆机构,如曲柄滑块机构如图3-2所示;3.1.1铰链四杆机构的基本类型图3-2 曲柄滑块机构1．曲柄摇杆机构两连架杆中一个为曲柄另一个为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构;曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,可将曲柄的匀速转动变为从动件的摆动;如图3-3所示的雷达天线机构,当原动件曲柄1转动时,通过连杆2,使与摇杆3固结的抛物面天线作一定角度的摆动,以调整天线的俯仰角度;图3-4为汽车前窗的刮雨器,当主动曲柄AB回转时,从动摇杆作往复摆动,利用摇杆的延长部分实现刮雨动作;图3-3 雷达天线机构图3-4 汽车前窗刮雨器1-曲柄 2-连杆 3-摇杆天线 4-机架 1-机架 2-曲柄 3-连杆4-摇杆也有以摇杆为原动件、曲柄为从动件的情况;如图3-5所示缝纫机的脚踏机构,当脚踏板原动件上下摆动时,通过连杆使曲柄从动件连续转动,输出动力;图3-5 缝纫机2. 双曲柄机构在铰链四杆机构中,若两个连架杆均为曲柄,则称为双曲柄机构;如图3-6所示的惯性筛机构,工作时以曲柄2为主动件,做等角速连续转动；通过连杆3带动曲柄4,做周期性的变角速连续转动；再通过构件5使筛体做变速往复直线运动;图3-6 惯性筛双曲柄机构中,应用很广的是两曲柄长度相等、连杆与机架的长度也相等且彼此平行的平行四边形机构,也称为平行双曲柄机构;其特点是两个曲柄的运动规律完全相同,连杆3始终做平动;如图3-7所示的机车车轮机构;图3-7机车车轮机构平行四边形机构中,若对边杆彼此不平行,则称为反向双曲柄机构;其特点是原动件与其对边从动件做相反方向的转动,如图3-8所示的窗门启闭机构;3. 双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构;图3-9a 所示为港口起重机,当CD 杆摆动时,连杆CB 上悬挂重物的点M 在近似水平直线上移动;图3-9b 所示的电风扇的摇头机构中,电机装在摇杆4上,铰链A 处装有一个与连杆1固结在一起的蜗轮;电机转动时,电机轴上的蜗杆带动蜗轮迫使连杆1绕A 点作整周转动,从而使连架杆2和4作往复摆动,达到风扇摇头的目的;图3-9图3-8窗门启闭机图3-10a、b所示的飞机起落架及汽车前轮的转向机构等也均为双摇杆机构的实际应用;汽车前轮的转向机构中,两摇杆的长度相等,称为等腰梯形机构,它能使与摇杆固联的两前轮轴转过的角度不同,使车轮转弯时,两前轮的轴线与后轮轴延长线上的某点P交于点,汽车四轮同时以P点为瞬时转动中心,各轮相对地面近似于纯滚动,保证了汽车转弯平稳并减少了轮胎磨损;图3-103.1.2 平面四杆机构的演化在实际机器中,还广泛地采用着其他多种型式的四杆机构;这些型式的四杆机构,可认为是通过改变某些构件的形状、改变构件的相对长度、改变某些运动副的尺寸、或者选择不同的构件作为机架等方法,由四杆机构的基本型式演化而成的;铰链四杆机构的演化,不仅是为了满足运动方面的要求,还往往是为了改善受力状况以及满足结构设计上的需要等;各种演化机构的外形虽然各不相同,但是它们的运动性质以及分析和设计方法却常常是相同或类似的,这就为连杆机构的研究提供了方便;ab图3-11 铰链四杆机构的演化1．曲柄滑块机构在如图3-11a 所示的曲柄摇杆机构中,当曲柄1绕轴A 回转时,铰链C 将沿圆弧ββ往复运动;现如图b 所示,设将摇杆3做成滑块形式,并使其沿圆弧导轨BB 往复运动,显然其运动性质并未发生改变;但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构;又如在图3-11a 所示的铰链四杆机构中,设将摇杆3的长度增至无穷大,则铰链C 运动的轨迹ββ将变为直线,而与之相应的图3-11b 中的曲线导轨将变为直线导轨,于是铰链四杆机构将演化成为常见的曲柄滑块机构,如图3-12所示;其中图3-12a 所示的为具有一偏距e 的偏置曲柄滑块机构；而图3-12b 所示的为没有偏距的对心曲柄滑块机构;曲柄滑块机构在冲床、内燃机、空气压缩机等各种机械中得到了广泛的应用;2．导杆机构如图3-13a 所示的曲柄滑块机构中,若改选构件AB 为机架,则构件4将绕轴A 转动,而构件3则将以构件4为导轨沿该构件相对移动;将构件4称为导杆,而由此演化成的四杆机构称为导杆机构如图3-13b 所示;ab图3-12曲柄滑块机构 a bcd图3-13导杆机构在导杆机构中,如果其导杆能作整周转动,则称其为回转导杆机构;如图3-14所示,为回转导杆机构在一小型刨床中的应用实例;在导杆机构中,如果导杆仅能在某一角度范围内往复摆动,则称为摆动导杆机构;如图3-15a 所示为一种牛头刨床的导杆机构;图3-15b 为图3-15a 所示牛头刨床的主机运动简图;3．