第三章平面连杆机构
本章要点
●铰链四杆机构的基本类型及其演化型式
●铰链四杆机构基本类型的判断方法
●急回特性、传动角与压力角、死点位置
●作图法设计四杆机构
本章难点
●机构的传动角、压力角、死点位置
●四杆机构的设计
平面连杆机构是由许多构件组成并由低副连接而成的平面机构。平面连杆机构中不存在高副。平面连杆机构能够实现一些较为复杂的平面运动，在生产中得到广泛应用。平面连杆机构的构件形状是多种多样的，但大多数是杆状的（故称为杆）。
平面连杆机构类型很多，其中应用最广泛的是由四个构件组成的平面四杆机构。平面四杆机构不仅应用广泛，而且是多杆机构的基础。故本章着重讨论平面四杆机构的类型及性质。
3.1平面四杆机构的类型
3.1.1平面四杆机构的基本型式
当平面四杆机构各构件之间都是用回转副联接
时，则称该机构为铰链四杆机构。铰链四杆机构是
平面四杆机构的基本型式。图3.1所示为铰链四杆
机构。杆4是固定不动的，称为机架。不与机架直
接连接的杆2称为连杆。杆1和杆3分别与机架直
接连接称为连架杆。如果杆1（或杆3）能绕回转中
心A（或D）作整周的回转，则此杆就称为曲柄。如
果不能作整周的回转，而只能来回摇摆一个角度，
则此杆就称为摇杆。
铰链四杆机构根据连架杆是否为曲柄分为三种基
本类型，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1．曲柄摇杆机构及其应用
若铰链四杆机构的两连架杆之一为曲柄，另一连架杆为摇杆，则该机构称为曲柄摇杆机构。
曲柄摇杆机构能将曲柄的整周回转运动转换称摇杆的往复摆动；曲柄摇杆机构也能使摇杆的摆动转换为曲柄的整周回转运动。曲柄摇杆机构在生产中应用是很广泛的。
图3.2(a)所示为草地洒水器机构。该机构曲柄1作整周匀速回转运动，通过连杆2带动摇杆3和洒水器5（两者固联在一起）绕D点在一定角度内往复摆动，达到在一定面积上洒水的目的。
图3.2(b)所示为雷达俯仰角度的摆动装置。曲柄1缓缓地匀速转动，通过连杆2，带动摇杆3在一定角度范围内俯仰摆动。
(a) (b)
图3.2
2．双曲柄机构及其应用
当铰链四杆机构的两连架杆都是曲柄时，该铰链四杆机构称为双曲柄机构。如图3.3 (a)所示为冲床机构运动简图。图中杆1，2，3和4组成双曲柄机构。当曲柄1（原动件）等速回转一周时，曲柄3变速回转一周，与滑块6固联的冲头作往复直线运动。
若双曲柄机构中，两曲柄长度相等且平行，连杆与机架长度也相等且平行，则该机构称为平行双曲柄机构。如图3.3( b)所示为平行双曲柄机构，两曲柄回转方向相同，角速度相等。图3.4所示机车主动轮联动装置为平行双曲柄机构，它增设了一个曲柄CD辅助构件，以防止平行双曲柄机构ABEF变为反向双曲柄机构。
(a) (b)
图3.3
3．双摇杆机构及其应用 当铰链四杆机构的两连架都是摇杆时，则该铰链四杆机构称为双摇杆机构。图3.5所示为飞机起落架机构的运动简图。当飞机准备着陆时，需要将着陆轮1从机翼4中推放出来，则机构处于ABCD 位置。当飞机在正常飞行时，为了减小空气阻力，又需要将轮1收入机翼中，则机构处于A ’
‘C B D 位置。上述动作的完成是由原动件摇杆3通过连杆2、从动件摇杆5带动着陆轮1来实现的。摇杆3和摇杆5均不能（也绝不允许）作0360整周转动，从而确保着陆轮安全支撑飞机着陆。
图3.4 图3.5
3.1.2铰链四杆机构的演化型式
除曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构三种形式的铰链四杆机构外，在实际生产应用中，还广泛的采用其它型式的四杆机构，但是这些都可以认为是通过改变某些构件的形状，相对长度，或选择不同构件为机架等方法，来得到铰链四杆机构的一些其它演化型式，以下介绍常用的一些演化形式。
