第三章 连杆机构设计和分析
第三章连杆机构设计和分析
本章重点：
平面四杆机构设计的几何法、解析法，及平面连杆机构运动分析的几何方法、解析法，机构动态静力分析的特点
本章难点：
1. 绘制速度多边形和加速度多边形时，不仅要和机构简图中的位置多边形相似，而且字母顺序也必须一致。
2．相对速度和加速度的方向，及角速度和角加速度的转向。
3．用解析法对平面机构进行运动分析，随着计算机的普及，已越来越显得重要，并且将在运动分析中取代图解法而占主要地位。其中难点在于用什么样的教学工具来建立位移方程，并解此方程。因为位移方程往往是非线性方程。
基本要求：
了解平面连杆机构的基本型式及其演化；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。
§3－1 平面四杆机构的特点和基本形式
一、平面连杆机构的特点
能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，低副不易磨损而又易于加工。由本身几何形状保持接触。因此广泛应用于各种机械及仪表中。
不足之处:作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡；
较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。
连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构。
二、平面四杆机构的基本型式
三种：曲柄摇杆机构
双曲柄机构
双摇杆机构
三、平面四杆机构的演变
1．转动副转化为移动副
2．取不同构件为机架：
3．变换构件的形态
4．扩大转动副尺寸。
§3－2 平面连杆机构设计中的一些共性
一、平面四杆机构有曲柄的条件
上一节中，已经讲过平面四铰链机构中有三种基本形式：曲柄摇杆机构（一个曲柄）；双曲柄机构（二个曲柄）；双摇杆机构（没有曲柄）。可见有没有曲柄，有几个曲柄是基本形式的主要特征。因此，曲柄存在条件在杆机构中具有十分重要的地位。下面分析曲柄存在条
件：
在铰链四杆机构中，有四个转动副和四个杆，为什么连架杆能作整周旋转（曲柄），有时就不能作整周旋转（摇杆）呢？这主要是因为四杆的相对杆长能约束连架杆是否能整周旋转或只作摆动的缘故。它们存在什么样的规律呢？
设：AB＝a，BC＝b，CD＝c，AD＝d
连架杆连杆连架杆机架
将B副拆开后，
1杆上B1点：在以A为圆心，a为半径的圆上。
2杆上B2点，在以D为圆心，（b＋c）为半径之内
（c－b）为半径之外的圆环区域H内。
当B1轨迹全在区域H内，B1和B2有公共点，1构件能整周旋转——曲柄存在。
当B1轨迹超出H域，则表明超出部分B1和B2没有公共点，则B副必须拆开，即1杆不能整周旋转――曲柄不存在。例如图中部分轨迹EFG和E’F’G’已超出H区域。当然最危险的位置是F和F’，越出范围最大。如果F和F’点1构件都能通过，则其余各点必能通过。所以1构件整周旋转最危险点在
1构件AB和机架AD共线：拉直或重叠
欲使B1轨迹全部在H内，即使F和F’全在H内，则：
拉直：a＋d≤b＋c (3-1)
重叠：|d-a|≥|c-b| (3-2) 用绝对值表明：d≥a，也可a≥d
c≥b，也可b≥c
1）当d≥a，b＞c时，则（3－2）式，d－a≥b－c
∴a+b≤d＋c （3－3a）
d≥a，c＞b，则（3－2）式d－a≥c－b ∴d＋b≥a＋c
∴a+c≤b＋d (3-3b)
将（3－1），（3－3a），（3－3b）分别相加得：
a≤c a≤b a≤d (3-4) (a 最短)
2）当a ≥d b ＞c 则（3－2） a －d ≥b －c d+b ≤a+c (3-5a) a ≥d c ＞b 则（3－2） a －d ≥c －b d+c ≤a+b (3-5b) d+a ≤b+c (3-1)
(3-1), (3-5a), (3-5b)分别两两相加得：
d ≤c d ≤b d ≤a 结论：曲柄存在条件：
1） 连架杆与机架中必有一杆为四杆中最短杆。（最短杆是连杆不行）
2） 最短杆与最长杆杆长之和小于或等于其余两杆之和（称为杆长和条件）
另外，点出曲柄摇杆机构。引导学生观察出最短杆和相邻的杆组成的两个转动副是“周转副”，而四副中另两个副只是摆动副。
上节中知，取不同构件为机架时，可得三种不同形式的基本机构，道理在于最短杆带的两个副是周转副而另两个不是。 曲柄存在条件的具体应用：
1） 在铰链四杆机构中，当最短杆加最长杆≤其余两杆之和 2） 当不符合杆长和条件，则机构只能是双摇杆机构
3） 应当注意：四杆机构是封闭形，故最长杆≤其余三杆之和，否则，将有一处开裂，不成
封闭形。这在例3－13中有应用，同学们请注意：max 303550115AD l =++=
问题讨论：下列机构的曲柄存在条件
下列机构有无急回特性，若有，标出极位夹角θ。
二、 平面四杆机构输出件的急回特性quick-return characteristics
当曲柄等速转动时，摇杆来回摆动的平均速度不同，一快一慢。为了提高机械的生产效率，应使机构的慢速运动的行程为工作行程，而快速运动的行程为空回行程．即摇杆的运动具有急回特性。
极位夹角 θ crank angle between extreme positions
a)
b)
c)
d)
?
?
a ≤ b
a ≤ b+e
α1 = ω1 t 1 =1800
＋θ
212t 180αωθ︒＝＝－
1221,t t v v >>
三、 平面四杆机构的压力角、传动角
在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，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间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用α表示。
四、 平面四杆机构的死点位置
C
五、运动连续性
机构在运动过程中能够连续实现给定的各个位置。分错位不连续和错序不连续两类§3－3 平面连杆机构运动设计的基本问题及应用
一、平面连杆机构的功能及应用
1．刚体导引功能：机构能引导刚体通过一系列给定位置。
2．函数生成功能：所谓函数生成功能是指能精确地或近似地实现所要求的输出构件相对输入构件的某种相对关系。
3．轨迹生成功能指连杆上某点通过某一预先给定轨迹的功能。
4．具有综合功能的机构：采用现代设计方法才能很好地解决。
二、运动设计的基本问题和方法
1．基本问题
1）实现已知运动规律的问题
实现刚体导引及函数生成功能的问题，要求机构输出件有急回特性问题等。
2）实现已知轨迹的问题
要求机构中作复杂运动的构件上的某一点准确地或近似地沿给定轨迹运动。2．设计方法
1）实验法：用作图试凑或利用图谱、表格及模型实验等来求得机构运动学参数。直观、简单
2）几何法：根据几何学原理，用几何作图法求解运动学参数的方法。直观、易懂，求解速度一般较快。
3）解析法： 以机构参数来表达各构件间的函数关系，以便按给定条件求解未知数。求解精度较高，能解决较复杂的问题。
§3－4 刚体导引机构的设计
一、几何法设计刚体导引机构 1． 几何法的基本原理
2． 实现连杆两个位置的平面四杆机构的设计 3． 实现连杆三个位置的平面四杆机构的设计
4． 实现连杆四个位置的平面四杆机构的设计（不讲） 二、解析法设计刚体导引机构
§3－5 函数机构的设计
一、求解两连架杆(输入杆与输出杆)对应位置设计问题的几何法 1． 机构的“刚化反转”及相对转动极
2． 实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构设计 3． 实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构设计 4． 实现连架杆对应位置的曲柄滑快机构设计 二、求解两连架杆对应位置设计问题的解析法 1． 平面相对位移矩阵 2． 函数机构的设计步骤
铰链四杆机构 刚化反转，原来的连杆变成连架杆，为R-R 型导引杆
1）根据给定函数y=F(x)及ϕ1i= ϕ (x),ψ1i= ψ(y),确定输入及输出构件的位置
2）求相对位移矩阵Dr1i(i=2,3,4…)
3）根据确定点和刚化反转后的导引杆的定长条件建立方程。
共有n-1个方程，四个未知量:xB1、yB1、xC1、yC!
