机械原理连杆机构共40页
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第四章连杆机构及其设计-1
a b c d 杆
a c b d
长 条
a d b c 件
且a b，a c，a d.
周转副存在条件：
条件1）称为杆长条件。
1）最短杆长度 + 最长杆长度≤ 其余两杆长度之和。 2）组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。
◆满足杆长条件时，有最短杆参与构成的转动副都是 周转副，而其余转动副则是摆转副。
平面连杆机构中最简单、应用最广的是 四杆机构，其他多杆机构都是在它的基础上 扩充而成的，本章重点讨论四杆机构及其设 计。
§4-1 平面四杆机构的基本类型 及其演化
一、铰链四杆机构中曲柄存在的条件
二、铰链四杆机构的基本类型、应用及其演化
三、具有移动副的四杆机构及其演化
铰链四杆机构
机构中的全部运动副均为转动副 时的四杆机构为铰链四杆机构。
斗 机 构
②反平行四边形机构（逆平行四边形机构）：
在双曲柄机构中，若相对两杆的长度相等，但不 平行(BC与AD)，两曲柄转向相反（AB与CD）， 称为反平行四边形机构。
车门开闭机构 （主、从动曲柄反向转动。）
四轮拖车转向机构
注：平行四边形机构在共线位置出 现运动不确定。采用两组机构错开排列。 作者：潘存云教授
B
自卸卡车举升机构
摆缸式内燃机机构
左侧四杆机构位移量小，减振功能差
挖掘机相邻两杆之间的开合动 作也是由摇块机构来实现的。
③定块机构（移动导杆机构） B
曲柄滑块机构中，当滑块3为
1
2
A
4
C3
机架时，即得定块机构。
曲柄滑块机构
1 2
3 4
定块机构
滑块3为定块，一般取杆1为原动 件，杆2绕C点往复摆动，而杆4 仅相对滑块3作往复移动。
机械原理(清华) 3连杆机构
双曲柄机构
以最短杆AB相邻构件AD为机架
曲柄摇杆机构
以最短杆AB相邻构件BC为机架
曲柄摇杆机构
以最短杆AB对面构件CD为机架
双摇杆机构
杆长条件不成立时
双摇杆机构
a+e<b
急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间
行程速比系数 K
极位夹角 q（锐角）
t1 1 180 q K t 2 2 180 q
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
取不同构件作机架
低副可逆性
B A
C D
曲柄摇杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
取不同构件作机架
曲柄摇杆机构
曲柄摇块机构
摆动导杆机构
2.1.2 平面四杆机构的演化
转动副转化为移动副
取不同构件作机架
2.5.3 函数生成机构的设计
已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连 架杆可以实现三组对应关系
函数生成机构
？
刚体导引机构
d
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D 轴为中心转过 1 2 得到的。
低副可逆性； 机构在某一瞬时，各构 件相对位置固定不变， 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同而改变。
连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面 刚化反转法一定要理解，熟练使用
机械优化设计方法
设计目标： min [ f( x1, x2,…… ) ] 设计变量： x1, x2,……
约束条件： F1 (x1, x2,…… ) ≤ 0 F2 (x1, x2,…… ) ≤ 0
机械原理课件第5章 连杆机构设计
第五章 平面连杆机构及其设计 §5-1平面连杆机构的应用及传动特点§5-2平面四杆机构的类型和应用§5-3平面四杆机构的一些共性问题§5-4 平面四杆机构的设计1）低副便于加工、润滑；构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长；2）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。
如：锻压机肘杆机构，单侧曲线槽导杆机构，汽车空气泵，可变行程滑块机构，等。
一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）.例如：四足机器人（图片、动画）、内燃机中的曲柄滑块机构、汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。
曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构：铰链四杆机构（雷达天线，飞剪，搅拌机）锻压机肘杆机构可变行程滑块机构3）可用于远距离操纵、重载机构，如：自行车手闸机构，挖掘机等。
4）连杆曲线丰富，可实现特定的轨迹要求，如：搅拌机构，鹤式起重机等。
挖掘机搅拌机构鹤式起重机二、平面连杆机构的缺点1）运动副中的间隙会造成较大累积误差，运动精度较低。
2）多杆机构设计复杂，效率低。
3）多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡，不适用于高速。
多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。
本章介绍四杆机构的分析和设计。
六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构：全部用回转副联接而成的四杆机构。
连架杆——与机架相联的构件；周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副；曲柄1——作整周定轴回转的构件；摇杆3——作定轴摆动的构件；转动副摆转副（C、D）周转副（A、B）铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
实现转动和摆动的转换。
雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用（动画演示）：雷达天线俯仰角调整机构，飞剪机构，搅拌机构，摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。
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
机械原理-连杆机构设计图解法_一_
连杆机构设计(图解法)
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
机械原理四连杆机构全解
