曲柄摇杆机构
1.曲柄摇杆机构
二、凸轮机构
凸轮廓线设计
设计方法：作图法，解析法 已知 γ0,e,S ,ω 转向。 作图法设计凸轮轮廓
反转法原理
1
2
3
4
O
r0
5
6 7 8
二、凸轮机构
手摇唧筒
一、平面连杆机构
平面四杆机构有曲柄的条件
B
b
C
aA d
c
D
（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)
一、平面连杆机构
(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c (1)+(3)得 a≤b (2)+(3)得 a≤d
一、平面连杆机构
机构中从动件与连杆共线的位置称为机构的死点位置。 2. 死点的利用： 若以夹紧、增力等为目的，则机构的死点位置可以加以 利用。
B2
A
D
C2
B1 C1
地面 飞机起落架机构
一、平面连杆机构
3. 死点的克服
对传动机构来说，有死点是不利的，应采取措施
使其顺利通过。 措施： 加装飞轮，增大惯性；
1800-∠BCDmax ，由公式可知，当φ = 1800时，
有∠BCDmax 。即曲柄与机架拉值共线时，机构将出现
最大值。
2C
B
1 1
vc
F
3
maCx 2
A
4
D B2
A
D
一、平面连杆机构
曲柄摇杆机构演化
• 引言 • 曲柄摇杆机构基本原理 • 曲柄摇杆机构演化历程 • 典型案例分析 • 关键技术与挑战 • 未来发展趋势与前景展望
目录
01
引言
目的和背景
探究曲柄摇杆机构的演化过程
01
通过对曲柄摇杆机构历史发展的梳理，了解其结构、原理和设
计方法的演变。
分析曲柄摇杆机构的应用领域
02
阐述曲柄摇杆机构在各个领域中的具体应用，如机械工程、航
现代高精度、高效率及智能化趋势
高精度要求
随着现代工业对机械设备精度要求的不断提高，曲柄摇杆机构的设计、制造和装配精度也 相应提升，以确保机械设备的稳定运行和高效性能。
高效率追求
为提高机械设备的运行效率，现代曲柄摇杆机构采用轻量化设计、高性能材料等先进技术 ，减少能量损失，提高传动效率。
智能化发展
随着计算机技术和人工智能技术的不断进步，曲柄摇杆机构的智能化水平不断提升。通过 引入传感器、控制系统等先进技术，实现机构的自适应调节、故障诊断和远程监控等功能 ，提高机械设备的智能化程度和运行可靠性。
04
典型案例分析
案例一：汽车发动机气门驱动系统
曲柄摇杆机构在汽车发动机气门驱动系统中的应用
通过曲柄的旋转运动，驱动摇杆进行往复运动，从而控制气门的开启和关闭。
优点
结构简单、紧凑，能够实现高速运动和高精度控制。
缺点
由于机构中存在间隙和摩擦，容易产生磨损和噪音。
案例二：工业机器人关节驱动系统
曲柄摇杆机构在工业机器人关节驱动系统中的应用
传动效率
曲柄摇杆机构的传动效率取决于机构 的摩擦、间隙以及负载等因素。为了 提高传动效率，需要优化机构设计、 减少摩擦和间隙，并合理选择负载。
四杆机构的组成
2 ) 双曲柄机构 如果铰链四杆机构中的两个连架杆都能作 360°整周回转，则这种机构称为双曲柄机构。 在双曲柄机构中，若两个曲柄的长度相等，机 架与连架杆的长度相等（，这种双曲柄机构称 为平行双曲柄机构。 蒸汽机车轮联动机构，是平行双曲柄机构的应 用实例。平行双曲柄机构在双曲柄和机架共线 时，可能由于某些偶然因素的影响而使两个曲 柄反向回转。机车车轮联动机构采用三个曲柄 的目的就是为了防止其反转。
上述两条件必须同时满足， 上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄 存在。根据曲柄条件，还可作如下推论： 存在。根据曲柄条件，还可作如下推论： （ 1 ） 若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度 之和必小于或等于其余两杆长度之和， 之和必小于或等于其余两杆长度之和，则可能 有以下几种情况： 有以下几种情况： 以最短杆的相邻杆作机架时， a ． 以最短杆的相邻杆作机架时 ， 为曲柄摇杆 机构； 机构； 以最短杆为机架时，为双曲柄机构； b．以最短杆为机架时，为双曲柄机构； 以最短杆的相对杆为机架时， c ． 以最短杆的相对杆为机架时 ， 为双摇杆机 构。 (2) 若铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之 和大于其余两杆长度之和， 和大于其余两杆长度之和，则不论以哪一杆为 机架，均为双摇杆机构。 机架，均为双摇杆机构。
铰链四杆机构的演化
