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机械原理课件英文版 叶仲和 蓝兆辉 Lecture4-4(平面连杆机构)

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Lecture4-4

Lecture4-4


C 3( F3)
For this reason, the mechanism must be checked after synthesis to see whether the assembly mode(装配模式) of the Assur group remains the same in a continuous motion cycle. This check is called consistency(一致性) of the assembly mode of a Assur group.
E3 B3
Similarly, bisect(平分) C1C2 and C2C3. The intersection(交点) of the two bisectors(平分线) is F1 F2 the fixed pivot D.
F3 E2 B2 A C3 E1 B1 D C2 C1
E3 B3
If the three points C1, C2, C3 locate on a straight line, the the rocker become a sliding block.
F1
passing through three specified positions E1F1, E2F2 and E3F3.
E1
E3
Points B1 and C1 can be chosen arbitrarily(任 意地) on the first position of the coupler.
只有正确 地设计转 C 1 动副B（和 C）在连杆 上的位置， 才能使过 三个B点所 D 作的圆的 圆心恰好 2 是固定铰 链A。
Obviously, in this case, one can not choose arbitrarily the locations of the moving revolute centres B and C on the coupler. Otherwise, the F1 F2 centre of the circle through the three F3 C 1 positions of a E2 moving revolute centre will not happen to be the E1 D A B1 corresponding fixed pivot.
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。
平面连杆机构教学课件

平面连杆机构教学课件


二级平面连杆机构
二级平面连杆机构包括曲柄滑块机构等，以及 它们的运动学分析。
三级平面连杆机构
三级平面连杆机构适用于冲压机、冲床和锻压 机等机械，拥有较为复杂的运动学规律。
四级平面连杆机
四级平面连杆机构适用于各种工业生产中，如 机械装配、物料搬运、等等。
平面连杆机构的合成和综合分析
1 平面连杆机构的合成
稳定性的前提下寻找最佳设计。
3
运动曲线分析
分析平面连杆机构的运动轨迹及其变 化规律，为控制机构作图、仿真分析 提供基础和保证。
平面连杆机构的动力学分析与工作空间 分析
动力学分析
动力学分析即对平面连杆机构的运动和力学特性 进行分析，包括机构加用于确定机械臂或手的可达范围， 进而确定其适用范围并对其进行应用设计。
平面连杆机构的运动模拟实例和应用 案例分析
运动模拟实例
机构仿真可以模拟机构的运动和特性，方便学者学习和掌握各种连杆机构的运动规律和性能 特点。
应用案例分析
应用案例分析是指将平面连杆机构应用于实际装配过程中，分析运动规律和参数变化，验证 其在实践中的可行性。
平面连杆机构的未来发展方向
1 智能平面连杆机构 2 新型传动机构
按照杆件数目和传动方式可分为4级，每个级别的杆件排列和传动方式都有不同，适用于不 同场景。
平面连杆机构的应用
平面连杆机构广泛应用于各种机械传动系统中，如汽车发动机、内燃机和局部机器人等。
平面连杆机构的运动学分析
平面连杆机构的运动分析
连杆机构的运动分析主要是通过绘制运动学图， 根据杆件之间的运动联系来说明机构的运动规 律。
平面连杆机构教学课件 PPT
欢迎来到平面连杆机构的教学课件。本课程将深入浅出地介绍平面连杆机构 的基础知识和应用，包括运动学、动力学、力学、杆长比等方面的内容。
机械原理 平面连杆机构及设计ppt课件