图3.6
1．曲柄滑块机构
如图3.6(a)所示，在曲柄摇杆机构ABCD中，若使摇杆CD的长度变长，则C点的轨迹mn 将会越来越平直。当CD的长度视为无穷大时，则C点的轨迹mn将被视为是一条直线（图3.6(b)）。把CD杆改为一滑块（图3.6(c)），则曲柄摇杆机构演化为如图3.6(d)、(e)所示的曲柄滑块机构。如图3.6(d)所示机构中C点的运动轨迹mm与曲柄转动中心A处于同一直线上，则该机构为对心曲柄滑块机构。如图3.6(e)所示机构中C点运动轨迹mm的延长线与曲柄转动中心A之间存在一偏距e，则称该机构为偏置曲柄滑块机构。
2．导杆机构
若以图3.6(d)所示的曲柄AB作为机架时，则曲柄滑块机构演变为图3.7所示的导杆机构。当BC杆回转时（通常BC杆为原动件），导杆AC一方面绕A点转动，另一方面又相对滑块3移动。
360回转分为回转导杆机构和摆动导杆机构。若构件BC长导杆机构根据导杆AC能否作0
360回转，则为回转导杆机构（图3.7(a)）；若构件BC长度大于机架AB长度，导杆能作0
360回转，则为摆动导杆机构（图3.7(b)）。
度小于机架AB长度，导杆不能作0
90）。因此牛头刨床(图3.8）、插床导杆机构具有很好的传力性能（传动角 始终等于0
和回转式油泵均采用了摆动导杆机构。
图3.7 图3.8
3．定块机构
若以图3.6(d)所示曲柄滑块机构中的滑块作为机架时，则得到图3.9(a)所示的定块机构。BC杆绕C点摆动，导杆AC在定块内往复运动。图3.9(b)所示的抽水唧筒是它的应用实例。
(a) (b)
图3.9
4．摇块机构
若以图3.6(d)所示曲柄滑块机构中的BC杆为机架，则得到图3.10(a)所示的摇块机构。当曲柄AB回转时，滑块绕C点摇动，同时导杆AC在滑块内作相对移动。图3.10(b)所示的载重汽车自卸机构是它的应用实例，当液压油推动活塞时，缸体（摇块）绕C点摆动，车厢AB绕B点转动从而翻转卸货。
(a) (b)
图3.10
5．偏心轮机构
偏心轮机构是曲柄摇杆机构采用扩大回转
副的方法得到的一类演化机构。
冲床、剪床、颚式破碎机等类型的机床具有
载荷大、行程小的特点。因此该类机床要求曲
柄的长度很小，但承受的载荷很大，这样便造
成加工制造的困难。此时可以采用扩大回转副
的方法来解决，即把图3.11(a)中所示销轴B
的半径扩大，直到把销轴A 完全包含在内（见
图3.11(b)）。这样就把销轴B 变为圆盘（称
为偏心轮），其几何中心为B ，回转中心为A 。
回转中心A 与几何中心B 之间的距离称为偏心
距（等于曲柄AB 长度）。
在工程设计中，当偏心距很小时，可以把偏心轮与轴做成一体，得到偏心轴机构。
3.2 平面四杆机构的一些基本特性
3.2.1铰链四杆机构曲柄存在的条件
曲柄的存在与否，取决于铰链四杆机构中各构件的长度关系及机架的选择。即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的铰链四杆机构曲柄存在的条件。下面通过曲柄摇杆机构来讨论铰链四杆机构曲柄存在的条件。
图3.12 图3.13
如图3.12所示的曲柄摇杆机构，杆AB 为曲柄，杆BC 为连杆，杆CD 为摇杆，杆AD 为机架，其长度分别为1l 、2l 、3l 、4l 。由于杆AB 为曲柄，所以必定存在两个虚线位置A 'B '
C D
和A "B "C D 。 根据三角形任意两边之和必大于第三边的定理，得出
在三角形'B '
C D 中 1l +4l ≤2l +3l 3.1 在三角形"B "C D 中 2l ≤（4l -1l ）+3l
3l ≤（4l -1l ）+2l
即 1l +2l ≤4l +3l 3.2
1l +3l ≤4l +2l 3.3 将式3.1、3.2、3.3式两两相加得
??
