第5章 平面连杆机构的运动分析和设计1

第五章 平面连杆机构及其设计 §5-1平面连杆机构的应用及传动特点§5-2平面四杆机构的类型和应用§5-3平面四杆机构的一些共性问题§5-4 平面四杆机构的设计1）低副便于加工、润滑；构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长；2）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。

如：锻压机肘杆机构，单侧曲线槽导杆机构，汽车空气泵，可变行程滑块机构，等。

一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）.例如：四足机器人（图片、动画）、内燃机中的曲柄滑块机构、汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。

曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构：铰链四杆机构（雷达天线，飞剪，搅拌机）锻压机肘杆机构可变行程滑块机构3）可用于远距离操纵、重载机构，如：自行车手闸机构，挖掘机等。

4）连杆曲线丰富，可实现特定的轨迹要求，如：搅拌机构，鹤式起重机等。

挖掘机搅拌机构鹤式起重机二、平面连杆机构的缺点1）运动副中的间隙会造成较大累积误差，运动精度较低。

2）多杆机构设计复杂，效率低。

3）多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡，不适用于高速。

多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。

本章介绍四杆机构的分析和设计。

六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构：全部用回转副联接而成的四杆机构。

连架杆——与机架相联的构件；周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副；曲柄1——作整周定轴回转的构件；摇杆3——作定轴摆动的构件；转动副摆转副（C、D）周转副（A、B）铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。

实现转动和摆动的转换。

雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用（动画演示）：雷达天线俯仰角调整机构，飞剪机构，搅拌机构，摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。

