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机械原理课件英文版 叶仲和 蓝兆辉 Lecture4-3(平面连杆机构)

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机械原理课件-平面连杆机构

机械原理课件-平面连杆机构

双滑块机构
（二）、取不同构件为机架
1、导杆机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将曲柄改为机架时，就演化成导杆机构。
(2)、类型
转动导杆机构 L1<L2
L1 ：机架长度
摆动导杆机构 L1>L2
L2 ：曲柄长度
(2)、应用
简易刨床
牛头刨床机构
2、摇块机构 (1)、演化过程 曲柄滑块机构中，当将连杆改为机架时，就演化成摇块机构。
第二章 平面连杆机构
连杆传动是利用常用的低副传动机构进行的传动，连杆传动能方 便的实现转动、摆动、移动等运动形式的转换。其中以由四个构件 组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此本 章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。
一、概念
§2-1 概述
1连杆机构：构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）
1、按给定的行程速比系数K设计四杆机构
例： 偏置曲柄滑块机构，s=30mm,e=12mm,K=1.5,设计此机构。
2、按给定的连杆位置设计四杆机构
特点：两连架杆都是曲柄（整周转） 主动曲柄匀速转，从动曲柄变速转
正平行双曲柄机构：对边平行且相等 特点：主、从动曲柄匀速且相等
运动不确定现象：
反平行双曲柄机构：对边平行但不相等 公共汽车车门启闭机构
(三)、双摇杆机构 特点：两连架杆都是摇杆（摆动）
飞机起落架（实景）
二、铰链四杆机构的演化
2、应用：
机械式转向系
机车车轮的联动机构
机车车轮联动机构
§2-2 铰链四杆机构的类型与应用基本型式及其演化 据有无移动副存在：铰链四杆机构，滑块四杆机构
一、铰链四杆机构的基本型式
(一)、曲柄摇杆机构 特点：两连架杆一个是曲柄（整周转）；一个是摇杆（摆动）

机械原理作业答案 叶仲和 蓝兆辉版

机械原理作业答案 叶仲和 蓝兆辉版
D
C2
1
B1
4
B
(c) Find the crank angle
VC C1 B2 F C
α 2 γ
3
ψmax
D
C2
θ
A
1
B1
4
B
(d) Find max and min.
C3
α max γ min
4
A B3
B4
D
4
Two dead-points if link DC is the driver.
D
机构的第一个位置
C1 B1 A2 '
C2
A
B2
D
截取B2C2=B1C1 ，得B2点。
C1 B1 A2 '
C2
A
B2
D
检验运动未知构件AB的杆长：AB1=AB2。
C1 B1 A2 '
C2
A
B2
D
Ex.4-9 In an offset slider-crank mechanism ABC, when the crank AB is located at position AB1, the slider reaches its left limit position.
B A
e
The maximum pressure angle MAX=30 occurs when the crank AB is perpendicular to the slide way.
B3 B
30°
A
e
C3
Find the stroke H of the slider and the crank angle between the two limiting positions.

平面四杆机构ppt课件

平面四杆机构ppt课件

动画演示曲柄存在的三种类型：
（2）不满足长度和条件，即 lma xlmi nll
当最长杆与最短杆长度之和大于其余两杆长度之 和时，无论取哪一杆件为机架，机构均为双摇杆机构。
想一想 练一练 请判断图所示各机构属于何类铰链四杆机构？
作业：
如图所示的铰链四杆机构ABCD中，已知各杆 的长度分别为：a=30，b=50，c=40，d=45。试确
2、死点位置
摇杆处于左极限 位置C1D时,连杆与从 动件(曲柄)的共线位 置C1A B1。
摇杆处于右极限位置 C2D时,连杆与从动件(曲柄) 的共线位置C2B2A。
死点在实践中的应用
死点的利用：飞机起落架和钻床夹紧机构两个实例， 了解死点在生活中有益的一面。
飞机起落架机构
夹具机构
死点位置的应用
(二). 平面连杆机构的特点
1）低副连接，接触表面为平面或圆柱面，压强小，便于润 滑，磨损较小，寿命较长，适合传递较大动力；
2）结构简单，加工方便，易于制造，易于获得较高的运动 精度；
3）连杆易于做成较长的构件，可实现较远距离的操控；
4）能够实现的运动规律和运动轨迹多样；
5）传动 链长， 累计误 差大， 难于实 现精确 运动。
转动导杆机构
该机构是通过将曲柄滑块机构中的曲柄固定演化而成，它可将主 动件的匀速回转转化为导杆的非匀速摆动，且具有急回特性。
曲柄移动导杆机构应用实例----插床
利用摆动导杆机构的急回特性使插刀快速退回，以提高工作效率。
(2)曲柄摆动导杆机构
该机构具有急回运动性质，且其传动角始 终为90度，具有最好的传力性能，常用于 牛头刨床、插床和送料装置中。
（2）逆平行四边形机构：两个曲柄长度相等转向相么，且 连杆和机架长度也相等的双曲柄机构。

