平面连杆机构
机械设计基础平面连杆机构
机械设计基础平面连杆机构1. 介绍平面连杆机构是机械设计中常见的一种机械结构，由若干杆件组成并通过铰链连接。
这种机构广泛应用于各种机械装置和系统中，如发动机、机械手等。
平面连杆机构的设计目标是通过合理配置连杆的长度和铰链位置来实现特定的运动，使它能够完成所需的工作。
在设计过程中，需要考虑机构的稳定性、刚度、运动路径等因素，以确保机构能够正常运行并满足设计要求。
本文将介绍平面连杆机构的基本原理、设计要点和常见应用实例。
2. 基本原理平面连杆机构的基本原理是利用杆件的长度和铰链的位置，通过特定的连杆结构来实现机构的运动。
2.1 连杆连杆是平面连杆机构中的主要组成部分，通常由刚性材料制成。
连杆通过铰链连接在一起，形成一个闭合的结构。
连杆的长度和形状对机构的运动特性有重要影响。
常见的连杆形状有直杆、曲杆和弧杆等。
在设计时，需要根据具体的运动要求和空间限制选择适当的连杆形状和长度。
2.2 铰链铰链是连杆机构中的连接件，用于连接连杆并允许相对运动。
铰链通常由轴和轴承组成，能够实现转动或滑动运动。
铰链的位置对机构的运动轨迹和运动范围有决定性影响。
在设计时，需要合理选择铰链的位置和类型，以满足设计要求。
3. 设计要点3.1 运动要求在设计平面连杆机构时，首先需要明确机构的运动要求。
例如，需要确定机构的运动类型（旋转、直线、滑动等）、运动范围、速度和加速度等。
这些要求将指导后续的连杆和铰链的设计。
3.2 连杆长度连杆的长度直接决定机构的运动幅度和工作空间。
在设计时，需要根据运动要求和空间限制选择合适的连杆长度。
较短的连杆长度可提高机构的刚度和稳定性，但限制了运动范围；较长的连杆长度可以实现更大的运动幅度，但可能会导致机构不稳定。
3.3 铰链位置铰链的位置是机构设计中的关键因素之一，它直接影响机构的运动轨迹和运动范围。
在选择铰链位置时，需要考虑到机构的运动要求、连杆长度以及其他约束条件，以实现所需的运动轨迹。
3.4 负载和刚度在设计平面连杆机构时，需要考虑机构受到的负载和所需的刚度。
平面连杆机构
平面连杆机构第一节概述一、基本概念全部用低副联接而组成的机构称为连杆机构。
各构件间的相对运动均在同一平面或平行平面内运动的连杆机构称为平面连杆机构。
其中，做平面运动的构件称为连杆。
由前述可知，三构件用转动副联接起来，不能成为机构。
故含转动副的平面连杆机构至少由四杆组成。
全部是转动副联接而组成的平面四杆机构称为全铰链四杆机构。
连杆机构中的构件常称为杆。
工程中应用最广泛的是平面四连杆机构。
许多平面多杆机构均是在此基础上，通过添加一些杆件系统而构成。
本章主要讨论平面四连杆机构。
二、平面连杆机构的特点及应用1. 平面连杆机构的特点1）寿命较长由于平面连杆机构的构件间用低副连接，接触表面为平面或圆柱面，因而压强小，便于润滑，磨损较小，寿命较长，适合传递较大动力；2）易于制造结构简单，加工方便，易于获得较高的运动精度；3）可实现较远距离的操纵控制因连杆易于做成较长的构件；4）可实现预定的运动轨迹和运动规律因为连杆机构中存在作平面运动的构件，其上各点的轨迹和运动规律多样化，所以连杆机构常用来作为实现预定的运动轨迹或运动规律的机构；5）要求精确实现运动规律时设计复杂，且往往难于实现。
2.平面连杆机构的应用平面连杆机构由于具有以上特点，广泛应用于各种机械和仪表中，如内燃机、冲压机、牛头刨床的主运动等都是平面连杆机构；再如雷达天线俯仰角的调整机构（图5.1.1）；摄影车的升降机构（图5.1.2）以及缝纫机、港口起重机等设备中的传动、操纵机构等都是采用平面连杆机构。
图5.1.1 调整机构图5.1.2 升降机构第二节铰链四杆机构基本型式及曲柄存在条件一、铰链四杆机构的基本型式铰链四杆机构是平面四杆机构的基本型式。
如图5.2.1所示。
其中固定不动的杆4称为机架；与机架相连的杆1、杆3称为连架杆；连接两连架杆的杆2称为连杆。
两连架杆中，能做整周回转的连架杆称为曲柄；只能做一定角度摆动的连架杆称为摇杆。
根据两连架杆运动形式的不同，铰链四杆机构又可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本型式。
平面连杆机构的组成
平面连杆机构是一种广泛应用于各种机械设备中的传动机构，它由若干个构件通过低副（转动副或移动副）相互连接而成。
平面连杆机构的基本组成包括以下四个部分：
1. 构件：
- 构件是构成连杆机构的独立部件，可以是杆件、曲柄、滑块等。
- 在平面连杆机构中，通常至少包含一个曲柄和一个滑块。
2. 铰链或轴：
- 铰链或轴是连接两个构件的点，允许它们相对旋转或移动。
- 每个构件至少有一个铰链或轴与另一个构件相连。
3. 运动副：
- 运动副是两个构件之间的接触面，它可以是转动副（允许绕轴旋转）或移动副（允许沿着直线滑动）。
- 平面连杆机构中的所有运动副都是低副。
4. 动力输入和输出：
- 平面连杆机构的动力输入通常是通过驱动曲柄来实现的，而动力输出则可以从其他构件获取。