1．曲柄滑块机构 在曲柄摇杆机构中，如果以一个移动副 代替摇杆和机架间的转动副，则形成的 机构称为曲柄滑块机构。 它能把回转运 动转换为往复 直线运动，或 作相反的转变
图6—14
2．导杆机构
a 曲柄摇杆机构 构
b 导杆机构
c 摆动滑块机构
d 固定滑块机
急回特性和行程速比系数
曲柄摇杯机构中， 当曲柄A B沿顺时针方向以等角速度转过φ1时，摇杆 CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D，设所需时间 为 t1，C点的明朗瞪为 V1； 而当曲柄AB再继续转过φ2时，摇杆CD自C2D摆回至 C1D，设所需的时间为 t2，C点的平均速度为 V2。 由于φ1＞φ2，所以 t1＞t2 ,V2＞Vl。由此说明：曲柄 由此说明： 由此说明 AB虽作等速转动 ， 而摇杆 虽作等速转动， 虽作等速转动 而摇杆CD空回行程的平均速度却 空回行程的平均速度却 大于工作行程的平均速度， 大于工作行程的平均速度 ， 这种性质称为机构的急回 特性。 特性。
曲柄摇杆机构
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1
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1 工作任务
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学习情境3.1 认知牛头刨床刨削运动
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工作任务
图3-1为牛头刨床外形图，观看牛头刨床的运动，分析刨削运动的形成和运动特点，绘制牛头刨床 横向进给运动机构的机构运动简图。
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11
【相关知识】三、铰链四杆机构三种类型的判别方法 返回目录页
1．若铰链四杆机构中最短杆件与最长杆件长度之和小于或等于其余两杆件 长度之和时，则：
（1）取最短杆为连架杆，则构成曲柄连杆机构，如图3-10(a)所示。
(a) 图3-10 铰链四杆机构
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12
【相关知识】三、铰链四杆机构三种类型的判别方法 返回目录页
图3-1 牛头刨床实物图
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3
学习情境3.1 认知牛头刨床刨削运动
任务分析
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图3-2 滑枕的往复运动机构
图3-3横向进给运动机构
牛头刨床工作时，有两个运动，一是滑枕作往复直线切削运动，另一个是工作台作横向进给运动， 如图3-2和图3-3所示。 进一步观察，滑枕往复直线运动由机构中销盘、连杆、摇杆和床身四个构件通过铰链连接成的往复 运动机构（导杆机构）完成；工作台作横向进给运动由圆盘、销子、连杆、棘爪与机架组成的横向 进给运动机构（曲柄连杆机构）完成。
曲柄摇杆机构知识点
曲柄摇杆机构知识点曲柄摇杆机构是一种常见的机械装置，广泛应用于各个领域，包括机械工程、机器人学、汽车工业等。
它是一种能够将旋转运动转换为直线运动的装置，通过曲柄和摇杆的组合，可以实现复杂的运动转换和力传递。
下面，我将按照从简到繁的方式，以深度和广度的角度，为您解析曲柄摇杆机构的知识点。
我们来介绍曲柄摇杆机构的基本原理。
曲柄摇杆机构由曲柄、连杆和摇杆组成。
曲柄是一个直径较大的圆环，通过一个轴连接到引擎或驱动装置上。
连杆是一根长条形物体，一端固定在曲柄上，另一端与摇杆相连接。
摇杆是一个平衡杠杆，通过连接连杆和其他装置，实现运动的转换。
曲柄的旋转运动使连杆带动摇杆进行上下或前后运动，从而实现机械装置的工作。
我们来探讨曲柄摇杆机构的应用领域。
曲柄摇杆机构广泛应用于发动机、轧钢机、摇杆门窗等行业。
在发动机中，曲柄摇杆机构将往复运动转换为旋转运动，从而驱动汽缸工作，实现发动机的动力输出。
在轧钢机中，曲柄摇杆机构将电动机的旋转运动转换为辊轴的上下运动，从而实现对钢材的压制和成形。
在摇杆门窗中，曲柄摇杆机构将手动操作转换为门窗的开启和关闭动作，使门窗的使用更加方便。
我们来讨论曲柄摇杆机构的优点和发展趋势。
曲柄摇杆机构具有结构简单、操作灵活、功耗低等优点，适用于各种机械装置的需要。
随着工业自动化的推进，曲柄摇杆机构也在不断发展，越来越多的电动机和驱动装置采用曲柄摇杆机构进行动力传递和运动转换。