摇块机构和定块机构同样,在如图3-12a 所示的曲柄滑块机构中,若改选构件BC 为机架,则将演化成为曲柄摇块机构如图3-12c 所示;其中滑块3仅能绕点O 摇摆,如图3-16所示的液压作动筒,即为此种机构的应用实例,液压作动筒的应用很广泛;如图3-17所示的自卸卡车的举升机构即为应用的又一实例;ab图3-19偏心轮机构 图3-14回转导杆机构图3-16液压作动筒 图3-17自卸卡车的举升机构液图3-15 牛头刨床的导杆机构在图3-12a 所示的曲柄滑块机构中,若改选滑块3为机架,称定块,则将演化成为定块机构如图3-12d 所示;如图3-18所示为定块机构用于抽水唧筒的实例;4．偏心轮机构在如图3-19a 所示的曲柄滑块机构中,当曲柄AB 的尺寸较小时,由于结构的需要常将曲柄改作成如图3-19b 所示的一个几何中心不与其回转中心相重合的圆盘,此圆盘称为偏心轮,其回转中心与几何中心间的距离称为偏心距它等于曲柄长,这种机构则称为偏心轮机构;显然,此偏心轮机构与图3-18a 所示的曲柄滑块机构的运动特性完全相同;而此偏心轮机构,则可认为是将图3-18a 所示的曲柄滑块机构中的转动副B 的半径扩大,使之超过曲柄的长度演化而成的;这种机构在各种机床和夹具中广为采用;5．双滑块机构在图3-19a 的曲柄滑块机构中,将摇杆BC 改为滑块时,则变为如图3-19b 所示的双滑块机构;双滑块机构一般用于仪表和计算装置中如印刷机械、机床、纺织机械等 ,如缝纫机中针杆机构图3-20a 、b,椭圆规图3-21; 图3-18抽水唧筒图3-19双滑块机构图3-20 缝纫机针杆机构 图3-21 椭圆规平面四杆机构的基本特性3.2.1铰链四杆机构的类型的判别1．存在一个曲柄的条件铰链四杆机构是否存在曲柄,取决于两个因素：各杆的相对长度以及选择哪一个构件作为机架;设图3-22所示的机构为曲柄摇杆机构,其中杆1为曲柄,杆3为摇杆;各杆长度分别用1l 、2l 、3l 、4l 表示;杆1是否能作整周转动,就看其是否能顺利通过与机架共线的两个位置AB ′和AB ″;当曲柄位于AB ′时机构折叠成三角形B ′C ′D,根据三角形任意两边之差小于极限状态等于第三边的条件可得2l -3l ≤4l -1l图3-22存在曲柄的条件1l +2l ≤3l +4l 3-1或 3l -2l ≤4l -1l即 1l +3l ≤2l +4l 3-2当曲柄位于AB ″时机构折叠成三角形B ″C ″D,根据三角形任意两边之和大于等于第三边的条件可得1l +4l ≤2l +3l 3-3将式3-1、3-2、3-3两两相加可得1l ≤2l ,1l ≤3l ,1l ≤4l 3-4由式3-1、3-2、3-3 、3-4可得构成曲柄摇杆机构的必要条件：1曲柄为最短杆；2最短杆与最长杆长度之和小于等于另外两杆长度之和;2．铰链四杆机构类型的判别通则上述分析得出了铰链四杆机构存在一个曲柄的条件,但铰链四杆机构三个基本类型的演化取决于“取不同的构件作为机架”;如图3-22a 所示曲柄摇杆机构中,杆AD 为机架,杆AB 为曲柄,杆AB 与杆AD 可作相对整周转动,以大于半圆的单箭头弧线表示;CD 为摇杆,与杆AD 只能作相对摆动,以小于半圆的双箭头弧线表示;若以杆BC 为机架,仍然满足构成曲柄摇杆机构的两个条件,因此,杆AB 为曲柄,杆AB 与杆BC 可作相对整周转动,以大于半圆的单箭头弧线表示;CD 为摇杆,与杆BC 只能作相对摆动,以小于半圆的双箭头弧线表示,如图3-22b 所示; 图3-22 机架变更对机构类型的影响当四杆机构中各杆的长度确定之后,构件与构件之间相对运动的范围即已确定,与选择哪一构件作为机架无关;若以杆AB 为机架,根据图3-22a 所示的关系,杆AD 、BC 相对于杆AB 之间均可作整周转动,成为双曲柄机构,如图3-22c 所示；若以杆CD 为机架,杆AD 、BC 相对于杆CD 之间都只能作摆动,成为双摇杆机构,如图3-22d 所示;根据以上分析可得铰链四杆机构类型的判别通则：1 若最短杆与最长杆长度之和大于另外两杆长度之和,无论以哪一个构件作为机架,均不存在曲柄,都只能是双摇杆机构;2 若最短杆与最长杆长度之和小于另外两杆长度之和,是否存在曲柄取决于哪一个构件作为机架：1 以最短杆邻边作为机架,构成曲柄摇杆机构,如图3-22a 、3-22b 所示；2 以最短杆作为机架,构成双曲柄机构,如图3-22c 所示；3 以最短杆对边作为机架,构成双摇杆机构,如图3-22d 所示;作为特例,平行四边形机构以任何一边作为机架,均构成双曲柄机构;3.2.2机构的急回特性如图3-22所示为曲柄摇杆机构,当曲柄AB 