机械基础_课件_第九章-平面连杆机构

机械基础_课件_第九章-平面连杆机构
L/O/G/O
第二部分(第九章) 平面连杆机构
《机械基础》
第九章 平面连杆机构
§9-1 平面连杆机构概述 §9-2 铰链四杆机构 §9-3 其他平面连杆机构
§9-1 平面连杆机构概述
（Planar Linkage） 连杆机构：各构件间均以低副（转动副、移动副、 球面副、圆柱副等）相连接的机构称为连杆机构， 也叫低副机构。 平面机构：各构件的相对运动平面互相平行（常用 的机构大多数为平面机构）。 空间机构：至少有两个构件能在三维空间中相对运 动。
连杆
B
曲柄
C
曲柄
A
机架
D
双曲柄机构
双曲柄机构
从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一 周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作 加速往复运动，提高了工作性能。
惯性筛工作机构
特例：平行双曲柄机构，其相对两杆平行且相等。
1、曲柄1为原动件，作等角速转动；从动件曲柄3也以相 同角速度转动。 2、当四个铰链中心处于同一直线上时，将出现运动不确 定状态。 B C 2
【设计实例】如图示的加热炉门启闭 机构，图中Ⅰ为炉门关闭位置，使用 要求在完全开启后门背朝上水平放置 并略低于炉口下沿，见图中Ⅱ位置。
解：把炉门当作连杆BC，已知的两个位置 B1C1和B2C2 ，B和C已成为两个铰点，分别作 直线段B1B2、C1C2的平分线得b12和c12 ，另外 两铰点A和D就在这两根平分线上。为确定 A、D的位置，根据实际安装需要，希望A、 D两铰链均安装在炉的正壁面上即图中yy位 置，yy直线分别与b12、c12相交点A和D即为所 求。
连杆机构（面接触的结构）的优点：
¾ 运动副单位面积受压力较小，面接触便于润滑，故 磨损较小； ¾ 制造方便，易获得较高的精度； ¾ 两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的； ¾ 连杆机构可以实现给定的运动规律或实现给定的运 动轨迹，但只用于速度较低的场合。 平面连杆机构分为四杆机构和多杆机构。

机械原理四连杆机构 ppt课件

机械原理四连杆机构 ppt课件

ppt课件
12
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。
ppt课件
13
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
则这时连杆加给曲柄的力将通过铰链中
心A，即机构处于压力角=90（传力角 =0）的位置时，驱动力的有效力为0。
此力对A点不产生力矩，因此不能使曲柄 转动。机构的这种位置称为死点。
ppt课件
25
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。
23
若BCD由锐角变钝角，机构运 动将在BCD(min)和BCD(max)位置两次 出现传动角的极小值。两者中较小的
一个即为该机构的最小传动角min。
ppt课件
24
3．死点
对于图4-4所示的曲柄摇杆机构，如 以摇杆3 为原动件，而曲柄1 为从动件， 则当摇杆摆到极限位置C1D和C2D时，连 杆2与曲柄1共线，若不计各杆的质量，
非传动机构，<40，但不能过小。
ppt课件
21
确 定 最 小 传 动 角 min 。 由 图 4-5 中
∆ABD和∆BCD可分别写出
BD2=l12+l42-2l1l4cos BD2=l22+l32-2l2l3cosBCD