机械原理 平面连杆机构及设计ppt课件


D
C’1
C围为’内机往构复的C摆可’动行2 ，域称。此两个范围
错位不连续：在左图中，当曲柄转动时，摇杆不可能从CD位置转到C‘D位
置，把连杆机构的这种运动不连续称为错位不连续。即：不可能要求从动
件在两个不连通的可行域内（C1DC2，C’1DC‘2）连续运动。
错序不连续：在右图中，要求连杆依次占据B1C1、B2C2、B3C3，当AB沿逆时 针转动可以满足要求，但沿顺时可针编转辑动课件，PP则T 不能满足连杆预期的次序要53求，
B C1
C C2
e
θ
900- 900-
B1
A B2
1. 确定比例尺ml 2. 画出C1、C2及偏心距e;
o
3. 已知K，求θ
4. 以90o-为底边角，C1-C2为底边作等腰三角形C1oC2
5. 以三角形顶点o为圆心作辅助圆
6. 圆与偏心距交点即为A点
7. 以公式：AB=(AC2-AC1)/2；得杆长lAB
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。
可编辑课件PPT
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
可编辑课件PPT
34
B a
b C”
e
B’
B”
A
C C’
可编辑课件PPT
35
导杆机构有曲柄的条件
摆动导杆机构有曲柄的条件
可编辑课件PPT
32
铰链四杆机构类型的判断条件
1、若满足杆长和条件：
以最短杆的相邻构件为机架，则最短杆为曲柄，另一连 架杆为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构；
机械原理课件英文版 叶仲和 蓝兆辉 Lecture4-4(平面连杆机构)

机械原理课件英文版 叶仲和 蓝兆辉 Lecture4-4(平面连杆机构)


4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
但是，设计的机构不能使连杆通过3个指定位置。
C 1(F1) B 1 E1) (
B 2(E 2)
A
D
C 2( F2 )
C 3( F3) B 3(E 3)
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
②在所有位置，BCEF构成的 四边形的形状都应该完全相同

F2 F3
F1
构建四边形
B2C2F2E2 ≌B1C1F1E1, 得到点 B2，C2.

C1 C2
E2 B2 C3 E1 B1 E3 B3
构建四边形
B3C3F3E3 ≌B1C1F1E1,
得到点 B3，C3.
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 F1
分析：
A
E1
D
显然，B和C不能任取， 否则，B的三个位置 点的圆心不会刚好是 A； C的三个位置点 的圆心不会刚好是D。
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
证明： 若假设B1 、 C1任取。
F2 F3 E2 F1
C1
E1F1A代表圆周点 A相对于参考系EF 的第一个相对位置 (未画）
F1
E3F3A代表圆周点 A相对于参考系EF 的第三个相对位置。
A
E1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 A' 3 E1 F1
《机械原理》连杆机构(课堂PPT)

《机械原理》连杆机构(课堂PPT)


的构件只能作一定
范围内的摆动。
图示与连杆形
成的转动副为摆转
副。
因此，机构命名显然与活动构件的运动形式有
关。
形成的运动方式与可运动构件的转动范围、运
动形式有关(如：正、反平行四边形机构)。
5
平面四杆机构的演化 1. 扩大转动副
6
2. 转动副—移动副
图(a) ：对心曲柄滑块机构。
偏距 e 等于零。滑块 C 的行程等于2 lAB ；往
(2)几何条件 (设计后的校核条件)； (3)动力条件 (设计后的校核条件)。 设计结果： 给出可以绘制机构运动简图的数据。 1)固定铰链点的相对坐标位置； 2)各杆的长度； 3)相邻构件间的运动副形式。 设计方法： <1>图解法。学习的重点 <2>解析法、实验法。自学
26
1) 按行程 速比系数K 设计
1.1 曲柄 摇杆机构
参见教材P132。
27
1.2 偏置曲柄滑块机构
B
min
A
C
C1
e
C2
28
2) 按给定的连杆位置设计
2.1 给定活动铰链(B,C)
C1 C12
b12
B1
B2 b23
B3
C2 C23
C3
AD
29
2.2 给定固定铰链(A,D)
B1
F1
E1
E2
E3
F2 C1 F3
A
D
30
给定固定铰链:
构
8
(2)曲柄摇杆机构
a)以杆BC或AD
为机架，得到曲柄摇
杆机构；图(a) (b)杆
AB可以作整周转动，
杆CD作一定范围内
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
平面四杆机构课件ppt课件