沿顺时针方向以等角速度ω从与BC 共线位置AB l 转到共线位置AB 2时,转过的角度为ϕ1180°+θ；摇杆CD 从左极限位置C 1D 摆到右极限位置C 2D,设所需时间为1t ,C 点平均速度为1ν；当曲柄AB 再继续转过角度ϕ2180°+θ,即从AB 2到AB l ,摇杆CD 自C 2D 摆回到C 1D,设所需时间为2t ,C 点的平均速度为2ν;由于ϕ1>ϕ2,则1t >2t ;又因摇杆CD 往返的摆角都是ψ,而所用的时间却不同,往返的平均速度也不相同,即1ν<2ν;由此可见,当曲柄等速转动时,摇杆来回摆动的平均速度是不同的,摇杆的这种运动特性称为急回运动特性;为了表明摇杆的急回运动特性的程度,通常用行程速比系数K 来衡量,K 与极位夹角θ的关系是：1212ωωνν==K =错误! = 错误!=错误!=错误! 3-5 图3-23 曲柄存在的条件图3-24 急回运动特性式中,θ称为极位夹角,即从动摇杆处于左、右两极限位置时,主动曲柄相应两位置所夹的锐角;由式3-5可知,行程速比系数与极位夹角θ有关,θ越大,K 越大;当θ=0时,K=1,说明机构无急回运动;由式3-5可得：︒⨯+-=18011K K θ 3-6 由式3-6可知如果要得到既定的行程速比系数,只要设计出相应的极位夹角θ即可; 除曲柄摇杆机构外,具有急回运动特性的四连杆机构还有偏置曲柄滑块机构和曲柄摆动导杆机构;在各种机器中,应用四连杆机构的急回运动特性,可以节省空回行程的时间,以提高生产效率;3.2.3压力角和传动角如图3-25所示为曲柄摇杆机构,主动曲柄通过连杆BC 传递到C 点上的力F 的方向与从动摇杆受力点C 的绝对速度c ν的方向之间所夹的锐角α,称为压力角;压力角α的余角γ,称为传动角;力F 可分解为沿C 点绝对速度c ν方向的分力Ft,及沿摇杆CD 方向的分力Fn,Fn 只能对摇杆CD 产生径向压力,而Ft 则是推动摇杆运动的有效分力;α越小,γ越大,有效分力Ft 越大,而Fn 越小,对机构传动越有利;在机构运动过程中,其传动角γ的大小是变化的,为保证机构传动良好,设计时通常要使︒≥40min γ,传动力矩较大时,则要使︒≥50min γ;3.2.4死点位置图3-26四连杆机构的死点位置图3-25压力角和传动角在如图3-26a 所示的曲柄摇杆机构中,若摇杆主动,则当摇杆处于两个极限位置即机构处于两个虚线位置时,连杆与曲柄共线,此时传动角︒=0γ;这时,主动件摇杆CD 通过连杆作用于从动曲柄AB 上的力,恰好通过曲柄的回转中心A,所以理论上不论用多大的力,都不能使曲柄转动,因而产生了“顶死”现象,机构的这种状态位置称为死点位置;例如,如图3-26b 所示的偏置曲柄滑块机构,当滑块主动并处于极限位置时；如图3-26c 所示曲柄摆动导杆机构,当导杆主动并处于极限位置时;为了使机构能顺利通过死点而连续正常运转,曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构可以安装飞轮,增大转动惯量如缝纫机、汽车发动机等；对曲柄摆动导杆机构和双摇杆机构,则通常是限制其主动构件的摆动角度;工程上,也常利用机构的死点位置来实现一定的工作要求;如图3-27所示为钻床夹紧机构,使机构处于死点位置来夹紧工件;如图3-28所示的飞机起落架也是利用双摇杆机构处于死点状态,来保证飞机安全起降的;平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动要求,确定各构件的几何参数;在设计中还应考虑结构条件如合适的杆长比和运动副结构与尺寸、动力条件如最大压力角限制、运动条件等;常用的设计方法有图解法、解析法和实验法;这里主要对图解法进行介绍;3.3.1已知连杆的位置设计四杆机构生产实践中,经常要求一个构件在运动过程中能达到某些特定的图3-29振实造型机翻台机构图3-27钻床夹紧机构 图3-28飞机起落架位置,如图3-29所示的造型机翻台机构,当翻台处于位置I 时,在砂箱内填砂造型；造型结束时,液压缸活塞杆驱动四杆机构AB l C l D,使翻台转至位置Ⅱ,这时托台上升,接下砂箱并起模;要求翻台能实现B 1C 1,B 2C 2两个位置;再如图3-30所示加热炉炉门启闭机构,要求加热工件时炉门关闭；加热后炉门开启,开启后炉门应放到水平位置并将G 面朝上,能作为一个平台使用为使炉门实现这两个位置,可将有一定位置要求的构件翻台和炉门视作该四杆机构中的连杆,此类问题可用作图法设计,具体设计方法如下;已知：连杆BC 的长度l BC 及其两个位置B lC l ,B 2C 2;分析：由图3-31可知,如能确定固定铰链A和D 的中心位置,便可确定各构件的长度;由于连杆上B,C 