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第二章--平面连杆机构讲课稿

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《平面连杆机构》课件

《平面连杆机构》课件

尺寸优化
减小机构的整体尺寸，使其更 加紧凑。
重量优化
降低机构的重量，以实现轻量 化设计。
成本优化
通过优化设计降低制造成本。
优化方法
数学建模
建立平面连杆机构的数学模型，以便进行数 值分析。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 对机构进行优化。
有限元分析
利用有限元方法对机构进行应力、应变和振 动分析。
实例二：搅拌机
总结词
搅拌机利用平面连杆机构实现搅拌叶片的周期性摆动，促进物料在容器内均匀混 合。
详细描述
搅拌机中的四连杆机构将原动件的运动传递到搅拌叶片，使叶片在容器内做周期 性的摆动，通过调整连杆的长度和角度，可以改变搅拌叶片的摆动幅度和频率， 以满足不同的搅拌需求。
实例三：飞机起落架
总结词
飞机起落架中的收放机构采用了平面连杆机构，通过连杆的 传动实现起落架的收放功能。
。
设计步骤
概念设计
根据需求，构思连杆机构的大 致结构。
仿真与优化
利用计算机仿真技术对设计进 行验证和优化。
需求分析
明确机构需要实现的功能，分 析输入和输出参数。
详细设计
对连杆机构进行详细的尺寸和 运动学分析，确定各部件的精 确尺寸。
制造与测试
制造出样机，进行实际测试， 根据测试结果进行必要的修改 。
实验验证
通过实验验证优化结果的可行性和有效性。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
通过调整曲柄长度和摇杆摆角，实现 机构的优化设计。
双曲柄机构优化
通过改变双曲柄的相对长度和转动顺 序，提高机构的运动性能。
平面四杆机构优化
通过调整四根杆的长度和连接方式， 实现机构的轻量化和高性能。
《平面连杆机构 》课件

《平面连杆机构 》课件


平面连杆机构的设计考虑因素
直线运动与曲线 运动的转换
设计中需要考虑连杆的长 度、角度和转动轴位移。
运动轨迹的控制
设计中需要考虑连杆的链 接方式、角度和长度。
噪音与振动控制
需要优化连杆的结构和材 料以减少噪音和振动。
结论和总结
平面连杆机构是一种重要的运动装置，它在各个领域都有广泛的应用。了解平面连杆机构的类型 和工作原理，可以为设计和创新提供重要的参考。
《平面连杆机构》PPT课 件
平面连杆机构的定义
平面连杆机构由刚性连杆连接的平面运动装置组成。它们在工程领域、机械 领域以及其他领域中广泛应用。
平面连杆机构的类型
二级及三级机构
由几个连杆组成的层级 结构，实现复杂的运动。
常见的平面连杆机构
如曲柄摇杆机构、滑块 机构和曲柄滑块机构等。
其他特殊形式的平 面连杆机构
如同心圆机构、牛顿摇 杆机构和双可转连杆机 构等。
平面连杆机构的工作原理
平面连杆机构利用连杆的运动实现物体的平面运动，例如旋转、直线运动和复杂的轨迹运动。
平面连杆机构的应用
1 工程领域
2 机械领域
用于机械装置、工业 生产线和运等。
3 其他领域
用于模拟器、游戏开 发和动画制作等。
《平面连杆机构基础》课件

