工程技术学院
课程设计
题 目：图解法设计平面连杆机构
摘要
设计内容：设计曲柄摇杆机构。已知摇杆长度3l，摆角，摇杆的行程速比系数K，要求摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为∠CDA，试用图解法设计其余三杆的长度，并计算机构的最小传动角。
设计方法：在设计时首先需计算极位夹角，再绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置，然后确定曲柄回转中心和各杆长度最后验算最小传动角。最后根据已知数据和所计算的数据进行图解，画出平面四杆机构图。
平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。平面连杆机构的使用很广泛，它被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等，这些机构都有一个共同的特点：其机构都是通过低副连接而成，故此这些机构又称低副机构低副机构低副机构低副机构。
关键词：机械设计基础 机械设计基础课程设计 平面四杆机构图解法 极位夹角
云南农业大学工程技术学院
目录
1题目......................................................................3
1.1原始数据及要求..........................................................3
1.2 工作量..................................................................3 1.3 制图说明................................................................3
1.4 设计计算说明书包括的内容................................................3
机械原理与设计之平面连杆机构
引言
平面连杆机构是一种常见的机械装置，用于将旋转运动转化为直线运动或者将直线运动转化为旋转运动。在机器设计中，平面连杆机构被广泛应用于各种机械装置，如发动机、机械手臂和汽车悬挂系统等。本文将介绍平面连杆机构的基本原理、设计方法以及一些常见的平面连杆机构。
基本原理
平面连杆机构由多个连杆组成，其中至少一个连杆可以旋转。连杆通过连接处的铰链相互连接，形成一个闭合的链条。其中一个连杆称为曲柄杆，用于提供旋转驱动力，而其他连杆则用于将驱动力传递给要执行的任务。平面连杆机构的运动分析主要基于几何学原理和运动学原理。 平面连杆机构的运动是由各个连杆的长度、角度和运动速度决定的。通过对各个连杆的长度和角度进行合理设计，可以实现所需的运动轨迹和速度。平面连杆机构的设计必须考虑到各个连杆的运动约束、力学平衡以及运动的精确性和可靠性。
设计方法
设计一个平面连杆机构需要经过以下几个步骤：
1. 确定设计需求：首先需要明确所需的运动特性和任务要求。例如，是需要将旋转运动转化为直线运动还是将直线运动转化为旋转运动，还需要考虑到运动的速度、力量和精确性等因素。
2. 确定连杆的长度和角度：通过几何学原理和运动学原理，可以根据设计需求确定各个连杆的长度和角度。连杆的长度和角度直接影响着机构的运动轨迹和速度。 3. 确定连杆的连接位置：在设计过程中，还需要确定各个连杆的连接位置，即铰链的位置。铰链的位置直接决定了连杆之间的运动关系。
4. 分析运动特性：通过运动学分析，可以计算出机构的运动特性，如连杆的位移、速度和加速度等。这些数据可以用于评估机构的性能和合理性。
5. 进行力学分析：在设计过程中，还需要进行力学分析，以确保机构的稳定性和可靠性。力学分析可以确定机构的最大负载和各个连杆之间的力传递情况。