3． 由给定函数确定两连架杆对应位置 4．根据给定条件求解上述方程组 三、按机构急回特性设计四杆机构 1． 几何法
2222111111()()()()Bi
C Bi C B C B C x x y y x x y y ''-+-=-+-(i=2,3,4…)
11111B Bi
Bi r i B x x y D y ⎡⎤'⎡⎤⎢⎥
⎢⎥'=⎢⎥⎢⎥
⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦其中
2． 解析法
§3－6 轨迹机构的设计
一、解析法
1． 平面铰链四杆轨迹机构 2． 曲柄滑快轨迹机构 二、应用连杆曲线图谱
§3－7 多杆机构的设计和应用
一、多杆机构的应用（应用实例演示） 1． 可精确实现连架杆5个以上的对应位置 2． 可改变从动的运动特性 3． 可扩大机构从动件的行程 4． 可实现机构从动件的间歇运动 5． 可取得有利的传动角 6． 可获得较大的机构利益 二、多杆机构的设计（不讲）
§3－8 平面连杆机构的运动分析
一、机构运动分析的目的和方法
机构运动分析就是根据原动件的己知运动规律(通常原动件作匀速转动)来确定其他构件上某些点的轨迹、位移、速度和加速度(或某些构件的位置、角位移、角速度、角加速度)等运动参数。 目的：确定机构运动所需的空间、某些构件及构件上某些点能否实现预定的位置要求或轨迹要求、判断运动时是否会相互干涉、确定机器工作过程的运动和动力性能、对机构进行优化设计等。
方法：图解法、解析法和实验法。
二、用相对运动图解法（矢量方程图解法或矢量多边形法）作平面机构的运动分析
相对运动图解法是以理论力学中的刚体平面运动和点的复合运动为理论基础，即点的绝对运动是牵连运动和相对运动的合成，刚体的平面运动是随基点的牵连平动和绕基点的相对转动的合成。根据此基本原理，列出矢量方程，然后用作图方法求解该方程。
]/[mm m l 线段长度机构图中代表该构件的构件的实际长度
＝
长度比例尺μ
]/)/[(mm s m v 代表该速度的线段长度
真实的速度大小
＝
速度比例尺μ
]/)/[(2mm s m a 度
代表该加速度的线段长真实的加速度大小
＝
加速度比例尺μ
根据不同的相对运动情况，机构的运动分析可分为以下两类： 1． 同一构件上两点间的速度和加速度的关系
（1）速度分析
如图3-52所示，同一构件上A 、B 两点间的速度关系为：
BA A B v v v +=
式中 A v 为基点A 的绝对速度，也就是B 点的牵连速度。
BA v 为B 点对于A 点的相对速度，其大小AB BA l v ⋅=ω，方向与AB 垂直，指向与ω一
致（ω为构件的角速度）。在图3-2b ）中以矢量代表其方向和大小。 （2）加速度分析：
A 、
B 两点间的加速度关系为： t
BA n BA A B a a a a ++=
式中 A a 为基点A 的绝对加速度，即B 点的牵连加速度。
n BA
a
为B 点相对于A 点的法向加速度。其大小等于AB AB
BA n
BA
l l v a
⋅==
22ω，其方向沿
着直线AB 并由B 点指向A 点。在图3-2c ）中以n a '代表其方向和大小。
t
BA
a 为B 点相对于A 点的切向加速度。其大小为AB t BA l a ⋅=α，其方向垂直于AB ，指向与刚体瞬时角加速度α一致。在图3-2c ）中以代表其方向和大小。
图3-2b)所示的图形pbac 称为速度多边形，其特性如下：
1） 在速度多边形中，p 点称为它的极点。p 点代表该构件上速度为零的点，即是绝对速度瞬心。
2） 在速度多边形中，连接p 点和任一点的矢量便代表该点在机构图中的同名点的绝对速度，其指向是从p 点指向该点。例如代表A v 的是而不是。
3） 在速度多边形中，连接其他任意两点的矢量便代表该两点在机构图中的同名点间的相对速度，其指向适与速度的下角标相反。例如矢量代表BA v 而不是AB v 。
4） 因为ABC ∆与abc ∆相似，只不过后者的位置是前者沿ω的方向转︒90而已，所以图形abc 称之为图形ABC 的速度影像。
当已知一构件上两点的速度时，则该构件上其他任一点的速度可利用速度影像与构件图形相似的原理求出。但应注意的是：速度影像法只能用于同一构件上。 (2) 加速度分析
根据刚体运动的加速度合成定理，连杆2上的点B 、C 的加速度矢量满足下列矢量方程式：
式中只有t t
C CB
a a 和的大小未知。可根据上式，绘出加速度多边形求解。如图3－52c 。 加速度影像：
因为b c e '''∆与机构位置图中的BCE ∆相似，且两三角形顶角字母顺序方向一致，图形b 'c 'e '称为图形BCE 的加速度影像。 加速度影像的作用：
当已知一构件上两点的加速度时，利用加速度影像便能很容易地求出该构件上其它任一点的加速度。
注意：加速度影像法的相似原理只能应用于机构中同一构件上的各点，而不能应用于不同构件上的各点。
加速度多边形的特性如下：
1） 在加速度多边形中，点π称为极点，代表该构件上加速度为零的点，即是加速度瞬心。
2） 连接π和任一点的向量便代表该点在机构图中的同名点的绝对加速度，其指向是
从π指向该点。例如代表A a 的是'a π 而不是'a π
。
3） 连接带有上角标“'”的任意两点的向量，便代表该两点在机构图中的同名点间的
相对加速度，其指向适与加速度的下角标相反。例如矢量b c ''
代表C B a 而不是C B a 。
4） 代表法向加速度和切向加速度的矢量都用虚线表示。例如b c ''' 和c c '''
分别代表
n t
CB CB
a a 和。
2． 两构件组成移动副的重合点间的速度和加速度的关系
已知导杆机构中，机构的位置，各构件的长度及曲柄1的等角速度1ω，求导杆3的角速度和角加速度。
（1）确定构件3的角速度ω
点B 是构件1上的点，也是构件2上的点，故21B B AB v v l ω⋅1＝＝
两构件组成移动副时，据点的复合运动的分解和合成原理，构件2与构件3上瞬时重合点23()B B B 间的速度关系为
3232B B B B v v v =+
方向：⊥BC ⊥AB ∥BC 大小： ?
1AB l ω ?