平面连杆机构及其分析与设计平面连杆机构是由连杆和连接点组成的机械结构，广泛应用于各种机械设备中。

它的功能是将输入的旋转运动转化为输出的直线运动或者将输入的直线运动转化为输出的旋转运动。

本文将对平面连杆机构的分析与设计进行介绍。

首先，对平面连杆机构进行分析。

平面连杆机构的主要组成部分是连杆和连接点。

连杆是连接点之间的刚性杆件，可以是直杆、曲杆或者具有其他特殊形状的杆件。

连接点是连杆的两个端点或者连杆与其他机构的连接点，可以是支点、铰链等。

平面连杆机构的运动可以分为三种基本类型：平动、转动和复动。

平动是指连杆的一端保持固定，另一端进行直线运动；转动是指连杆的一端保持固定，另一端进行旋转运动；复动是指连杆的一端进行直线运动，另一端同时进行旋转运动。

进行平面连杆机构的设计时，需要考虑以下几个要点。

首先，确定机构的类型和功能。

根据机构的动作要求和功能要求，选择适合的连杆类型和连接点类型。

其次，进行机构的运动分析。

根据机构的运动要求，确定连杆的长度和连接点的位置，使连杆能够实现所需的运动。

然后，进行机构的力学分析。

根据机构的受力情况，确定连杆的截面尺寸和材料，保证机构的刚度和强度。

最后，进行机构的优化设计。

考虑机构的性能要求和制造要求，对机构进行优化设计，提高机构的工作效率和使用寿命。

在平面连杆机构的设计中，还需要考虑机构的动力学问题。

机构的动力学分析包括静力学分析和动力学分析两个方面。

静力学分析是指在机构静止或静力平衡状态下，对机构受力和力矩进行分析。

动力学分析是指在机构进行运动时，对机构的加速度、速度和位移进行分析。

通过对机构的动力学分析，可以确定机构的惯性力和惯性矩，从而确定机构的动态特性和振动特性。

总之，平面连杆机构的分析与设计是一项复杂而重要的工作。

在进行分析与设计时，需要考虑机构的类型和功能，进行运动分析和力学分析，优化设计和动力学分析。

通过合理的分析与设计，可以使机构具有较好的工作性能和使用寿命，满足各种工程应用的要求。

机械原理平面连杆机构及设计平面连杆机构是一种最为基本的机械结构，由于其结构简单、运动可靠等特点，被广泛应用于各种机械设备中。

本文将对平面连杆机构进行介绍，并探讨其设计原理。

平面连杆机构是由至少一个定点和至少三个连杆组成的机构。

定点为固定参考点，连杆是由铰链连接的刚性杆件。

连杆可以分为连杆和曲柄，连杆连接在定点上，曲柄则旋转。

平面连杆机构的运动由这些连杆的位置和相互连接方式决定。

平面连杆机构的设计原理基于以下几个方面：1.运动分析：在设计平面连杆机构之前，首先需要进行运动分析，确定所需的运动类型。

运动类型可以是旋转、平移、摆动、滑动等。

通过运动分析，可以确定连杆的长度和相互连接的方式。

2.运动性能：平面连杆机构的优点是运动可靠，但运动性能也是需要考虑的重要因素。

例如，设计中需要考虑速度、加速度、力和力矩等参数，以满足机构的运动要求。

3.静力学分析：平面连杆机构在工作过程中可能会受到外力的作用，因此需要进行静力学分析。

静力学分析可以确定机构的力矩和应力，从而确定设计的合理性。

4.运动合成：在进行平面连杆机构的设计过程中，需要进行连杆的运动合成。

运动合成是指通过选择适当的连杆长度和连接方式，实现所需的运动类型。

5.运动分解：运动分解是指将合成的运动分解为各个连杆的运动。

通过运动分解，可以确定每个连杆的运动规律，从而进行设计。

当以上原理得到了充分的了解和运用后，可以进行平面连杆机构的具体设计。

具体的设计包括以下几个步骤：1.确定所需的运动类型：根据机械设备的需求，确定所需的运动类型，例如旋转、平移、摆动等。

2.运动分析：对机构进行运动分析，确定连杆的位置和连接方式。

根据机构的运动要求和外力作用，确定连杆的长度。

3.动力学分析：进行动力学分析，确定机构运动时的力学参数，如速度、加速度、力和力矩等。

4.运动合成与分解：根据所需的运动类型，进行运动合成和分解，确定连杆的运动规律。

5.结构设计：根据上述分析和计算结果，进行结构设计。

机械原理课程教案一平面连杆机构及其分析与设计一、教学目标及基本要求1掌握平面连杆机构的基本类型，掌握其演化方法。

2,掌握平面连杆机构的运动特性，包括具有整转副和存在曲柄的条件、急回运动、机构的行程、极限位置、运动的连续性等；3.掌握平面连杆机构运动分析的方法，学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转换为可用计算机解决的问题。

4.掌握连杆机构的传力特性，包括压力角和传动角、死点位置、机械增益等；正确理解自锁的概念，掌握确定自锁条件的方法。

5,了解平面连杆机构设计的基本问题，掌握根据具体设计条件及实际需要，选择合适的机构型式；学会按2~3个刚体位置设计刚体导引机构、按2~3个连架杆对应位置设计函数生成机构及按K值设计四杆机构；对机构分析与设计的现代解析法有清楚的了解。

二、教学内容及学时分配第一节概述（2学时）第二节平面连杆机构的基本特性及运动分析（4.5学时）第三节平面连杆机构的运动学尺寸设计（3.5学时）三、教学内容的重点和难点重点：1.平面四杆机构的基本型式及其演化方法。

2.平面连杆机构的运动特性，包括存在整转副的条件、从动件的急回运动及运动的连续性；平面连杆机构的传力特性，包括压力角、传动角、死点位置、机械增益。

3.平面连杆机构运动分析的瞬心法、相对运动图解法和杆组法。

4.按给定2~3个位置设计刚体导引机构，按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构，按K值设计四杆机构。

难点：1.平面连杆机构运动分析的相对运动图解法求机构的加速度。

2.按给定连架杆的2~3个对应位置设计函数生成机构。

四、教学内容的深化与拓宽平面连杆机构的优化设计。

五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段，围绕教学基本要求进行教学。

在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握，如整转副、摆转副、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、滑块、低副运动的可逆性、压力角、传动角、极位夹角、行程速度变化系数、死点、自锁、速度影像、加速度影像、装配模式等；基本理论和方法的应用，如影像法在机构的速度分析和加速度分析中的应用、连杆机构设计的刚化一反转法等。

