简述平面连杆机构
李天琦
（沈阳工学院，机械与运载学院，辽宁抚顺113122）摘要：平面连杆机构是由一些刚性构件通过转动副或移动副相互连接而成的，在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。平面连杆机构是低副机构，压力低，磨损量小，而且构成运动服的表面为圆柱面或平面，制造方便，且易实现转动或移动及其转换。其缺点是运动副磨损后的间隙不能自动补偿，容易积累运动误差，另外，它也不易实现复杂的运动规律。平面连杆机构在生产中广泛用于动力的传递或改变运动形式。在连杆结构的原动件运动规律保持不变的情况下，通过改变各个构件间的相对长度，就可以使连杆上点的轨迹曲线或从动件实现不同的运动规律要求。
关键词：组成；分类；运动特性
1.平面连杆机构的构成
平面连杆机构中最常见的是由四
个构件组成的机构。在四杆机构
中，固定不动的构件称为机架；两
端都以活动铰链与其他构件连接
的是连杆，它在机构运动时作平面
复杂运动；有一端是以固定铰链与
机架连接的是连架杆。如果连架杆
与机架连接的固定铰链是周转副，
则该连架杆称为曲柄；如果连架杆
与机架连接的固定铰链是摆动副，
则该连架杆称为摇杆（图1.1）
图1.1
曲柄的常见结构形式如图1.2所示。
图1.2
在组成移动副的两个构件中，习惯上将长度较短的构件称为滑块将，将较长的构件称为导杆或导槽（如图1.3）
图1.3
2.平面连杆机构的分类及运动特性
平面连杆机构中最常见的是由四个构件组成的四杆机构。四杆机构分为铰链四杆机构（机构的运动副都是转动副——铰链）和滑块四杆机构（机构包含一个或两个移动副）两类。 2.1铰链四杆机构
铰链四杆机构有曲柄摇杆结构、双曲柄机构、和双摇杆机构等三中基本形式。 2.1.1曲柄摇杆机构
两个连架杆中，一个是曲柄、一个是摇杆的铰链四杆机构，称为曲柄摇杆机构。 当曲柄做主动件时，可以将曲柄的连续转动转化为要摇杆的往复摆动。当摇杆作为主动件，通过连杆带动曲柄做转动。 2.1.2双曲柄机构
图示
运动特性
当曲柄长度不相等时主动曲柄做等速转动，从动曲柄随之做变速转动
两曲柄的长度相等且平行，两曲柄的旋转方向相同，角速度也相等
双曲柄机构对边都相等，但互不平行两曲柄的旋转方向相反，且角速度也不相等2.1.3双摇杆结构
两个连架杆都是摇杆的铰链四杆机构。双摇杆机构中，两个连架杆只能在一个角度内摆动。
2.2滑块四杆机构
滑块四杆机构的运动副中包换移动副和转动副。根据其中移动副的数量，分为单滑块四杆机构和双滑块四杆机构两类。我们这里只介绍单滑块四杆机构
将曲柄摇杆机构转化为含一个移动副的四杆机构，即单滑块四杆机构。在单滑块四杆结构中，组成移动副的两个构件的测量长度是不定的，而其余两个构件中的较短杆可以与相邻构件做整周转动。因此单滑块四杆机构的最短杆上有两个周转副。
根据机架选取的不同，如果最短杆上有一个周转副是固定铰链，机构就有一个曲柄，是曲柄滑块机构、摇块机构或摆动导杆机构；如果有两个周转副是固定铰链，机构就有两个构
件可以做整周转动，是转动导杆机构；如果没有周转副是固定铰链，机构就没有做整周转动的构件，是移动导杆机构（也称为定块机构）。
第八章平面连杆机构及其设计 一、填空题： 1.平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中，运动副全部是低副。 3.在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 4.在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 5.在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 6.某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 7.对心曲柄滑块机构无急回特性。 8.平行四边形机构的极位夹角θ=00，行程速比系数K= 1 。 9.对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回 特性，取决于机构的极位夹角是否为零。 10.机构处于死点时，其传动角等于0?。 11.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角α=00。 12.曲柄滑块机构，当以滑块为原动件时，可能存在死点。 13.组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。 二、判断题： 14.平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 15.在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。（√） 16.平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 17.有死点的机构不能产生运动。（×） 18.曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 19.双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 20.平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 21.在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，则机构的极位夹角与导杆的最大摆角相等。 （√） 22.机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题：
