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第二章平面连杆机构

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机械原理第二章连杆机构(杨家军版)

机械原理第二章连杆机构(杨家军版)

3、平面连杆机构的应用
机械手
汽车中那些部位用到连杆机构
起重装置
§3-2 平面四杆机构的基本类型及应用
一、平面四杆机构的基本形式 1. 构件及运动副名称 构件名称：
连架杆——与机架连接的构件 曲柄——作整周回转的连架杆 摇杆——作来回摆动的连架杆 连杆——未与机架连接的构件 机架——固定不动的构件
α1 180° +θ t1 V2 ω = α = = = 180° -θ V1 2 t2 ω
连杆机构输出件具有急回特性的条件： 1）原动件等角速整周转动； 2）输出件具有正、反行程的往复运动； 3）极位夹角θ >0。
分析： 180° +θ K= 180° -θ
K≥1,K=1时无急回特性
设计具有急回特性的机构时，一般先根据使用要求给 定K值，则有 (K-1) θ=180° (K+1) θ＝ 0 θ≠0 θ↑,K↑,急回运动越明显，一般取K＜2
●导杆机构（曲柄为主动件） ●导杆机构（摇杆为主动件）
α B2 ≡0°
3 2 1 3 A B VB2 D 4 FB2 1 2 FB3 B D VB2 FB2 FB1
机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下， 机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受 力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角， 通常用α 表示。P50
传动角：压力角的余角。 通常用γ 表示.
F2 C
B
A
δ
D
γ F α
F1
vc
机构的传动角和压力角作出如下规定： γ min≥[γ ]；[γ ]= 3060°； α max≤[α ]。 [γ ]、[α ]分别为许用传动角和许用压力角。
C
(2) 推广到导杆机构 结论：有急回特性，且极位夹角等于摆杆摆角，即

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）

机械设计基础(专科)第2章平面连杆机构

机械设计基础(专科)第2章平面连杆机构

缝纫机踏板机构动画
缝纫机动画(3D)
缝纫机跳线机构动画
缝纫机刺布机构动画（3D)
搅拌机动画
雷达天线俯仰机构动画
双曲柄机构动画
惯性筛动画
升降台动画（3D)
正平行四边形动画
机车车轮动画(3D)
机车车轮联动机构动画
反平行四边形动画
车门启闭机构动画
车门启闭动画(3D)
3、双摇杆机构：两个连架杆都是摇杆。
右图中的局部自由度 经上述处理后，则机构 自由度：
F 3n 2P P 3 2 2 2 1 1 L H
局部自由度动画
（3） 虚约束:
对机构运动实际上不起约束作用的约束 称为虚约束。 1）转动副轴线重合的虚约束
转动副轴线重合的虚约束动画
2）移动副导路平行的虚约束 当两构件在多处形成移动副，并且各 移动副的导路互相平行，则其中只有一个 移动副起实际的约束作用，而其余移动副 均为虚约束。
解：1）分析运动，确定构 件的类型和数量
进气阀3

2）确定运动副的类型和 数目
3）选择视图平面
活塞2
排气阀4
顶杆8
气缸体1
4）选取比例尺，根据机 连杆5 构运动尺寸，定出各运动副 间的相对位置 曲轴6
5）画出各运动副和机构 符号，并表示出各构件
齿轮10
凸轮7
内燃机的机构运动简图
内燃机凸轮动画
2.2.4
机构运动简图绘制 1.分析机械的结构和动作原理，确定构件 的数目。 2.分析构件间的相对运动，确定运动副的 数目和类型。 3.选定视图投影面及比例尺μL=实际尺寸/ 图上尺寸(m/mm)，顺序确定转动副和移动 副导路的位置，根据原动件的位置及各杆 长等绘出各构件，得到机构运动简图。