随着科技的进步，曲柄摇杆机构还与传感器、控制系统等技术相结合，实现更精确的运动控制和数据反馈，为机械装置的智能化发展提供了新的可能性。
曲柄摇杆机构是一种重要的机械装置，通过将旋转运动转换为直线运动，实现了复杂的运动转换和力传递。
它在各个行业都有广泛的应用，具有广阔的发展前景。
在未来，随着科技的不断进步，曲柄摇杆机构将更好地结合传感器和控制技术，实现更高效、精确和智能的运动控制，为机械装置的发展带来新的机遇和挑战。
对于我个人而言，通过深入了解曲柄摇杆机构的原理和应用，我对机械装置和工程技术有了更深刻的理解和认识，也对未来科技发展有了更广阔的想象和期待。
曲柄摇杆机构运动学仿真
曲柄摇杆机构运动学仿真1. 引言1.1 背景介绍曲柄摇杆机构是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
其结构简单，运动灵活，广泛应用于汽车发动机、泵类设备、振动筛等领域。
曲柄摇杆机构通过曲柄和摇杆的连接，能够将旋转运动转换为往复运动或往复运动转换为旋转运动，具有很强的传动功能和稳定性。
研究曲柄摇杆机构的运动学特性对于优化设计和改进机械设备的性能具有重要意义。
对于曲柄摇杆机构的运动规律进行深入研究可以帮助我们更好地理解其运动特性，提高其运动效率，并为进一步的工程应用提供理论基础。
本文旨在通过运动学仿真方法对曲柄摇杆机构进行研究，探讨其运动规律和影响因素，并通过仿真结果分析和对比，为相关工程领域提供参考和指导。
通过对曲1.2 研究目的研究目的：本文旨在通过对曲柄摇杆机构运动学仿真的研究，深入探讨该机构的结构特点和运动规律，为工程设计和机械运动控制领域提供理论基础和实用指导。
具体目的包括：1. 分析曲柄摇杆机构的结构特点，包括曲柄、摇杆和连杆的相互作用关系，了解其在机械传动中的功能和作用。
2. 研究曲柄摇杆机构的运动规律，包括曲柄摇杆的转动轨迹、速度和加速度变化规律，揭示其运动过程中的动力学特性。
3. 探讨运动学仿真方法，通过计算机模拟曲柄摇杆机构的运动过程，实现对其运动性能的准确预测和分析。
4. 分析仿真结果，比较不同参数对曲柄摇杆机构运动性能的影响，为优化设计提供依据和参考。
5. 探讨影响因素，包括机构参数设置、工作环境条件等因素对曲柄摇杆机构运动学性能的影响，为进一步研究提供方向和思路。
2. 正文2.1 曲柄摇杆机构的结构特点曲柄摇杆机构是一种常用于机械传动系统中的重要构件，其结构特点主要包括以下几点：1. 曲柄：曲柄是曲柄摇杆机构中的主要构件之一，它通过旋转运动将输入的旋转运动转化为连续的往复运动。
曲柄的长度和角度可以根据具体的应用需求进行设计调整。
2. 摇杆：摇杆是曲2.2 曲柄摇杆机构的运动规律曲柄摇杆机构的运动规律是指在机构运动过程中曲柄、摇杆和连杆之间相互作用的规律。
曲柄摇杆机构
实验三——用ADAMS 验证曲柄连杆机构如图3-1所示的铰链四杆机构（曲柄摇杆机构），AB 杆为原动件，逆时针匀速转动，其角速度为=/rad s ωπ2040602/3/3AB cm CD cm DA cm BAD ADC ππ===∠=∠=，，，，；对该机构进行验证，是否为曲柄摇杆机构；同时进行运动分析和动力分析。
图3-1 铰链四杆机构【实验目的】1、 了解ADAMS 软件；认识ADAMS 工作界面。
2、 掌握ADMAS 的建模与仿真；3、 验证铰链四杆机构中曲柄存在的条件。
【实验原理】1、 铰链四杆机构是指将4个杆件全部用转动副联接起来的机构。
2、 铰链四杆机构中曲柄存在的条件为以下两点：（1） 曲柄为最短杆件或最短的相邻杆件，此条件称为最短构件条件。
（2） 最短杆件与最长杆件的长度之和必须小于或等于其他两杆件的长度之和，即：'''min max l l l l +≤+此条件简称为构件长度和条件。
【实验仪器和设备】1、计算机。
2、机械系统动力学分析软件ADAMS 2013。
3、《机械设计基础》教材；实验指导书；实验报告。
【实验步骤】1、启动ADAMS。
双击桌面上ADAMS/View的快捷图标“”，打开ADAMS/View。
在欢迎对话框如图3-2中选择“新建模型”（Create a new model），弹出如图3-3所示“创建新模型”（Create a new model）对话框。
图3-2 欢迎对话框图3-3 “创建新模型”对话框在“模型名称”（Modelname）栏中输入：sparkplug；在“重力（Gravity）”栏中选择“正常重力（-全局Y轴）”；在“单位（Units）”栏中选择“MMKS –mm，kg，N，s，deg”；在“工作路径”栏中选择“C:\sparkplug”。