《平面连杆机构基础》课件

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《平面连杆机构基础》ppt课 件
• 平面连杆机构简介 • 平面连杆机构的基本类型 • 平面连杆机构的运动分析 • 平面连杆机构的力分析 • 平面连杆机构的优化设计 • 平面连杆机构的创新设计
01
平面连杆机构简介
定义与特点
在此添加您的文本17字
定义：平面连杆机构是由若干个刚性构件通过低副（铰链 或滑块）相互连接，并全部或至少两个构件处于同一平面 内的机构。
创新设计实例分析
1 2
实例一
某机械传动装置的创新设计，通过优化结构、改 进材料和工艺，提高了传动效率和使用寿命。
实例二
某汽车发动机连杆的创新设计，采用新型材料和 加工工艺，减轻了重量并提高了强度。
3
实例三
某医疗器械的创新设计，通过人性化设计和智能 化技术，提高了使用便捷性和患者体验。
THANKS
16世纪
德国的学者奥托·布 雷默尔开始系统地研 究平面连杆机构；
19世纪
英国的学者瓦特在蒸 汽机上应用了曲柄滑 块机构，使蒸汽机得 到了广泛的应用；
20世纪
随着计算机辅助设计 和制造技术的发展， 平面连杆机构的设计 和制造水平得到了不 断提高。
02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
总结词
曲柄摇杆机构是一种常见的平面连杆 机构，具有曲柄和摇杆两种构件。
研究连杆机构中各构件的 速度变化规律，确定各构 件之间的相对速度。
速度曲线
分析连杆机构中各构件的 速度曲线，了解其运动规 律。
速度分析方法
采用解析法或图解法进行 速度分析，得到各构件的 速度参数。
加速度分析
加速度分析
研究连杆机构中各构件的加速度变化规律，确定 各构件之间的相对加速度。
平面连杆机构精品课件

平面连杆机构精品课件


课下分组完成任务提示
要点：1、注意平面机构的类型 2、注意主动件的确定 3、注意平面机构工作特性
要求：1、由小组成员共同对第一阶段任务形成的平 面机构的简图进行分析，并拿出所有机构运动 特点分析结论。 2、由小组推举一人进行汇报 3、小组互评，教师点评
教学板书
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件： （1）最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其余两杆长度之和； （2）连架杆和机架中必有一个是最短杆。
AB = CD BC = AD
平行四边形简图
双曲柄机构特例2：反向平行四边形机构
车门开闭机构
推论
B B’
C C’
A
D
AB = CD BC = AD
双曲柄机构的运动特点：
普通双曲柄机构 主动曲柄等速转动
从动曲柄变速转动
平行双曲柄机构 两曲柄转动的角速度始终相等
反向双曲柄机构 双曲柄的转向相反，且长度也相等
双曲柄机构
双摇杆机构的应用
C
E
B
D
Q A
鹤式起重机
双摇杆机构的应用
D A
C B
双摇杆机构特例：等腰梯形机构
A
D
E
B
C
汽车转向机构
推论
双摇杆机构运动特点：
双摇杆机构
摆动
摆动（摆幅相等或不相等）
子任务二：绘制机构简图
绘制机构简图
问题1：通常采用怎样的符号来表达 平面机构？
问题2：假设我们已经掌握了规定的 表达平面机构的符号，那么 我们怎么运用这些符号表达 出机构的简图呢？
铰链四杆机构类型
1、铰链四杆机构运动特点？ 2、如何判定机构属于哪种类型？
曲柄存在的条件：
曲柄存在的条件
第二章 平面连杆机构

第二章 平面连杆机构

条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
2.铰链四杆机构基本类型的判别准则
(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；
(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;
(4)不满足条件一是双摇杆机构。
【实训例2-1】 铰链四杆机构ABCD如图2-10所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，如果改摇杆主动为曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆BC与摇杆CD不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。
(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄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。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 具有两曲柄反向不等速的特点，车 门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。
应该指出，滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线，还可以是任意曲线，甚至可以是多种曲线的组合，这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴，也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。
第2章平面连杆机构