绘速度多边形，知：3223
3v 3v B B v B v b b pb μμ⋅⋅＝，＝
（2）确定导杆3的角加速度
构件1与构件2上瞬时重合)(21B B B 间的加速度关系为：
32r B B a 为3B 点对于2B 点的相对加速度，其方向沿导杆方向，见图c ）中的3''k b ； 32k B B a 为哥氏加速度，其大小为322322sin k B B B B a v ωθ=，方向是将相对速度32B B v 沿牵
连构件角速度2ω的转向转︒90，如图c ）中2''b k 所示。
值得注意的是：
1） 由于2B 、3B 是两构件上的瞬时重合点，因此不能采用相似法则，即既不能用速度影象法，也不能用加速度影象法来求3B 点的速度和加速度；
2） 两构件组成移动副时，其瞬时重合点之间的加速度关系中可能存在哥氏加速度。
但是由于322322k B B B B a v ω=，故哥氏加速度必然发生在牵连构件作转动，且两构件有相对运动的情况下，两者缺一不可。据此可知在同一构件上各点之间的加速度关系中是绝对不可能出现哥氏加速度的。
三、平面机构运动分析的解析法
1． 位移分析
2． 速度分析
3． 加速度分析
§3－9 速度瞬心及其在平面机构速度分析中的应用
一、速度瞬心的概念
速度瞬心就是作相对运动的两刚体的瞬时相对速度为零，瞬时绝对速度相等的重合点。 如果两刚体都是运动的，则其瞬心称为相对速度瞬心。如果这两刚体之一是静止的，则其瞬心称为绝对速度瞬心。
不论是绝对速度瞬心，还是相对速度瞬心，通常都称为速度瞬心或简称为瞬心。以符号ij P 表示，下标i 、j 分别是两构件的代号。
二、机构的瞬心数目
每两个构件有一个瞬心，所以根据数学的组合计算公式，机构的瞬心数目为瞬心的数目为
式中：k为瞬心数，n为构件数。
三、瞬心位置的确定
1．两构件组成运动副时瞬心位置的确定
p位于转动副的中心。
1）若两构件1、2以转动副相联接，则瞬心
12
p位于移动副导路的垂直方向的无穷远处。
2）若两构件1、2以移动副相联接，则瞬心
12
3）当两构件组成纯滚动的高副时，因其接触点的相对速度为零，所以接触点就是其瞬p。
心
12
4）当两构件组成高副时，其瞬心应位于过高副接触点的公法线上。
2．两构件间无运动副直接联接
三心定理：作平面运动的三个构件之间共有三个瞬心，它们位于同一直线上。
借助三心定理就可求出机构中的各构件间的瞬心。
四、速度瞬心法及其应用
1．铰链四杆机构
2．曲柄滑快机构
例题：已知凸轮1以逆时针角速度1ω 绕A 点回转，摆杆2绕C 点回转，如图3－5所示。且已知各构件尺寸，试求图示位置机构的全部瞬心以及构件2的角速度2ω。
思路与解题技巧：首先确定该机构的瞬心数目。因为该机构有三个构件，所以瞬心数目为
32
)13(32)1(=-=-=
K K N 然后用直观法把那些直
接成副的瞬心标在图上。构件
1、构件2与构件3（机架）用
转动副相联接，其瞬心在转动
副中心A （13P ）和C （23P ）
，因为构件3是机架，所以它们
是绝对瞬心。
最后确定构件1和构件2的瞬心。因为构件1和2在B 点处形成高副，所以，它们的瞬心必在通过B 点又垂直BC 的连线BO 上；又根据三心定理，23P 应在2313P P 的连线上，故两连线的交点即是瞬心12P 。该瞬心12P 为相对瞬心。若把构件2扩大与构件1重合，12P 也是构件1与构件2的瞬时重合点，此时它们的绝对速度相等，相对速度为零。据此即可求出12P 点的速度，进而求出构件2的角速度2ω。 解：231221312112P P P P V P ωω==
23
1213121
2P P P P ωω= 速度瞬心法可以由主动件立即求出从动件上任何点的线速度和角速度，且不受机构级别的限制。但瞬心法只能用来求速度，而不能用来求加速度。对于简单的平面机构，由于构件数目少，瞬心数目少，利用速度瞬心法进行速度分析十分简便快捷，而当机构复杂时，瞬心数目较多，此法则显得太繁复。
§3－10 平面连杆机构力分析特点
一、机构力分析的目的
1． 确定运动副中的反力
2． 确定机构原动件按给定运动规律运动时需加于机械上的平衡力（或平衡反力）
二、机构力分析的方法
机构力分析的目的有两个：
1) 确定运动副中的反力，亦即运动副两元素接触处的相互作用力。这些力的大小和变化规律，对于计算机构各零件的强度，决定运动副中的摩擦、磨损，确定机构的效率及其运转时所需的功率，都是极为重要而且必需的资料。
2) 确定机构原动件按给定规律运动时需加于机械上的平衡力(或平衡力矩)。
所谓平衡力(或平衡力矩)是指与作用在机械上的已知外力及按给定规律运动时与各构件的惯性力(惯性力矩)相平衡的未知外力(外力矩)。
得机械的平衡力(或平衡力矩)，对于确定原动机的功率，或根据原动机的功率确定机械所能克服的最大工作载荷等是必不可少的。
三、运动链的动态静力条件
用解析法对机构进行力分析时，为减小计算量，常按构件组进行动态静力计算，即选用构件组作为隔离示力体。故为了方便起见，所选用的构件组应满足约束反力静定条件。 设运动链(构件组)含有n 个构件和PL 个低副，则由n 个构件可列出3n 个独立的平衡方程式，而与上述，构件组中所含低副反力中的未知参数为2 PL 。因此，全由低副联结而成的运动链的动态静定条件为
3n ＝2P L
这与构成杆组的条件相同。由此可知，杆组是满足动态静定条件的运动链。
四、平面连杆机构动态静力分析特点
1) 对平面连杆机构进行运动分析，求出有关速度、角速度、加速度及角加速度等运动参数值；
2) 格机构按力分析起始件及杆组进行分解；
3) 从远离力分析起始件的杆组开始，逐个对各杆组进行动态静力分析，求出各运动副中的反力；
4) 对力分析起始件进行动态静力分析，求出应作用在主动件上的平衡力(或力矩)及有关的约束反力。
小结:
本章主要论述平面连杆机构的设计及性能分析两个方面的问题。主要内容概括如下：1．平面连杆机构设计中应考虑的一些共性问题
1) 平面四杆机构有曲柄条件。
2) 平面四杆机构的压力角和传动角。机构压力角是机构传力特性参数，要深入理解其定义及其物理意义。传动角是压力角的余角。机构压力角愈小(即传动角愈大)，传力特性愈好。在连杆机构中，习惯使用传动角来说明机构的传力特性。在设计机构时，要注意最小传动角应大于许用传动角。
3) 机构的死点。机构传动角为0的位置，称之为死点位置。若机构处于死点位置，则无论驱动力多么大，都不能驱使输出件运动。在机械传动设计中，应采用不同方法，使机构顺利通过死点位置。
4) 机构的急回特性。耍熟练掌握机构具有急回特性的条件及机构行程速度系数K的计算公式，理解极位夹角θ与急回特性的关系。
5) 连杆机构运动连续性。若设计不当，连杆机构在运动过程中合出现措位不连续或错并不连续问题。应注意检查所设计的机构运动是否连续。
2．平面连杆机构设计
接连杆机构所能实现的功能，可将连杆机构分为导引机构、函数机构及轨迹机构，其设计方法有几何法、解析法及实验法。
l) 要求熟练掌握根据等视角原理和转动极、半角的概念设计连杆机构的方法。该方法的要点是：根据已知条件．求出不同位置之间的转动极和半角，然后根据等视角原理，作半角样板，即可求得满足巳知条件的连杆机构。
2) 本章介绍的解析法的要点是：其一，根据机构运动过程中，必须满足的定长条件或定斜率条件列出设计方程；其二，根据巳知条件，求出位阵，然后利用位移矩阵，找到各位置的坐标之间的关系、并利用此关系，减少设计方程的未知参数；其三，求解设计方程，得到有关机构参数。
3．平面连杆机构的性能分析
性能分析包括运动分析和动态静力分析。
1) 机构运动分析方法有几何法、解析法。用几何法解题的要点是：根据相对运动原理列出速度(或加速度)矢量方程，然后分析方程中各矢量的大小、方向，若该矢量方程仅包含两个未知量，即可根据此方程作矢量多边形求解。用解析法解题的要点是；画出机构位置的封闭矢量多边形，并据此列出此多边形的复矢量方程求解机构的有关位置参数；对此复矢量位置方程求一次、二次导数，可分别解得机构速度和加速度。