???≤≤≤413121l l l l l l 3.4
根据以上分析可知，在曲柄摇杆机构中，如果连架杆AB 为曲柄，它必须是四杆中的最短杆，且最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆之和。
杆1能作整周回转，则它相对杆2、杆4作整周回转；杆3来回摆动，则它相对杆2、杆4只能在一定角度内摆动。根据相对运动原理，若取最短杆1为机架，如图3.13(a)所示，该机构为双曲柄机构；若取最短杆1的对边杆3为机架，如图3.13(b)所示，该机构为双摇杆机构。因此，铰链四杆机构曲柄存在的条件概括为：
（1）连架杆或机架中必有一个为最短杆；
（2）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。
上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在。根据曲柄存在的条件，还可作如下推论：
1.当铰链四杆机构中最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时，可能有三种情况：
（1）若两连架杆之一是最短杆，则该连架杆是曲柄，此机构为曲柄摇杆机构；
（2）若机架是最短杆，则两连架杆都是曲柄，此机构为双曲柄机构；
（3）若最短杆的对边杆为机架，则两连架杆都是摇杆，此机构为双摇杆机构。
2.当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，则连架杆不能成为曲柄，无论哪杆为机架，机构都是双摇杆机构。
3.2.2 急回运动特性和行程速比系数
图3.14所示为一曲柄摇杆机构，当主动件曲柄AB 在位置1AB 与连杆BC 成一直线时，从动件CD 处于左极限位置D C 1。曲柄AB 以匀角速度ω顺时针转过角1?=θ+0180到达2AB 位置时，摇杆则由左极限位置D C 1摆到右极限位置D C 2，摇杆摆角为ψ ；而当曲柄顺时针再转过 2?=θ-0180时，摇杆由位置D C 2摆回位置D C 1，其摆角仍为ψ。由图 3.14可以看到，从动件往复摆角均为ψ。
由于1?＞2?，曲柄以匀角速度转过这两角度时，对应时间1t ＞2t ，所以摇杆CD 由D C 1摆到D C 2的平均角速度1ω=1t ψ小于由D C 2摆到D C 1的平均角速度2ω=2
t ψ。显然，摇杆往复摆动平均角速度一慢一快。一般来说，生产设备在慢速运动的行程中工作（称为工作行程），在快速运动的行程中返回（称为回程）的这种工作特性称为急回运动特性。许多机械利用这种急回特性来缩短非生产时间，提高效率。
回程的平均速度与工作行程的平均速度之比称为行程速比系数，用k 表示，即
k =12ωω=12//t t ψψ=21t t =21??=θ
θ-+00180180 3.5 上式中，θ为摇杆（或机构）在两极限位置时曲柄的两个对应位置所夹的锐角，称为极位夹角。如果已知k ，可以求得极位夹角
θ=1
11800+-k k 3.6 极位夹角θ越大，k 值越大，急回运动特性也越显著。当k =1（θ=0）时，机构将无急回运动特性。
图3.14
3.2.3压力角和传动角
如图3.15所示曲柄摇杆机构，若忽略各杆质量和运动副中的摩擦影响，则由连杆传递到摇杆上的作用力F 的方向与BC 线重合。F 力可分解为沿C 点线速度方向的分力t F 及沿摇杆DC 线方向的分力n F 。很明显，产生力矩带动摇杆运动的有效分力为t F ，而分力n F 只能使运动副D 和C 中产生压力，并使阻碍运动的摩擦力增大。力F 与C 点线速度v 之间所夹的锐角α（从动件上所受力的方向与该点线速度方向所夹的锐角α）称为压力角。因有效力t F =Fcos α,有害力n F = Fsin α，所以压力角α越小，有效分力t F 愈大，有害分力n F 愈小，机构的工作性能愈好。压力角α是判断机构工作性能的一个重要指标。
使用中为了度量方便，常用压力角α的余角γ来判断机构的工作性能，γ角称为传动角。因γ=0
90-α，因此，传动角γ愈大机构的工作性能愈好。
机构工作过程中传动角的大小是变化的，为了保证机构具有良好的工作性能，传动角不应小于许可值。一般应使min γ≥040；当传递功率较大时，如鄂式破碎机等大功率机械，可取min γ≥050。其具体数值设计时可根据机构传递功率的大小查阅《机械工程设计手册》适当选取。
在曲柄摇杆机构中,最小传动角一般出现在曲柄AB 与机架AD 共线的两个位置。其中较小
的传动角为最小传动角。（证明从略）
如图3.16所示的曲柄滑块机构，曲柄为主动件，min γ将出现在图示位置。
如图3.7(b)所示的摆动导杆机构传动角γ始终等于0
90。
图3.15 图3.16
3.2.4 “死”点位置
在图3.14所示的曲柄摇杆机构中，若以摇杆3为原动件，曲柄1为从动件，则当摇杆摆到极限位置D C 1和D C 2时，连杆2与曲柄1共线。此时摇杆3通过连杆2作用给曲柄1的力将通过铰链中心A 。则该驱动力不会对A 点产生力矩，无论该驱动力有多大都不能使曲柄1转动。机构所处的这种位置（α=090，γ=0
0）称为“死点”位置。需要明确的是当曲柄为主动件时不会出现“死点”位置，只有当曲柄为从动件且与连杆共线时才会出现死点位置。
在机械设计中通常要利用飞轮，构件自身
的惯性，施加一定外力或机构的错位排列
等，使机构顺利通过“死点”位置。从而克
服“死点”位置对机械传动的不利影响。
在某些夹紧机械装置中利用“死点”位置。
如图3.17所示的夹紧机构，夹紧工件时，