第2章平面连杆机构


把铰销B扩大，使其包含A，这时曲柄演化为一几何中心不与回转中 心相重合的圆盘，此盘称为偏心轮，两中心间距称偏心距，等于曲柄之 长，这种机构称为偏心轮机构。 该结构可避免在较短的曲柄两端设两个转动副而引起的结构设计上 的困难， 且盘状构件在强度上比杆状高得多，所以多用于载荷较大或AB较短的 场合。 2、 转动副转化成移动副
例：设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长C及摆角ψ，行程速度变化 系数K。 步骤：①计算 ②按已知条件画C1D、C2D ③连C1C2作∠ C1C2P=90°— ∠ C2C1P=90° ④作C1.C2.P的外接园 ⑤延长C1D、C2D与园交于C1′、C2′ ⑥在或上任取一点即可作A ⑦ AC1=b-a θ。说明此为曲柄与连杆共线的两位置) AC2=b+a 而AD即为机架长度d 由上述知A是可任选的，∴有无数解，若另有其他辅助条件，加给 定d或min或给定a等，则A点便可确定了。 若为曲柄滑块机构：则可由e在园上定A。 若为摆动导杆机构：由 在ψ角平分线上由d→A→B 3、按给定两连架杆对应位置设计（解析法、实验法） 例已知两连架杆AB和CD对应位置 取坐标系如图示，各构件长度在x、y轴上投影，得如下关系式
连杆曲线，用缩放仪求出图谱中的曲线与要求轨迹的相差倍数，将机构 尺寸作相应缩放，从而求得所需的四杆机构尺寸。 这种方法可使设计过程大为简化，适合于工厂和设计单位使用。
几组机构错位安装。 则用死点：例飞机起落架机构 连杆与从动件CD位于一直线上，机构处于死点。机轮着地时产生的 巨大冲击力不致使从动件CD转动，从而保持支撑状态。 又例如机床夹具。见22页图2-6 对其他四杆机构应会用同样方法分析以上四个特性。
§2-4 平面四杆机构的设计
基本问题：按给定的运动条件————确定运动简图的尺寸参数。 给定运动规律（位置、速度、加速度） 已知条件 给定运动轨迹 图解法： 直观 设计方法 解折法： 精确 应根据已知条件和机构具体情况选用 某 实验法： 简便 某种方法 一、按给定的运动规律设计四杆机构 1、按给定的连杆位置设计四杆机构（找圆心法） 已知连杆长度b及两位置B1C1、B2C2，设计该铰链四杆机构（定A、 D点）分析铰链四杆机构ABCD知： B1、B2、B3……应位于园弧k A上 C1、C2、C3……就位于园弧 k c上 作B1B2、B2 B3垂直平分线A C1C2、C2C3垂直平分成D 当给定两个位置时，只能得B1B2、C1C2，分别作其垂直平分线b12、 C12 A点可在b12上任选一点 ∴有无数解 D点可在C12上任选一点 在多解的情况下，可添加一些辅助条件，如满足有曲柄，紧凑的尺 寸，较好的传动角，固定铰链的位置等，从中选取满足附加条件的机 构。（如要求A、D水平） 当给定连杆三个位置时： 作B1B2中垂线 交点为A 作B2 B3中垂线 有唯一解ABCD 作C1C2中垂线 交点为D 作C2C3中垂线 2、按给定的行程速度变化系数K设计（三点共园法）
第2章 平面连杆机构知识课件知识讲稿

第2章 平面连杆机构知识课件知识讲稿


2 . 压力角和传动角
压力角的定义是：从动件上所受驱动力方向（不计重力、摩擦 力和惯性力）与该力作用点绝对速度方向之间所夹的锐角，用 表示。
图2-5 压力角与传动角
传动角的定义是：与压力角互为余角的角称为传动角，用
来表示，即 =90-，显然 值越大（即越小）越好， 理想情况是 =90。 为了保证机构传力性能良好，通常对传动角的最小值min加以 限制，即应使 min≧
l3≤(l2 – l1)+ l4
→ l1+ l3 ≤ l2 + l4
l4≤(l2– l1)+ l3
→ l1+ l4 ≤ l2 + l3
将以上三式两两相加得：
l1≤ l2, l1≤ l3, l1≤ l4
AB为最短杆
铰链四杆机构有一个曲柄的条件是： (1) 满足杆长条件,即最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两
建立坐标系如图所示，可写出以下矢量方程式：
l1l2l4l3
将上式分别向x及y轴投影， 可得如下两个代数方程：
ll1 1s cio n ii s (0 (0 )) ll2 2s cio in i s l3 l4 sil 3c n i o ( 0 i)s (0)
如取 l11, l2m, l3n, l4p Fra bibliotek代入上式可得：
旋转式叶片泵
惯性筛中的双曲柄机构
特例：平行四边形机构 特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动
实例：图2-10天平机构 图2-13 机车车轮联动机构 特例：反平行四边形机构 其运动特点是两曲柄的角速度
大小不等、转向相反。
2.1.3 双摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则该机构称为双摇 杆机构。
《平面连杆机构》PPT课件 (2)