此外，还可根据机构速度瞬心，对机构进行速度分析。
2) 机构动态静力分析的特点是接杆组作隔离示力体，并据此列方程求解。
对于平面多杆机构及空间连杆机构问题应有所了解。
第三章 平面连杆机构
第三章平面连杆机构 平面连杆机构是由若干构件和低副组成的平面机构，又称平面低副机构。这种机构可以实现预期的运动规律及位置、轨迹等要求。平面连杆机构用于各种机械中，常与机器的工作部分相连，起执行和控制的作用，在工程实际中应用十分广泛。平面连杆机构的主要优点有：1、低副为面接触，所以压强小，易润滑，磨损少，可以承受较大的载荷。2、构件结构简单，便于加工，构件之间的接触是由构件本身的几何约束来保持的，故工作可靠。3、在原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，满足多种运动规律的要求。其主要的缺点有：1、运动副中存在间隙，当构件数目较多时，从动件的运动累计误差较大。2、不容易精确地实现复杂的运动规律，机构设计相对复杂。3、连杆机构运动时产生的惯性力难以平衡，所以不适用于高速场合。 平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的平面四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此本章着重讨论平面四杆机构的基本形式及在实际中的应用，理解四杆机构的运动特性及设计平面四杆机构的基本设计方法。 3.1 平面连杆机构及其应用 连杆机构有平面连杆机构和空间连杆机构。其中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛，在平面连杆机构中，结构最简单的且应用最广泛的是由四个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆件而组成。故本章着重介绍平面四杆连杆机构。 3.1.1铰链四杆机构的类型 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本形式。如图3-1所示。图中固定不动的构件AD是机架；与机架相连的构件AB、CD称为连架杆；不与机架直接相连的构件BC称为连杆。连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，只能作往复摆动的构件称为摇杆。 图3-1 铰链四杆机构 根据两连架杆中曲柄(或摇杆)的数目，铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式。
机械原理课程设计 连杆机构的设计及运动分析
机械原理课程设计 编程说明书 一设计任务-------------------------------2 二设计过程-------------------------------2 2.1设计思想-------------------------------2 2.2参数的定义-----------------------------2 2.3数学模型-------------------------------3 2.4程序流程图-----------------------------4 2.5源程序设计-----------------------------5 三设计结果--------------------------------12 3.1 连杆运动示意图-----------------------12 3.2 连杆参数的计算结果-------------------12 3.3 位移、角速度、加速度曲线绘制---------16 四课程设计总结------------------------17 五参考文献---------------------------18
一设计任务 任务：连杆机构的设计及运动分析 已知： 中心距X1=70mm，X2=190mm，Y=330mm。构件3的上、下极限Φ=60、Φ=120,滑块的冲程H=220mm，比值CE/CD=1/2，EF/DE=1/4，各构件S重心的位置，曲柄每分钟转速N1=120r/min。 要求：1）建立数学模型； 2）用C语言编写计算程序、并运行； 3）绘制从动件运动规律线图，并进行连杆机构的动态显示； 4）用计算机打印出计算说明； 二设计过程 2.1 设计思想 根据主动杆AB的转角变化和DE杆的极限位置的确定得出其它各杆件的运动规律。确定初始角度通过循环模拟连杆的运动过程。数学模型的建立运用矢量方程解析法。 2.2参数的定义 theta-------转角 omga-----角速度epsl------角加速度
第三章 连杆机构设计和分析
第三章连杆机构设计和分析 本章重点： 平面四杆机构设计的几何法、解析法，及平面连杆机构运动分析的几何方法、解析法，机构动态静力分析的特点 本章难点： 1. 绘制速度多边形和加速度多边形时，不仅要和机构简图中的位置多边形相似，而且字母顺序也必须一致。 2．相对速度和加速度的方向，及角速度和角加速度的转向。 3．用解析法对平面机构进行运动分析，随着计算机的普及，已越来越显得重要，并且将在运动分析中取代图解法而占主要地位。其中难点在于用什么样的教学工具来建立位移方程，并解此方程。因为位移方程往往是非线性方程。 基本要求： 了解平面连杆机构的基本型式及其演化；对平面四杆机构的一些基本知识(包括曲柄存在的条件、急回运动及行程速比系数、传动角及死点、运动的连续性等)有明确的概念；能按已知连杆三位置、两连架杆三对应位置、行程速比系数等要求设计平面四杆机构。 §3－1 平面四杆机构的特点和基本形式 一、平面连杆机构的特点 能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，低副不易磨损而又易于加工。由本身几何形状保持接触。因此广泛应用于各种机械及仪表中。 不足之处:作变速运动的构件惯性力及惯性力矩难以完全平衡； 较难准确实现任意预期的运动规律，设计方法较复杂。 连杆机构中应用最广泛的是平面四杆机构。 二、平面四杆机构的基本型式 三种：曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 三、平面四杆机构的演变 1．转动副转化为移动副 2．取不同构件为机架： 3．变换构件的形态 4．扩大转动副尺寸。 §3－2 平面连杆机构设计中的一些共性 一、平面四杆机构有曲柄的条件 上一节中，已经讲过平面四铰链机构中有三种基本形式：曲柄摇杆机构（一个曲柄）；双曲柄机构（二个曲柄）；双摇杆机构（没有曲柄）。可见有没有曲柄，有几个曲柄是基本形式的主要特征。因此，曲柄存在条件在杆机构中具有十分重要的地位。下面分析曲柄存在条
连杆机构设计