BCD 成一直线，机构处于死点位置（CD 为从
动件）。此时无论加紧力F 多大都不能使工
件松开。要松开工件时，必须改变BCD 的直
线位置后方能松开。
3.3平面四杆机构的设计
平面四杆机构设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节讨论用图解法设计四杆机构。
3.3.1按给定行程速比系数k 设计四杆机构
1.曲柄摇杆机构
已知：摇杆长度C D ，摆角ψ，行程速比系数k
要求：设计曲柄摇杆机构
设计步骤：
（1）按给定行程速比系数k ，根据式3.6求出极位夹角θ
θ=01801
1+-k k （2）选择适当比例l μ(m/mm)，如图3.18所示，选择固定铰链中心D 的位置，按摇杆长度CD l 和摆角ψ，作出摇杆两极限位置1C D 和2C D 。
（3）连接1C 和2C 点，作1C 2C 的垂线1C M 。
（4）作2C N 交1C M 于P 点,使∠1C 2C N =090-θ,则∠1C P 2C =θ。
（5）作△1C P 2C 的外接圆L ，根据实际要求在该圆上选取一点A 作为曲柄的回转中心（或任选一点）。连接A 1C 和A 2C ，因同一圆弧上的圆周角相等，故∠1C A 2C =∠1C P 2C =θ。
（6）因在两极限位置处曲柄摇杆机构的曲柄与连杆共线，故A 1C =BC l -AB l ，A 2C =BC l +AB l ，从而得曲柄AB l =（A 2C -A 1C ）/2，连杆BC l =（A 2C +A 1C ）/2。再以A 为圆心、AB l 为半径作圆，交1C A 延长线于1B ，交2C A 于2B 。即得所设计曲柄摇杆机构A 2B 2C D （或A 1B 1C D ）。
若曲柄的回转中心A 是在外接圆L 上任选一点，可得无数组解。
2.导杆机构
已知：机架AD 长度，行程速比系数k
要求：设计一导杆机构
设计步骤：
（1）按给定行程速比系数k ，根据式3.6求出极位夹角θ
θ=01801
1+-k k 由图3.19可知：导杆摆角?等于导杆机构的极位夹角θ，即?=θ。
（2）选择适当比例l μ(m/mm)，如图3.19所示，根据机架AD 长度，确定回转副中心A 、D ，根据导杆摆角?作出导杆的两个极限位置
（3）过A 点做导杆任一极限位置的垂线A 1C (或A 2C ),则该线段的长度A 1C (或A 2C )为所求曲柄长度AC l 。即得所设计的导杆机构。
图3.18 图3.19
3.3.2按给定连杆预定位置设计铰链四杆机构
1.给定连杆两个预定位置设计四杆机构
已知：如图3.20所示为工业用加热炉炉门开闭机构。当
炉门开启时，炉门处于图示水平位置2B 2C ；当炉门关闭时，
炉门处于图示竖直位置1B 1C 。回转副（固定铰链）A 、D 安
装在直线y —y 上（附加条件）。
要求：设计一铰链四杆机构
作图步骤：对铰链四杆机构分析可知：1B 、2B 点应在以
A 点为圆心，A
B l 为半径的圆弧上，故A 点必在1B 2B 的垂直
平分线上；同理，D 点必在1C 2C 的垂直平分线上。
(1) 选择适当比例l (m/mm)，如图3.20所示，按给定
连杆长度及预定位置画出连杆的两个位置1B 1C 、2B 2C 。
（2）连接1B 2B 做1B 2B 的垂直平分线12b ；连接1C 2C ，做1C 2C 的垂直平分线12c 。
（3）垂直平分线12b 、12c 与直线y —y 的交点分别为回转副（固定铰链）A 、D 。A 1B 、D 1C 分别为两连架杆的长度。即得所设计的铰链四杆机构。
注意：若要得到确定的解必须附加其它设计条件。否则，得到无数组解。
2. 给定连杆三个预定位置设计四杆机构
已知：连杆的三个预定位置1B 1C 、2B 2C 、3B 3C 。
要求：设计一铰链四杆机构
作图步骤：设计方法与上述两个位置基本相同。
(1) 选择适当比例l μ(m/mm)，如图3.21所示，按给定连杆长度及预定位置画出连杆的三个预定位置1B 1C 、2B 2C 、3B 3C 。
（2）分别连接
1B 2B 、2B 3B ，分别
做1B 2B 、2B 3B 的垂直平分线，得两垂
直平分线的交点A （回转副）；分别连接
1C 2C 、2C 3C ，分别做1C 2C 、2C 3
C 的垂直平分线，得两垂直平分线的交点
D （回转副）。
（3）连接A 1B 、1C D ，A 1B 1C D 即为
所设计的铰链四杆机构。
3.3.3 给定两连架杆对应位置设计铰链四杆机构
此四杆机构设计的实质是确定回转副C 的位置，从而确定连杆BC 和连架杆DC 的长度。为了确定C 点的位置，先对已有的铰链四杆机构进行分析。从图3.22中可以看出，当主动件AB 从A 1B 转过12?角到达A 2B 时，从动件CD 则从1C D 转过12ψ角到达2C D 位置。设想把机构的第二个位置A 2B 2C D 刚化（即把各铰链焊死），绕D 点反转12ψ角（此时2C D 与1C D 重合）。反转后各个构件的相对位置没有改变，2B 点绕D 点转到‘2B 点，相应的A 点绕D 点转到‘2A 点。此时四边形A 2B 2C D ≌‘2A ‘2B 1C D 。由于刚性构件连杆BC 长度是不会变化的，因此1B 1C =‘2B 1C （=2B 2C ）。显然，1C 点为1B 、‘2B 两点的回转中心，即1C 点必在1B 、‘2B 两点连线的垂直平分线12b 上。1C 点在12b 的哪一点上呢？若已知两连架杆两组对应位置设计铰链四杆机构则有无穷多组解,须根据辅助条件确定；若已知两连架杆三组对应位置设计铰链四杆机构则有唯一解。