《平面连杆机构》PPT课件 (2)


——用解析法或实验法(P32~P35)
1．解析法：
cosφ1=P0cosψ1+P1cos(ψ1- φ1)+P2 cosφ2=P0cosψ2+P1cos(ψ2- φ1)+P2
cosφ3=P0cosψ3+P1cos(ψ3- φ3)+P2
机构封闭多边形
给定三对应位置，得精确解 少于三位置，有无数解 多于三位置时，用实验法
— 极位夹角 —摇杆的摆角
1> 2 机构有急回特性 (1=180º+ 2=180º- )
行程速比系数k
k= v2/v1=(180º+)/(180º-)4
二、死点
在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件时，在连杆 与曲柄共线时，无论摇杆上的力为多大，机构都难以 运动，该位置称为死点。
缺点：从动件易出
现卡死或不确定
解析法：精确
设计方法 图解法：直观√
实验法：简便
13
一、按给定的行程速比系数k设计四杆机构 1．曲柄摇杆机构
巳知：摇杆长l3 , 摆角ψ 和 行程速比系数k
要求：确定铰链中心A， 定出其他三杆尺寸
步骤：参见P30~31
14
2．导杆机构 巳知：机架长l4 和行程速比系数k 要求：确定曲柄长度l1
步骤：参见P31
1
第二章 平面连杆机构
铰链四杆机构的型式和特点 曲柄存在的条件 铰链四杆机构的演化 平面四杆机构的设计
2
§2-1 铰链四杆机构的 基本型式和特性
定义：全部用回转件组成的平
面四杆机构。
机架：固定件
组成：连杆：不与机架直接相连的构件
连架杆(2个)：与机架相连的构件。有曲柄、 摇杆两种。 能作整周运转
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析

《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析

0 0
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
0 第2章 (1-6) 平面连杆机构

0 第2章 (1-6) 平面连杆机构

增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面四杆机构的基本特性 3. 度过死点位置的方法
采用错位排列地方式顺利地通过死点位置
增大从动件的质量、利用惯性度过死点位置
平面多杆机构简介
前面我们学了基本机构 ，可以根据基本机构的功能， 进行组合以及机构的演化及变异原理创新设计出丰富多彩 的多杆机构。 1. 扩大从动件的行程 冷床运输机就是一个六 杆机构。它用于把热轧 钢料在运输过程中冷却， 因此要求增大行程，该 机构由曲柄摇杆机构 ABCD和杆EF、滑块6所 组成。显然滑块6的行程 S比曲柄摇杆机构ABCD 中C点的行程要大的多。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
2. 取不同的构件为机架
当以不同的构件作为机 架时，将得到不同类型 的机构。
以构件1为机架时， 为曲柄滑块机构。
以构件2为机架时， 为回转导杆机构。
以构件3为机架时， 为摇块机构。
以构件4为机架时， 为移动导杆机构。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 手摇唧筒
铰链四杆机构的基本形式及其演化
➢ 本章主要介绍平面四杆机构的类型及应用、特性、设 计方法。
铰链四杆机构的基本形式及其演化
一、四杆机构的基本型式
根据连架杆运动形式的不同，可分为三种基本形式：
1. 曲柄摇杆机构—在两连架杆中，一个为曲柄，另一个为
摇杆。
➢ 运动特点：
一般曲柄主动，将连 续转动转换为摇杆的 摆动，也可摇杆主动， 曲柄从动。
铰链四杆机构的基本形式及其演化 平行双曲柄机构
应用：应用于从动件需要和主动件保持同步的场合。 举例：机车车轮的联动机构
机车车轮联动机构
铰链四杆机构的基本形式及其演化 3. 双摇杆机构—两连杆架均为摇杆的四杆机构
第2章平面连杆机构教案（精选5篇）

第2章平面连杆机构教案（精选5篇）

第2章平面连杆机构教案（精选5篇）第一篇：第2章平面连杆机构教案第2章平面连杆机构平面连杆机构——由若干个构件通过平面低副(转动副和移动副)联接而构成的平面机构，也叫平面低副机构平面连杆机构具有承载能力大、结构简单、制造方便等优点，用它可以实现多种运动规律和运动轨迹，但只能近似地实现所要求的运动。