实验二平面连杆机构设计分析及运动分析综合实验一、实验目的：1、掌握机构运动参数测试的原理和方法。

了解利用测试结果，重新调整、设计机构的原理。

2、体验机构的结构参数及几何参数对机构运动性能的影响，进一步了解机构运动学和机构的真实运动规律。

3、熟悉计算机多媒体的交互式设计方法，实验台操作及虚拟仿真。

独立自主地进行实验内容的选择，学会综合分析能力及独立解决工程实际问题的能力，了解现代实验设备和现代测试手段。

二、实验内容1、曲柄滑块机构及曲柄摇杆机构类型的选取。

2、机构设计，既各杆长度的选取。

（包括数据的填写和调整好与“填写的数据”相对应的试验台上的杆机构的各杆长度。

）3、动分析（包括动态仿真和实际测试）。

4、分析动态仿真和实测的结果，重新调整数据最后完成设计。

三、实验设备：平面机构动态分析和设计分析综合实验台，包括：曲柄滑块机构实验台、曲柄摇杆机构实验台，测试控制箱，配套的测试分析及运动仿真软件，计算机。

四、实验原理和内容：1、曲柄摇杆机构综合试验台①曲柄摇杆机构动态参数测试分析：该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调。

该机构的动态参数测试包括：用角速度传感器采集曲柄及摇杆的运动参数，用加速度传感器采集整机振动参数，并通过A/D板进行数据处理和传输，最后输入计算机绘制各实测动态参数曲线。

可清楚地了解该机构的结构参数及几何参数对机构运动及动力性能的影响。

②曲柄摇杆机构真实运动仿真分析：本试验台配置的计算机软件，通过建模可对该机构进行运动模拟，对曲柄摇杆及整机进行运动仿真，并做出相应的动态参数曲线，可与实测曲线进行比较分析，同时得出速度波动调节的飞轮转动惯量及平衡质量，从而使学生对机械运动学和动力学，机构真实运动规律，速度波动调节有一个完整的认识。