两点的轨迹分别在以A 和D 为圆心的圆周上,所以A,D 两点必然分别位于B 1B 2、C l C 2和中垂线b 12和c 12上;据此,可得设计方法和步骤如下：1选用比例尺1μ,按已知条件画出连杆的两个位置B 1C 1和B 2C 2;2分别连接B 1、B 2和C l 、C 2点;并作它的中垂线b 12和c 12;3在b 12上任取一点A,在c 12任取一点D,连接ABCD,则ABCD 即为所求的四杆机构;各杆长度11AB l AB μ=,D C l CD 11μ=,AD l AD 1μ=;在已知构件两个位置的情况下,由于A 、D 两点在b 12和c 12上是任取的,所以有无数解;若给出其他辅助条件,如机架长度AD l 及其位置等,就可得出唯一解;另外,如果给定连杆长度及其三个位置,则答案也是唯一的,如图3-32所示;给定连杆三个位置设计四杆机构步骤如下：图3-30加热炉炉门启闭机构 图3-31 按连杆位置来设计四杆机构图3-32 按给定连杆位置设计四杆机构连B 1B 2并作其垂直平分线,B 铰链中心运动轨迹的圆心A 必须在该垂直平分线上；连B 2B 3并作其垂直平分线,A 点也必定在该垂直平分线上,因而A 点必在这两条垂直平分线的交点上,由此可得铰链A 的位置;同理可得铰链D 的位置,从而作出四杆机构AB 1C 1D;3.3.2已知行程速比系数设计四杆机构知道了行程速比系数K,就知道了四杆机构急回运动的条件,从而可以计算出极位夹角θ；再根据其他一些限制条件及极位夹角θ,可用作图法方便地作出该四杆机构;1．曲柄摇杆机构设已知摇杆长度CD l 、摆角ψ和程速比系数K,请设计曲柄摇杆机构;分析 如图3-33所示,显然在已知CD l 、摆角ψ的情况下,只要能确定A 铰链的位置,则在量得1C A l 和2C A l 后,则可求得曲柄长度AB l 心和连杆长度BC l 212AC AC AB l l l -= 221AC AC BC l l l +=CD l 可直接量得;由于A 点是极位夹角的顶点,即∠C 1AC 2=θ,如过AC l C 2三点作辅助圆,由几何知识可知,在该圆上任取一点A 为顶点,其圆周角也是θ,且过辅助圆心O 的圆心角∠C 10C 2=2θ;显然,当求得极位夹角θ后,用作图法容易作出辅助圆并得到圆心O,则问题迎刃而解;作图步骤归纳如下：1计算：按式3-6求得θ ︒⨯+-=18011K K θ 2作摇杆的两极限位置：任选摇杆回转中心D 的位置,按一定的长度比例尺1μ,根据已知CD l 及摆角ψ作出摇杆的两个极限位置C l D 和C 2D 见图3-33b;图3-33 按行程速比系数设计四杆机构3作辅助圆：联接C 1、C 2,并且作与C l C 2成90θ-︒的两条直线,设它们交于O 点,则∠C 10C 2=2θ;以O 点为圆心,以OC 1或0C 2为半径作辅助圆;4在辅助圆上任取一点A 为铰链中心,并连接AC 1和AC 2,量得1AC l 和2AC l 的长度,据此可求出曲柄和连杆的长度5求其他杆件的长度：机架CD l 可直接量得,乘以比例尺1μ即为实际尺寸; 2121AC AC ABl l l -=μ 2211AC AC BC l l l +=μ由于A 点是在辅助圆上任选的一点,所以实际可有无穷多解;若能给定其他辅助条件,如曲柄长度AB l 、机架长AD l 或最小传动角min γ等,则可有唯一的解;实际设计时,多数都有相应的辅助条件,如果没有辅助条件,可以根据实际情况自行确定;若已知滑块行程s 、偏距e 和行程速比系数K的情况,则可设计偏置曲柄滑块机构;如果已知机架长度AC l 和行程速比系数K,由图3-34可以看出,摆动导杆机构的极位夹角θ与导杆的摆角ψ相等,则设计摆动导杆机构的实质,就是确定曲柄长度AB l ;设计方法和步骤：1计算θ：︒⨯+-=18011K K θ 2作导杆的两极限位置：任选一点为固定铰链C 点的中心,按ψ=θ作导杆的两极限位置C m 和C n ,使∠m C n =ψ;3确定A 点及曲柄长度：作摆角ψ的平分线,并在其上取CA=AC l ,得曲柄回转中心A 点的位置；过A 作C m 线C n 线的垂线AB 1AB 2,垂足为B 1、B 2,即得曲柄长度AB l =1μAB 1;画出滑块,则设计完成;2．