最简单的平面连杆机构由四个构件组成，简称平面四杆机构。

是组成多杆机构的基础只介绍四杆机构§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用一，铰链四杆机构铰链四杆机构——全部由回转副组成的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形态。

如图2-1a所示，铰链四杆机构由机架4、连架杆(与机架相连的 1、3两杆)和连杆(与机架不相联的中间杆2)组成。

如图所示曲柄——能绕机架上的转动副作整周回转的连架杆。

摇杆——只能在某一角度范围(小于360°)内摆动的连架杆。

铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本型式。

1、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构——两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构。

当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动，转变为摇杆的往复摆动。

应用：雷达调整机构2、双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

当原动曲柄连续转动时，从动曲柄也作连续转动如图所示在双曲柄机构中，若其相对两杆相互平行如右图所示，则成为或平行四边形机构(平行双曲柄机构)。

如图所示当平行四边形机构的四个铰链中心处于同一条直线上时，将出现运动不确定状态，一般采用相同机构错位排列的方法，来消除这种运动不确定状态。

如图所示应用：在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。

3、双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构应用：飞机起落架通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，可以得到铰链四杆机构的其他演化型式二，含一个移动副的四杆机构 1，曲柄滑块机构通过将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构，如图所示对心曲柄滑块机构与偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用于活塞式内燃机2、导杆机构在图所示曲柄滑块机构中，若改取杆1为固定构件，即得导杆机构。

第二章平面连杆机构


§2-1 平面四杆机构的基本类型
a曲柄摇杆机构 b双曲柄机构
c曲柄摇杆机构 d双摇杆机构
曲柄摇杆机构 平面四杆机构基本型式： 双曲柄机构
双摇杆机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型
（一）曲柄摇杆机构（a、c图） 两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。
曲柄摇杆机构
例：牛头刨床横向进给机构1
§2-1 平面四杆机构的基本类型
回转式油泵
曲柄滑块泵
简易冲床
双滑块机构
摆动式油缸
刨床机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型
一、铰链四杆机构基本类型
连接两连 架杆的杆
与机架相 连的杆
固定不动 的杆
曲柄—能绕机架整周回转的连架杆；
摇杆—只能在一定角度范围内绕机架摆动的连架杆；
周转副（整转副）—能作360 相对回转的运动副； 摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。
搅拌器1
剖光机
刮雨器
C 2 3 B1 4 D A
缝纫机脚踏板机构1
飞剪
雷达调整机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型
（二）双曲柄机构（b图）
两连架杆均为曲柄。
双曲柄机构
平行双曲柄机构
反平行四边形机构
§2-1 平面四杆机构的基本类型
例：旋转式水泵
机车驱动联动机构1 3
公共汽车车门启闭机构
惯性筛
§2-1 平面四杆机构的基本类型
四、死点
C1 F A C2 D
F B1 γ＝0
B2
γ＝0
曲柄摇杆机构中，以摇杆为原动件，摇杆处在 两极限位置时（当曲柄与连杆共线时），γ=0，这 时通过连杆传给从动件曲柄的力恰好通过其回转中 心，使机构出现“顶死”现象。该位置称死点位置。