注意实际作图时可以简化，只须将四边形A 2B 2C D 的对角线2B D 绕D 点反转12ψ角,便可找到‘
2B 点的位置。
现按给定两连架杆三组对应位置设计一铰链四杆机构
已知：连架杆AB 长度和机架AD 长度，连架杆AB 和连架杆CD 的三组对应预定位置A 1B 、
A 2
B 、A 3B 及D 1E 、D 2E 、D 3E （DE 为摇杆D
C 的标志线），对应摆角分别为12?、12ψ及13?、13ψ。
要求：设计一铰链四杆机构
设计步骤：
(1) 如图3.23所示，选择适当比例l μ(m/mm)，按给定已知条件，作出连架杆AB 和连架杆DE 的三组对应预定位置。
（2）连接2B D ，使其绕D 点反转12ψ角，得‘
2B 点；连接3B D ，使其绕D 点反转13ψ角，得‘3B 点。 （3）连接1B ‘2B 、‘2B ‘3B ，并分别作出它们的垂直平分线12b 、23b 。两垂直平分线的交点
1C 就是所求C 点的位置。得铰链四杆机构A 1B 1C D 。
注意：一般C 点不一定正好在摇杆标志线D 1E 上，这时可把标志线D 1E 与1C 点刚性联结成一个构件1C D 1E 。
图3.22 图3.23
习题
1．铰链四杆机构有哪些基本型式？基本型式是根据什么条件来分类的？
2．铰链四杆机构中有可能存在死点位置的机构有哪些？它们存在死点位置的条件是什么？
3．什么是机构的急回运动特性？行程速比系数k 的含义是什么？在本章所讲的四杆机构
中具有急回运动特性的机构有哪些？存在急回运动特性的条件是什么？
4.在导杆机构中，要演化为转动导杆机构和摆动导杆机构的条件是什么？
5.画出图3.24所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件是原动件。
图3.24 6.如图3.25所示,已知铰链四杆机构各构件的长度为1l =240mm,2l =600mm,3l =400mm,4l =500 mm 。试问：
（1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？
（2）若各杆长度不变，能否以选不同杆为机架的办法获得双曲柄机构和双摇杆机构？如何获得？
图3.25 图3.26 7．如图3.26所示铰链四杆机构,已知：BC l =50mm,CD l =35mm,AD l =30mm,AD 为机架。试问：
（1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB 为曲柄，求AB l 的最大值。
（2）若此机构为双曲柄机构，求AB l 的范围。
（3）若此机构为双摇杆机构，求AB l 的范围。
8.设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度CD l =80mm,摆角 =0
40，行程速比系数k =1，且要求摇杆CD 的一极限位置与机架的夹角∠CDA=090。求其余三杆的长度。
9．设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程s =50mm,偏距e =16mm （导路在曲柄回转副下方）, 行程速比系数k =1.2。求曲柄和连杆的长度。
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。
1 图11所示铰链四杆机构中，已知各杆长度AB l =42mm ，BC l =78mm ，CD l =75mm ，AD l =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?， 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 min γ； (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 mm l l mm l l CD BC AD AB 153757815010842=+=+<=+=+ 故AB 杆为曲柄，此机构为曲柄摇杆机构。 (2)当原动件曲柄AB 与连杆BC 两次共线时，摇杆CD 处于两极限位置。 适当选取长度比例尺l μ，作出摇杆CD 处于两极限位置时的机构位置图AB 1C 1D 和AB 2C 2D ，由图中量得?=70°，θ=16°，可求得 19.1180180≈+?-?= K θ θ (3) 当原动件曲柄AB 与机架AD 两次共线时，是最小传动角min γ可能出现的位置。用作图法作出机构的这两个位置AB ′C ′ D 和AB ″C ″ D ，由图中量得,50,27?=''?='γγ故 min γ=?='27γ (4) 若以曲柄AB 为原动件，机构不存在连杆BC 与从动件CD 共线的两个位置，即不存在?='0γ的位置，故机构无死点位置；若以摇杆CD 为原动件，机构存在连杆BC 与从动件AB 共线的两个位置，即存在?='0γ的位置，故机构存在两个死点位置。 【评注】 四杆机构基本知识方面的几个概念(如有曲柄条件、急回运动、传动角等)必须清晰。机构急回运动分析的关键是确定极位夹角θ的大小，本题曲柄合理转向的确定依据就是机构存在慢进快退的急回特性；而传动角和死点的分析要特别注意它与机构原动件有关。 2 如图12所示，连杆BC 的长度BC l 及其两个位置11C B 、22C B 为已知，试设计一铰链四杆机构ABCD ，使得AB 杆为原 动件时，机构在此位置时的传动角相等，并满足机架AD 的长度为AD l 。
