2平面连杆机构25215

曲柄滑块机构型式: 对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
§1.2 铰链四杆机构的演化
应用 内 燃 机
§2 铰链四杆机构的演化
偏心轮机构 由偏心轮、连杆、滑块和机架组 成的机构称为偏心轮机构。
§1.2 铰链四杆机构的演化
导杆机构
1 4 2 3
当取1杆作为机架时，即可得到导杆机构。 曲柄转动时，4杆对滑块的运动起导向作用， 故4杆称为导杆。 当取滑块为机架时，此机构为定块机构。 当取2杆为机架时，此机构为摇块机构。
最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的平 面四杆机构。
§2.1 平面连杆机构的基本形式
铰链四杆机构： 所有运动副均为转动副的平面四杆机构
连杆
连架杆 (曲柄)
连架杆 （摇杆）
机架——固定不动构件
转动副 （周转副)
机架
连架杆——与机架以运 动副相连的杆 连杆——不直接与机架 相连的杆
§2.1 平面连杆机构的基本形式
⑴ AD杆为最短杆(0AD 20)
机构有整转副的条件：AD50 2040
AD10mm
C B b c d D 整转副 C B a A d b c D 整转副
a
A
双曲柄机构
⑵ AD杆长介于最短杆与最长杆之间(20AD50)
机构有整转副的条件：2050 AD40
AD30mm
B a
铰链四杆机构的特性 １．急回特性 在曲柄摇杆机构中， θ 当主动曲柄ＡＢ等速 顺时针转动时，曲柄 在一周内有两次与连 杆共线 此两处曲柄之间的夹角θ 称为极位夹角。 在曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时， 摇杆位于两个极限位置，简称极位。 急回特性的作用：可以缩短非生产时间， 提高生产率。
§2.1 平面连杆机构的基本形式

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。

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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
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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。

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五、平面四杆机构的基本特性
• 3、存在死点 • 当连杆与丛动件处于
共线位置时。 • 对传动来说死点是有
害的，可以通过安装 飞轮等方法克服。 • 也有机构利用死点工 作的，如钻床夹具等。
钻床夹具
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平面四杆机构的其他形式
内燃机简图
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铰链四杆机构的基本形式
• 动画演示 • 若连架杆能做整周运动，则称为曲柄； • 若只能往复摆动一个角度，则称为摇杆。
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1、曲柄摇杆机构
• 其中两连架杆一为曲柄另一为摇杆；
应用实例
切割机
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3、双摇杆机构
• 其中两连架杆均为摇杆。
应用实例
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铰链四杆机构曲柄存在的条件
曲 柄 存 在 的 条 件 ： (1)最 短 杆 与 最 长 杆 长 度 之 和 小 于 或 等 于 其 余 两 杆 长 度 和 。 (2)最 短 杆 是 连 架 杆 或 机 架 。
You Know, The More Powerful You Will Be
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story
讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
五、平面四杆机构的基本特性
• 1、急回运动特性 • 当曲柄均匀旋转时，
从动件作急回运动。 • 如牛头刨床的导杆

承受载荷较大时，会产生较大的变形；
特点 运动副中存在间隙，导致传动不准确； 适用于实现各种复杂的运动规律和运动轨迹。
平面连杆机构的应用
轻工机械
如印刷机、包装机 等；
冶金机械
如轧钢机、拔丝机 等；
农业机械
如拖拉机、收割机 等；
纺织机械
如织布机、针织机 等；
化工机械
如搅拌机、挤压机 等。
平面连杆机构的分类
双曲柄机构的实例分析
双曲柄机构的应用
01
双曲柄机构在机械中也有着广泛的应用，如飞机起落架、内燃
机、搅拌机等。
双曲柄机构的运动特点
02
双曲柄机构由两个曲柄组成，它们以相反的方向的匀速圆周运
动。
双曲柄机构的传力特性
03
双曲柄机构可以平衡两个曲柄的力矩，使得整个机构运转平稳
。
双摇杆机构的实例分析
双摇杆机构的应用
详细描述
在平面连杆机构中，通过测量各构件上特定点的速度，可以 得到这些点的速度矢量。通过分析这些速度矢量，可以了解 各构件之间的相对运动关系，从而判断机构的运动特性。
运动分析
总结词
运动分析是研究平面连杆机构中各构件位置变化的过程，通过分析各构件的位 置，可以了解机构的运动轨迹。
详细描述
在平面连杆机构中，通过测量各构件上特定点的位置坐标，可以得到这些点的 位置矢量。通过分析这些位置矢量，可以了解各构件的运动轨迹，从而判断机 构的运动形式。
机械基础课件第九章平面连杆机构
目录 Contents
• 平面连杆机构概述 • 平面连杆机构的基本形式 • 平面连杆机构的运动特性 • 平面连杆机构的设计 • 平面连杆机构的运动分析 • 平面连杆机构的实例分析