23.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A ≤ B ≥ C > 24.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而 充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边 B 最长杆 C 最短杆的对边。 25.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时， 有两个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 26.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 A 为机架时， 有一个曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 27.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 C 为机架时， 无曲柄。 A 最短杆相邻边 B 最短杆 C 最短杆对边。 28.铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和 B 其余两杆长度之和，就一定是双摇杆 机构。 A < B > C = 29.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 C 为原动件时，此时机构处在死点位 置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 30.对曲柄摇杆机构，若曲柄与连杆处于共线位置，当 A 为原动件时，此时为机构的极限 位置。 A 曲柄 B 连杆 C 摇杆 31.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且极位夹角θ B 时，机构就具有急回特性。 A <0 B >0 C =0 32.对曲柄摇杆机构，当以曲柄为原动件且行程速度变化系数K B 时，机构就具有急 回特性。 A <1 B >1 C =1 33.在死点位置时，机构的压力角α= C 。 A 0 o B 45o C 90o 34.若以 B 为目的，死点位置是一个缺陷，应设法通过。 A 夹紧和增力B传动 35.若以 A 为目的，则机构的死点位置可以加以利用。 A 夹紧和增力；B传动。
平面连杆机构综合计算机编程作业 从下列题目任选一题进行设计，要求建立几何模型和数学模型，选用一种计算机语言编制程序，要求能够在动画演示时能够显示最小传动角，在输出设计参数时能够通过动画检验设计效果并将最小传动角输出。 作业要求：解题过程（包括几何模型、数学模型建立）以论文格式用word文件编写，力求完善；并在其后列出其程序清单。软件以exe文件格式。 一、某机器的工作装置需采用铰链四杆机构进行位置导引，已知工作装置上某一点在空间的位置为P1（x1，y1），θ1；P2（x2，y2），θ2 ；P3（x3，y3），θ3 ；试根据所学知识编制一计算机程序实现该装置的机构设计。 要求： 1.采用参数化方法，P1，P2，P3可任意输入，能够完成二、三位置的设计； 2.写出设计过程及程序清单汇成一设计说明书，其中还应包含一定的检验方法； 二、如图所示，设要求四杆机构两连架杆的三组对应位置分别为α1＝35°，φ1 ＝50°；α2＝80°，φ2＝75°；α3＝125°，φ3＝105°，试以解析法设计此四杆机构。形成可执行的计算机设计程序； 写出设计说明书，并对设计中的具体考虑进行说明。 三、造型机工作台翻转的铰链四杆机构ABCD，连杆BC（长度根据需要设定）两个位置如图所示，机架AD水平布置，γi≥40°，试设计出此机构(要求扼要说明设计步骤，确定主动件及其转向)。 腹有诗书气自华
腹有诗书气自华 四. 已知三个给定刚体位置，P 1（1，1），θ1=0°；P 2（1.5，0.5），θ2=10°；P 3（2.5，1.0），θ3=45°。并要求在各个给定位置时传动角γi ≥30°（i =1，2，3）试综合一个导引曲柄滑块机构。 五. 如图所示，已知主动连架杆AB 的长度l AB =16mm ，机架AD 的长度l AD =50mm ，当AB 从图示位置顺时针转过某一角度时，连杆平面上的E 点经过E 1，E 2，E 3三点。DE 1==30mm ，E 1E 2=E 2E 3=12mm 。试综合能实现连杆E 点的铰链四杆机构ABCD 。 六. 已知固定铰链点A (0，0)，D (1，4)，连架杆AB 的长度为l AB =15mm ，连架杆AB 与连杆的三组对应位置如图所示。试综合该全铰链四杆机构并写出各构件的杆长。 七. 欲设计一个夹紧机构，拟采用全铰链四杆机构ABCD 。已知连杆的两个位置：x P1=0.5，y P1=0.5，θ1=20°，x P2=1.5，y P2=1.8，θ 2=38°，如图示。连杆到达第二位置时为夹紧位置， 即若以CD 为主动件，则在此位置时，机构应处于死
实验七机构创新组合设计实验 一、实验目的 1、加深学生对平面机构的组成原理认识,进一步了解机构组成及运动特性。 2、训练学生的工程实践动手能力。培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、实验设备及工具 1、JKZB-Ⅱ机构创新组合设计实验台。附件：齿轮、齿条、槽轮、凸轮、转动轴、连杆、各种连接组合零部件等。 2、装拆工具：十字起子、活动扳手、内六角扳手、钢板尺、卷尺等。 3、学生自备草稿纸、笔、绘图工具等。 三、实验要求 1、每2～3人一组,每一组实验前拟一份机构运动设计方案,实验后提交新设计方案. 2、完成实验后各组将机械零部件“物还原位”,老师验收后方可离去. 3、每人完成一份实验报告。 四、实验原理和方法 根据平面机构的组成原理：任何平面机构都可以由若干个基本杆组依次联接到原动件和机架上而构成，故可通过选定的机构类型，拼装该机构并进行分析。 １