机械原理四连杆机构PPT教案精选全文完整版

机械原理四连杆机构PPT教案精选全文完整版
第2页/共87页
机架
连杆
图4-1 铰链四杆机构
第3页/共87页
连架 杆
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。
第4页/共87页
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：
当BCD为锐角时，传动角=BCD，是传动角的最小值，也即 BCD(min) ；
当BCD为钝角时，传动角=180-BCD ，BCD(max)对应传动角的 另一极小值。
第22页/共87页
若BCD由锐角变钝角，机构运动将在BCD(min)和BCD(max)位置 两次出现传动角的极小值。两者中较小的一个即为该机构的最小传动角min。
第18页/共87页
它可使从动件产生有效的回转力矩 ，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。
第42页/共87页
如何得到不同类型的铰链四杆机构？
根据以上分析可知：
当各杆长度不变时，取不同杆为机架就可以得到不同类型的铰链 四杆机构。
第43页/共87页
（1）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时：
最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆 故图4-14a）所示的两个机构均为曲柄摇杆机构。

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 平面连杆机构及设计课件


仿真分析
利用计算机仿真软件对机构进行模拟分析， 评估其性能。
实验测试
通过实际测试机构的性能，与理论分析进行 对比验证。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 ，对机构参数进行优化。
04
平面连杆机构的运 动分析
机构运动的基本方程
01
平面连杆机构的基本运动方程是 根据机构的运动学和动力学特性 建立的，它描述了机构中各构件 之间的相对运动关系。
刚度对机构性能的影响
刚度不足会导致机构运动失 真、振动等问题，影响其正 常工作。
06
平面连杆机构的实 例分析
曲柄摇杆机构的实例分析
曲柄摇杆机构是一种常见的平面连杆机构，它由曲柄、摇杆、连杆和机架组成。 曲柄旋转，通过连杆传递运动给摇杆，使摇杆在一定范围内摆动。
实例：缝纫机脚踏板机构。缝纫机脚踏板机构就是一个典型的曲柄摇杆机构的应 用。当脚踏板转动时，通过连杆将运动传递给摇杆，使机头上下摆动，完成缝纫 工作。
应力分析
通过计算机构各构件在工作状态下的应力分布，评估其强度是否 满足设计要求。
疲劳强度
考虑机构在循环载荷作用下的疲劳强度，预测其使用寿命。
可靠性分析
基于概率论和统计学方法，评估机构在各种工作条件下的可靠性。
机构的刚度分析
刚度定义
刚度表示机构抵抗变形的能 力。
刚度分析方法
通过有限元分析、实验测试 等方法，评估机构的刚度性 能。
双曲柄机构的实例分析
双曲柄机构由两个曲柄、连杆和机架组成。两个曲柄同时旋 转，通过连杆传递运动，使另一个曲柄产生相对的旋转运动 。
实例：飞机起落架机构。飞机起落架机构中的前轮转向机构 就是一个双曲柄机构的应用。当飞机滑行时，双曲柄机构使 前轮左右摆动，实现飞机的前轮转向。

《平面连杆机构 》课件

工程应用前景
分析优化后机构在工程应用中的前景，为实 际应用提供指导。
05
平面连杆机构的未来发展
新材料的应用
轻质材料
01
采用轻质材料如碳纤维、玻璃纤维等，降低机构重量，提高运
动性能。
高强度材料
02
选用高强度材料如钛合金、超高强度钢等，提高机构承载能力
。
复合材料
03
利用复合材料的各向异性特点，优化机构性能，实现多功能化
遗传算法
利用遗传算法对平面连杆机构进行优化，通 过不断迭代和选择，寻找最优解。
约束处理
在优化过程中，需要特别注意处理各种约束 条件，如几何约束、运动约束等。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
以曲柄摇杆机构为例，通过优化算法找到最优 的设计参数，使得机构的运动性能达到最佳。
双曲柄机构优化
对双曲柄机构进行优化，改善机构的运动平稳 性和精度。
平面连杆机构系列优化
对一系列平面连杆机构进行优化，比较不同机构的性能特点，为实际应用提供 参考。
优化效果评估
性能指标
通过性能指标来评估优化效果，如运动精度 、运动范围、刚度等。
经济性评估
评估优化后机构的经济效益，包括制造成本 、运行成本等。
实验验证
通过实验验证优化的有效性，对比优化前后 的性能差异。
。
新工艺的探索
精密铸造
通过精密铸造技术，提高 零件的精度和表面质量， 减少加工余量。
激光切割
利用激光切割技术，实现 零件的高精度、高效率加 工。
3D打印
利用3D打印技术，快速制 造复杂结构零件，缩短产 品研发周期。
新技术的应用
智能控制
有限元分析
引入智能控制技术，实现机构的高精 度、高效率运动控制。