2018年10月8日星期一
26
§2-2 铰链四杆机构的演变
一、曲柄滑块机构
图a 所示的曲柄摇杆机构中，C点的轨 迹位于半径为 的圆周上。显然，若将回转 副D直径增大，再将杆3作成圆环形，C点的 运动规律不变，但机构却演化为曲柄滑块机 构了。若进一步将导路的曲率半径增大趋于 ∞，则得到图c 所示的曲柄滑块机构。 滑块作往复直线运动的曲柄滑块机构分 为对心的(如内燃机中使用的)和偏置的(见图 d)，偏置滑块机构也存在急回特性。 曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内燃机、 空气压缩机、冲床等机械中。
2018年10月8日星期一 §2-1 铰链四杆机构 12

行程速比系数Ｋ

急回特性常用行程速比系数Ｋ(摇杆反、正行程平均速度 之比)来度量。 如图所示，曲柄顺时针匀速转动，摇杆左右摆动(顺时针 为正行程，逆时针为反行程)。我们把摇杆处于两极限位 置时连杆对应位置所夹的锐角称为极位夹角，用θ表示。 根据行程速比系数的定义有：
l1 l2 l3 l4 l1 l3 l2 l4 l l l l 1 4 2 3
求解得： l1 l2 , l1 l3 , l1 l4
2018年10月8日星期一
§2-1 铰链四杆机构
21
铰链四杆机构曲柄存在条件
上述关系说明,铰链四 杆机构曲柄存在条件： ① 最短、最长杆长度之 和≤另外两杆的长度之 和； ② 连架杆或机架是最短 杆。 其中条件①又称为格 拉肖夫(Grashof)判别 式
2018年10月8日星期一
§2-2 铰链四杆机机构
图d 所示为摇块机 构，这种机构广泛应用 于摆缸式内燃机和液压 驱动装置中，自卸货车 就是很典型的应用。 图 c 所示为定块机构，这 种机构常用于抽水唧筒 和抽油泵中。

慢 快
11.09.2019
47
B
B2

1
1
a
b2
B1 C2
C 3 C1
A
4
H
对心曲柄滑块机构 H=2a,
0 ,无急回特性。
B
a1
2
C2
b
C3 C1
1
A B1 H
4
B2
偏置曲柄滑块机构
H (a b )2 e2(b a )2 e2
0 ,有急回特性。
B1
有急回特性。
2bc
a
j
A
分析： j =0 cos j =1 cos d d min j =180° cos j =–1 cos d d max
d min 或 d max 可能最小
传动角最小的位置 ：
主动件与机架共线
C
d c
d
D
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51
三、 死点
35
偏心轮（扩大运动副)
在曲柄滑块机构（曲柄摇杆机构）中，若曲柄很短，可将转动副 B的尺寸扩大到超过曲柄长度，则曲柄AB就演化成几何中心B不与 转动中心A重合的圆盘，该圆盘称为偏心轮，含有偏心轮的机构称 为偏心轮机构。
11.09.2019
36
11.09.2019
37
偏心轮机构结构简单，偏心轮轴颈的强度和刚度大，且易于安装 整体式连杆，广泛用于曲柄长度要求较短、冲击在和较大的机械中。
11.09.2019
26
(2)类型
转动导杆机构
摆动导杆机构
L1<L2 L1 ：机架长度， L2 :曲柄长度
L1>L2
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m个构件, m-1个铰链
(2) 局部自由度
—排除
定义：机构中某些构件所具有的独立的局部运动, 不影响机构 输出运动的自由度 局部自由度经常发生的场合：滑动摩擦变为滚动摩擦时添加的 滚子、轴承中的滚珠 解决的方法：计算机构自由度时，设想将滚子与安装滚子的构 件固结在一起，视作一个构件
动画
F＝3n－2pl－ph ＝3 3 －2 3 －1 ＝2
机构自由度举例：
2 3 1 1 4 5 2 3
4
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 =1
B
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 0 =2
F =3n－2pl－ph = 3 2－2 2－1 =1
C A
F =3n－2pl－ph = 3 3－2 4－ 0 = 1
F =3n－2pl－ph = 3 4－2 5－ 1 = 1
F＝3n－2PL－PH 2 1 ＝3 2 －2 － ＝1 F＝3n－2PL－PH 3 1 ＝3 2 －2 － ＝-1 错
虚约束 2 1
对
结论
虚约束经常发生的场合
A 两构件之间构成多个运动副时 B 两构件某两点之间的距离在运动过程中始终保持不变时 C 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合时
B 两构件某两点之间的距离在运动中保持不变时
在这两个例子中，加与不加红色构件AB效果完全一样，为
虚约束
计算时应将构件AB及其引入的约束去掉来计算
2 1 A B 4 2
3
1
5 4
3
F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH F＝3n－2PL－PH ＝3 － 3 2 4 4 2 － 6 0 －0 ＝3 － 4 0 ＝3 3 －2 － ＝0 错 ＝1 对 ＝1

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。