平面四杆机构课件ppt课件

缺点：1.只能近似地满足给定的运动规律和轨迹要求， 且设计比较复杂；2. 运动构件产生的惯性力难以平衡， 高速时会引起较大的振动，因此常用于速度较低的场合
。
命名:根据所含有构件的数目。如四杆机构，多杆机构( 五杆机构、六杆机构)。本章主要研究平面四杆机构的类 型、基本性质和设计方法。
.
4-1平面连杆机构
当工件被夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位 置，即使工件的反力很大，夹具也不会自动松脱，该例 为利用死点位置的自锁特性来实现工作要求的。
.
4-1平面连杆机构 思考：在现实生活中还有没有死点位置 的利用？能看出下图中的死点位置吗？
.
4-1平面连杆机构
（2）双曲柄机构-连架杆均为曲柄
特点是：能将等角速度转动转变为周期性的变角 速度转动。
LOGO
机械基础
平面连杆机构
.
4-1平面连杆机构
定义：若干个刚性构件用平面低副联接而成的机构,也可 称为平面低副机构。
优点：1.能够实现多种运动形式的转换，也可以实现各 种预定的运动规律和复杂的运动轨迹，容易满足生产中 各种动作要求；2.构件间接触面上的比压小、易润滑、 磨损轻、适用于传递较大载荷的场合；3.机构中运动副 的元素形状简单、易于加工制造和保证精度。
例如：惯性筛、挖掘机（平行四边形机构）、车 门启闭机构（反平行四边形机构）等。
.
4-1平面连杆机构
（3）双摇杆机构的特点是：两个连架杆均为摇杆 。
例如：起重机、电风扇摇头机构等。
.
4-1平面连杆机构 二、铰链四杆机构类型的判别-取决语杆件的
长度和机架的选取
铰链四杆机构存在曲柄的条件
1.杆长和条件 最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于 其他两杆长度之和； 2.最短杆条件 连架杆和机架中必有一个是最短杆。
平面四杆机构ppt课件

平面四杆机构ppt课件

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contents
目录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构类型 • 平面四杆机构的设计与优化 • 平面四杆机构的特性分析 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的未来发展与挑战
01 平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是一种由四个刚性 杆通过铰链连接形成的平面机构 。
3D打印技术
利用3D打印技术，实现复杂结构的设计和快速原型制造。
智能化与自动化
传感器和执行器的集成
01
在机构中集成传感器和执行器，实现实时监测和控制。
智能化控制算法
02
采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制，以提高机
构的动态性能和稳定性。
自动化系统集成
03
将机构与自动化系统集成，实现远程监控、故障诊断和预测性
详细描述
摄影升降装置中的平面四杆机构由支架、滑轨、连杆和摄像设备组成。通过电机驱动，滑轨带动连杆运动，使摄 像设备实现升降。平面四杆机构在摄影升降装置中保证了摄像设备的稳定性和精确性，为拍摄高质量的画面提供 了保障。
06 平面四杆机构的未来发展 与挑战
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金，以提高机构的强度和减轻重量。
运动特性分析
运动特性
分析平面四杆机构的运动特性， 包括运动范围、运动速度和加速 度等，以及各杆件之间的相对运
动关系。
运动轨迹
研究平面四杆机构中各点的运动轨 迹，包括曲线的形状、变化规律和 影响因素。
运动学分析
通过建立平面四杆机构的运动学方 程，分析其运动规律，为机构的优 化设计提供理论依据。
受力特性分析
实例二：搅拌机
机械原理教学课件平面连杆机构及其设计