曲柄滑块机构如图3-35所示,已知滑块行程H=50mm,偏心距e =10mm,行程速比系图3-34 摆动导杆机构图3-35 曲柄滑块机构数K=,试设计一偏置的曲柄滑块机构;解： 计算机构的极位夹角θ︒⨯+-=18011K K θ=° 1 选择作图比例1μ=2mm/mm,作滑块的极限位置C 1、C 2,使C 1C 2=H/1μ=25mm,如图3-36所示;2 作∠C 1C 2O=∠C 2C 1O =90θ-︒=°,直线C 1O 与C 2O 交于点O;以O 为圆心、C 1O 为半径画圆,则弦C 1C 2对应的加以角为2θ=°;3 作直线A A '∥21C C 并相距e ／1μ=5mm,与圆O 交于A 、A ',连接C 1A 与C 2A,圆周角∠C 2AC 1=θ；则C l A 与C 2A 即为滑块处于极限位置时曲柄与连杆对应的位置,A 点即为铰链A 的中心位置;4由C l A=BC-AB,C 2A=BC+AB,从图中量出线段C l A 与C 2A 的长度,可得212A C A C AB -=, 212A C A C BC += 杆的实际长度为：曲柄长度AB l ⨯=11μ=24mm,连杆长度BC l ⨯=12μ=48mm;由于点A 是圆O 与直线AA ′的交点,因而答案是唯一的取A ′为曲柄转动中心,所得杆长与取A 点时相同;本章小结通过对本章的学习,学生应理解平面四杆机构的概念,掌握铰链四杆机构基本类型及演化形式,平面四杆机构的基本特性;了解平面四杆机构常用的设计方法;图3-36 曲柄滑块机构设计图习题与思考题平面四杆机构的基本形式是什么它有哪些演化形式演化的方式有哪些什么是曲柄平面四杆机构中曲柄存在的条件是什么曲柄是否就是最短杆什么是行程速比系数、极位夹角、急回特性三者之间关系如何什么是机构的死点位置,用什么什么方法可以使机构通过死点位置在曲柄摇杆机构中,已知连杆长度BC=90mm,机架长度AD=100mm,摇杆长度CD=70mm,试确定曲柄长度AB的取值范围;在双曲柄机构中,已知连杆长度BC=130mm,两曲柄长度AB=100mm,CD=110mm,试确定机架长度AD的取值范围;在双摇杆机构中,已知连杆长度BC=200mm,摇杆长度AB=70mm,摇杆长度CD=120mm,试确定机架长度AD的取值范围;在曲柄摇杆机构中,已知曲柄长度AB=50mm,机架长度AD=120mm,摇杆长度CD=100mm,试确定连杆长度BC的取值范围;一曲柄滑块机构,知行程S=100mm,K=,偏距e=50mm;试设计该机构;。
平面连杆机构的基本形式
平面连杆机构的基本形式概述平面连杆机构是一种常见的机械结构，用来将转动运动转化为直线运动或者反之。
它由连杆、关节和固定支承组成，广泛应用于机械工程、汽车工业等领域。
本文将介绍平面连杆机构的基本形式、运动学分析和应用。
一、平面连杆机构的定义平面连杆机构是指所有连杆在同一平面内运动的机构，它由刚性连杆和用于连接连杆的关节构成。
常见的平面连杆机构包括曲柄滑块机构、摇杆机构和平行四边形机构等。
1. 曲柄滑块机构曲柄滑块机构是由一个固定的曲轴（曲柄）和一个滑块组成的机构。
滑块沿着直线轨迹运动，可以实现转动运动到直线运动的转换。
它常用于内燃机等系统中的往复运动。
2. 摇杆机构摇杆机构由一个固定支点和两个连杆组成，其中一个连杆通过关节与摇杆连接，另一个连杆通过关节与摇杆相连。
摇杆机构可以实现转动运动到转动运动的转换，广泛应用于机械工程中的传动装置。
3. 平行四边形机构平行四边形机构由四个连杆组成，其中两个连杆平行，另外两个连杆也平行且等长。
平行四边形机构可以实现转动运动到转动运动的转换，常用于机械工程中的转向装置和变速装置。
二、平面连杆机构的运动学分析平面连杆机构的运动学分析是研究连杆与连杆之间的运动关系，其核心是解决位置、速度和加速度问题。
1. 位置分析位置分析是研究连杆在运动过程中的几何关系。
一般通过建立坐标系和运动方程来描述连杆的位置。
对于曲柄滑块机构，滑块位置可以通过曲柄的转动角度和连杆长度来确定；对于摇杆机构，可以通过摇杆的转动角度和连杆长度来确定；对于平行四边形机构，可以通过两个平行连杆的转动角度和连杆长度来确定。
2. 速度分析速度分析是研究连杆在运动过程中的速度关系。
一般通过求解连杆的速度向量和运动学方程来描述连杆的速度。
对于曲柄滑块机构，滑块的速度可以通过曲柄的角速度和连杆长度来确定；对于摇杆机构，可以通过摇杆的角速度和连杆长度来确定；对于平行四边形机构，可以通过两个平行连杆的角速度和连杆长度来确定。
平面连杆机构重点知识点
平面连杆机构重点知识点平面连杆机构是工程学中常见的一种机械结构，它由多个连杆和关节连接而成，用于转换和传递运动和力。
本文将从基本概念、结构特点、运动分析和应用领域等方面介绍平面连杆机构的重点知识点。
一、基本概念1.连杆：连杆是平面连杆机构的基本组成部分，它是一根刚性杆件，通过关节连接在一起。
常见的连杆有曲柄、连杆、摇杆等。
2.关节：关节是连接连杆的装置，它可以实现两个连杆之间的转动或者固定。
常见的关节有铰链关节、滑动关节等。
二、结构特点1.四杆机构：平面连杆机构中最简单的一种是四杆机构，它由四个连杆和四个铰链关节连接而成。