③曲柄摇杆机构的设计分析：本试验台配置的计算机软件，还可用三种不同的设计方法，根据基本要求，设计符合预定运动性能和动力性能要求的曲柄摇杆机构。

另外还提供了连杆运动轨迹仿真，可做出不同杆长，连杆上不同点的运动轨迹，为平面连杆机构按运动轨迹设计提供了方便快捷的虚拟实验方法。

连杆机构的运动分析报告连杆机构的运动分析报告连杆机构是一种常见的机械结构，由连杆和铰链组成。

通过连杆的连接和铰链的运动，连杆机构可以实现复杂的机械运动。

在本篇文章中，我们将对连杆机构的运动进行分析。

首先，我们需要了解连杆机构的基本组成。

连杆机构通常由两个或多个连杆组成，这些连杆通过铰链连接。

在连杆机构中，至少有一个连杆是固定的，称为固定连杆，其他连杆可以通过铰链连接进行运动，称为运动连杆。

接下来，我们需要确定连杆机构的运动目标。

连杆机构可以用于实现各种运动，例如直线运动、旋转运动、摆动运动等。

在分析时，我们需要明确机构的运动目标是什么，以便更好地理解和分析机构的运动性质。

然后，我们可以通过建立连杆机构的几何模型来进行运动分析。

连杆机构的几何模型是通过连杆的长度、连杆之间的连接方式以及铰链的位置来确定的。

通过几何模型，我们可以计算出各个连杆的位置、速度和加速度等参数，从而分析机构的运动性质。

在进行运动分析时，我们需要应用运动学原理。

根据连杆机构的特点，我们可以使用欧拉方程或拉格朗日方程来描述机构的运动。

通过这些方程，我们可以得到机构的运动方程，从而进一步分析和预测机构的运动。

此外，我们还可以使用计算机辅助分析工具来进行连杆机构的运动分析。

通过使用计算机软件，我们可以建立机构的数学模型，并进行模拟计算，从而更准确地分析机构的运动性质。

这种方法可以大大提高分析的效率和准确性。

最后，我们可以根据运动分析的结果对连杆机构进行设计和优化。

通过分析连杆机构的运动性质，我们可以了解机构的工作原理和特点，从而进一步改进和优化机构的设计。

通过优化设计，可以提高机构的性能和效率，实现更好的运动控制和工作效果。

总之，连杆机构的运动分析是理解和设计机械结构的重要方法。

通过逐步分析连杆机构的运动特性，我们可以深入了解机构的工作原理，为机构的设计和优化提供有力的支持。

机械原理大作业1报告名称平面连杆机构的运动分析学院机电学院专业机械设计制造及其自动化班级 05021001学号 2010301173姓名覃福铁同组人员勾阳采用数据第一组（1-A）平面六杆机构1.题目要求2.题目分析(1)建立封闭图形： L 1 + L 2= L 3+ L 4L 1 + L 2= L 5+ L 6+AG(2） 机构运动分析 a 、角位移分析由图形封闭性得：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅-⋅+=+-⋅-⋅+⋅⋅-⋅+=+-⋅-⋅+⋅⋅=⋅+⋅+⋅=⋅+⋅55662'2221155662'222113322114332211sin sin )sin(sin sin cos cos )cos(cos cos sin sin sin cos cos cos θθθαπθθθθθαπθθθθθθθθL L y L L L L L x L L L L L L L L L L G G 将上式化简可得：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅-⋅+-⋅+⋅-=⋅-⋅+-⋅+⋅⋅-=⋅-⋅⋅-=⋅-⋅G G y L L L L L x L L L L L L L L L L L 66552'233466552'2331133221143322sin sin )sin(sin cos cos )cos(cos sin sin sin cos cos cos θθαθθθθαθθθθθθθθb 、角速度分析上式对时间求一阶导数，可得速度方程：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅⋅-⋅⋅+⋅-⋅+⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-⋅-⋅-⋅⋅-⋅⋅-=⋅⋅-⋅⋅⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-0cos cos )cos(cos 0sin sin )sin(sin cos cos cos sin sin sin 66655522'233366655522'2333111333222111333222ωθωθωαθωθωθωθωαθωθωθωθωθωθωθωθL L L L L L L L L L L L L L 化为矩阵形式为：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅-⋅⋅=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅-⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅--⋅-⋅-⋅⋅⋅-00cos sin cos cos cos )cos(sin sin sin )sin(00cos cos 00sin sin 1111165326655332'26655332'233223322θθωωωωωθθθαθθθθαθθθθθL L L L L L L L L L L L L L c 、角加速度分析：矩阵对时间求一阶导数，可得加速度矩阵为：2233222333'223355665'22335566622332233'22sin sin 0cos cos 00sin()sin sin sin cos()cos cos cos cos cos 00sin sin 00cos(L L L L L L L L L L L L L L L L L θθεθθεθαθθθεθαθθθεθθθθθα-⋅⋅⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⎢⎥⎢⎥⋅=⎢⎥⎢⎥-⋅--⋅-⋅⋅⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⋅-⋅⎣⎦⎣⎦-⋅⋅-⋅⋅⋅-211221123123355665'2223355666cos sin )cos cos cos 0sin()sin sin sin 0L L L L L L L L L θωθωωθθθωθαθθθω⎡⎤⋅⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅+⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⋅-⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⋅-⋅⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦d 、E 点的运动状态位移：⎩⎨⎧⋅-⋅+=⋅-⋅+=55665566sin sin cos cos θθθθL L y y L L x x G EG E速度：⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅-⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-=555666555666cos cos sin sin ωθωθωθωθL L v L L v yx E E 加速度：⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅-⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅-=⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅-⋅⋅-=5552555666266655525556662666cos sin cos sin sin cos sin cos εθωθεθωθεθωθεθωθL L L L a L L L L a y x E E3.用solideworks 开发4.装备体动画截图5.计算结果 （1）：各杆角位移（2）：各杆角速度（3）各杆角加速度（4）E点位移（5）E点速度（6）E点加速度（7）E点轨迹6.本次大作业的心得体会：作为一名机械设计制造专业的学生，学好机械原理是非常重要的，而这次通过做机械原理大作业使我受益匪浅。