南京理工大学机械原理chapter4Planarlinkagemechanismppt课件


C
2
B
3
1 4
A
D
Unbalanced throw screen mechanism 惯性筛机构
平行四边形机构：Parallel-crank Mechanism
正平行四边形机构如天平称、机车联动机构、摄影 平台升降机构和播种料斗机构等。两曲柄等速转动
Antiparallel-crank Mechanism 反平行四边形机构：两对杆长度相等，但不平行。 当以长边为机架时，两曲柄等速反向转动。用于 车门开闭机构，如图所示。
(1)Replacing a revolute pair with a sliding pair
Slider-crank mechanism 曲柄滑块机构 （偏距e）
e≠0， Offset slider-crank mechanism 偏置曲柄滑块机构
e=0， Centric slider-crank mechanism 对心曲柄滑块机构
(a) Crank-rocker mechanism Foot operated sewing machine
雷达天线俯仰机构
(b) Double-crank mechanism
If one crank rotates at a constant speed, the other crank will rotate in the same direction at a varying(变化的) speed. 当主动曲柄匀速转动时，从动曲柄作变速转动。
c)crank and oscillating block mechanism摇块机构 Self-tipping vehicle自卸车辆
d)translating sliding-rod mechanism 移动导杆机构或定块机构
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B'
B
a e
A
b
C'
C
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
4.3.2 压力角Pressure Angle () 和传动角 Transmission Angle ()
1、压力角 若不考虑各运动副中
C B
的摩擦力及构件重力和惯
性力的影响，则由主动件 AB经连杆BC传递到输出
风 扇 摇 头 机 构
ω51
1 D
5
A
2 B
ω21
3
ω1
4
C
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages

若 lmax + lmin = lb + lc, 则四个杆件的中心线可共线. 当四个杆件的中心线共线时，输出杆件的运动则不唯一。 该点称为转折点 change-points. 具有转折点的机构称为转折点 机构change-point mechanisms.
表 4-1 铰链四杆机构的类型准则 机架 长度 lmax + lmin < lb + lc lmax + lmin > lb + lc lmax + lmin = lb + lc
Grashof
最短杆 最短杆相对 的杆件 双曲柄机构 双摇杆机构
Non-Grashof
Change-point
双摇杆机构
最短杆毗邻 的杆件
a c a b a d
a d b c a b c d a c b d

曲柄必是曲柄滑块机构中的最短杆。

最短杆长度+任一杆长度<其余两杆长度之和
铰链四杆机构具有曲柄的条件（格拉晓夫准则）
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
B A B1 B2 D
C' 2 C C1 C2
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
如何解决转折点的存在所引起的运动不确定性？

可在曲柄的轴上装飞轮，增加惯性
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
F Ft V C
A
D
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
∵ 压力角 <90o，传动角 =90o- ∴ < 90o.