连杆机构设计 提示： 连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副等）联结而成，故又称低副机构。连杆机构常用于刚体导引、实现已知运动规律或已知轨迹。特点: 连杆机构构件运动形式多样，如可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，从而可用于实现已知运动规律和已知轨迹。此外，低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不象凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。因此，平面连杆机构广泛应用于各种机械、仪表和机电产品中。平面连杆机构的缺点是：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。 连杆机构的类 型和应用 根据构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，连杆机构可分为平面连杆机构和空间连杆机构。根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等，一般将五杆及五杆以上的连杆机构称为多杆机构。当连杆机构的自由度为1时，称为单自由度连杆机构；当自由度大于1时，称为多自由度连杆机构。根据形成连杆机构的运动链是开链还是闭链，亦可将相应的连杆机构分为开链连杆机构（机械手通常是运动副为转动副或移动副的空间开链连杆机构）和闭链连杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，因而最简单的平面闭链连杆机构是四杆机构，其他多杆闭链机构无非是在其基础上扩充杆组而成；单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3，因而可由三个构件组成空间三杆机构。 连杆机构设计的基本问题和方法 连杆机构设计通常包括选型、运动设计、承载能力计算、结构设计和绘制机构装配图与零件工作图等内容，其中选型是确定连杆机构的结构组成，包括构件数目以及运动副的类型和数目；运动设计是确定机构运动简图的参数，包括各运动副之间的相对位置尺寸以及描绘连杆曲线的点的位置尺寸等等；承载能力计算是基于强度理论，确定关键零件的主要结构参数；结构设计是在综合考虑安装、调整、加工工艺性等因素情况下对各零件结构参数的全面细化。 平面连杆机构的运动设计是本章的主要研究内容，它一般可归纳为以下三类基本问题：1) 实现构件给定位置（亦称刚体导引），即要求连杆机构能引导某构件按规定顺序精确或近似地经过给定的若干位置。 2) 实现已知运动规律（亦称函数生成），即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系，包括满足一定的急回特性要求，或者在主动件运动规律一定时，从动件能精确或近似地按给定规律运动。
多连杆机构的运动学分析与合理设计
多连杆机构的运动学分析与合理设计 多连杆机构作为机械系统中常见的一种形式，广泛应用于各种工程领域。它由 多个连杆和铰接连接的节点构成，能够实现复杂的运动路径。在机器人技术、汽车工程和航天领域等众多应用中，多连杆机构的运动学分析和合理设计是至关重要的。 在进行多连杆机构的运动学分析时，需要首先确定各个连杆的长度、连杆的连 接方式以及铰接的位置等。通过这些参数的确定，可以进一步推导出机构的运动方程和运动学限制条件。常见的多连杆机构包括摇杆机构、曲柄滑块机构和平面四杆机构等。 以摇杆机构为例，它由一个直杆和两个转轴构成。当一个转动的驱动件作用于 摇杆机构时，整个机构的运动路径可以被描述为抛物线形状。通过分析抛物线的特性，可以确定驱动件的转速和转动角度对机构运动轨迹的影响，从而实现对机构运动的控制。 曲柄滑块机构是另一种常见的多连杆机构，它由一个转动的曲柄和一个滑块构成。曲柄滑块机构的运动轨迹通常是椭圆形状，可以通过改变曲柄的转动角度和滑块位置来实现不同的运动路径。在实际应用中，曲柄滑块机构常被用于发动机和机械传动系统中，其运动学分析对于提高机构的效率和可靠性至关重要。 平面四杆机构是一种更为复杂的多连杆机构，它由四个连杆和四个铰接节点组成。平面四杆机构的运动学分析涉及到大量的几何关系和运动学方程的推导，需要利用刚体座标系和几何约束条件进行求解。通过解析解或数值解的方法，可以求得平面四杆机构的运动轨迹、速度和加速度等运动学参数，为机构的合理设计提供了重要依据。 在多连杆机构的合理设计中，除了运动学分析以外，还需要考虑机构的结构刚度、平衡性和可靠性等因素。合理的机构设计可以提高机构的性能，并确保机构能
连杆机构设计方法
连杆机构设计方法 连杆机构是一种常见的机械传动装置，它由多个连杆和铰链组成，可以将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。在机械设计中，连杆机构的设计是非常重要的一环，下面将介绍一些常用的连杆机构设计方法。 一、确定机构类型 在设计连杆机构之前，首先需要确定机构的类型。常见的连杆机构类型有四杆机构、双曲杆机构、滑块机构等。不同类型的机构有不同的特点和适用范围，因此在设计时需要根据具体的需求选择合适的机构类型。 二、确定机构参数 在确定机构类型之后，需要确定机构的参数，包括连杆长度、铰链位置、运动轨迹等。这些参数的选择需要考虑到机构的运动要求和结构限制，同时还需要满足机构的稳定性和可靠性要求。 三、进行运动分析
在确定机构参数之后，需要进行运动分析，即分析机构的运动规律和运动轨迹。运动分析可以通过数学模型和计算机模拟等方法进行，可以帮助设计人员更好地理解机构的运动特性和优化机构设计。 四、进行强度分析 在完成运动分析之后，需要进行强度分析，即分析机构的受力情况和强度要求。强度分析可以通过有限元分析等方法进行，可以帮助设计人员确定机构的材料和尺寸，以满足机构的强度要求。 五、进行优化设计 在完成强度分析之后，需要进行优化设计，即对机构进行优化，以满足机构的性能要求和结构限制。优化设计可以通过参数优化、拓扑优化等方法进行，可以帮助设计人员找到最优的机构设计方案。 六、进行制造和装配 在完成优化设计之后，需要进行制造和装配。制造和装配需要考虑到机构的加工和装配难度，同时还需要满足机构的精度和可靠性要求。制造和装配的过程需要严格控制，以确保机构的质量和性能。 综上所述，连杆机构的设计是一个复杂的过程，需要考虑到机构的运
连杆机构设计--轨迹生成机构的运动设计
连杆机构设计--轨迹生成机构的运动设计
连杆机构设计：轨迹生成机构的运动设计 1 图谱法 这种方法是利用编纂汇集的连杆曲线图册来设计平面连杆机构。现举一例说明如下：例如生产上需要设计带停歇运动的机构（这种机构常用于打包机等一些机器中），首先查阅连杆曲线图册，找到连杆曲线上有一段接近圆弧的铰链四杆机构如图所示，图中连杆曲线的每一段短线的大小相当于曲柄AB转过50时连杆上点M所描绘的距离。整个连杆曲线由72段短线所组成。将曲柄的长度作为基准并取为1，其他构件的长度对曲柄的长度成比例，因此按图册上表示的杆长成比例地放大或缩小机构时，并不改变连杆曲线的特性。由图上可找出连杆曲线上的点P至点Q部分接近于圆弧，其曲率半径f=1.26。这段圆弧由十八段短线组成，因此当点M运动经过这段圆弧时，曲柄转过900，而其曲率中心G保持不动。再将另一构件MF的一端与连杆上的点M铰接，另一端F与滑块在点G处铰接，该构件的长度即等于曲率半径的大小（G处的输出件可以是滑块也可以是摇杆，视实际需要而定）。这样在图示机构中，当点M自点P运动至点Q时，滑块F静止不动；点M至点Q运动至点R时，滑块F向下运动；点M至点R运动至点P时，滑块F作返回运动。滑块F 的行程H=1.48，调整滑块导路倾角b的大小，就能改变滑块行程H的大小和往返行程的时间比。但需注意机构的最小传动角不得小于许用值。 由上述可知，使用图谱法可从连杆曲线图册中查到与所要求实现的轨迹非常接近的连杆曲线，从而确定了该机构的参数，使设计过程大大简化。 2 解析法
对于图示铰链四杆机构，以A点为原点、机架AD为x'轴建立直角坐标系Ax'y'。若连杆上一点M在该坐标系中的位置坐标为x'、y'，则有 或: 由式(7.26)和(7.27)消去f，得: 由式(7.28)和(7.29)消去y，得: 再由式(7.30)和(7.31)消去b，则得在坐标系Ax'y'中表示的M点曲线方程:
连杆机构原理