五、实验内容 1、自行到实验室熟悉本实验中的实验装置，各种零部件、装拆工具的功能；了解机构的拼接方法，拟订自已的机构运动方案的拼接步骤。 2、自拟或课本提供的机构运动方案做为拼接对象。 3.拼接机构,将各基本杆组按运动传递规律顺序拼接到原动件和机架上。 4．绘制运动简图，分析所拼接的平面机构。 5．根据平面机构的组成原理，利用常用的零部件拼接调整，设计一种具有新型的带发明创造性的组合机构。每一组提交一份机构创新设计方案。 6．最后把组合机构安装在实验平台上，进行测试分析、运动分析、实验结果分析、拟定这次实验的步骤，并写出实验报告。 六、实验方法与步骤 1.学生使用“机构创新组合设计实验台”提供的各种零件。按照自己的运动方案简图，先在桌面上进行机构的初步试验组装，这一步的目的是杆件分层。一方面为了使各个杆件在互相平行的平面内运动，一一方面为了避免各个杆件，各个运动副之间发生运动干涉。 2.按照上一步骤试验好的分层方案，从最里层开始，依次将各个杆件组装连接到机架上。选取构件杆，连接转动副或移动副。凸轮。齿轮。齿条与杆件用转动副连接，凸轮。齿轮。齿条与杆件用移动副连接，杆件以转动副的形式与机架相连，杆件以移动副的形式与机架相连，最后组装连接输入转动的原动件或输入移动的原动件。 3.根据输入运动的形式选择原动件。若输入运动为转动（工程实际中以柴油机，电动机等为动力的情况），则选用双轴承式主动定铰链轴或蜗杆为原动件，并使用电机通过软轴联轴器进行驱动。若输入运动为移动（工程实际中以油缸，气缸等为动力的情况），可选用适当行程的气缸驱动，用软管连接好气缸，气控组件和空气压缩机并进行空载形成实验。 4.试用手动的方式摇动或推动原动件，观察整个机构各个杆，副的运动，确定运动没有干涉后，安装电动机，用柔性联轴节将电机与机构相连，或安装气缸，用附件将气缸与机构相连。 5.检查无误后，接通电源试机 6.观察机构系统的运动，对机构系统的工作到位情况，运动学及动力学特性作出定性的分析和评价。一般包括如下几个方面： ①各个杆、副是否发生干涉 ②有无形成运动副的两构件的运动不在一个平面，因而出现摩擦力过大的现象 ③输入转动的原动件是否为曲柄。 ２
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目录 CONTENTS教学分析2教学过程4Teaching AnalysisTeaching Process1教学设计Teaching Design3教学反思Teaching Refletion
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教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析7.1平面机构自由度与运动副材料力学工程力学机械设计液压传动第七章平面运动机构第八章齿轮传动机构第九章其他常用机构第十章滚动轴承第十一章轴和轴毂连接7.2平面机构运动简图 7.3机构具有确定运动的条件7.4平面四杆机构机电一体化专业基础课
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 教学分析Teaching Analysis教材分析内容分析目标分析学情分析重难点分析应用广泛日常的生产生活中很多装置及设备都应有平面四杆机构或者其变形形式类型多样拥有多种类型及其变形形式，需注意辨别0102平面四杆机构基础机构最简单的连杆机构，为以后学习多杆机构打下基础。 032学时04实用性强为以后从事机械设计工作打下理论基础 5/ 29
大作业1 连杆机构运动分析 1、运动分析题目 如图所示机构，已知机构各构件的尺寸为280mm AB =,350mm BC =,320mm CD =,160mm AD =，175mm BE = 220mm EF =，25mm G x =，80mm G y =，构件1的角速度为110rad/s ω=，试求构件2上点F 的轨迹及构件5的角位移、角速度和角加速度，并对计算结果进行分析。 2、建立坐标系 建立以点A 为原点的固定平面直角坐标系
图1 3、对机构进行结构分析 该机构由I级杆组RR（原动件1）、II级杆组RRR（杆2、杆3）和II级杆组RPR（滑块4及杆5）组成。I级杆组RR，如图2所示；II级杆组RRR，如图3所示；II级杆组RPR，如图4所示。 图2 图 3
图 4 4、各基本杆组运动分析的数学模型 （1）同一构件上点的运动分析： 图 5 如图5所示的构件AB,,已知杆AB 的角速度=10/rad s ，AB 杆长 i l =280mm,可求得B 点的位置B x 、B y ，速度xB v 、yB v ，加速度xB a 、yB a 。
=cos =280cos B i x l ??; =sin =280sin B i y l ??; = =-sin =-B xB i B dx v l y dt ω?ω； ==cos =;B yB i B dy v l x dt ω?ω 222B 2==-cos =-B xB i d x a l x dt ω?ω； 2222==-sin =-B yB i B d y a l y dt ω?ω。 （2）RRRII 级杆组的运动分析： 图 6 如图6所示是由三个回转副和两个构件组成的II 级组。已知两杆 的杆长2l 、3l 和两个外运动副B 、D 的位置（B x 、B y 、D x 、D y ）、速度（xB yB xD yD v v v v 、、、）和加速度（xB yB xD yD a a a a 、、、）。求内运动副C 的位置（C C x 、y ）、速度（xC yC v 、v ）、加速度（xC yC a 、a ）以及两杆
课程设计报告 学生姓名：________________ 学号：_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________
2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 .....................................................