机械原理教学课件平面连杆机构及其设计


优化构件材料
选择轻质、高强度的材料 ，减少构件的重量，降低 能耗，提高机构效率。
优化运动轨迹
通过优化连杆机构的运动 轨迹，使机构在运动过程 中尽可能减少无效的能量 损失，提高机构效率。
减小机构尺寸
紧凑化设计
通过优化构件尺寸、减小运动副 间隙等方式，使机构在满足功能 需求的前提下尽可能减小尺寸。
轻量化设计
优化机构尺寸参数
根据运动分析结果，对机构尺寸参数进行优化，以提高机构的运动 性能。
校核机构强度和刚度
对机构进行强度和刚度校核，以确保机构在承受载荷时能够保持稳 定性和可靠性。
PART 04
平面连杆机构的优化与改 进
REPORTING
提高机构效率
优化运动副
通过减小摩擦、选择合适 的润滑剂等方式，降低运 动副的摩擦阻力，从而提 高机构效率。
PART 03
平面连杆机构的设计
REPORTING
确定机构尺寸
确定连杆长度
确定连杆位置
根据机构运动要求，计算出连杆的长 度，确保机构能够实现预期的运动轨 迹。
根据机构运动要求，确定连杆在平面 内的位置，以实现预期的运动轨迹。
选择合适的转动副半径
转动副半径的大小会影响机构的运动 性能，应根据实际需求选择合适的半 径值。
发展
随着科技的进步和工程实际需求的变化，平面连杆机构的设 计和制造技术也在不断发展和完善。现代的平面连杆机构已 经广泛应用在自动化生产线、机器人、航空航天等领域，其 设计和制造精度也得到了极大的提高。
PART 02
平面连杆机构的工作原理
REPORTING
曲柄摇杆机构
总结词
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中 最基本的一种形式，由曲柄、连 杆和摇杆组成。
机械原理中英文对照ppt课件

机械原理中英文对照ppt课件

1
1 Composition and Mobility of Planar Mechanisms
Planar mechanism Mobility Links Kinematic pairs Joints Elements Revolute Hinge Slider Cam pair Compound hinge Local DOF
摩擦 磨损 载荷 行程 推程 回程 休止 远休止 近休止 位移 速度 加速度
4
3 Continued
Jerk Base circle Angular velocity Oscillating angle Center distance Constant Polynomial Rigid impulse Soft impulse Pressure angle
反演 急回机构 摆角 压力角 传动角 死点 行程 回程 中点 垂线 平行四边形 机构 摇杆极位
3
3 Analysis and Synthesis of Cam Mechanisms
Cam Follower Translate Oscillate Roller Knife-edge follower Flat-faced follower In-line Offset Profile Contact stress现方式做保护处理对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑并不能对任何下载内容负责
0 Introduction
Machinery Machine Mechanism Link Kinematic pair Linkage
机械 机器 机构 构件 运动副 连杆（机构）
Geneva
日内瓦（瑞士） Motion cycle
Ratchet mechanism 棘轮机构

(2024年)《机械原理》ppt课件

《机械原理》ppt课件
2024/3/26
1
目录
2024/3/26
• 机械原理概述 • 机构的结构分析与设计 • 机械传动与驱动 • 机械系统动力学与振动 • 机械制造工艺与装备 • 现代机械设计方法与展望
2
01
机械原理概述
Chapter
2024/3/26
3
机械原理的定பைடு நூலகம்与重要性
定义
机械原理是研究机械系统中力和运动传递、转换及其控制规律的科学。
2024/3/26
机械制造工艺的流程
包括生产准备、毛坯制造、零件加工、产品装配、调试与验 收等阶段。
21
机械制造装备的分类和特点
2024/3/26
机械制造装备的分类
根据加工方式和功能，机械制造装备 可分为金属切削机床、锻压机床、铸 造设备、焊接设备、热处理设备等。
机械制造装备的特点
高精度、高效率、高自动化、高柔性 等。
2024/3/26
6
02
机构的结构分析与设计
Chapter
2024/3/26
7
机构的基本概念和分类
机构定义
由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类
根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型
包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
2024/3/26
借助计算机技术和人工智能技术 ，提高机械设计的自动化和智能 化水平。
2024/3/26
25
计算机辅助设计在机械设计中的应用
三维建模与仿真
利用CAD软件进行三维建模，实 现产品的虚拟设计和仿真分析。
数控编程与加工