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
平面连杆机构 一、填空： 1．由一些刚性构件用转动副和移动副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。 2．铰链四杆机构按两连架杆的运动形式，分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本类型。 3. 在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连，且能绕该转动副轴线整圈旋转的构件称为曲柄；与机架用转动副相连，但只能绕该转动副轴线摆动的构件摇杆；直接与连架杆相联接，传递运动和动力的构件称为连杆。 4.铰链四杆机构有曲柄的条件（1）连架杆和机架中必有一杆是最短杆；（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其它两杆长度之和。(用文字说明) 5. 图1-1为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。试用式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件： （1）__a+b≤c+d_____。 （2）以__b或d__为机架，则__a__为曲柄。 图1-1 6.在铰链四杆机构中，当最短构件和最长构件的长度之和大于其他两构件长度之和时，只能获得双摇杆机构。 7．如果将曲柄摇杆机构中的最短杆改作机架时，得到双曲柄机构；最短杆对面的杆作为机架时，得到双摇杆机构。 8. 当机构有极位夹角θ时，则机构有急回特性。 9.机构中传动角γ和压力角α之和等于90°。 10.通常压力角α是指力F与C点的绝对速度v c之间间所夹锐角。
二、选择题： 1．在曲柄摇杆机构中，只有当 C.摇杆为主动件时，才会出现“死点”位 置。 A.连杆 B.机架 C.摇杆 D．曲柄 2．绞链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和，大于其余两杆的长度之和时，机构 B.不存在曲柄。 A.有曲柄存在 B.不存在曲柄 C. 有时有曲柄，有时没曲柄 D. 以上答案均不对 3．当急回特性系数为 C. K＞1 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A. K＜1 B. K＝1 C. K＞1 D. K＝0 4．当曲柄的极位夹角为 D. θ﹥0 时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A.θ＜0 B.θ=0 C. θ≦0 D. θ﹥0 5．当曲柄摇杆机构的摇杆带动曲柄运动对，曲柄在“死点”位置的瞬时运动方向是C.不确定的。 A.按原运动方向 B.反方向 C.不确定的 D. 以上答案均不对 6．曲柄滑决机构是由 A. 曲柄摇杆机构演化而来的。 A. 曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对 7．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫做 B.双曲柄机构。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对 8．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆 的长度之和，最短杆为连杆，这个机构叫做 C.双摇杆机构。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对
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。
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
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
第一讲 一、教学目标 (一）能力目标。 能准确判断具体实例属于哪种平面四杆机构类型 (二)知识目标 熟悉平面四杆机构的基本型式、应用及其演化 二、教学内容 1.平面连杆机构概述 2.平面连杆机构基本类型 3.平面连杆机构的演化 三、教学的重点与难点 (一）重点 平面四杆机构的基本型式、应用及其演化。 (二)难点 平面四杆机构类型的判断。 四、教学方法与手段 多媒体教学，采用动画展示平面连杆机构的运动特点，注重启发学生理论联系实际。 4.1 概述 平面连杆机构定义：由若干构件通过低副（铰链或滑道）连接而成的机构。因构件形状多呈杆状，所以称连杆机构。 平面连杆机构的特点：（1）能够进行多种运动形式的转换；（2）构件之间连接处是面接触，单位面积上的压力较小，磨损较慢，可以承受较大载荷；（3）两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易；（4）连接处的间隙造成的积累误差较大；（5）连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。 平面连杆机构的应用：各种机器和仪器中，例如金属加工机床、起重运输机械、采矿机械、农业机械、交通运输机械和仪表等。