一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤
机械设计基础 大作业计算说明书题目：平面连杆机构设计 学院：材料学院 班号： 学号： 姓名： 日期： 2014年9月30日 哈尔滨工业大学
机械设计基础 大作业任务书 题目：平面连杆机构设计 设计原始数据及要求： ()
目录 1设计题目 2设计原始数据 3设计计算说明书 3.1计算极位夹角 3.2设计制图 3.3验算最小传动角4参考文献
1 设计题目 平面连杆机构的图解法设计 2 设计原始数据 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速比系数，要求摇杆靠近曲柄回转中心一侧的极限位置与机架间的夹角为，试用图解法设其余三杆的长度，并检验（测量或计算）机构的最小传动角。 () 3 设计计算说明书 3.1 计算极位夹角 极位夹角 代入数值 3.2 设计制图 3.2.1 在图纸上取一点作为点，从点垂直向上引出一条长为的 线段，终点为； 3.2.2 从点在左侧引出一条与夹角为的射线； 3.2.3 以点为圆心，以为半径画圆，与射线交于点； 3.2.4 分别从、两点向下引两条射线，射线与夹角为，两射 线交于点，点即为曲柄的回转中心； 3.2.5 以点为圆心以为半径画圆； 3.2.6 过点向左侧引出一条射线，射线与夹角，与圆交于点； 3.2.7 连接，并量取其长度，以为半径画圆，直线，与圆的 交点分别为，； 3.2.8 在图中量取，， 3.3 验算最小传动角 3.3.1 在处根据余弦定理 3.3.2 在处根据余弦定理 所以最小传动角 4 参考文献 [1]宋宝玉，王瑜，张锋主编.机械设计基础.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版，2010. [2]王瑜主编.机械设计基础大作业指导书.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2014.
教学设计 设计思路： 本次课程的主要内容：首先通过PPT图片引出本次课程的学习内容平面四杆，然后通过介绍平面四杆机构的概念，并进行详细的讲解让学生理解并记住，引出新名词曲柄摇杆概念让学生分组进行讨论研究。教师介绍平面四杆机构的基本类型，并对每个类型讲解，列举生活中的应用实例，最后介绍四杆机构的判别方法，最后教师进行总结。教学内容：平面四杆机构。 教学目标： 知识与能力目标：1、引领学生对平面四杆机构进行学习。2.提升学 生理论知识与实际应用结合的能力。 过程与方法目标：培养学生提出问题、解决问题的能力。 情感态度与价值观目标：1.引导学生学习，调动学生学习积极性。 2.培养学生的自信心。 教学重点：平面四杆机构的组成。 教学难点：平面四杆机构的分类。 教学方法：案例教学法、分组讨论法 教材准备：《机械基础》 学情分析：学生在之前课时中已经学习过高副低副以及构件的概念。教材分析：《机械基础》是中等职业教育规划新教材，本次课《键连接和销连接》选自课本第四章第一节，介绍了键和销连接功能、类型、结构形式及应用是本书重点内容之一。为后面学习第五章构件、机械
的基础知识、工作原理和基本技能等知识打好理论知识基础，在机械专业中具有不容忽视的重要的地位。 教学过程： 1.首先教师通过复习之前课程学习过的高副低副以及构件的基本概 念并介绍平面四杆机构的概念，提问学生生活中有哪些类型的四杆机构？让学生进行思考。 2.教师通过展示平面四杆机构的图片，让学生对于平面四杆机构有 一个大致的了解，然后详细介绍每一构件。 3.教师讲解平面四杆机构的各种类型，并列举生活中的应用实例， 让同学们有进一步的了解。 4.教师通过讲授法给学生讲解平面四杆机构的判别方法。 5.教师最后进行评价总结，知识建构。 教学评价：根据学生在课堂上的表现，课堂学习的氛围，师生之间的互动情况反思教学设计思路是否合理，教学内容的选择和教学过程的安排是否合理，学生是否能跟上教师的节奏，内容的转换是否突兀，讲解的内容是否符合由浅入深的教学原则，并作出相应的修改和调整。案例教学是互动式的教学，学生可以变被动听讲为主动参与，有利于调动其学习积极性和主动性，激励学员独立思考，提高学生理解、运用和驾驭知识的能力，改善教学效果。
认识平面连杆机构（1） 一、填空题 1、在铰链四杆机构中，固定不动的构件称为，能作整周转动的称为，与机架不相连的构件称为，只能在小于360°的某一角度内摆动的构件称为。 2、铰链四杆机构的三种基本形式是、、。 3、四杆机构中若对杆两两平行且相等，则构成机构。 4、铰链四杆机构中的两个连架杆，一个作匀速转动，另一个作非匀速摆动，则构成机构；若一个连架杆作匀速回转时，另一个作周期性非匀速回转，则构成机构；若两个连架杆都在某一角度内作摆动，则构成机构。 5、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。 6、飞机起落架属于机构，汽车的雨刮器属于机构。 7、草地洒水器机构属于机构，雷达天线角度调整机构属于机构；缝纫机踏板属于机构，惯性筛机构属于机构，汽车自卸翻斗装置属于机构，鹤式起重机属于机构，颚式破碎机属于机构，公共汽车车门启闭机构属于机构。 二、选择题 1、铰链四杆机构中不予机架相连的构件称为（） A. 曲柄 B.连杆 C.连架杆 D.摇杆 2、以下不属于双曲柄机构的是（） A. 公共汽车车门启闭机构 B.惯性筛 C.铲斗车 D.鹤式起重机 3、平面四杆机构中各构件以（）相连接。 A. 转动副 B.移动副 C.螺旋副 D.不确定 4、曲柄摇杆机构中（） A.曲柄作等速回转运动，摇杆作等速往复摆动 B.可将连续转动变成往复摆动，也可将往复摆动变成连续转动 C.曲柄和连杆作整周回转，摇杆作直线往复运动 D.工作时一定会有死点位置产生 5、（）等能把转动运动转变成往复摆动运动。 A．曲柄摇杆机构 B. 双曲柄机构` C. 双摇杆机构 D. 曲柄滑块机构6、（）等能把等速转动运动转变成旋转方向相同的变速转动运动。A．曲柄摇杆机构 B.不等长双曲柄机构` C.双摇杆机构 D.平行四边形机构
