机械基础第七章平面连杆机构PPT

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《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。

机械基础优秀课件

当摇杆为主动件，且从动曲柄与连杆成一直线时机构处于死点位置，如图7-21所示。在平面四杆机构中，只要有作往复运动旳构件，就有死点位置问题。
§7-3 凸轮机构
一、凸轮机构概述 1.凸轮机构旳构成及工作原理凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽旳构件，从动件是被凸轮直接推动旳构件。凸轮机构就是由凸轮、从动件和机架3 个主要构件所构成旳高副机构。图7-23为经典旳盘状凸轮及移动凸轮。
二、运动副旳类型
按接触形式，运动副可分为低副和高副。
§7-1 机构旳基本知识
低副是两个构件经过面接触而构成旳运动副。根据两个构件间旳相对运动形式，低副又分为转动副和移动副。两个构件只能构成在一种平面内作相对转动旳运动副，称为转动副（或铰链），如图7-1a所示。两个构件只能沿某一方向作相对移动旳运动副，称为移动副，如图7-1b所示。高副是经过点或线接触构成旳运动副，如图7-2所示。
图8-13定时张紧法
图8-14自动张紧法
③加张紧轮法
§8-1 带传动与链传动
图8-15加张紧轮法
如图8-15所示，当中心距不能调整时，可采用张紧轮将V带轮张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使V带轮只受单向弯曲，同步张紧轮还应尽量接近大轮，以免过分影响小V带轮旳包角。若张紧轮置于松边外侧，则应尽量接近小V带轮。张紧轮旳轮槽尺寸与V带轮旳相同，且直径不大于小V带轮旳直径。
（1）带传动旳类型。按传动原理带传动分为摩擦带传动和啮合带传动。摩擦带传动靠传动带与带轮之间旳摩擦力实现传动，如V带传动、平带传动等；啮合带传动靠带内侧凸齿与带轮外缘上旳齿槽相啮合实现传动，犹如步带传动。
按用途带传动分为传动带和输送带。传动带用来传递动力，输送带用来输送物品。
按传动带旳截面形状分平带、V带、多楔带、圆形带和齿形带（同步带）。平带如图8-2所示，平带旳截面形状为矩形，内表面为工作面。V带如图8-3所示，V带旳截面形状为梯形，

《平面连杆机构设计》课件

定义：平面连杆机构是由一系列刚性杆件通过转动副或移动副相互连接，并按照预定的顺序或模式进行运动传递的机构。
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特点
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结构简单，易于设计和制造。
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具有较大的传递力矩的能力。
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运动形式和运动轨迹相对固定，易于实现精确控制。
平面连杆机构的运动分析
运动分析的基本概念
平面连杆机构定义
平面连杆机构是由若干个刚性构件通过低副（铰链或滑块）连接而成的机构，构件之间的相对运动都在同一平面或相互平行平面内。
运动分析目的
通过分析平面连杆机构的运动特性，确定各构件之间的相对位置、相对速度和相对加速度，为机构设计、优化和性能评估提供依据。
在此添加您的文本16字
适用于多种类型的运动转换和传递，如转动、摆动、移动等。
平面连杆机构的应用
农业机械
如收割机、拖拉机等，利用平面连杆机构实现谷物、饲料的收割和运输。
轻工机械
如包装机、印刷机等，利用平面连杆机构实现纸张、塑料薄膜等的传送和加工。
矿山机械
如挖掘机、装载机等，利用平面连杆机构实现土石的挖掘、装载和运输。
发展趋势：随着科技的进步和应用需求的多样化，平面连杆机构的设计和制造技术也在不断发展和创新。
数字化设计和仿真技术的运用，提高了设计效率和准确性。
PART 02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构是一种常见的平面连杆机构，由曲柄、摇杆和连杆
组成。
曲柄作为主动件，匀速转动，带动连杆摆动，摇杆作为从动件，
运动分析的实例
四杆机构
以曲柄摇杆机构为例，通过解析法分析曲柄的转速、摇杆的摆角以及各构件之间的相对速度和加