四杆机构有很好的刚性和稳定性，常用于传输力和转动力矩。
2.多杆机构：除了四杆机构，平面连杆机构还可以由多个连杆组成，形成不同的结构形式。
多杆机构可以实现更复杂的运动轨迹和力传递方式。
三、运动分析1.运动副类型：平面连杆机构的运动可以分为旋转运动和滑动运动两种类型。
旋转运动是指连杆绕某个固定轴线旋转，滑动运动是指连杆在平面上的直线运动。
2.运动规律：通过对连杆机构的运动进行分析，可以得到连杆的角速度、角加速度和线速度等运动规律。
这些规律对于机构的设计和控制非常重要。
四、应用领域1.机械工程：平面连杆机构是机械工程中常见的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
例如，发动机中的曲轴连杆机构用于将活塞运动转换为旋转运动。
2.机器人学：平面连杆机构也是机器人学中常见的一种机构形式。
通过设计不同的连杆参数和关节位置，可以实现机器人的特定运动轨迹和动作。
3.汽车工程：汽车中的悬挂系统和转向系统中常使用平面连杆机构。
这些机构可以提供稳定的悬挂和灵活的转向性能。
总结：平面连杆机构是工程学中重要的机械结构，它通过多个连杆和关节的连接实现力和运动的传递。
本文从基本概念、结构特点、运动分析和应用领域等方面介绍了平面连杆机构的重点知识点。
对于理解和应用平面连杆机构具有一定的参考价值。
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
平面连杆机构
曲柄——能绕机架上的转动副作整周 回转的连架杆。
摇 杆 —— 只 能 在 某 一 角 度 范 围 ( 小 于
360°)内摆动的连架杆。
一、铰链四杆机构的基本型式
铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是 摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构三种基本型式 。
（一）、转动副转化成移动副
1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移 动副
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
曲柄存在条件： 对心曲柄滑块机构：L1<L2 行程 S=2L1 偏置曲柄滑块机构：L1+e<L2
2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副
由于此机构当主 动件1等速回转时， 从动到导杆3的位 移为y=Labsinα ， 故又称正弦机构
第2章 平面连杆机构
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 型 式 和 特 征 §2-2 铰 链 四 杆 机 构 有 整 转 副 的 条 件 §2-3 铰链四杆机构的演化 §2-4 平面四杆机构的设计
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基本型式和特征
平面连杆机构——由若干个构件通过平 面低副(转动副和移动副)联接而构成的平 面机构，也叫平面低副机构。
曲柄是连架杆，只有整转副处于机架
上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足
整转副条件时，机构中最短杆的两端转
动副一定为整转副。 因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄
的条件： ⑴最短杆与最长杆长度之和小于或
等于其余两杆长度 之和； ⑵连架杆和机架中，必有一个是最
短杆。
结论： 若铰链四杆机构满足上述整转副条件，
缝纫机
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1.机构中的运动副若为低副，指的是________。
A．回转副和齿轮副B．移动副和凸轮副C．回转副和移动副D．齿轮副和凸轮副2. 机构中的运动副若为高副，指的是________。
A．回转副和齿轮副B．移动副和齿轮副C．回转副和移动副D．齿轮副和凸轮副3. 连杆机构中的所谓连杆是指________。
A．不与机架相连的杆B．与机架相连的杆C．能做整周旋转的杆D．只能做往复摆动的杆4. 平面铰链四杆机构中，能做整周旋转的连架杆称为________，只能做往复摆动的连架杆称为________。
A．曲柄/连杆B．曲柄/摇杆C．摇杆/曲柄D．曲柄/导杆5. 铰链四杆机构中，能做整周旋转的连架杆称为________；只能往复摇摆某一角度的连架杆称为________；与两连架杆相连接，借以传递运动和动力的构件称为________。