连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用 发表时间：2017-07-05T11:21:33.760Z 来源：《防护工程》2017年第4期作者：陶海涛 [导读] 本文作者裁判能够连杆机构的定义出发，分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 浙江红旗机械有限公司浙江 313200 摘要：连杆机构的常用方法连杆机构的运动学分析包括位置分析、速度分析和加速度分析三个方面，其基础是力学中的运动学，现在己形成了较为成熟的连杆机构分析方法。机械产品通过创新设计，利用换代从根本解决产品更新问题。本文作者裁判能够连杆机构的定义出发，分析了连杆机构创新设计在机械工程实际中的应用。 关键词：连杆机构；创新设计；机械工程；应用 1 连杆机构及平面连杆机构 1.1 连杆机构概述 连杆机构又称低副机构，是机械的组成部分中的一类，指由若干有确定相对运动的构件用低副联接组成的机构。 平面连杆机构中最基本也是应用最广泛的一种型式是由四个构件组成的平面四杆机构。由于机构中的多数构件呈杆状，所以常称杆状构件为杆。低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。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。 1.2 平面连杆机构 最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，称为平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。 由若干个刚性构件通过低副（转动副、移动副）)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构，又称平面低副机构。低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器中。与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂。 平面连杆机构中最常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。 2 连杆机构运动学分析的常用方法 连杆机构的平面机构的机构，是将平面机构的位置分析问题归纳为求解三角形问题，并利用矢量方法来描述平面连杆机构的运动及动力分析，以机构中的“阿苏尔杆组”为基本单元，根据基本单元编制运动分析子程序，对每一基本杆组进行运动分析，解决了机械杆组的机构分析问题。同时把平面机构看成由一些相互约束的基点构成的系统，建立起数学模型，通过及诶额的运动分析，建立约束非线性方程组，需要引用数值解法各有特点，。针对连杆机构创新设计虚拟仿真的需要，选择基本杆组，调用相应的杆组程序对整个机构进行分析，在分析机构运动时，通过逐次求解各基本杆组来完成。建立不同机械运动分析的数学模型，随后编制成通用子程序，对速度及加速度等运动参数进行求解。快速求解出各点的运动参数。机构运动分析中构件之间应该满足装配条件，否则将不能进行正常的运动，为此建立构件库，形成机构运动简图符号库，由机构三维参数化实体模型库组成，如连杆的厚度。构件之间的拼接通过机构运动简图中构件之间的拼接关系直接生成，显示机械构件的编辑窗口进行参数的编辑。取两个构件上需要拼接的运动副来进行，把构件节点与提供的树映射 TreeMap 类，对所涉及的机构进行干涉检测。 3 连杆机构在机械工程实际工作中的具体应用 3.1 ANSYS软件对于机械工程结构的设计 合理的设计应该确保在各种环境下，使机械精确地保持形状和姿态。采用经验类比设计与简化计算相结合的方法，防止出现机械加工的产品成本高的问题，在当前客户要求越来越多样化的情况下，采用功能强大的ANSYS软件进行设计分析已成为可能，对建立的实体模型自动进行有限元网格的划分，提供了有限元计算的优异分析功能，可获得良好的计算精度。建立设计模型。进行有限元机械划分。建立边界条件，计算节点载荷，组成整体刚阵，求解有限元方程。建立实体模型，并输入需要产品材料特性，减少数量级的偏差。确定坐标系，可以完成计算中所有的前处理过程。 3.2 基于功能分析的创新设计机构系统设计 分析执行构件的运动形式，机械的连续旋转运动，往复摆动，往复移动和特殊功能运动，记录每分钟转位次数，运动系间歇转动数每分钟转角大小，满足机械运动规律的要求，适当设置调整环节。利用基本杆组法以机构中不可再分的运动链作为机构的基本单元，按单元编制通用的运动分析子程序，在分析进行机构运动后，将机构划分成基本杆组后对每一基本杆组进行运动分析，对整个根据工艺受力大小，制造加工难易进行比较，然后择优而取。曲柄摇杆机构的齿条齿轮机构及输出运动能够实现往复摆动，间歇往复摆动的组合机构可以实现间歇往复摆动，通过控制驱动液压缸，实现间歇往复摆动。利用连杆曲线的平面连杆机构，从动件凸轮机构，实现机械间歇往复移动。 3.3 在产品设计系统方面的创新 随着计算机辅助概念设计的研究,一些大型的CAD商品化软件中,生成高精度的曲面几何模型,并直接传送到机械设计和原型制造中,实现从符号描述到几何表示的映射,并对产品的相似实例进行评价与修改,进而获得产品概念设计的优化解。识别机构中的构件是否等于机构的原动件的数目,判定机构的运动确定性,构件中要对局部自由度、虚约束适当处理以便正确计算出机构的自由度。机械主动件做有规律运动,位置确定的运动时,每一个位置机构所有构件都是可行的。程序在计算位置并绘制机构运动过程中,评估机构运动分析中构件之间装配条件,杆