平面连杆机构ppt课件

15
3.1 平面连杆机构的类型
（2）应用案例：雷达天线、脚踏式脱粒机、搅拌机、水稻插秧机的秧爪运动机构。
脚踏式脱粒机
缝纫机的脚踏粒机
雷达天线
16
3.1 平面连杆机构的类型
水稻插秧机的秧爪运动机构
搅拌机机构
（3）功能：将连续转动转换为摆动，或者将摆动转换为连续转动。
17
3.1 平面连杆机构的类型
2、双曲柄机构（1）概念：具有两个曲柄的铰链四杆机构，称为双曲柄机构。
18
3.1 平面连杆机构的类型
（2）应用案例：惯性筛机构
惯性筛机构
（3）功能：将等速转动转换为不等速同向转动19。
3.1 平面连杆机构的类型
（4）双曲柄机构的其他类型 1）平行四边形机构：两相对构件互相平行，
呈平行四边形的双曲柄机构。
3.2.1 曲柄滑块机构（ 1）由曲柄摇杆机构，将CD→无穷大，C点轨迹变成直
线；（ 2）演化方法：将转动副→移动副；（ 3）类型： a.偏心曲柄滑块机构，e≠0 偏距：曲柄转动
中心距导路的距离。 b.对心曲柄滑块机构，e=0
35
3.2 铰链四杆机构的演化
（4）应用案例：内燃机、空气压缩机、冲床和送料机构等。
请画出下列机构运动示意图，并判断由几种机构组合而成?
插齿机
冲床机构
48
3.3 铰链四杆机构的基本特性
3.3.1 急回特性和行程数比系数 1、基本概念：（以曲柄摇杆机构为例，曲柄为原动
件）（1）四杆机构的极限位置：当曲柄与连杆二次共线时，
摇杆位于机构的最左或最右的位置。（2）极位夹角（θ）：从动件处于二个极限位置时，
1-偏心轮 2-连杆 3-滑块 4-机架

机械设计基础——平面连杆机构

B
A
C
B
曲柄滑块机构

A B
导杆机构
C

AB > AC
A
转动导杆机构
C A
AB < AC C B
摆动导杆机构
A
C
曲柄摇块机构
B
A
定块机构 (移动导杆机构) C
B
（1）导杆机构
演化过程：曲柄滑块机构
曲柄改为机架
导杆机构。
转动导杆机构的应用
简易刨床
摆动导杆机构的应用
牛头刨床机构
（2）曲柄摇块机构
M 相距 h F
。
（3）不含力偶的三力杆件：三个力汇交于一点。
（4）确定摩擦总反力 FRik 方位：判断 F 指向 Rik
确定
ki转向
使 F 与摩擦圆相切， Rik
并
ki与转向相反
例. 已知：驱动力F，f, φ=arctanf, 各销钉半径r,
当量摩擦系数f0, ρ=r f0, 求：Mq
Fr
Fr
Fr 作用在契块上的力
Fr f 驱动力：F 2 Ff f Fr fV Fr sin sin
f fV 楔形槽面当量摩擦系数 sin
fV f
2 . 转动副中的摩擦力
已知：M、ω21 、Fr . 摩擦力矩：
21
M f FR 21 Fr
（2）当螺母沿轴向与Fa方向相同移动时
支持力（阻力）
' M tan( ) ' d ' M do tan
' Md 支持阻力力矩 ' M do 理想支持阻力矩
Fd'

工业设计机械基础第7章常用机构

M
B 3 O3
n = 3, Pl =4, Ph =0 F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1
与实际相符
n = 3, Pl=4, Ph =0
F = 3×3 - 2×4 – 0 = 1
2）两构件形成多个具有相同作用的运动副。 (1)两构件组成多个移动副，且导路相互平行或重合时，只有一个移动副起约束作用，其余为虚约束。
2
1
◆处理方法：计算中只计入一处高副。
F=3n-2Pl-Ph=3x2-2x2-1=1
3、机构中对运动不起独立作用的对称部分，将产生虚约束。
◆处理方法：计算中应将对称部分除去不计。
图7-11 运动简图中构件的表示方法 a）二运动副构件示例 b）三运动副构件示例
常用机构运动简图国标GB/T 4460-1984 给出了典型机构的运动简图，表7-1为摘自该国标的部分常用机构的运动简图。
2.转动副构件组成转动副时，如下图表示。图垂直于回转轴线用图a表示；图不垂直于回转轴线时用图b表示。表示转动副的圆圈，圆心须与回转轴线重合。一个构件具有多个转动副时，则应在两条交叉处涂黑，或在其内画上斜线。
F=3n-2Pl-Ph=3x3-2x4-0=1
◆处理方法：计算中只计入一个移动副。
F=3n-2Pl-Ph=3x1-2x1=1
(2) 两构件组成多个转动副，且轴线重合，只有一个转动副起约束作用，其余为约束。
◆处理方法：计算中只计入一个转动副。
(3)两构件组成多处接触点公法线重合的高副，只考虑一处高副。
图7-5 液体搅拌机 1—机架 2—曲柄 3—连杆 4—摇杆
⑶从动件机构中由原动件驱动的其他构件。若从动件直接实现机构的功能，称为执行件；若从动件把运动输出本机构，称为输出构件。图7-5中连杆3、摇杆4都是从动件。