连杆机构原理 连杆机构是一种广泛应用于机械制造业的机构，由一对相对移动的连杆组成，能够转移力量，传输能量，成为机械制造业的重要设备，并用于驱动机械的动作，它是一种简单的机构，但却具有功能强大的威力。 连杆机构由固定的连杆和移动的连杆组成，其中固定的连杆一般被称为基杆，移动的部分称为连杆。基杆可以通过螺栓、焊接等方式固定在机构品体中，如安装在滑块上，并且可以把它所受到的力量传递给另一个连杆，从而使连杆机构形成动作。连杆机构在工程机械中有着广泛的应用，如起重机、拖拉机、凿岩机、钻孔机、圆锯机等等。 连杆机构是一种比较简单的机构，但其中有许多复杂的机构。在设计过程中，需要考虑连杆机构的能力，其中有旋转运动、滑动运动、移动运动等，也要考虑连杆机构的受力状况，其中有冲击力、摩擦力、拉力、切向力等，这一切都必须考虑在设计中。 此外，在结构设计时，需要考虑连杆机构的弯曲应力、挠应力、屈服应力等等，这些要求需要考虑连杆机构的材料、材料强度、规格参数等等，另外，连杆机构也有一定的载荷性能要求，比如轴承应力分布情况、耐磨性、可靠性等，这些都需要考虑在设计过程中。 总之，连杆机构是一种比较简单的机构，但其设计却非常复杂，要求与其他机构的设计有很大的区别。它的设计不仅要求考虑机构的性能，还要考虑材料的特性、载荷性能、连接方式等，而且这些要求极其复杂，有效完成连杆机构的设计，需要通过对机构设计的理论知
识和相关技术的熟练掌握，以及对材料的特性、机构的受力状况和性能要求的深入理解。 综上所述，连杆机构是一种在机械制造业中非常重要的机构，它具有简单的结构，但要求极其复杂，建立良好的连杆机构设计，需要科学合理的设计理念，以及对材料性能、受力状况和性能要求的深入理解，只有这样，才能够完成准确、质量可靠的连杆机构设计。
连杆机构及其设计知识点
连杆机构及其设计知识点 连杆机构作为一种常见的机械传动装置，在工程设计中起到了重要 的作用。它由多个连杆和连接件组成，能够将旋转运动转化为直线运 动或者将直线运动转化为旋转运动。本文将介绍连杆机构的定义、分类、工作原理以及设计中需要注意的知识点。 一、连杆机构的定义 连杆机构是由多个连杆和连接件组成的机械传动装置。它通过连接 不同的连杆，使其在特定的轨迹上进行运动，并实现不同的机械功能。 二、连杆机构的分类 根据连杆的数量和类型，连杆机构可以分为四种基本类型：曲柄滑 块机构、摇杆机构、滑块机构和翼型机构。 1. 曲柄滑块机构 曲柄滑块机构由曲柄、连杆和滑块三部分组成。曲柄通过旋转产生 连杆的运动，滑块在连杆的控制下做往复直线运动。曲柄滑块机构广 泛应用于发动机、压力机、锻压机等设备中。 2. 摇杆机构 摇杆机构由摇杆和连接件组成。摇杆以一端固定，另一端通过连接 件完成与其他部件的连接。摇杆机构可将旋转运动转换为另一种旋转 运动或直线运动。摇杆机构常见于挖掘机、摇摆门等设备中。 3. 滑块机构
滑块机构由滑块和连杆组成，滑块在连杆的控制下沿直线轨迹运动。滑块机构广泛应用于自动化机械、冲床等领域。 4. 翼型机构 翼型机构是由翼型件和其他连杆组成的机构，它可以实现翼型件的 曲面运动。翼型机构常见于飞机的机翼结构设计中。 三、连杆机构的工作原理 连杆机构的工作原理是基于连杆间的运动转换关系。通过调整连杆 的长度、夹角和固定点的位置，可以实现不同形式的运动转换。工程 设计中，需要根据实际需求选择合适的机构类型和参数。 四、连杆机构设计的知识点 在进行连杆机构的设计时，需要注意以下几点： 1. 连杆长度的选择：连杆的长度决定了机构的运动幅度和速度。通 过合理选择连杆的长度，可以满足设计要求。 2. 连杆夹角的确定：连杆夹角决定了机构传动比和输出运动的特性。在设计过程中，需要根据具体场景选择合适的夹角。 3. 连杆的材料选择：连杆的材料应具有足够的强度和刚度，以满足 机构运动的要求。 4. 连杆的连接方式：连杆的连接方式包括销轴连接、铰链连接和焊 接连接等。在设计过程中，需要选择合适的连接方式，并保证连接的 强度和可靠性。
气缸连杆机构设计案例及步骤
气缸连杆机构设计案例及步骤 1. 气缸连杆机构设计概述 气缸连杆机构是一种常用于工程机械、汽车发动机等领域的传动装置，用于将气缸的往复运动转换为连杆的旋转运动。本文将介绍气缸连杆机构的设计案例及设计步骤。 2. 气缸连杆机构设计案例 2.1 气缸连杆机构设计案例一：汽车发动机 汽车发动机是气缸连杆机构应用最广泛的领域之一。在汽车发动机中，气缸连杆机构用于将气缸的往复运动转换为曲轴的旋转运动，驱动汽车的轮胎。 设计步骤： •确定要使用的气缸数量，通常为4、6或8个。 •根据气缸数确定连杆的数量和布局方式，常用的布局方式有V型和直列两种。•根据发动机的功率需求，选择合适的气缸直径和行程。 •根据发动机的转速和负载要求，选择合适的连杆长度和比例。 •确定气缸配气机构的设计，包括进气和排气阀门的位置和工作方式。 •进行结构设计和强度分析，确保气缸连杆机构能够承受发动机的工作负荷。•制造和装配气缸连杆机构，并进行调试和测试。 2.2 气缸连杆机构设计案例二：挖掘机臂架 挖掘机臂架是另一个应用气缸连杆机构的典型例子。在挖掘机臂架中，气缸连杆机构用于控制挖斗的升降和伸缩运动。 设计步骤： •确定挖斗的负载要求和工作范围。 •根据挖掘机的结构和布局，确定气缸连杆机构的类型和数量。 •根据挖斗的工作角度和速度要求，选择合适的气缸直径和行程。
•根据挖掘机的结构和空间限制，设计合适的连杆长度和比例。 •进行结构设计和强度分析，确保气缸连杆机构能够承受挖掘机的工作负荷。•制造和装配气缸连杆机构，并进行调试和测试。 3. 气缸连杆机构设计步骤 3.1 可行性分析 在进行气缸连杆机构设计之前，需要进行可行性分析，评估气缸连杆机构是否适用于特定的应用场景。这包括考虑以下因素： - 负荷和速度要求 - 空间和布局限制- 结构强度和刚度要求 - 成本和制造的可行性 3.2 运动分析与设计 在进行气缸连杆机构的设计时，需要进行运动分析和设计，确定气缸连杆机构的运动规律和参数。这包括以下步骤： - 确定气缸的运动方式（往复运动或转动运动）- 分析和计算气缸连杆机构的运动学和动力学特性 - 选择合适的连杆类型和长度 - 根据运动要求，计算连杆和关节的尺寸和位置 3.3 结构设计和强度分析 在进行气缸连杆机构的结构设计时，需要考虑以下因素： - 材料选择 - 结构形式和布局 - 连杆和关节的设计 - 结构强度和刚度分析 3.4 制造和装配 完成气缸连杆机构的设计后，需要进行制造和装配。这包括以下步骤： - 制造气 缸和连杆的零件 - 进行加工和装配 - 进行调试和测试，确保气缸连杆机构的正常运行 4. 总结 本文介绍了气缸连杆机构的设计案例及步骤。通过设计案例的介绍，我们可以了解到气缸连杆机构的应用领域和设计要求。设计步骤的介绍可以帮助我们理解气缸连杆机构设计的全过程。在气缸连杆机构设计过程中，我们需要进行可行性分析、运动分析与设计、结构设计和强度分析、制造和装配等步骤，以确保设计的可行性和性能要求的满足。
机械设计中的曲柄连杆机构设计
机械设计中的曲柄连杆机构设计 1. 概述 在机械设计中，曲柄连杆机构是常用的传动机构之一。它由曲柄和连杆组成，常用于转动运动转换为往复运动的转换装置。本文将针对曲柄连杆机构的设计进行讨论和探究。 2. 曲柄连杆机构的基本原理 曲柄连杆机构基于几何原理，通过曲柄的旋转将往复运动转化为旋转运动或者将旋转运动转化为往复运动。其基本组成部分包括曲柄、连杆和活塞。曲柄是一个旋转的轴，连杆通过连接曲柄和活塞来实现往复运动。 3. 曲柄连杆机构设计的要点 在进行曲柄连杆机构设计时，有几个重要的要点需要考虑： 3.1 运动要求 首先需要明确机构所承载的运动要求。例如，机构所需的往复运动频率、行程大小、运动轨迹的形状等。这些要求将直接影响到曲柄连杆机构的设计参数。 3.2 曲柄结构设计 曲柄的结构设计需要考虑曲柄的强度和刚度。曲柄的形状和长度会直接影响到机构的运动特性。一般情况下，曲柄的结构设计会采用一定的经验公式或者有限元分析等方法来确定。
3.3 连杆设计 连杆的设计也是曲柄连杆机构中的重要环节。连杆的长度、剖面形 状和材料选择都需要进行合理的设计。连杆的设计需要满足强度和刚 度要求，同时还需要考虑质量和制造难度等因素。 3.4 活塞设计 活塞在曲柄连杆机构中起到连接曲柄和连杆的作用，其设计也需要 考虑密封性能和轻质化要求。活塞的几何形状和材料选择都会对机构 的性能产生影响。 4. 曲柄连杆机构设计的优化 在进行曲柄连杆机构设计时，可以利用一些优化方法来提高机构的 性能。比如遗传算法、神经网络等可以用来寻找最优的设计参数组合。优化设计可以使曲柄连杆机构在满足运动要求的同时，具备更好的性 能指标，如减小能耗、提高传动效率等。 5. 曲柄连杆机构设计的案例分析 为了更好地理解曲柄连杆机构设计的实际应用，下面以某某机械设 备中的曲柄连杆机构设计为例进行分析。包括对设计要求的分析、曲 柄连杆机构参数的计算和优化等。 6. 结论 曲柄连杆机构作为一种常用的传动机构，在机械设计中具有广泛的 应用。通过合理的设计和优化，可以满足机构的运动要求，并提高机