一、填空题： 1．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。 2．由四个构件通过低副联接而成的机构成为四杆机构。 3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。 4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。 5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。 6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。 7．某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。 8．对心曲柄滑快机构无急回特性。9．偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。 11．机构处于死点时，其传动角等于０。12．机构的压力角越小对传动越有利。 13．曲柄滑快机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。 14．机构处在死点时，其压力角等于９０o。 15．平面连杆机构，至少需要４个构件。 二、判断题： 1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。（√） 2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。（×） 3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。（√） 4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。（√） 5．有死点的机构不能产生运动。（×） 6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。（√） 7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。（√） 8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。（×） 9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。（√） 10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。（√） 11．机构运转时，压力角是变化的。（√） 三、选择题： 1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。 A <=； B >=； C > 。 2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边； B 最长杆； C 最短杆的对边。3．铰链四杆机构中，若最短杆与最长杆长度之和小于其余两杆长度之和，当以 B 为机架时，有两
机械原理课程作业（一） 平面连杆机构的运动分析 (题号：1-A ) 班级 03021101 学号 姓名 成绩 同组者 完成日期 2014年1月1日
目录 一．题目及原始数据 (3) 二．平面连杆机构运动分析方程 (4) 三．计算程序框图 (6) 四．计算源程序 (7) 五．计算结果 (13) 六．运动线图分析 (17) 七．运动线图分析 (19) 八．体会及建议 (20) 九．参考书目 (20)
一． 题目及原始数据 1.如图1所示平面六杆机构，试用计算机完成其运动分析。 图1 设已知各构件的尺寸如表1所示，又已知原动件1以等角速度沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速度、角加速度以及E 点的位移、速度、加速度的变化情况。已知其尺寸参数如下表所示： 表1 平面六杆机构尺寸参数 （） mm 2、题目要求与成员组成及分工： （1）题目要求： 三人一组计算出原动件从0到360时（计算点数N=37）所要求的各运动变量的大小，并绘出运动曲线图及轨迹曲线,本组选取题号为：1—A ，1—B,1-C 组。 (2)分工比例： 学号 姓名 分工 2011300652 张正栋 报告书写，制图、程序 2011300620 肖川 制图 2011300622 尹志成 方程推导 组号 1l l 2 l 3 l 4 l 5 l 6 α A B C 2-A 2-B 3-C 26.5 67.5 87.5 52.4 43 600 l 2=116.6 l 2=111.6 l 2=126.6