2、设置工作环境。
2.1 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
在ADAMS/View菜单栏中，选择设置（Setting）下拉菜单中的工作网格（Working Grid）命令。
1.曲柄摇杆机构
手摇唧筒
一、平面连杆机构
平面四杆机构有曲柄的条件
B
b
C
aA d
c
D
（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)
一、平面连杆机构
(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c (1)+(3)得 a≤b (2)+(3)得 a≤d
插床六杆机构
机车车轮平行四边形机构
一、平面连杆机构
一、平面连杆机构
平行四边形机构有以下三个运动特点:
（1）两曲柄转速相等
机车车轮联动机构。
（2）连杆始终与机架平行
天平机构、所示的摄影车升降机构。
机车车轮联动机构
天平机构
摄影车升降机构
一、平面连杆机构
（3）运动的不确定性 为了克服运动的不确定性， 可以对从动曲柄施加外力，或 利用飞轮及构件本身的惯性作 用。也可以采用辅助曲柄等措施解决。
B2
CC1 DD
当曲柄以ω逆时针转过180°+θ时，摇杆从C1D位置 摆到C2D。所花时间为t1 , 平均速度为V1,那么有：
t1(18 0)/V1C1C2 t1 C 1C2/1 ( 80)
一、平面连杆机构
当曲柄以ω继续转过180°-θ时，摇杆从C2D,置摆到C1D，所 花时间为t2 ,平均速度为V2 ,那么有：
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
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有急回特性。
1
对心曲柄滑块机构 0
无急回特性。
B2
有急回特性
B
a1
2
C2
b
C 3 C1
4
A B1 H
A1 1 B
B1
2
B2
2.1.3 平面连杆机构运动的连续性
运动不连续问题有：
C1
C1
C2 C3
B2
B2 B1 1
2
3
A
B3 4
D
1
4
A
C C2
3
1
D
2
C1 C
C2
（1）错序不连续
（2）错位不连续
第 2 章 连杆机构
§2-1 平面连杆机构的类型 §2-2 平面连杆机构的工作特性 §2-3 平面连杆机构的特点及功能 §2-4 平面连杆机构的运动分析 §2-5 平面连杆机构的运动设计
§2-1 平面连杆机构的类型 1.1 平面四杆机构的基本形式 1.2 平面四杆机构的演化
1.1 平面四杆机构的基本形式
铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系
机构型式 条件 条件
lmin为机架
lmin为连架杆
lmin为连杆
lmin+lmax小于或等于 其余两杆长度之和
lmin+lmax大于 其余两杆长度之和
双曲柄机构
曲柄摇杆机构 双摇杆机构
双摇杆机构
曲柄存在条件: 1、lmin+lmax小于或等于其余两杆长度之和； 2、lmin为机架或连架杆。
2.2 平面连杆机构的传力特性
2.2.1 压力角与传动角
压力角：在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使 输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方 向线所夹的锐角。
传动角：压力角的余角。
B
2
1 1 A
4
C
3
F2
F
F1vc
D
F1 F cos F2 F sin 越小，受力越好
越大，受力越好
连杆
连架杆
连架杆 整转副
机架 摆转副
铰链四杆机构
曲柄 能绕其轴线转360º的连架杆。 连架杆 摇杆 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。
按照两连架杆的能否作整周回转，可将铰链四杆机构分为： （1）曲柄摇杆机构 应用：
搅拌机
缝纫机
（2）双曲柄机构 应用：
机车车轮联动机构
车门开闭机构
（3）双摇杆机构 应用：
空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比：
K
v2 v1
t1 t2
1 2
180 180
180 K 1
K 1
K 称为行程速度变化系数
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）极位夹角 0