根据不同的应用需求，平面连杆机构可以有不同的形式，如四杆机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等。
这些机构的设计需要考虑到运动学分析（确定各个构件的位移、速度和加速度）和动力学分析（计算作用力和力矩），以确保机构能够满足预期的性能要求。
平面连杆机构
1.3 铰链四杆机构的演化
转动副向移动副的演化
1.3 铰链四杆机构的演化
在曲柄滑块机构［图1（ａ）］ 中，取不同杆作为机架可得到导杆机构［图1（ｂ）］、 摇块机构［图1（ｃ）］和定块机构［图1（ｄ）］。图2为摇块机构的应用实例、图3为定 块机构的应用实例。
图1 曲柄滑块机构的演化
1.3 铰链四杆机构的演化
平行四边形机构
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
机车驱动轮联动机构
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
1.1.３ 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。
图所示为飞机起落架机构的运动简 图。飞机着陆前，操作系统控制主动件 AB摆动，通过连杆使从动摇杆放下或收 回着陆轮，收回着陆轮后，整个双摇杆 机构可藏于机翼内。
铰链四杆机构
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
1.1.１ 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若有两个连架杆， 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。通常曲柄１为原动 件，并做匀速转动；而摇杆３为从动件，做 变速往复运动。图为调整雷达天线俯仰角的 曲柄摇杆机构。曲柄１缓慢做匀速转动，通 过连杆２，使摇杆３在一定角度范围内摆动， 从而调整天线俯仰角的大小。
曲柄摇杆急回特性
1.1 铰链四杆机构的基本形式和特性
[经典]平面连杆机构的基础类型及演变
![[经典]平面连杆机构的基础类型及演变](https://img.taocdn.com/s3/m/5f0a76ef0342a8956bec0975f46527d3240ca66f.png)
平面连杆机构的基本类型及演化一．平面连杆机构的基本类型和应用平面连杆机构按照杆件树木的多少可以分为四杆机构、六杆机构和多干机构。
1.曲柄摇杆机构2.双曲柄机构（双曲柄机构中还有平行四边形机构和反平行四边形机构）3.双摇杆机构二．平面四边形机构的演化及应用1.曲柄滑块机构2.偏心轮机构3.摇块机构和定块机构4.导杆机构5.双滑块机构（其中双滑块机构包括正弦机构、双转块机构、双滑块机构）平面机构的工作特性一、平面四杆机构有曲柄的条件在平面四杆机构中，有的连架杆能作正周转动而成为曲轴，而有的连架杆只能在一定的角度范围内摆动而成为摇杆。
由以上根据三角形的边长关系可以得到曲柄、连杆、摇杆、机架中曲柄a是最短的。
而另外的三个构件b,c,d中总有一个是最长的，故，由此可得最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
综上分析可得以下几点。
1、当a<d时铰链四杆机构有曲柄的条件（1）曲柄为最短杆（2）最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。
2、当a>d时，铰链四杆机构有曲柄的条件（1）机架为最短杆。
（2）最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆之和。
3、铰链四杆机构有曲柄的条件（1）连架杆和最短杆必有一杆为最短杆。
（2）最短杆和最长杆的长度之和小于或等于其余两杆之和。
4、根据铰链四杆机构有曲柄的条件，得出以下推论。
（1）若铰链四杆机构中的最短杆和最长杆的长度之和大于其余两杆长度之和，则无论去任何杆作为机架，都无曲柄存在，机构为双摇杆机构。
（2）若铰链四杆机构的最长杆和最短杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和，则有以下三种类型:○1若连杆是最短杆，则得双摇杆机构。
○2若两连架杆之一是最短杆，则该连架杆为曲轴，另一连架杆为摇杆，则得曲轴摇杆机构。
○3若机架为最短杆，则与机架相邻的两连架杆均为曲柄，得双曲柄机构。
平面连杆机构
College of Mechanical and Electrical Engineering
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
机械设计基础
之
第二部分 常用传动机构设 计基础（3）
1
制作/讲解：赵威 E-mail: nuaazw@
应用举例（4）
升降台
8
制作/讲解：赵威 E-mail: nuaazw@
南京航空航天大学 机电学院
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
曲柄摇杆机构（应用举例）