《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。

《机械设计基础》课程讲解课件第二章第一节铰链四杆机构及其演化


2.导杆机构
取曲柄滑块机构中的不同构件作为机架，可以得到以下 四种不同的机构。
曲柄滑块机构
转动导杆机构
定块机构
摇块导杆机构
应用
小型刨床机构
曲柄摆动导杆机构 (a)曲柄摆动导杆机构; (b)电气开关
卡车车厢自动翻转卸料机构
手动抽水机
3.偏心轮机构 扩大转动副
（a）等效曲柄滑块机构 （b）曲柄滑块机构 （c）等效曲柄摇杆机构 （d) 曲柄摇杆机构
摇杆为主动件时， 则可以将摇杆的摆动转换为 曲柄的整周回转运动。
应用举例：
①牛头刨床工作台横向进给机构 ②缝纫机的踏板机构
图 7-3 缝纫机踏板机构
牛头刨床进给机构
缝纫机踏板机构
(a)局部结构图 ; (b)曲柄摇杆机构运动简图 1—主动齿轮; 2—从动齿轮; 3—连杆; 4—摇杆（棘爪）;
5—棘轮; 6—丝杠 ; 7—机架
一、平面四杆机构的基本型式—铰链四杆机构
1．曲柄摇杆机构 2．双曲柄机构
3．双摇杆机构
运动副全是转动副
二、平面四杆机构的演化型式
1．曲柄滑块机构 2．导杆机构 3．偏心轮机构
一、平面四杆机构的基本型式
1.曲柄摇杆机构
☆ 两连架杆中一个为曲柄，另
一个为摇杆。
曲柄为主动件时， 可以实现由曲柄的整周回转 运动到摇杆往复摆动的运动 转换。
特点：容易加工； 工作时润滑条件和受力情况好； 可用于较重载荷的传动中。
应用举例：蒸汽机换气阀传动机构、冲压机传动机构等。
机械设计基础
第二章 平面连杆机构
第一节 铰链四杆机构及其演化 第二节 平面四杆机构的基本特性
概念
定义: 全由低副（转动副、移动副）构 成的平面机构称为平面连杆机构
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解决的办法： ❖ 在从动件上加外力 ❖ 利用惯性冲过死点位置 ❖ 设计两个相同机构连动
死点位置应用
在夹紧装置中，用于防松
2-3 平面四杆机构的设计
根据： ❖ 给定运动条件； ❖ 几何条件； ❖ 运动条件。 选择机构类型； 确定尺寸参数； 绘制机构运动简图。
设计问题的类型
实现给定从动件的运动规律 实现给定的运动轨迹
1.曲柄摇杆机构
连架杆： ❖ 一个为曲柄 一般为原动件 一般作匀速转动 ❖ 一个为摇杆 一般为从动件 一般作变速摆动
曲柄摇杆机构实例
2. 双曲柄机构
两个连架杆 均为曲柄。
若主动曲柄 等速回转， 则从动曲柄 变速回转。
双曲柄机构实例
平行四边形机构应用最多，但其死点为止 存在不确定状态。
Pt Pcos
越小， 越大， Pt越大，传力性能 越好。
传动角
机构运转时， 是不断变化的 当AB与AD重合时， 角最小 为保证机构正常工作，要限制最小min值
的下限， ❖ 一般min ≥40° ❖ 大功率机械min ≥50°
四、死点位置
摇杆为主动件，且处于极限位置时，从动 件出现卡死或运动的不定状态。
t1 1 180 t 2 2 180
行程速比系数K
K 180 180
极位夹角越大，K值越大，急回运动 性质越显著。
180 K1
K1
设计时：
一般先定K，再算
具有急回特性的四杆机构
曲柄摇杆机构 偏置曲柄滑块机构 摆动导杆机构
三、压力角和传动角
压力角 ——作用在从动件上的驱动力 与该力作用点速度VC之间所夹锐角 判断机构传动性能的标志 传动角=90°-
1、曲柄摇杆机构
已知条件：
❖ 摇杆长度l3；
❖ 摇杆摆角 ；
❖ 行程速比系数K。
求： ❖ 各杆长度； ❖ 铰链的位置。 解题思路。
解题步骤：
1. 由K——求极位夹角 180K1
2. 任定固定铰链中心D的位置，由Kl31、 定
C1D1、 C2D2 极限位置；
3. 过C1C2作一圆，使C1C2圆弧角= ；
当曲柄等速转动时，滑块可实现急回运动。
2.导杆机构
曲 柄 滑 块
机 构