平面连杆机构PPTPPT课件


F"
(1)压力角α ：
F与Vc所夹的锐角α称为压力角。
C
由图知， F’=Fcosα, F’’= Fsinα
B ω
分析：F一定时，压力角α越小，有效力 F’
A
D
越大，传动性能好。α=0°最好。
(2) 传动角γ ： 压力角的余角γ（连杆与从动摇杆之间所夹锐角）为传动角。
γ=90°－α
分析：γ越大，传力性能越好，γ=90°最好。
第8页/共27页
3 死点位置
目的：解决工程应用中机构出现 动不了的情况。
(1)死点： ①摇杆3为原动件； ②曲柄1为从动件； ③不计各构件的质量、惯性。
当 摇 杆 摆 到 C1D 和 C2D 位 置 时 ， 连 杆 2 与 曲 柄 1 共 线 ， 传 动 角 γ=0°，则此时连杆加给曲柄的力将通过铰链中心A，对A点不产生 力矩。因此，不能使曲柄转动这种位置称为死点。 ※死点的存在取决于从动件是否与连杆共线。 ※死点表现形式：从动件卡死或运动不确定现象。
曲柄摇杆机构，双曲柄机构，双摇杆机构
第2页/共27页
1 曲柄摇杆机构的急回运动特性
铰链四杆机构中，若AB为曲柄，CD为摇杆，形成曲柄摇杆机构。 如果曲柄为原动件，并以角速度ω作匀速转动，摇杆为从动件。
当曲柄AB匀速转动时，摇杆往复摆动的速度是否一致？ (1) 从动件极限位置
第3页/共27页
(2)急回运动特性分析
曲柄
行程1： AB1→AB2 工作行程
行程2：
空回行程
AB2→AB1
摇杆 C1D→C2D
C2D→C1D
Φ1 > Φ2 ，V2 > V1
总结：
①摇杆往复摆动的摆角相同，但曲柄转角不同(φ1>φ2)； ②曲柄匀速转动, 摇杆往复摆动的速度是不同(V2 > V1)。

Chapter 4 Planar Linkage Mechanisms (平面连杆机构)

Chapter 4 Planar Linkage Mechanisms (平面连杆机构) § 4.1 Characteristics(特性) of Planar Linkage Mechanisms
Linkage mechanisms are lower-pair mechanisms. The main practical advantage of lower pairs over higher pairs is: (1)The contact pressure(压强) is lower. (2) Better ability to trap(围圈) lubricant(润滑剂) between enveloping(包容) surfaces. (3) The lower pair elements are easy to manufacture. As a result, the linkage is preferred(首选的) for low wear and heavy load situations.
B
2 2 4 4
C C
3 3
B B
2 2 4 4
C C
3 3
1
A
1 1
D D
Crank-rocker Crank-rocker
A A Double-crank Double-crank
D D
B B
22 44
C C
33
B
2 4
C
3
1
1
1
D D
A
D
A A
Crank-rocker Double-crank
B
2 4
C
3
B
1 4
D

机械原理课件英文版叶仲和蓝兆辉Lecture43平面连杆机构


ω 风
5
扇 摇
51
A2 B
ω21
头
机
3
构
1
D 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.
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
B B B2B2 2
2C
3
CC
33
C
B3 B B
2B2 2
2 C CC 3 33
C
B3 BB
2B2 2
2 CCC C 3 33 3BBB
B222
2 CCC 333
C
3
1 11 1 4 44 4
1 11 1 4 44 4
111 1 444 4
111 1 444 4
A ACAraCnArkCa-nrrkaoCn-crkrkoa-ecnrrokkce-DkroecrDkeDrA DDAoADuobDulAeob-ulDcebr-olaceunr-backlnreak-nckDranDkDADAADoDuADobuolbeu-lDberlo-ercu-okrbcoelkcerek-DreorDcDkerADAACCraCrAnarkna-knrC-korr-coarkconekckrke-reorDcDkDer D