FB vB
A
B1 脚
D
踏板
C1 缝纫机主运动机构
22
制作/讲解：赵威 E-mail: nuaazw@
南京航空航天大学 机电学院
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南京航空航天大学 机电学院
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本章主要内容 §5-1 概 述
§5-2 铰链四杆机构基本型式及其演化
§5-3 铰链四杆机构的几个特性
双曲柄机构（应用举例）
平面连杆机构基本形式介绍
演讲人
目录
01. 平面连杆机构的定义 02. 平面连杆机构的基本形式 03. 平面连杆机构的设计原则 04. 平面连杆机构的应用实例
1 平面连杆机构的定义
连杆机构的概念
连杆机构是由若干个构 件通过运动副连接而成
的机构 连杆机构广泛应用于各 种机械设备中，如汽车、
飞机、船舶等
如印刷机、纺织机、起重机等
实现各种运动规律
导杆机构
导杆机构是 平面连杆机 构的基本形
式之一
导杆机构由 两个构件组 成，一个固 定，一个移
动
导杆机构的 运动特点是 构件沿着固 定构件的导
轨移动
导杆机构广 泛应用于各 种机械设备 中，如机床、
机器人等Leabharlann 3 平面连杆机构的设计原则
运动学设计原则
运动学设计原则： 根据机构的运动学 特性进行设计，如 机构的运动轨迹、 速度和加速度等。
04
平面连杆机构可以提高汽车转向系统的可靠性和耐久性
工程机械设备
01
挖掘机：用于挖 掘、装载、运输
等工程作业
02
推土机：用于平 整土地、推土、 填土等工程作业
03
压路机：用于压 实路面、压实土
壤等工程作业
04
起重机：用于起 重、搬运、安装
等工程作业
05
混凝土搅拌机： 用于搅拌混凝土
等工程作业
06
钻孔机：用于钻 孔、打桩等工程
可靠性设计原则：
6 保证机构的可靠 性，如寿命、故 障率、维修性等
结构设计原则
运动学原则：保证机构运 动的准确性和稳定性
A
结构设计原则：保证机构 的强度和刚度
C
第8章平面连杆机构及其设计
180°-θ
显然：t1 >t2 V2 > V1
摇杆的这种特性称为急回运动。用以下比值表示急回程度
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
所以可通过分析机构中是否存在θ 以及θ的大小来判断机构是否有急 回运动或运动的程度。
称K为行程速比系数。只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1
特例：等腰梯形机构－汽车转向机构
B’ C’
B
C
作者：潘存云教授
A
D
CC 电机
作者：潘存云教授
D
蜗轮 BBBA AA
蜗蜗杆杆
风扇座
D
A
作者：潘存云教授
EE
C
B
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
2.平面四杆机构的演化型式 (1) 改变构件的形状和运动尺寸
作者：潘存云教授
曲柄摇杆机构
曲柄滑块机构
↓∞ 偏心曲柄滑块机构
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
实例：选择双滑块机构中的不同构件
作为机架可得不同的机构
2
2
1
3
正弦机构
4
1 作者：潘存云教授 4
3
椭圆仪机构
(4)运动副元素的逆换 将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两 构件之间的相对运动。
1
1
2
导杆机构 4 3
2 4
摇块机构 3
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
湖南理工学院专用
作者： 潘存云教授
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：
t2 (180 ) /
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平面连杆机构 第一篇：平面连杆机构 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+B 28.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．2e B．2L C．L D．L+e 36.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．2r B．2L C．L D．L+r 46.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．＝r B．＜r C．＜2r D．＝2r 47.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+C 49.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