大作业3 连杆机构设计
大作业1 连杆机构设计 1.运动分析题目 在如图所示的六杆机构中，已知AB=150mm，AC=550mm，BD=80mm，DE=500mm，曲柄以等角速度ω1=10 rad/s沿逆时针方向回转，求构件3的角速度、角加速度和构件5的位移、速度、加速度。 建立坐标系以固定支座 A 为坐标原点 1拆分基本杆组
如图所示，机构可划分为三个基本机构，该机构由一个I级机构和两个II级杆组组成，为二级机构。 3. 求解步骤及结果 如图建立直角坐标系： 以固定支座A 为坐标原点，调用I级杆组子程序求得x B，y B，v xB，v yB，a xB，a yB。再利用RPR II级基本杆组的子程序求出摇块C 的的角速度w C和角加速度βC (即为题中所 求构件3 的角速度、角加速度)。再将 B 点的运动参数作为已知，代入I级杆组子程序中，求出x D，y D，v xD，v yD，a xD，a yD。最后在将D 点的运动参数代入RRP II级基本杆组的子程序中，即可求出s E，v E，a E (即为题中 所求构件5 的位移、速度、加速度)。 位移
速度 加速度 附录 同一构件上点的运动模型求解程序
clc xa=0; ya=0; l=0.15; w=10; a=0; fai=0:pi*0.01:2*pi; xB=xa+l*cos(fai); yB=ya+l*sin(fai); vxB=-w*l*sin(fai); vyB=w*l*cos(fai); axB=-w^2*l*cos(fai); ayB=-w^2*l*sin(fai); xB yB vxB vyB axB ayB xa=xB;vxa=vxB;axa=axB; ya=xB;vya=vyB;aya=ayB; l=0.08; w beta xD=xa+l*cos(fai); yD=ya+l*sin(fai); vxD=vxa-w.*l.*sin(fai); vyD=vya+w.*l.*cos(fai); axD=axa-w.^2.*l.*cos(fai)-beta.*l.*sin(fai); ayD=aya-w.^2.*l.*sin(fai)+beta.*l.*cos(fai); xD yD vxD vyD axD ayD b）RPR杆组子程序 xb=0;vxb=0;axb=0; yb=0.55;vyb=0;ayb=0; xd=xB;vxd=vxB;axd=axB; yd=yB;vyd=vyB;ayd=ayB; A0=-xB; B0=0.55-yB; s=(A0.^2+B0.^2).^1/2;
机械设计中的连杆机构设计
机械设计中的连杆机构设计 连杆机构是机械设计中常见且重要的一种机构，广泛应用于各种机 械装置和工业设备中。它通过连杆的运动转换实现了力量和动力的传递，并将旋转运动转变为直线运动或复杂的运动轨迹。在机械设计中，合理的连杆机构设计对保证机械设备的正常运行和性能优化起着至关 重要的作用。 一、连杆机构的基本原理 连杆机构由连杆、曲柄和活塞等部件组成。其中连杆是连接曲柄和 活塞的关键部件，其长度、形状和材质的选择对机构的运动性能和工 作效率有着重要影响。在连杆机构的设计中，需要考虑到力学特性、 刚度、强度和动力学等因素，以满足设计要求。 二、连杆机构的设计步骤 1. 确定机构类型和参数：根据机械设备的工作要求和运动形式，确 定连杆机构的类型，如曲柄摇杆机构、双曲柄机构等，并确定机构参数，包括机构的长度、角度和运动轨迹等。 2. 选择连杆的形状和材质：根据机械设备的工作条件和载荷要求， 选择适当的连杆形状和材质。连杆的形状可以是直杆、曲杆、十字杆等，而材质可以是钢、铝、合金等。选择合适的连杆形状和材质，可 以提高机构的刚度和强度，提高机械设备的工作效率和寿命。
3. 进行力学分析和计算：对连杆机构进行力学分析，计算各个部件的受力情况和工作性能。力学分析可以采用力学方法、静力学平衡方程、材料力学等方法，以确定连杆机构的工作状态和受力情况。 4. 进行动力学分析和计算：对连杆机构进行动力学分析，计算机构在工作过程中的速度、加速度和动力等参数。动力学分析可以采用牛顿力学方法、运动学方程、能量方法等，以确定机构的运动特性和工作效率。 5. 进行刚度和强度计算：根据机械设备的工作条件和应力要求，进行连杆机构的刚度和强度计算。刚度计算可以采用弹性力学方法，确保连杆在工作时的形变和变形量满足设计要求。强度计算可以采用强度学方法，确保连杆在受力时不会发生破坏和断裂。 6. 进行参数优化和设计修改：根据分析和计算结果，对连杆机构的参数进行优化和设计修改。通过参数优化和设计修改，可以提高机构的工作性能和工作效率，优化机械设备的结构和性能。 三、连杆机构设计的注意事项 1. 确保连杆机构的刚度和强度：在连杆机构的设计中，需要确保连杆的刚度和强度满足设计要求。刚度过低会导致机构在工作时发生过大的变形和振动，从而影响机械设备的精度和稳定性；强度过低会导致连杆在受力时发生破坏和断裂，从而影响机械设备的安全性和可靠性。
第3章 平面连杆机构及其设计部分习题参考答案
左图：极位夹角18.6θ= ， 右图：{}m i n m i n (180 157.3),51.1 22.7 γ=-= 习题3-4 习题3-5
习题 3-7 习题3-8 解： 1 1.51180180361 1.51 K K θ--===++ 112sin(/2)200sin 1861.8O A O O l l mm θ=== 80 127.3236 180 H r m m π θ = = =⨯
综合测试题3-2 综合测试题3-3 121180180601 21 K K θ--===++ （1）若为摆动导杆机构，如图（1）： 4080sin(/2) sin 30 BC AB mm θ= = = 1212502522 E E A F A F m m ==== 12550sin 30 1/2 A F A D m m = = = min 50 100cos cos 60AD D E m m γ=== 图（1） （2）若为转动导杆机构，如图（2）： cos 40cos 6020AB BC mm θ=== 1212/2/225AD D D E E m m === min 2550cos cos 60 AD D E m m γ== = （ 图 图（2） C 2 D 1 10 F260 ° ° 60° 5080 40D E E2 E1D 2 C 1 B A
测试题：（请同学们思考求解） 一、设计一曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件，从动摇杆处于两极限位置时，连杆的两铰链点的连线正好 处于图示之C 11和C 22位置，且连杆处于极限位置C 11时机构的传动角为︒40。连杆与摇杆的铰接点取在C 点（即图中之C 1点或C 2点）。试用图解法求曲柄AB 和摇杆CD 之长。（直接在图上作图，保留作图线，不用写作图步骤，mm m l /001.0=μ） 二、摇筛机构示意图如图(a). 已知连杆(筛子)长l =1500mm ，其工作的两极限位置E C 和E C ，1E 点 , 27。 试求曲柄BC 的长度BC l 及插刀P 的行程s ；
平面连杆机构设计与特性分析实验