4.4 四杆机构的基本型式及演化 平面四杆机构的基本型式是铰链四杆机构。其它型式的四杆机构都可看成是在它的基础上通过演化而成的。 由四个构件用铰链连接而成的机构称为铰链四杆机构。如图所示，机构中固定不动的构件AD称为机架，与机架相连的构件AB和CD称为连架杆。如果连架杆能绕轴线作360o的回转运动，称为曲柄；若只能在某一角度(小于360°)内摆动，称为摇杆。与机架不相连接的构件BC称为连杆。 铰链四杆机构可按有无曲柄、摇杆，分为以下三种基本型式。 1、曲柄摇杆机构 定义：在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。 应用：在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。如雷达天线俯仰角调整机构。当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。 雷达天线俯仰角调整机构缝纫机踏板机构 2、双曲柄机构
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
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
1 图11所示铰链四杆机构中，已知各杆长度AB l =42mm ，BC l =78mm ，CD l =75mm ，AD l =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?， 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 min γ； (4) 试分析此机构有无死点位置。 图11 2 如图12所示，连杆BC 的长度BC l 及其两个位置11C B 、22C B 为已知，试设计一铰链四杆机构ABCD ，使得AB 杆为原动件时，机构在此位置时的传动角相等，并满足机架AD 的长度为AD l 。
图12 3 图13示为一铰链四杆机构ABCD 的固定铰链A 、D ，已知主动件AB 的三个位置和连杆上K 点所对应的三个点。试求： (1) 确定连杆上铰链C 的位置和连架杆CD 的长度； (2) 验算其主动件是否为曲柄； (3) 指出最小传动角min 的位置并确定其数值。 图13 4 图15示为一曲柄滑块机构AC O A ，当滑块从1C 移到2C 时，连架杆B O B 上的一条标线1E O B 转至2E O B ；当C 从2C 移到3C 时，E O B 从2E O B 转至3E O B 。现欲将曲柄A O A 与连架杆B O B 用一连杆AB 连接起来，试求铰链点1B 的位置，并画出机构第一位置的机构简图。（写出简要作图步骤，保留作图线）
图8.15 5设计曲柄摇杆机构ABCD 。已知摇杆CD 的长度l CD =290mm ，摇杆两极限位置间的夹角ψ=32o，行程速比系数K=1.25，连杆BC 的长度l BC =260mm 。试求曲柄AB 的长度l AB 和机架AD 的长度l AD 。(解法不限) 6 在曲柄摇杆机构，曲柄为主动件，转速min 601r n =，且已知曲柄长mm l AB 50=，连杆长mm l BC 70=，摇杆长mm l CD 80=，机架长 mm l AD 90=， （工作行程平均速度<空回行程速度），试问： (1) 行程速度系数K=？ (2) 摇杆一个工作行程需要多少时间？ (3) 最小传动角min γ=？
1、通常利用机构中构件运动时的惯性，或依靠增设在曲柄上的惯性来渡过“死点”位置。 2、曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构的长度趋向而演变来的。 3、导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的而演变来的。 4、将曲柄滑块机构的改作固定机架时，可以得到导杆机构。 5、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把运动转换成运动。 6、曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把` 运动转换成。 7、曲柄摇杆机构的不等于00，则急回特性系数就，机构就具有急回特性。 8、实际中的各种形式的四杆机构，都可看成是由改变某些构件的，或选择不同构件作为等方法所得到的铰链四杆机构的演化形式。 9、若以曲柄滑块机构的曲柄为主动件时，可以把曲柄的运动转换成滑块的运动。 10、若以曲柄滑块机构的滑块为主动件时，在运动过程中有“死点”位置。 1 自身飞轮 2摇杆无穷大 3 固定件 4 曲柄 5 主动从动往复摆动旋转 6 从动主动等速旋转往复摆动 7 极位夹角大于1 8 形状相对长度机架 9 等速旋转直线往复 10 曲柄 大题 1. 图示的四杆机构中，各杆长度为a=25mm，b=90mm，c=75mm，d=100mm，试求： 的机构？ 2）若杆BC是机构的主动件，AB为机架，机构是什么类型