曲柄摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的 分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无 助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越 小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0， 所以压力角是反映机构传力效果好坏的 一个重要参数。一般设计机构时都必须 注意控制最大压力角不超过许用值。
死点会使机构的从动件出现卡死或 运动不确定的现象。可以利用回转机构 的惯性或添加辅助机构来克服。如家用 缝纫机中的脚踏机构，图4-3a。 有时死点来实现工作，如图4-6所示 工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆 CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传 给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力 不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F 后，工件依然被可靠地夹紧。
图4-3a所示为缝纫机的踏板机构， 图b为其机构运动简图。摇杆3（原动 件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1 （从动件）做整周转动，再经过带传 动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性有。
急回 压力与传动角 死点
1．急回运动
如图4-4所示为一曲柄摇杆机构， 其曲柄AB在转动一周的过程中，有两 次与连杆BC共线。在这两个位置，铰 链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别 为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D 和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的 分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无 助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越 小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0， 所以压力角是反映机构传力效果好坏的 一个重要参数。一般设计机构时都必须 注意控制最大压力角不超过许用值。
死点会使机构的从动件出现卡死或 运动不确定的现象。可以利用回转机构 的惯性或添加辅助机构来克服。如家用 缝纫机中的脚踏机构，图4-3a。 有时死点来实现工作，如图4-6所示 工件夹紧装置，就是利用连杆BC与摇杆 CD形成的死点，这时工件经杆1、杆2传 给杆3的力，通过杆3的传动中心D。此力 不能驱使杆3转动。故当撤去主动外力F 后，工件依然被可靠地夹紧。
图4-3a所示为缝纫机的踏板机构， 图b为其机构运动简图。摇杆3（原动 件）往复摆动，通过连杆2驱动曲柄1 （从动件）做整周转动，再经过带传 动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
曲柄摇杆机构的主要特性有。
急回 压力与传动角 死点
1．急回运动
如图4-4所示为一曲柄摇杆机构， 其曲柄AB在转动一周的过程中，有两 次与连杆BC共线。在这两个位置，铰 链中心A与C之间的距离AC1和AC2分别 为最短和最长，因而摇杆CD的位置C1D 和C2D分别为其两个极限位置。摇杆在 两极限位置间的夹角称为摇杆的摆角。
机械原理 平面连杆机构及设计PPT教学课件
3
16
曲柄滑块机构
1) 偏置曲柄滑块机构
B2 1 A
C3 e
2) 对心曲柄滑块机构
B
1
2
A
.
C3
17
曲柄移动导杆机构
2 B
1
A
C3
B2
1 3
A
正弦机构
s
s l.AB sin
18
2、取不同构件为机架（机构倒置）
1）铰链四杆机构的倒置
.
19
.
20
2）单滑块机构的倒置
曲柄滑块机构
曲柄转动导杆机构
在连架杆中，能绕其 轴线回转360°者称为曲 柄；仅能绕其轴线往复 摆动者称为摇杆。
1）曲柄摇杆机构：一个连架杆为曲柄，另一个为摇杆。 2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄。 3）双摇杆机构：两连架杆均为摇杆。
.
15
二、平面四杆机构的演变
1、转动副转化为移动副
2
1
3
4
铰链四杆机构
曲柄滑块机构
2
1 4
.
注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：
最长杆的杆长 < 其余三杆长度之和。
.
33
曲柄滑块机构有曲柄的条件
B
a
b
C’
C
e
A
b a
B’
显然，需满足:
a+e ≤ b
.
34
B a
b C”
e
B’
B”
A
C C’
.
35
导杆机构有曲柄的条件
.
36
摆动导杆机构有曲柄的条件
d-a d
机械原理第二章 连杆机构(第二版)
C2 180º + A B2 180º C1
B1
D
m 2 / t 2 180 K m 1 / t1
180 180 180
问题：急回运动与K有关，K与什么有关?
极位夹角：作往复运动的从动杆在两极限位置时，原动件在两 对应位置间所夹的锐角。
A B2
B1
D
摆动导杆机构
极限位置1：连杆与曲柄拉伸共线 极限位置2：连杆与曲柄重叠共线
l AC 1 a b l AC 2 b a
H
2.急回、极位夹角、行程速比系数
急回运动 ：工作行程 、空回行程
工程中将作往复运动（摆动或移动）的从动杆来回运动时间的 比值称为机构从动杆往复行程时间比系数，简称行程速比系数，用 字母K表示，是机构的基本的运动特征参数。
4、压力角、传动角与 传力特性
通过对机构压力角、传动角分析及与之相关的力学与结构特征 来校核和描述机构的传力特性。 1）压力角与传动角
压力角：从动杆受力点处力的方向与受力点速度方向夹的锐角， 称为机构的压力角。
压力角的余角为机构的传动角，用表示。
＋＝90
B
C
D
F
连杆机构中连杆与从动杆 夹的锐角为机构的传动角 。
平行四边形机构：双曲柄机构中两对边构件长度相等且平行。 特点：主从动曲柄等速同相转动，连杆作平动。 反平行四边形机构
3.双摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。 实例：鹤式起重机 在双摇杆机构中，如果两摇杆长度相等、则称为等腰梯形机构。 实例：汽车前轮转向机构
二.四杆机构具有转动副和曲柄存在的条件
B1
D
m 2 / t 2 180 K m 1 / t1
180 180 180
问题：急回运动与K有关，K与什么有关?