平面连杆机构设计与特性分析实验——实验报告 实验时间：2014 年3月26 日班级：姓名： 成绩：实验指导教师： 一．实验记录 1．第一组杆长数据： 2．验算杆长条件： 最短杆长度+ 最长杆长度= （150）+ （300）= （450）mm, 其它两杆长度之和= （300）+（300）=（600）mm 验证：最短杆长度+ 最长杆长度（<）其它两杆长度之和。 3．绘制以最短杆的邻杆4为机架时的机构简图，图一（标出比例尺μL= mm/m）并在同一图上画出机构的两个极限位置； 图上测量出：摇杆的摆角ψ= (70.0°)，极位夹角θ= （35.5°）， 计算行程速比系数K = （1.49）。 实际机构测量：摇杆的摆角ψ′= （69.0°），极位夹角θ′=（36.0°） 误差计算：△ψ=ψ′-ψ= （1°），△θ=θ′-θ=（0.5°） 4．转动曲柄，观察连杆BC 与连架杆CD的夹角变化。当最短杆AB的转角φ=（0°）时，铰链C 处的夹角β最小，量出βmin= （30.4°）；当最短杆AB的转角φ= （180°）时，铰链C 处的夹角β最大，量出βmax = （98°）；画出对应的机构运动简图，图二。 5．分别以1、2、3为机架，观察机构的运动情况。 当以杆1 为机架时，得到（双曲柄）机构；连架杆2 作（整周转）动，连架4 作动。
当以杆2为机架时，得到（曲柄摇杆）机构；最短杆1作（整周转）动，连架3作（摆）动。当以杆3为机架时，得到（双摇杆）机构；连架杆2作（摆）动，连架杆4作（摆）动。 画出相应的机构运动简图：（比例：μL= mm/mm） ①（双曲柄）机构②（曲柄摇杆）机构③（双摇杆）机构 问：上述三种机构分别以不同连架杆做原动件，观察哪种机构有死点位置，在什么条件下出现死点位置。 答：①、③不存在顶死现象，即无死点。②机构为曲柄摇杆机构，有死点。当杆AB、BC在同一直线上，且在A点右侧时，机构会出现顶死现象。此时传动角γ=0°，即此点为死点。 思考题与习题： 1．通过观察平面铰链四杆机构，当其四个杆轮流做机架时，说明平面铰链四杆机构有曲柄的充分必要条件。 答：a，各杆长度满足杆长条件； b，其最短杆为机架杆或连架杆。 2．通过观察曲柄摇杆机构的运动，说明机构中的β角是不是传动角，计算最小传动角γmin 。 并说明其传动角γ达到其最小值的条件和产生急回运动的原因。 答：C点处的β角与γ角相等，互为对顶角。当B运动在线段AD上时，传动角γ。 机构急回原因：由于曲柄为等速转动，有a1>a2,所以有t1>t2,v2>v1，即产生急回 运动。
第三章平面连杆机构
教学目地：1熟悉平面四杆机构的基本形式的结构特点和运动特点 2掌握铰链四杆机械的工作特性和曲柄存在条件 3了解滑块四杆机构的形式及应用 4掌握图解设计平面四杆机构的方法 教学重点：1铰链四杆机构基本形式的结构特点、工作原理。 2滑块四杆机械的类型及其应用 3设计平面四杆机构 教学难点：1铰链四杆机构的工作特点 2平面四杆机构的图解法设计 3．1概述 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杆 1、 曲柄摇杆机构。 定义：两连架杆中一个为曲柄，另一个为摇杆的四杆机构，成为曲柄摇杆机构 作用： 曲柄摇杆机构的主要用途是改变运动形式, 可将回转运动转变为摇杆的摆动 例： 2. 双曲柄机构 定义：两连架杆均为曲柄的四杆机构 称为双曲柄机构。 平行双曲柄机构： 在双曲柄机构中, 若相对的两杆长度分别相等。 作用：等速转变为变速转动 例： 3. 双摇杆机构
定义： 两连架杆均为摇杆的四杆机构称为双摇杆机构。 作用： 摆动变为摆动 例： 二、四杆机构存在曲柄的条件 1 在曲柄摇杆机构中, 曲柄是最短杆； 2 最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。 根据有曲柄的条件可得推论： (1) 取与最短杆相邻的杆件为机架, 两连架杆中一个为曲柄, 另一个为摇杆, 则得曲柄摇杆机构； (2) 取最短杆为机架, 两连架杆同时成为曲柄, 则得双曲柄机构； （3） 取与最短杆相对的杆件为机架, 两连架杆都不能整周回转, 则得双摇杆机构。 若最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和时，只能得到双摇杆机构。 三、滑块四杆机构的形式及应用 1曲柄滑块机构 2导杆机构 3摇块机构和定块机构 课号2 3.2 平面四杆机构的运动特性 M B B ′C ′M ′A D C
机械原理概念复习
机械原理基本概念总结 第一章绪论 1、机械原理又称为机械机器理论与机构学。 2、内容：机械原理是研究机构和机器的运动及动力特性，以及机械运动方案设 计的一门基础技术学科。 3、机械原理：研究对象是机械，机械是机构和机器的总称。 4、机构的定义:把一个或几个构件的运动变换成其他构件所需的具有确定运动的 构件系统。常用的机构包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系、间歇运动机构。 5、机器的定义：由人为物体组成的具有确定机械运动的装置，完成一定的工作 过程，以代替人类的劳动。实例：缝纫机、洗衣机、各类机床、运输车辆。 6、机器与机构之间的关系——机器是由机构组成的。例如图示单缸内燃机中就 包含了三种常用机构：连杆机构、齿轮机构、凸轮机构。 7、机构的作用：一是用来将一种运动形式（如旋转）变换成另外一种运动形式， 二是用来传递动力。 机器的作用：代替或减轻人类劳动，或将一种能量形式转换成另一种形式。 8、机器的类别：动力机器、工作机器、信息机器。 9、机器的组成：控制系统、信息测量和处理系统、动力部分、传动部分及执行 机构系统。 10、机械设计的一般进程：机械产品的研制过程包括设计、制造、试验，定型 等环节。 机械设计阶段的四个进程：产品规划-方案设计-详细设计-改进设计。
机械运动方案设计的主要内容：①机械运动简图的类型综合；②机械运动简图的尺度综合；3）机电一体化技术在机械运动方案设计中的应用。 11、机械原理的地位和作用：机械原理是研究机构和机械运动简图设计的一门 重要技术基础课程，其任务主要是使学生掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能。培养学生初步拟定机械系统运动方案、分析和设计基本机构的能力。 机械原理主要包括内容：①机构的组成原理和类型综合；②典型机构的设计；③机械系统的设计；④机械动力学。 第二章机构的组成原理和机构类型综合 1、构件(link) ：独立的运动单元；零件(part) ：独立的制造单元。 2、运动副——两个构件直接接触组成的仍能产生某些相对运动的连接。 三个条件缺一不可：a)两个构件，b) 直接接触，c) 有相对运动 3、运动副元素：两构件构成运动副的直接接触的部分（点、线、面）。 例如凸轮、齿轮齿廓、活塞与缸套等。 4、运动副的分类： ①按引入的约束数分有：I级副、II级副、III级副、IV级副、V级副。 构件受到约束后自由度减少，每加上一个约束，便失去一个自由度，自由度与约束数之和为6。提供一个约束条件的，称为I级副。 ②按相对运动范围分有：平面运动副、空间运动副。（平面机构——全部由平 面运动副组成的机构。空间机构:至少含有一个空间运动副的机构。）
第三章平面连杆机构及其设计习题解答五篇范文
第三章平面连杆机构及其设计习题解答五篇范文 第一篇：第三章平面连杆机构及其设计习题解答 图11所示铰链四杆机构中，已知各杆长度lAB=42mm，lBC=78mm，lCD=75mm，lAD=108mm。要求 (1)试确定该机构为何种机构； (2)若以构件AB为原动件，试用作图法求出摇杆CD的最大摆角ϕ，此机构的极位夹角θ，并确定行程速比系数K(3)若以构件AB为原动件，试用作图法求出该机构的最小传动角 γmin； (4)试分析此机构有无死点位置。 图11 【分析】(1)是一道根据机构中给定的各杆长度（或尺寸范围）来确定属于何种铰链四杆机构问题；(2)(3)(4)是根据机构中给定的各杆长度判定机构有无急回特性和死点位置，确定行程速比系数K 和最小传动角问题。 解：(1)由已知条件知最短杆为AB连架杆，最长杆为AD杆，因lAB+lAD=42+108=150mm