机械原理-第02章 平面连杆机构及其设计 - 平面连杆机构的力分析

机械原理-第02章 平面连杆机构及其设计 - 平面连杆机构的力分析

件惯性力对机械性能的影响。
G′
2020年4月23日星期四
5
§2-5 平面连杆机构的力分析
WHUT
3、机构力分析的方法
静力分析和动态静力分析。
由于最初设计时，各构件的结构尺寸、形状、材料、质量及 转动惯量未知，因而惯性力（矩）无法确定。此时，一般先 对机构作静强度计算，初步确定各构件尺寸，然后再对构件 进行动态静力分析及强度计算，并以此为依据对各构件作必 要的修正。一般不考虑摩擦力的影响。
(2) 绕定轴转动的构件
a. 回转轴线通过构件质心
S
Pi = 0 Mi = -Js ε ( ε = 0 或 ε ≠0 ) b. 回转轴线不通过质心
Pi = -mas Mi = - Jsε
其中：h=Mi/Pi
2020年4月23日星期四
WHUT
Pi＇ Pi
h S
Mεi
8
§2-5 平面连杆机构的力分析
(3) 作平面复合运动的构件
2020年4月23日星期四
21
WHUT
(2) 判定构件间的相对转向
F
R12
R12
ω21
v
1
2
R23ω23
3Q
ω14
4
R41
R32R32
R43
(3) 判定作用力在摩擦圆上切点位置
Q R23
R21
F
R43 R41
(4) 依据力平衡条件求解
对构件3：Q + R23 + R43 = 0 对构件1：R21 + R41+ F = 0
2020年4月23日星期四
3
§2-5 平面连杆机构的力分析
2、机构力分析的任务和目的

《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

第二章 平面连杆机构习题

第二章 平面连杆机构习题

一、选择题1.如图所示，平面铰链四杆机构CD段属于：＿＿＿＿B．曲柄C．摇杆D．导杆2.A. 等速B. 不等速C. 等加速D. 等减速3. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之小于或等于其余两杆长度之和，并以与最短杆邻杆为架时，该铰链四杆机构为＿＿＿＿。

A. 曲柄摇杆机构B. 双曲柄机构C. 双摇杆机构D. 导杆机构4. 连杆作平动运动的机构为＿＿＿＿机构。

A. 曲柄摇杆B.平行双曲柄C. 双摇杆D. 双曲柄5. 对心曲柄滑块机构中，设连杆长度为L, 曲柄长度为e，则滑块位移S为＿＿＿＿。

A. 2eB. 2LC. LD. L+ e6. 在偏心轮机构中，设连杆长度为L, 偏心距为e，则滑块位移S为＿＿＿＿。

A. 2eB. 2LC. LD. L+ e7. 在曲柄摇杆机构中，当＿＿＿＿为主动件时，会出现死点位置。

A. 曲柄B. 滑块C. 连杆D. 摇杆8. 平面铰链四杆机构中，能做整周旋转的连架杆称为＿＿＿＿，只能作往复摆动的连架杆称为＿＿＿＿。

Ａ. 曲柄／连杆Ｂ. 曲柄／摇杆Ｃ. 摇杆／曲柄Ｄ. 曲柄／导杆9. 铰链四杆机构的三种基本形式是：＿＿＿＿机构、＿＿＿＿机构和双摇杆机构。

A. 曲柄摇杆／曲柄滑块B. 曲柄摇杆／双曲柄C. 双曲柄／双连杆D. 曲柄摇杆／双连杆10. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之小于或等于其余两杆长度之和，并以与最短杆为机架时，该铰链四杆机构为＿＿＿＿。

A. 曲柄摇杆机构B. 双曲柄机构C. 双摇杆机构D. 摇快机构11. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之小于或等于其余两杆长度之和，并以最短杆相对的杆为机架时，该铰链四杆机构为＿＿＿＿。