6. 优化设计：根据运动特性和力学分析的结果，可以对设计进行优化。通过调整连杆的长度、角度和连接位置等参数，可以改进机构的性能和可靠性。 常见的平面连杆机构
2.1.2 平面连杆机构的演化
由于各种工程实际的需要，所用四杆机构的型式是多种多样的。这些四杆机构可看作是由铰链四杆机构通过不同方法演化而来的，并与之有着相同的相对运动特性。掌握这些演化方法，有利于对连杆机构进行创新设计。
下面让我们来看一下演化方法：
● 转动副转化为移动副
(a)
(b) (c)
在图（a）示曲柄摇杆机构中，当曲柄1转动时，摇杆3上C点的轨迹是圆弧mm，且当摇杆长度愈长时，曲线mm 愈平直。当摇杆为无限长时，mm将成为一条直线，这时可把摇杆做成滑块，转动副D 将演化成移动副，这种机构称为曲柄滑块机构，如图（b）示。 曲柄滑块机构据e的有无又分为两种: 偏置曲柄
滑块机构--e不等于零，如图（b），对心曲柄滑块机构--e等于零，如图（c）。
实例 空气压缩机及等。
● 选取不同构件为机架
首先我们来了解一个概念 。
低副运动的可逆性 以低副相连接的两构件之间的相对运动关系，不会因取其中哪一个构件为机架而改变，这一性质称低副运动的可逆性。
当取不同的构件为机架时，会得到不同的四杆机构。下面我们看一下表：
表2.1 四杆机构的几种型式
I铰链四杆机构 II含一个移动副的四杆机构 III含有两个移动副的四杆机构
曲柄摇杆机构 曲柄滑块机构
正切机构
双曲柄机构 转动导杆机构
双转块机构
曲柄摇杆机构
摆动导杆机构
曲柄摇块机构
正弦机构
双摇杆机构 移动导杆机构
双滑块机构 表2.2 带有一个移动副的机构及应用
作为机架的构件 机构简图 应用实例
4
曲柄滑块机构
内燃机、压缩机、冲床等
1
转动导杆机构
小型刨床
2
曲柄摇块机构
自卸汽车卸料机构
3
移动导杆机构
手压抽水机
表2.3带两个移动副的机构及应用 作为机架的构件 机构简图 应用实例
4
双滑块机构
椭圆仪
1或3
正弦机构
机械原理 平面连杆机构及设计
平面连杆机构是机械原理中最经典也是最重要的一种机构类型之一。这种机构由多个刚性杆件组成，每个杆件都能在平面内移动，它们通过连接点（铰链/球头）相互连接。平面连杆机构在机械工程领域中有着广泛的应用，能够实现很多不同的机械运动和工作原理。
平面连杆机构中最重要的构件是连杆，也就是连接各个零件的关键杆件，如果连杆设计不合适可能导致机构性能的下降。因此，平面连杆机构的设计要受到重视，需要考虑以下几个因素。
一、长度比例
连杆不同长度比例的设置，对整个机构的运动特性和反应速度有着很大的影响。在设计平面连杆机构时，需要根据机构所要完成的任务，选择恰当的连杆长度比例，保证机构的平衡性和可靠性，以及使机构的工作效率更高。
二、铰链/球头的位置
铰链/球头是平面连杆机构中的关键组成部分。在设计平面连杆机构时，需要合理选择铰链/球头的位置，以达到机构所要完成的特定任务。如果铰链/球头设置不当，或者位置过分集中，会使机构不平衡或失效。因此，设计者需要考虑连杆的长度、位置、形状和角度等因素。
三、材质选择
平面连杆机构的设计材料非常重要，它将直接影响到机构的质量和强度。不同材料的连接部分，对于平面连杆机构的工作效率和稳定性有着非凡的意义。因此，在设计时，应本着安全、可靠、实用的原则，选用优质、耐用的材料，确保机构长期稳定、可靠的工作。
以汽车减震器为例，汽车减震器中使用的是多连杆机构原理，作为一种基于平面连杆机构的机构类型，它通过几个连杆的特定结构和布局，使得整个减震器能够更好地适应路况，缓解车辆的震动和冲击。汽车减震器的设计考虑了多个因素，包括结构的稳定性和可靠性，杆件的材质和尺寸比例等。
总结来说，平面连杆机构是机械原理中非常重要的一种机构类型，广泛应用于机械和工程领域，需要经过仔细的设计和考虑，才能达到最好的运转效果。设计者需要从多个维度进行考虑，包括长度比例、铰链/球头的位置、材质选择等等。这些因素的合理应用，能够使平面连杆机构能够更好地适应不同的任务需求，达到最高的技术性能和质量水平。