极位夹角：作往复运动的从动杆在两极限位置时，原动件在两 对应位置间所夹的锐角。
A B2
B1
D
摆动导杆机构
极限位置1：连杆与曲柄拉伸共线 极限位置2：连杆与曲柄重叠共线
l AC 1 a b l AC 2 b a
H
2.急回、极位夹角、行程速比系数
急回运动 ：工作行程 、空回行程
工程中将作往复运动（摆动或移动）的从动杆来回运动时间的 比值称为机构从动杆往复行程时间比系数，简称行程速比系数，用 字母K表示，是机构的基本的运动特征参数。
4、压力角、传动角与 传力特性
通过对机构压力角、传动角分析及与之相关的力学与结构特征 来校核和描述机构的传力特性。 1）压力角与传动角
压力角：从动杆受力点处力的方向与受力点速度方向夹的锐角， 称为机构的压力角。
压力角的余角为机构的传动角，用表示。
＋＝90
B
C
D
F
连杆机构中连杆与从动杆 夹的锐角为机构的传动角 。
平行四边形机构：双曲柄机构中两对边构件长度相等且平行。 特点：主从动曲柄等速同相转动，连杆作平动。 反平行四边形机构
3.双摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。 实例：鹤式起重机 在双摇杆机构中，如果两摇杆长度相等、则称为等腰梯形机构。 实例：汽车前轮转向机构
二.四杆机构具有转动副和曲柄存在的条件
机械原理四连杆机构分析
图4-6 利用死点夹紧工件的夹具
二、双曲柄机构
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称 为双曲柄机构。
图4-7 插床双曲柄机构
BD2=l22+l32-2l2l3cosBCD 由此可得
l l l l 2l1l 4 cos cosBCD 2l 2 l3
2 2 2 3 2 1 2 4
当=0和180时，cos=+1和-1， BCD分别最小和最大（见图4-4）。 当BCD为锐角时，传动角=BCD， 是传动角的最小值，也即BCD(min) ；
曲柄摇杆机构 双曲柄机构
双摇杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆， 一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链 四杆机构称为曲柄摇杆机构。
图4-2所示为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄1缓慢地匀速转动， 通过连杆2使摇杆3在一定的角度范围内 摇动，从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天线俯仰角调整机构
第四章 连杆机构
平面连杆机构是将各构件用转动 副或移动副联接而成的平面机构。
最简单的平面连杆机构是由四个 构件组成的，简称平面四杆机构。它 的应用非常广泛，而且是组成多杆机 构的基础。
§4-1 铰链四杆机构的基本形式 和特性
全部用回转副组成的平面四杆机构 称为铰链四杆机构，如图4-1所示。
连杆
机架
连 架 杆
图4-1 铰链四杆机构
图中，机构的固定件4称为机架；与 机架用回转副相联接的杆1和杆3称为连 架杆；不与机架直接联接的杆2称为连杆。 另外，能做整周转动的连架杆，称为曲 柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称 为摇杆。
Байду номын сангаас
对于铰链四杆机构来说，机架和连杆 总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还 是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型 式：
机械原理 第2章-连杆机构
图2-8a
图2-8b
内燃机内的核心构件活塞、连杆、曲轴和缸套就 是曲柄滑块机构。其活塞就是滑块，缸体就相当 于上图的机架，它的制造要求十分精密。
22
2、导杆机构
图2-9(a)就是和图2-8一样的曲柄滑块机构。但如果改AB杆（1杆）为 机架，就变为图（b）所示的导杆机构。在图（b）中，杆4称为导杆，滑 块3相对导杆滑动并一起绕 A点转动，通常把杆2作为原动件。在图（b） 中，由于L1<L 2，两连架杆2 和4 均可相对于机架 1整周回转，称为曲柄转 动导杆机构或转动导杆机构。 但图（b）中如果L1>L2，则图（b）就变成为图2-10了，此时连架杆4 就只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构或摆动导杆机构。摆动导杆机 构在牛头刨床中应用较多，其简图见右下图。
〖1〗最短杆的对边作为机架，两连架杆就是二个摇杆。 〖2〗这时最短杆与最长杆长度之和不论小于或大于其余两杆长度之和都只 能得到双摇杆机构，且有，如果最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长 度之和，无论哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。
18
（3）双摇杆机构的应用
双摇杆机构有广泛的应用。如下面二图中都是由摇杆机构组成，它们 都是把最短边BC的对边AD作机架。请注意它们的运动轨迹，对左图鹤式 起动机，它能使E点沿水平线EE’移动，这对吊放物体很有利；而对于右 图飞机起落架，放下时ABC成一线，保证了稳定，收起时轮胎成水平，节 约了空间。这些设计十分巧妙，这是我们要学习的。
图2-2e
图2-2e1
图2-2e2 机车车轮联动机构
16
（3）双曲柄机构的应用 双曲柄机构也有一定的应用，如下面惯性筛就是一种， 但用的最多是平行四边形机构，所以又叫平行双曲柄机构。 下面的摄影平台升降机构，就是利用了平行四边形机构运 动中，构件始终保持水平的特点，使人站在上面不觉得倾 斜。