机械设计基础第五版平面连杆机构ppt课件

(1)低副中存在间隙，精度低
(2)不容易实现精确复杂的运动规律
2、分类:
平面连杆机构空间连杆机构
平面连杆机构常以构件数命名：
四杆机构、多杆机构
本章重点内容是介绍四杆机构。
装配过程
动画
动画
2.1平面连杆机构的基本类型及其应用
一、铰链四杆机构 ❖ 结构特点：四个运动副均为转动副 ❖ 组成：机架、连杆、连架杆
e
2、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
➢应用实例
简易刨床
牛头刨床机构
3、摇块机构与定块机构
曲柄滑块机构
B
BB 11 11
B B
1112
2B B
2
B 1A 11
l1≤ l2 l1≤ l3 l1≤ l4 AB为最短杆
存在一个曲柄的条件： 1.最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和--
称为杆长条件。 2.曲柄为最短杆。此时，铰链A为整转副。若取BC为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。
可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是整转副。
则由△ＣB１D可得：三角形任意两边之和大于第三边
l1+ l4 ≤ l2 + l3
则由△ＣB２D可得： l2≤(l4 – l1)+ l3 → l1+ l2 ≤ l3 + l4
最长杆与最短杆的长度之和≤其他两杆长度之和
l3≤(l4 – l1)+ l2 → l1+ l3 ≤ l2 + l4