A．摇杆/曲柄/滑块B．摇杆/曲柄/连杆C．曲柄/连杆/摇杆D．曲柄/摇杆/连杆6. 在平面铰链四杆机构中，与机架相对的构件称为________。
A．连架杆B．连杆C．曲柄D．摇杆7. 铰链四杆机构的三种基本形式是：________机构、________机构和双摇杆机构。
A．曲柄摇杆/曲柄滑块B．曲柄摇杆/双曲柄C．双曲柄/双连杆D．曲柄摇杆/双连杆8. 若平面铰链四杆机构中，一个连架杆能做整周旋转，另一个连架杆只能做往复摆动，则该机构称为________。
A．双曲柄机构B．双摇杆机构C．曲柄摇杆机构D．曲柄滑块机构9. 曲柄摇杆机构的运动特点是能够将原动件的等速转动变为从动杆的________往复摇动。
A．等速B．不等速C．等加速D．等减速10. 若平面铰链四杆机构的两个连架杆均能做整周旋转，则称为________机构。
A．双摇杆机构B．曲柄摇杆机构C．双曲柄机构D．连杆机构11. 双曲柄机构的运动特点是能够将原动件的等速整周转动变为从动件的________整周转动。
A．等速B．变速C．等加速D．等减速12. 下列不正确的表述为________。
A．在曲柄摇杆机构中不一定存在连杆B．在平面连杆机构中不一定存在曲柄C．在铰链四杆机构中一定存在连架杆D．在双摇杆机构中一定存在机架13. 下列正确的表述为________。
A．曲柄滑块机构是平面铰链四杆机构的基本型式之一B．曲柄摇杆机构是平面铰链四杆机构的基本型式之一C．在铰链四杆机构中不存在连架杆D．双曲柄机构是由曲柄滑块机构演化来的14．下列正确的表述为________。
A．在平面连杆机构中不一定存在机架B．在平面连杆机构中一定存在连杆C．在平面连杆机构中一定存在曲柄D．在平面连杆机构中不一定存在摇杆15. 牛头刨床的进给机构中包含________机构。
A．主动件为曲柄的曲柄摇杆B．主动件为摇杆的曲柄摇杆C．双摇杆D．双曲柄16. 机车车轮的联动机构为________机构。
A．曲柄摇杆B．平行双曲柄C．双摇杆D．双曲柄17. 连杆作平动运动的机构为________机构。
A．曲柄摇杆B．平行双曲柄C．双摇杆D．双曲柄18. 在________机构中，主动曲柄的角速度与从动曲柄的角速度始终相等。
A．曲柄摇杆B．平行双曲柄C．双摇杆D．双曲柄19. 汽车前轮转向机构是________机构。
A．曲柄摇杆B．曲柄滑块C．双摇杆D．双曲柄20. 港口起重机的变幅机构，属于________。
A．曲柄摇杆机构B．双摇杆机构C．双曲柄机构D．曲柄滑块机构21. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，并以与最短杆相邻的杆为机架时，该铰链四杆机构为________。
A．曲柄摇杆机构B．双曲柄机构C．双摇杆机构D．导杆机构22. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，并以最短杆为机架时，该铰链四杆机构为________。
A．曲柄摇杆机构B．双曲柄机构C．双摇杆机构D．摇块机构23. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，并以最短杆相对的构件为机架时，该铰链四杆机构为________。
A．曲柄摇杆机构B．双曲柄机构C．双摇杆机构D．滑块机构24. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，该铰链四杆机构为________。
A．曲柄摇杆机构B．双曲柄机构C．双摇杆机构D．摇块机构25. 可将往复移动转变为连续回转运动的是________机构。
A．棘轮B．曲柄滑块C．偏心轮D．凸轮26. 牛头刨床中使刨刀移动的主体机构是________。
A．以曲柄为原动件的摆动导杆机构B．以导杆为原动件的转动导杆机构C．以曲柄为原动件的曲柄滑块机构D．以导杆为原动件的摆动导杆机构27. 可以应用于牛头刨床主机构的是________。
A．摆动导杆机构B．回转导杆机构C．移动导杆机构D．A+B28. 下列正确的表述为________。
A．铰链四杆机构不是平面机构B．铰链四杆机构不是平面连杆机构C．曲柄滑块机构也是铰链四杆机构D．摆动导杆机构是由曲柄摇杆机构演化来的29. 空气压缩机多采用________。
A．以曲柄为主动件的曲柄滑块机构B．以滑块为主动件的曲柄滑块机构C．导杆机构D．以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构30. 内燃机中的曲柄滑块机构工作时是以________为主动件。