若 BCD < 90o, 则 =BCD. 若 BCD >90o, 则 = 180o- BCD. Fr F

为了确定铰链四杆机构的类型，不仅要检验是否满足格拉
晓夫准则，而且要根据哪个杆件是机架来判定。
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
在偏置曲柄滑块机构中，若要杆件AB能够相对机架作整周 回转，必须满足：
曲柄AB的长度 a + 偏距 e < 连杆BC的长度 b
a d b c a b c d a c b d
C
a c a b a d
C2
b
B C1
c
a
A B1 B2
f fmin =d-a fmax =d+a
D
d
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
曲柄摇杆机构
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
由表可知：

格拉晓夫准则lmax + lmin < lb + lc只是连杆机构具有曲柄的必要
条件necessary condition, 而不是充分条件 sufficient condition.
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages

若 lmax + lmin > lb + lc, 则机构不满足格拉晓夫准则，该机构称为
非格拉晓夫连杆机构, 即该机构中没有连架杆能够作相对整周旋 转，而且该机构所有倒置的型式均为双摇杆机构。
C B' B B" C'
C C2
c
a
A B1 B2
f fmin =d-a fmax =d+a
D
d
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
b c f max a d b c f min d a c b f d a min
若将曲柄滑块机构进行倒置，将最短杆作为机架，则该机构 演变成双曲柄机构

若将与最短杆AB相对的杆件CD作为机架，则该机构演变为 双摇杆机构

若以毗邻最短杆AB的构件AD或BC为机架，则该机构为曲柄 摇杆机构

C C C C 2 2 2C C C 2 2 2 C CC 2 2 2 CCC 222 2 CCC 2 2 2 B 3 3 B BB B B 3 3 B BB B 3 3 B BB B 3 3 3 3 3 3 BB 333 3 1 11 1 1 11 1 1 11 1 1 1 1 1 444 4 4 44 4 4 44 4 4 44 4 A AA A AA A A D DD DA A D DD AD A A DDD ADA A DD D D Crank-rocker Double-crank Double-rocker Crank-rocker Crank-rocker Double-rocker Crank-rocker Crank-rocker Double-crank Double-crank Double-rocker Crank-rocker Crank-rocker Double-crank Double-rocker Crank-rocker
C
γ min '
A B D B A
C
γ min ' '
D
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
压力角 和传动角 必须画在从动件上； 对于同一运动链，选择不同的构件作机架，则压力角 和传动角 会发生改变。
Fr C B
F Ft VC VB F C B
压力角 ↓， 传动角 ↑,有 效力↑
Fr C
F Ft V C
B
A
D
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
在机构运动过程中， 压力角 和传动角 随着机构位置的
改变而变化. 为了保证机构具有良好的传力性能，需要限制： 压力角max≤ 40o，min≥50o . 所以需要找到 和 的极值.
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
4.3.1 格拉晓夫准则Grashof Criterion (铰链四杆机构具有曲柄的条件)
假设：现需要设计一曲柄摇杆机构ABCD, 希望连架杆AB是曲柄， 而CD是摇杆。
C
要使此瞬时阿苏尔杆
b
B
组BC、CD能够组装在
的压力角pressure angle 。用字母 表示。
Fr C B
F Ft V C
A
D
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
2、传动角Transmission Angle
将压力角的余角complement称为传动角，用字母 表示.
Fr C B
A
A D
D
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
对于曲柄滑块机构，若曲柄是原动件，滑块是输出件， 则连杆BC与滑块的导路所成的锐角为压力角，其余角为传 动角 。
B
a e
A
b
α
C
VC F
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages
4.3.2 压力角Pressure Angle () 和传动角 Transmission Angle ()
1、压力角
Fr C
F Ft V C
B
A
D
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages

力F与速度vC方向所成的锐角 acute angle称为机构在该点处
格拉晓夫准则也可表示成:最短杆长度+最长杆长度<其余两杆 长度之和，即：lmax + lmin< lb + lc.
满足格拉晓夫准则的连杆机构也称为格拉晓夫连杆机构.
C
b
B C1
C2
c
a
A B1 B2
f fmin =d-a fmax =d+a
D
d
4.3 Characteristics பைடு நூலகம்nalysis of Four-bar Linkages
B A B1 B2 D
C' 2 C C1 C2
4.3 Characteristics Analysis of Four-bar Linkages

机构 AB2C2D 称为平行曲柄机构 parallel-crank mechanism； 机构 AB2C2D 称为反平行曲柄机构 antiparallel-crank mechanism.