二． 平面连杆机构运动分析方程 1. 位置方程 在图1的直角坐标系中，建立该六杆机构的封闭矢量方程： 将上式写成在两坐标轴上的投影式，并改写成方程左边尽含未知量的形式，即得 1122334112233' 1122226655'1122226655 cos cos cos sin sin sin cos cos cos()cos cos sin sin sin()sin sin G G L L L L L L L L L L x L L L L L y L L θθθθθθθθπαθθθθθπαθθθ??+?=?+? ?+?=?? ??+?-?-+=-?-????+?-?-+=-?-??将上式化简可得： 2233411223311' 222255664'22225566cos cos cos sin sin sin cos cos()cos cos sin sin()sin sin G G L L L L L L L L L L L x L L L L L y θθθθθθθθαθθθθαθθ??-?=-?? ?-?=-?? ??+?-+?+?=-???+?-+?+?=? 由以上各式即可得。 2. 速度方程 根据A ω=ω1B ，可得 222333111222333111'2222 22555666'222222555666sin sin sin cos cos cos sin sin()sin sin 0cos cos()cos cos 0L L L L L L L L L L L L L L θωθωθωθωθωθωθωθαωθωθωθωθαωθωθω?-??+??=??? ??-??=-??? ?-??-?-?-??-??=????+?-?+??+??=?化为矩阵形式为： 2233 22233 3'2 22255 665'2222 55 666111111111sin sin 00 cos cos 00sin()sin 0sin sin cos()cos 0 cos cos sin cos sin cos L L L L L L L L L L L L L L L L θθωθθωθαθ θθωθαθθθωθθωθθ?? ?? -??? ????-?? ????????-?--?-?-??????????-+????? ?????-??=????-????? ?? ??? 3. 加速度方程
实验五平面连杆机构创新设计实验 一、实验目的 设计平面机构，并对所设计的机构进行拼接，完成机构特有的运动特性。二、实验仪器 8个创新组合实验台 三、实验要求 （1）每组设计两种不同的机构，其中一种机构从选题部分设计题目中进行选择，另一种机构自行命题，可以来源于参考书、网络或者现实生活中的机构，要求至少有两种基本连杆机构。要求在设计过程中利用一种创新设计方法对方案进行分析。 （2）每种机构都能实现其特定的运动特性。例如，牛头刨床要实现急回运动。通过查阅资料确定机构的运动特性。 （3）在报告上绘制初始方案的机构运动简图。 （4）实验报告请自行打印，将设计方案在课前准备好，填写到报告上。 （5）每班分成7-8组，每组3-4人。 （6）实验时自备三角板、圆规和草稿纸等文具。 四、选题部分设计题目：（每组任选一个） 蒸汽机机构、精压机机构、牛头刨床机构、插床机构、筛料机构、行程放大机构。 机构具体要求： （一）蒸汽机机构： 要求：1.实现活塞的往复运动； 2.运动传递由电机→曲柄→……→滑块。 （二）精压机机构 要求：构件平稳下压，物料受载均衡 （三）牛头刨床主切削运动机构 要求：具有急回特性,运动传递由电机→齿轮减速→导杆→……→滑块 （四）插床机构
要求：1.具有急回特性。 2.插刀实现大行程往复运动。 3. 运动传递由电机→齿轮减速→原动件曲柄→……→输出件插刀 （五）筛料机构 要求：1.具有急回特性。 2.加速度变化较大。 （六）行程放大机构： 要求：实现行程放大 五、报告要求 选题报告要求： （一）选题机构名称； （二）选题机构运动要求及特点； （三）利用功能分析法及设计目录对设计方案进行简单分析； （四）设计的机构简图； （五）实验中机构运动状况分析； （六）改进后的机构简图。 自命题报告要求： （一）命题机构名称； （二）命题机构运动要求及特点； （三）对设计方案进行简单分析； （四）所设计的结构简图； （五）实验中机构运动状况分析； （六）改进后的结构简图。
课程设计报告 学生姓名:学号： 学院: 班级: 题目: 机构运动创新设计 指导教师：苏天一 2015 年 1 月5日
目录 一、概述 1 二、课程设计目的 1 三、课程设计要求和内容 1 四、原始数据及技术参数 2 五、设计原理及设备 2 六、机构自由度计算 5 七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 十、参考文献 12
一、概述： 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步，机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行，一般比较复杂的机构都有多个方案，需要制作模型来试验和验证，多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型，组装调整机构尺寸等功能，能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案，较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的： 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力，加强学生的工程实践背景的训练，拓宽学生的知识面，培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接，在培养工程实践动手能力的同时，要求学生在拼装一个已有模型之外，自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解，通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题，促进学生理论联系实际，学以致用；锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组成原理的认识，进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容： 实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台，包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具（扳手、螺丝刀）。