平面四杆机构ppt课件


摄影三脚架中的平面四杆机 构通常由三根支撑杆和若干 个连接杆组成。
三根支撑杆通常具有较好的 弹性和韧性，可以适应不同 地形和环境，提供稳定的支 撑效果。连接杆则将三根支 撑杆连接在一起，形成稳定 的三角形结构。
挖掘机机构
挖掘机是一种广泛应用于建筑、道路 、矿山等领域的工程机械设备。它的 主要功能是通过挖掘斗的升降、旋转 和移动来实现挖掘作业。
作用
03
连杆在机构中起到传递运动和动力的作用，还可以改变运动的
方向。
转动副
定义
转动副是平面四杆机构的基本组成之一，是一种 连接两个构件的相对转动的运动副。
特点
转动副由两个构件组成，一个构件作为固定轴， 另一个构件围绕固定轴旋转。
作用
转动副在机构中起到传递运动和动力的作用，同 时也可以改变运动的方向。
双摇杆机构
由两个摇杆和两个连架杆组成的平面四杆机构。双摇杆机构中，两个摇 杆长度相等且平行，连架杆相对摇杆做往复摆动，可以实现将摇杆的往 复摆动转换为连架杆的往复摆动。
平面四杆机构的应用
实例1
缝纫机踏板机构。当脚踏板低速转动时，通过一个曲柄摇杆 机构将脚踏板的往复摆动转换为缝针的上下摆动；当脚踏板 快速转动时，通过一个双曲柄机构将脚踏板的往复摆动转换 为缝针的上下摆动。
利用计算机辅助设计软件进行 数值仿真，通过对机构参数的
调整，实现最优设计。
基于实验设计的优化
通过实验测试机构的性能，利 用实验设计方法对机构进行优 化。
基于人工智能的优化
利用人工智能算法，如神经网 络、遗传算法等，对机构的参 数进行优化。
多学科优化方法
综合考虑机构的多学科因素， 如结构、运动、动力学等，实
转向机构是汽车底盘的一个重要组成部分，它的 主要功能是控制汽车的行驶方向，使车辆能够按 照驾驶员的意愿进行转弯或者改变行驶方向。
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D
E3 B3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
B 、 C 称为待定活动铰链 Undetermined Moving Revolute Center (UMRC)
F2 F3 E2 F1
C1
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
4.4.1 Body Guidance 刚体引导
根据四杆机构中连杆上某线段通过的某些指定位置，设计 四杆机构的问题称为刚体引导。
(1) 固定铰链 fixed pivots不确定的情况
已知：铰链四杆机构中连杆 上某线段EF运动中通过的三 个位置 E1F1，E2F2 ，E3F3. 设计：铰链四杆机构ABCD
当 DC为原动件逆时针由 DC2旋转到DC3时， 从动件 AB 抵达 AB3’, 而不是 AB3.
C 1(F1) B 1 E1) (
B 2(E 2) ' B3 C 2( F2 )
A
D
C 3( F3) B 3(E 3)
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
E1F1A代表圆周点 A相对于参考系EF 的第一个相对位置 (未画）
F1
E3F3A代表圆周点 A相对于参考系EF 的第三个相对位置。
A
E1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 A' 3 E1 F1
当 AB为原动件逆时针由 AB3 旋转到 AB1时， 从动件 DC 抵达 DC1’，而不是 DC1.
C 1(F1) B 1 E1) (
B 2(E 2)
A
D
C 2( F2 )
' C1 B 3(E 3)
C 3( F3)
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
设计机构能引导连杆按一定方位通过预定位置—刚体引导 (2) 满足预定的运动规律要求 要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位移关系；要求 在原动件运动规律一定的条件下，从动件能准确或近似地 满足预定的运动规律要求—函数生成问题 (3) 满足预定的轨迹要求 要求机构运动过程中，连杆上的某些点的轨迹能符合预定 的轨迹要求—轨迹生成问题
②在所有位置，BCEF构成的 四边形的形状都应该完全相同

F2 F3
F1
构建四边形
B2C2F2E2 ≌B1C1F1E1, 得到点 B2，C2.