3）若杆BC 是机构的主动件，CD 为机架，机构是什么类型的机构？ 解： 1）若杆AB 是机构的主动件，AD 为机架，因为 l AB +l AD =(25+100)mm =125mm 第七章机构创新设计 第一节同轨迹连杆机构 第二节 新型内燃 机的开发 第三节 联轴器的 创新设计 第四节 抓斗的原 理方案创 新设计 第五节 过载保护 装置的机 械结构设 计 实例 第一节同轨迹连杆机构 同轨迹四连杆机构是指自由度 f相同、输入构件的运动规律相同、输出构件上的一点轨迹相同的一组连杆机构，但这组连杆机构的运动学尺寸不同，所以其受力状态、动态性能有巨大差异。因而，同轨迹连杆机构的形成方法是机构创新设计的重要方法之一。 形成同轨迹连杆机构的罗伯特－契贝谢夫定理是由美国数学家萨姆尔·罗伯特于1875年和俄国学者契贝谢夫于1878年分别发现的，因此称为“罗伯特－契贝谢夫定理”。该定理的内容是：由一个四杆铰链机 构发生的一条连杆曲线，还可以由另外两个四杆铰链机构发生出来。或表述为同一连杆曲线，可以用三个不同的机构来实现。 1.连杆点k位于连杆两铰链连线上的同迹连杆机构 图形缩放原理如下图7－1a所示为一平行四边形机构，由平行四边形obkd与机架在o点铰接而成。a点为bk杆延长线上的一点。连接ao 得交点c。当a点沿任意给定轨迹运动时，c点将给出与a点相似但缩小了的轨迹。⑴ao除以co与ab除以kb的值是相等的为常数m（射线定理）。⑵当此四边形作为一刚体绕o转动一角度时，a点转到a'，按射线定理有aa'与cc'的比值与ao与co的比例等于常数m。a点的一切运动都是这两部分运动的合成。因此c点的运动是以缩小的比例模拟a 点的运动，反之亦然。 图7－1 连杆点k在连杆线上的同还连杆机构 第一个同迹连杆机构设计如图7－1b所示，在原始机构上作平行四边形导引机构bodk。曲柄c0cdo为所示的第一个同迹连杆机构，k为连杆cd延长线上的点。所示曲柄拉摇杆机构的尺寸，如图中下面的公式。 第二个同迹连杆机构设计如图7－1c所示，在原始机构上作平行四边形导引机构a0ake。双摇杆机构a0efco为所求的第二个同迹连杆机构。第三个同迹连杆机构设计如图7－1d所示，co是两具同迹连杆机构中共同的新机架的固定铰链点，机架的三个固定铰链点a0与o，a0与co，o与co。 2.任意连杆点 k的同迹连杆机构 在图7－2a中，四杆机构a0a1b1b0为a1b1上有附加连杆点k的原始机构。由罗伯特－契贝谢夫定理决定的另两个四杆机构为a0a2c2c0 一、填空题: 1.平面连杆机构就是由一些刚性构件用转动副与移动副连接组成的。 2.在铰链四杆机构中,运动副全部就是副。 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。 8.偏置曲柄滑快机构有急回特性。 10.机构处于死点时,其传动角等于0 度。 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90度。 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。(对) 2.平面连杆机构中,最少需要三个构件。(错) 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。(对) 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。(对) 5.有死点的机构不能产生运动。(错) 6.机构的压力角越大,传力越费劲,传动效率越低。(对) 7.曲柄摇杆机构中,曲柄为最短杆。(对) 8.双曲柄机构中,曲柄一定就是最短杆。(错) 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。(对) 10.平面连杆机构中,压力角的余角称为传动角。(对) 11.机构运转时,压力角就是变化的。(对) 三、选择题: 1.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件就是最短杆与最长杆长度之与 A 其她两杆之与。 A <=; 2.铰链四杆机构存在曲柄的必要条件就是最短杆与最长杆长度之与小于或等于其她两杆之与,而充分条件就是取 A 为机架。 A 最短杆或最短杆相邻边; 3.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之与小于其余两杆长度之与,当以B为机架时,有两个曲柄。B 最短杆;。 4.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之与小于其余两杆长度之与,当以A为机架时,有一个曲柄。A 最短杆相邻边; 5.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之与小于其余两杆长度之与,当以 C 为机架时,无曲柄。 C 最短杆对边。 6.铰链四杆机构中,若最短杆与最长杆长度之与 B 其余两杆长度之与,就一定就是双摇杆机构。 B >; 7.一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。则当C为原动件时,称为机构的死点位置。 C 摇杆。 8.一曲柄摇杆机构,若曲柄与连杆处于共线位置。则当 A 为原动件时,称为机构的极限位置。 A 曲柄; 9.当极位夹角θB时,机构就具有急回特性。B >0; 10.当行程速度变化系数k B 时,机构就具有急回特性。B >1; 11.在死点位置时,机构的压力角α= C 、 C 90o。 12.若以B为目的,死点位置就是一个缺陷,应设法通过。B传动。 13.若以 A 为目的,则机构的死点位置可以加以利用。A 夹紧与增力; 14.判断一个平面连杆机构就是否具有良好的传力性能,可以 A 的大小为依据。 A 传动角; 15.压力角与传动角的关系就是α+γ= C 。 C 90o。第七章 机构创新设计
平面连杆机构大题答案
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