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等；运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零，且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构（可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等）进行拼装，计算分析其自由度后，输入动力源进行
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构（全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作（机械手） （5）能起增力作用（压力机） 缺点： （1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 （2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。Array AD－机架 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆
2．三种基本型式 （1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：?、β0～360°, δ、ψ＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机（2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构（P35），天平 反平行四边形机构（P45） 绘图机构 （3）双摇杆机构 定义：两连架杆均作往复摆动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中摇杆固定为机架而得。 应用：翻台机构，夹具，手动冲床 飞机起落架，鹤式起重机 二．铰链四杆机构具有整转副和曲柄存在的条件 上述机构中，有些机构有曲柄，有些没有曲柄。机构有无曲柄，不是唯一地由取哪个构件为机架决定，机构有曲柄的首要条件是：机构中各构件长度间应满足一定的尺寸关系，该条件是首要条件。 然后，再看以哪个构件作为机架。 下面讨论机构中各构件长度间应满足的尺寸关系。铰链四杆机构曲柄存在的条件
机械基础一轮复习资料 （平面连杆机构） 【复习要求】 1.了解铰链四杆机构的三种基本类型、特点及应用； 2.掌握三种基本形式的判别条件； 3.了解四杆机构的演化形式及应用； 4.了解“死点”位置产生的原因、克服方法及应用； 5.了解急回运动特性及其应用。 【知识网络】 【知识精讲】 一、平面连杆机构 由一些刚性构件用转动副和移动副相互联接而组成的在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。注当平面四杆机构中的运动副都是转动副时称为铰链器杆机构。 二、铰链四杆机构的类型、特点及应用(见表)
三、铰链四杆机构三种基本形式的组成条件(见表) 四、铰链四杆机构的演化和应用(见表) 注:四杆机构的演化形式都可以看作是改变四杆机构某些构件的形状、相对长度或选择不同构件作 为机架而获得的。 五、铰链四杆机构的特性 1.“死点”位置(以曲柄摇杆机构为例) (1)“死点”位置的产生：摇杆为主动件曲柄为从动件时，当摇杆处于两极限位置时，连杆与曲柄出现
两次共线，此时曲柄上所受的力通过曲柄转动的中心，转动力矩为零，从动件不动，机构停顿。 (2)机构在“死点”位置时，将出现从动件转向不确定或卡死不动。 (3)克服“死点”位置的措施：利用自重、加飞轮、增设辅助机构或机构错列。 (4)“死点”位置出现的利与弊：对传动机构来说，“死点”位置的出现是不利的，应设法予以避免，而工程中某些工作要求(如连杆式夹具的夹紧)就是利用“死点”位置来实现的。 2.急回运动特性 (1)定义：机构空回行程的平均速度大于工作行程平均速度的性质。 (2)意义：利用急回运动特性可缩短空回行程时间，提高生产效率。 (3)行程速比系数(K)和极位夹角(θ)行程速比系数是从动件空回行程平均速度与从动件工作行程平均速度的比值，其大小反应急回特性；极位夹角是主动曲柄与连杆两次共线位置时的夹角。 K=(180°+θ)/(180°-θ) 或θ=180°(K-1)/(K+1) 注 K＞1或θ＞0°时机构具有急回特性；摆角(ψ)是指摇杆两极限位置的夹角。 (4)具有急回运动特性的常见机构曲柄摇杆机构(曲柄主动件)、摆动导杆(曲柄主动件)、双曲柄机构( 平行双曲柄机构除外)、曲柄滑块机构(曲柄为主动件)等。 【边缘知识】 压力角、传动角及其对机构传力性能的影响： 1.压力角：从动件C点所受力F的方向与C点的绝对速度υc方向间所夹的锐角(α)(见图)。 传动角：压力角的余角(γ)(见图)。 2.压力角(或传动角)是判别机构传力性能的重要参数。 F可分解为两个力； F t=F cosα，推动从动件作有效功，称为“有效分力”； F n=Fsinα，引起摩擦阻力，产生有害的摩擦功，称为“有害分力”。