C1 C2
E2 B2 C3 E1 B1 E3 B3
构建四边形
B3C3F3E3 ≌B1C1F1E1,
得到点 B3，C3.
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 B2 A E1 B1 D C2 C3 F1
作B2C2F2E2 ≌B1C1F1E1,
得B2和C2
C 1 作B3C3F3E3 ≌B1C1F1E1, 得B3和C3
E3
B3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
• 图解法 Graphical method
• 解析法 Analytical method • 实验法 Experimental method
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
平面四杆机构的设计可归纳为以下三类问题：
(1) 满足预定的连杆位置要求
C1
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
注意：不是所有运动已知的构件都可以作为参考系！
只有待定活动铰链所连接的运动已知构件才可以作为参考系!
F2 F3 E2 F1
C1
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 B2 A E1 B1 D C2 C3 F1
则B点的三个位置点 的圆心不是A点。
C1
E3
B3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 B2 A E1 B1
2
F1
C1 C3 C2
只有正确地设计 转动副B（和C） 在连杆上的位置， 才能使过三个B点 所作的圆的圆心 恰好是固定铰链A。
将B1，B2，B3构成三角 形，选任意两条边作垂直 平分线，交点即圆心A
F2 F3
F1
C1 C2
E2 B2 A C3 E1 B1
E3 B3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
因为活动铰链C点是 绕着固定铰链D旋转的， 其轨迹是以D点为圆心， 以CD为半径的圆。 C点的三个运动位置C1、 C2、C3都位于其运动轨 迹上，因此可以过该三 点作一圆。 将C1，C2，C3构成三角 形，选任意两条边作垂直
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
机构的尺寸综合Dimensional synthesis包括两项基本内容：
(1) 根据给定运动形式的要求选择机构的类型；
(2) 根据给定的运动参数确定机构运动简图中各构件的运动学 尺寸 kinematic dimensions. 平面四杆机构的设计方法主要有：
C 1(F1) B 1 E1) (
B 2(E 2)
C 2( F2 )
C 3( F3) B 3(E 3)
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
② 作同时过点B1，B2 ，B3 的圆，其圆心为固定铰链A.
C 1(F1) B 1 E1) (
B 2(E 2)
E2 B2 A C3 E1 B1 D F2 F3 C2 F1
C1
E3 B3
平分线，交点即圆心D
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
若点 C1, C2, C3 落在同一直线上, 则摇杆演变成滑块.
1
B
2
A C
eቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
但是，设计的机构不能使连杆通过3个指定位置。
C 1(F1) B 1 E1) (
B 2(E 2)
A
D
C 2( F2 )
C 3( F3) B 3(E 3)
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
圆周点A相对于参考构件(EF)的轨迹是一个圆，圆心在待定活动 铰链B点。
F2 F3 E2 F1
C1
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
同理，圆周点D相对于参考构件 (EF) 的轨迹也是圆，圆心位于 待定活动铰链D点.
F2 F3 E2 F1
E1 E2 F3
F2
F1
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
解： ①在连杆上线段EF的第一 个位置E1F1，两个活动铰 链的转动中心 B1 、C1 可 以任意选取. B1 C1 F1 E1
E2 E1 B1 E3 F3 C1 F2 F1
构成刚体——连杆
为了寻找周围点A相对于参考构件EF的轨迹，必须设构件 EF为固定不动的。
F2 F3 E2 F1
C1
将构件EF假设为机架， 即进行机构的倒置。
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 F1
采用机构倒置 法，以EF杆作 为参考机架。
A
E1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2 F1
E2F2A代表圆周点 A相对于参考系EF 的第二个相对位置。
A
E1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
F2 F3 E2
已定构件 (BCFE) 通过待定活动铰链B与固定铰链A相连， 将已定构件 (BCFE) 选作参考构件 reference link.
F2 F3 E2 F1
待定构件(AB) 上的固定铰
C1
链A 点选作圆周点 circumference point。
A
E1 B1
D
E3
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages
4.4 Dimensional Synthesis of Four-bar Linkages