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)。

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7.2 铰链四杆机构的演化
移动副可以认为是由转动副演化而来的。图 7 -7(a)是四铰链机构。连杆2上的铰链C由于受摇杆3的控制，它的轨迹是以点D 为圆心、以杆长lCD为半径的圆弧kC。如果在机架4上装设一个同样轨迹的圆弧槽kC ，而把摇杆3做成滑块的形式置于槽中滑动，如图 7 -7(b)所示，则滑块3与机架4所组成的移动副就取代了点D 的转动副。这时，连杆2上的C点的运动情况，将完全相同于有转动副D时的情况。圆弧槽kC的圆心即相当于摇杆3 D，圆弧槽kC的半径即相当于摇杆3的长度lCD。
机械基础
第七章平面连杆机构
7.1 铰链四杆机构的组成和分类与特点 7.2 铰链四杆机构的演化 7.3 铰链四杆机构的基本性质习题
1
机械基础
第七章平面连杆机构
7.1.1 平面连杆机构的定义
是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。
7.1.2 铰链四杆机构的定义
是构件间用四个转动副相连的平面四杆机构。
2
机械基础
7.1 .3 铰链四杆机构的组成与分类
B
连架杆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 A
连杆
2
C
3
连架杆
4
D
机架
机架连杆
固定不动的构件。
机构中不与机架相连的构件。
连架杆机构中与机架用低副
相连的构件。
曲柄
摇杆
3
机械基础
铰链四杆机构的基本类型
铰链四杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构
5
机械基础
6
机械基础
1 曲柄摇杆机构
图3-2 曲柄摇杆机构的应用
7
机械基础
2 曲柄摇杆机构
图7-3 双曲柄机构及其应用
8
机械基础
图7-4 天平中的平行四边形机构
9
机械基础
图7-5 反平行四边形机构及其应用
10
机械基础
3 双摇杆机构
图7-6 双摇杆机构及其在鹤式起重机中的应用
11
机械基础
如图 7 -15所示的偏心轮机构。其中构件1为圆盘，它的回转中心
A与几何中心B
，其大小就是曲柄的长度lAB，该圆盘
称为偏心轮。显然，偏心轮机构的运动性质与原来的曲柄摇杆
机构或曲柄滑块机构一样。可见偏心轮机构是转动副B的销钉半
径逐渐扩大直至超过了曲柄长度lAB演化而成的，如图 7 -15(a)、 (b)、(c)所示。图 7 -16所示的曲轴为偏心轮的另一种结构形式，
是内燃机重要的零部件。由于偏心轮机构中偏心轮的两支承距
离较小而偏心部分粗大，刚度和强度均较好，可承受较大的力
和冲击载荷。
24
机械基础
图7-15 转动副扩大演化为偏心轮的过程
25
机械基础
图7-16 四缸发动机的曲轴结构
26
机械基础
表7-1 四杆机构的几种形式
27
机械基础
表7-1 四杆机构的几种形式
12
机械基础
图7-7 转动副演变移动副的过程
13
机械基础
7.2.1
图7-8 曲柄滑块机构
14
机械基础
7.2.2 回转导杆机构
图7-9 回转导杆机构以及刨床机构
15
机械基础
7.2.3 曲柄摇块机构和摆动导杆机构
图7-10 曲柄摇块机构和摆动导杆机构
16
机械基础
图 7 -11所示的是自卸卡车的翻斗机构。其中摇块3做成绕定轴C摆动的油缸，导杆4的一端固结着活塞。油缸下端进油，推动活塞4上移，从而推动与车斗固结的构件1，使之绕点B转动，达到自动卸料的目的。这种油缸式的摇块机构，在各种建筑机械、农业机械以及许多机床中得到了广泛的应用。
28
机械基础
7.3铰链四杆机构的基本性质
7.3.1 1. 在机构中，具有整转副的构件占有重要的地位，因为只有这种构件才
能用电机等连续转动装置来带动。如果这种构件与机架相铰接(亦即是连架杆)，则该构件就是一般所指的曲柄。机构中具有整转副的构件是关键性的
构件。在图7-17的曲柄摇杆机构中，假设各个构件的长度分别为a、b、c和
19
机械基础
图7-12 刨床中的摆动导杆机构
20
机械基础
7.2.4 如果把曲柄滑块机构中的滑块作为机架，如图 7 -13(a)所
示，则得到移动导杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。在图7-13(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆4的下端固结着汲水活塞，在唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。
17
机械基础
图7-11 自卸卡车中的摇块机构
18
机械基础
图7-12所示的是刨床或送料装置中使用的六杆机构。其中的构件1、2、3和4组成摆动导杆机构，用来把曲柄1的连续转动变为导杆3的往复摆动，再通过构件5使滑块6作往复移动，从而带动刨床的刨刀进行刨切，或推动物料实现送进的目的。摆动导杆机构的导杆也具有急回作用。
等号的情况，得到
a+b≤c+d
a+c≤b+d
a+d≤b+c
31
机械基础
将以上三式两两相加，经过化简后得到
a≤b a≤c a≤d
可见，曲柄1是机构中的最短杆，并且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，我们把这种杆长之和的关系简称为杆长之和条件。
21
机械基础
图7-13 定块机构及其应用
22
机械基础
7.2.5 含有两个移动副的四杆机构
图7-14 曲柄滑块机构演变双滑块机构
23
机械基础
7.2.6
在曲柄摇杆、曲柄滑块或其他带有曲柄的机构中，如果曲
柄很短，当在曲柄两端各有一个轴承时，则加工和装配工艺困
难，同时还影响构件的强度。因此，在这种情况下，往往采用
4
机械基础
7.1 .2铰链四杆机构的特点及应用
在平面四杆机构中，如果全部运动副都是转动副，则称为铰链四杆机构，如图 7 -1所示的曲柄摇杆机构则为铰链四杆机构的一种形式。图中杆4固定不动，称为机架，杆2称为连杆。杆1 和杆3分别用转动副与连杆2和机架4相连接，称为连架杆。连架杆中能作360°转动的(如杆1)称为曲柄，对应的转动副A称为整转副,在运动简图中用单向圆弧箭头表示；若仅能在小于360°范围内摆动，则称为摇杆(如杆3)或摆杆，对应的转动副D称为摆动副, 在运动简图中用双向圆弧箭头表示。
d，而且a＜d。在曲柄AB转动一周的过程中，曲柄AB必定与连杆BC有两个共线的位置（曲柄转至B1，B2处）。
29
机械基础
图7-17 曲柄摇杆机构中的几何关系
30
机械基础
根据三角形两边之和大于第三边的几何定理，由△AC2D
由△AC1D
c+d＞a+b
b-a+d＞c b-a+c＞d
将以上三式进行整理，并且考虑可能存在四杆共线时取