(2) 曲柄滑块机构中
偏置曲柄滑块机构 0
滑块机构具有曲柄的条件：
B
1a
2b
C3
A4
aeb
曲柄滑块机构
导杆机构具有曲柄的条件：
d a 且d ea时
为曲柄转动导杆机构
ad 且 aed 时
为曲柄摆动导杆机构
A2
1
d
C
e
a 3B
4
2.1.2 平面四杆机构输出件的急回特性
(1) 曲柄摇杆机构
极位夹角
b2
C v1 C1 v2 c
C2ห้องสมุดไป่ตู้
原动件AB以 1 作整周等速转动,
鹤式起重机
汽车前轮转向机构
1.2 平面四杆机构的演化
1.2.1转动副转化成移动副
2
B
1
A
4
C
3
D
B
2
C3
1
A
4
C
3 2
B
1
A
4
D
B
2
1
A4
C
3
B
2
C3
1
A
4
偏置曲柄滑块机构
B
1
2 C3
A
4
对心曲柄滑块机构
B2
4
1
A
3
s
双滑块机构(正弦机构）
1.2.2 取不同构件为机架
可以证明，低副运动链中取不同构件为机架,各构件间的相对运动关系不变
(1) 刚体导引功能 是机构能引导刚体（如连杆）通过一系列给定位置。
典型的例子是如图所示的铸 造造型机的砂箱翻转机构，砂 箱固结在连杆上，要求机构中 的连杆能顺序实现造型和起模 两个位置，以便实现砂箱在震 实台上造型震实和翻转倒置起 模两个动作。
1
a
1 A
2 b
C
4
3
vc
F
min ?
min ?
vB B
F
A
C D
F
vc
C
1 1
A
v F
1
A
2
B 2 B
0 ??
3
3
C
A1
1
2
B
F vB3
0
3
C
B
1
a
2b
C
A
3
4 vc
?
2.2.2 机构的死点位置
B
死点：机构处于传动角 0 ( 90 )的位置 2 A
vB B
F
A
C D
vB
B1
2.1 平面连杆机构的运动特性
2.1.1 转动副为整转副的条件
设： d a
ad bc
d acb abcd d abc acbd
ab ac ad
d a bc 当 d a 有： d b a c
d c ab
da d b dc
转动副为整转副的条件:
在铰链四杆机构中，如果某个转动副能成为整转副，则它所连 接的两个构件中，必有一个为最短杆，且四个构件的长度满足 “杆长之和条件”——最短杆与最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和。
min
2b C
B
11 a f
c
3
A
4d D
F2
F
F1vc
B
1
1
A
2C
4
当 90时， 当 90时， 180
min min min , (180 max) B2
C2
max
A B1
min , max出现在曲柄和机架处于两共线位置时
vc F
3
D
C1
min
D
B
B
整周转动副
C 摆转副
2
(<360°)
(0~360°)
3
1
(<360°)
(0~360°)
A
4
曲柄摇杆机构
D
摆转副
C
2
(<360°)
B (0~360°)
3
1
(0~360°)
(<360°)
A
D 4
双曲柄机构
C
2
(<360°)
B (0~360°)
3
1
(0~360°)
(<360°)
A
D 4
F
B
脚
D
C
2 踏板
C1 缝纫机主运动机构
克服死点：
请思考：
下列机构的死点位置在哪里；怎样使机构通过死点位置?
B
1
a
2b C
vc
A
3
4
2 1B A
死点的利用： B2
3
D
C2
A
C
B1 C1 飞机起落架收放机构
F
地面
工件夹紧机构
飞机起落架收放机构
工件快速夹紧机构
§2-3 平面连杆机构的特点及功能 3.1 平面四杆机构的功能及应用
双摇杆机构
B
1
2
A
4
C3
曲柄滑块机构
B
2
1 A
4
C3
曲柄转动导杆机构
B
2
1
A
4
C3
曲柄摇块机构
自卸汽车卸料机构
B
1
2
A4
C3
定块机构
手压抽水机
1.2.3 变换构件形态
B
2
1
A
4
C3
曲柄摇块机构
B
2
A1
4
3
C
曲柄摆动导杆机构
1.2.4 扩大转动副的尺寸
牛头刨床
偏心轮机构
§2-2 平面连杆机构的工作特性 2.1 平面连杆机构的运动特性 2.2 平面连杆机构的传力特性
从动件CD做往复摆动。
B
1
a1
1
A
B1
2
B2 d
4
3
摆角
D
当曲柄AB与连杆BC两次共线时，输出件CD处于两极限位置，对应的
曲柄位置线所夹的锐角成为极位夹角—— 。
曲柄转角
1 180
2 180
对应的时间
摇杆点C的 平均速度
t1 1 / 1
v1 C1C2 / t1
t2 2 / 1
v2 C2C1 / t2