A．连杆B．曲柄C．滑块D．摇杆31. 偏心轮机构，只能以________为主动件。
A．曲柄B．连杆C．滑块D．偏心轮32. 颚式破碎机中应采用________机构为主运动机构。
A．偏心轮B．曲柄滑块C．双曲柄D．曲柄摇杆33. 关于偏心轮滑块机构，下面说法中不正确的是________。
A．其偏心距就原理来说相当于曲柄滑块机构的曲柄长度B．一般只能以偏心轮为主动件C．工作中可能在某些特殊位置发生自锁D．能将连续回转运动变为往复移动34. 在偏心轮机构中，决定从动件行程的主要是________。
A．基圆半径B．偏心距C．曲线半径D．连杆长度35. 在偏心轮机构中，若偏心距为e，连杆长度为L，则滑块位移S为________。
A．2eB．2LC．LD．L+e36. 在传力较大而行程较小的传动中应采用________机构。
A．偏心轮B．移动凸轮C．圆柱凸轮D．棘轮37. 在曲柄摇杆机构中，当________为主动件，从动件________会有急回特性。
A．曲柄/摇杆B．曲柄/连杆C．摇杆/曲柄D．摇杆/连杆38. 压力角α________，传动角γ________，连杆机构的传力性能越好。
A．小/大B．大/小C．＝30°/＝0°D．＝90°/＝0°39. 在曲柄摇杆机构中，当________为主动件时，会出现死点位置。
A．曲柄B．滑块C．连杆D．摇杆40. ________机构的传力性能最好。
A．导杆B．曲柄滑块C．双曲柄D．曲柄摇杆41. 在曲柄滑块机构中，当________为主动件时，会出现死点位置。
A．连杆B．摇杆C．滑块D．曲柄42. 活塞式往复泵属于________。
A．以曲柄为主动件的曲柄滑块机构B．以滑块为主动件的曲柄滑块机构C．以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构D．以摇杆为主动件的曲柄摇杆机构43. 为使柴油机曲柄连杆机构正常工作，曲柄长度应________连杆长度。
A．小于B．大于C．等于D．大于等于44. 以曲柄为主动件的曲柄连杆机构，从动件的最大位移由________决定。
A．曲柄长度B．连杆长度C．曲柄转角D．转速45. 对心曲柄滑块机构中，设连杆长度为L，曲柄长度为r，则滑块位移S为________。
A．2rB．2LC．LD．L+r46. 内燃机中的曲柄滑块（曲柄连杆活塞）机构中，若曲柄长度为r，则滑块的行程S________。
A．＝rB．＜rC．＜2rD．＝2r47. 柴油机中的活塞在________时，加速度最大。
A．曲柄转至上止点后90°B．上止点C．曲柄转至上止点后270°D．下止点前48. 曲柄连杆机构中，曲柄匀速转动时，活塞在________时，速度为零。
A．上止点B．冲程长度的中点C．下止点D．A+C49. 曲柄连杆机构中，曲柄匀速转动时，活塞从上止点向下运动，活塞运动的最大速度出现在________处。
A．曲柄转角为90°B．曲柄转角略小于90°C．曲柄转角略大于90°D．曲柄转角为180°50. 当活塞下行而曲柄转角接近90°时，其速度为________，加速度为________。
A．最大/零B．零/最大C．最大/最小D．最小/最大51. 当活塞上行而曲柄转角略超过270°时，其速度为________，加速度为________。
A．最大/零B．零/最大C．最大/最小D．最小/最大52. 活塞在上（下）止点时，其速度为________，加速度为________。
A．最大/零B．零/最大C．最大/最小D．最小/最大53. 柴油机的曲柄连杆机构属于________。
A．曲柄摇杆机构B．双曲柄机构C．曲柄滑块机构D．双摇杆机构54. 关于柴油机曲柄连杆机构，下面叙述正确的是________。
A．止点位置曲柄线速度为零B．止点位置曲柄角速度为零C．通常曲柄靠惯性通过止点位置D．活塞做匀速运动55. 活塞连杆曲轴运动机构，当曲轴以等角速度回转时，活塞作________直线运动。
A．等速B．匀加速C．匀减速D．变速56. 曲柄连杆机构中，活塞从上止点向下运动，当曲柄转过90°时，活塞下行至冲程长度的________。
A．中点以上B．中点C．中点以下D．难以确定57. 对于曲柄滑块机构，以下说法中正确的是________。
A．活塞最大速度发生在止点位置B．可将等速回转运动变为等速直线运动C．连杆越短，受力性能越好D．活塞最大加速度发生在止点位置58. 下列正确的表述为________。
A．铰链四杆机构不是平面机构B．铰链四杆机构不是平面连杆机构C．曲柄滑块机构也是铰链四杆机构D．摆动导杆机构是由曲柄摇杆机构演化来的。