转 动 导 杆 机 构
l1 l2
曲 柄 摆 动 导 杆 机 构
l1 l2
导杆机构
传动角始终等于 90°。
有良好的传力性 能。
例：牛头刨床， 插床等。
3.摇块机构和定块机构
曲 柄
摇 块
滑
机
块
构
机
定 块 机 构
构
摇块机构和定块机构的应用
二、急回特性
曲柄AB转动一周，有两次极限位置： ❖ 曲柄与连杆共线
B1AC1，AB2C2 其所夹锐角——
极位夹角
❖ 摇杆处于极限位置 C1D，C2D 其夹角——
摆角
急回特性
假定曲柄匀速转动，则摇杆往复摆动快慢 不同——急回特性
用行程速度变化系数（行程速比系数）K 表示
K
2 1
t2 t1
4. 在圆上任选一点A，为固定铰链中心位置； 5. 极限位置有:AC1 = l2- l1, AC2 = l2+ l1 ；
偏心轮机构
五、四杆机构的扩展
手动冲床 六杆机构，两次增力。
晒料机
2-2 平面四杆机构的基本特性
运动特性 传力特性
一、铰链四杆机构有整转副的条件
整转副——两构件能相对转动360o的转动 副
整转副是否存在取决于： ❖ 各杆的相对长度 ❖ 机架的选择
分析曲柄摇杆机构的几何关系
l1、 l2、 l3、 l4分别为各杆长， l1为曲柄 。
摇块机构
定块机构
三、含两个移动副的四杆机构
（双滑块机构）
两移动副不相邻（如：正切机构）。 两移动副相邻，且一个与机架相邻（如：
正弦机构）。
双滑块机构
两移动副相邻，且都不与机架相联。 如：滑块联轴器。
双滑块机构
两移动副相邻，且都与机架相联。 如：椭圆仪。
四、具有偏心轮的四杆机构
提高曲柄强度、刚度； 简化结构。 应用：剪床、冲床、颚式破碎机等。
由(1，2，3)式得:
l1l2 l1l3 l1l4
铰链四杆机构有整转副的条件:
铰链四杆机构有整转副的条件—— 最短杆+最长杆≤其余两杆之和；
整转副是由最短杆与其相邻杆组成；
曲柄存在的条件
曲柄存在的必要条件——有整转副； 曲柄是否真正存在，要看哪个构件为机架： ❖ 最短杆为机架—————— 双曲柄机构； ❖ 以最短杆相邻杆为机架—— 曲柄摇杆机构； ❖ 最短杆对面的杆为机架—— 双摇杆机构； 最短杆+最长杆≥其余两杆之和： ❖ 无整转副存在 ❖ 以任何杆为机架——双摇杆机构；
第二章--平面连杆机构
2-1 铰链四杆机构的基本型式 和特性
铰链四杆机构——全部由回转副组成的平 面四杆机构
组成： ❖ 机架——固定构件4 ❖ 连架杆——与机架相连的构件1、3 ❖ 连杆——机架对面的构件2
一、铰链四杆机构
整转副——组成转动副的两构件能作整周 相对转动
曲柄——与机架组成整转副的连架杆 摇杆——与机架组成摆动副的连架杆 按连架杆是曲柄或摇杆分类： ❖ 曲柄摇杆机构 ❖ 双曲柄机构 ❖ 双摇杆机构
当曲柄处于AB′时，因三角形两边之和≥第
l4 三(边l2，l△1) AlC3′D 有：
l1ll1l3l2l4 (2)
分析曲柄摇杆机构的几何关系
当曲柄处于AB″时，因三角形两边之和≥ 第三边，△ AC″D有：
l1l2l3l4 (3) l1l4l3l2 (1) l1l3l2l4 (2)
设计方法
解析法
❖ 建立数学模型，通过计算得到机构参数； ❖ 设计精确，应用逐渐广泛。
作图法
❖ 直观、简单，能满足一般工程上的精度要求； ❖ 在实际中应用较多。
实验法 简便易行，试凑结果。
一、按给定的行程速比变化系数 K设计四杆机构
有急回要求的机构，按K设计。 有急回特性的机构： ❖ 曲柄摇杆机构； ❖ 偏心式曲柄滑块机构； ❖ 摆动导杆机构。
3.双摇杆机构
两个连架杆均 为摇杆
如： 飞机起落架
双摇杆机构实例
等腰梯形机构— —两个摇杆长度 相等的双摇杆机 构
如：车辆的转向 机构
二、 含一个移动副的四杆机构
铰链四杆机构的演化为其它机构： ❖ 移动副代换回转副 ❖ 改变杆长 ❖ 改变机架 ❖ 扩大运动副
1.曲柄滑块机构
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构