A. 曲柄摇杆机构B. 双曲柄机构C. 双摇杆机构D. 滑块机构12. 当铰链四杆机构的最短杆与最长杆长度之大于或等于其余两杆长度之和，该铰链四杆机构为＿＿＿＿。

A. 曲柄摇杆机构B. 双曲柄机构C. 双摇杆机构D. 滑块机构13. 在＿＿＿＿机构中，主动曲柄的角速度与从动曲柄的角速度始终相等。

第二章 平面连杆机构及其设计

第二章 平面连杆机构及其设计

搅拌机
抓片机构
输送机
10/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
2）摇杆为原动件，曲柄为从动件时： 摇杆的往复摆动 曲柄的连续转动。 3 2
如图所示的缝纫机踏板机构。
3 2 1 4 摇杆主动
4 1
缝纫机踏板机构
11/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
二、双曲柄机构
双曲柄机构：两个连架杆都是曲柄。 传动特点： 主动曲柄连续等速转动时，从动 曲柄一般作变速转动。
冲床机构
如图所示的旋转式水泵和如上图所示的冲床机构。
A
1 D C 3 A B 2 4 D
1 B
2 C 3
旋转式叶片泵
振动筛机构
12/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
三、双摇杆机构
两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。 其运动特性是：两摇杆都作摆动，但两 摇杆的摆角大小不同。 应用实例： 图2-6所示的工件夹紧机构、图2-11的飞机起落架机 构 ；
优 点：
图c
图d
3/49
2、缺点：
1）低副中存在间隙，会引起运动误差，使效率降低；
2）动平衡较困难，所以一般不宜用于高速传动；
3）设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。
应 用:
连杆机构广泛地应用在各种机械和仪器中。 如雷 达调整机构（图2-3）、缝纫机踏板机构（图2-5） 、 鹤式起重机、机车驱动轮联动机构（图2-10）、牛头刨 床、椭圆仪（图2-22） 、机器人等。
1、在满足杆长条件下，即Lmin+Lmax≤Li+Lj ： 1)取Lmin为机架时，机架上有两个整转副，该机构为 双曲柄机构（2个曲柄）。 2)取Lmin为连架杆（即最短杆的邻边为机架）时，机 架上只有一个整转副，该机构为曲柄摇杆机构(1 个曲柄)。 3)取Lmin为连杆（即最短杆的对边为机架）时，机架 上没有整转副，该机构为双摇杆机构（无曲柄)。

第2章 平面连杆机构02——自由度

第2章 平面连杆机构02——自由度

性桁架，因而不能成为机构。
5）超静定桁架
n=3 PL=5 PH=0 F=3n-2PL-PH=3×3-2×5-0=-1 表明该运动链由于约束过多，已成为超静定桁架 了，也不能成为机构。
计算实例 实例1： 解：n = 3, PL = 4, PH = 0 F = 3n - 2PL - PH =3×3 - 2×4 - 0
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 1 4
n=3 PL=4 PH=0
F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1 2）五杆机构： n=4 PL=5 PH=0 F=3n-2PL-PH=3×4-2×5-0=2 3）凸轮机构： n=2 PL=2 PH=1 F=3n-2PL-PH=1
4 3
2
1 5
4）刚性桁架
n=2 PL=3 PH=0 F=3n-2PL-PH=3×2-2×3-0=0 表明该运动链中各构件间已无相对运动，只构成了一个刚
2、约束
但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系 统时，各个构件不再是自由构件。——自由度减少。
这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。
3、自由度和约束的关系 运动副每引入一个约束，构件就失去一个自由度。 运动副既限制了两构件的某些相对运动，又允许构件 间有一定的相对运动。
二、平面机构的自由度计算
惯性筛机构
F＝3n－2PL－PH
＝3×5－2×7－0
＝1
2.局部自由度
个别构件所具有的，不影响整个机构运动的自由度称为 局部自由度。 典型例子：滚子的转动自由度并不影响整个机构的运 动，属局部自由度。 计入局部自由度时 n = 3, PL = 3, PH = 1 F =3×3 - 2×3- 1 =2 与实际不符
=1
实例2： n =5, PL = 7, PH = 0 解： F = 3n – 2PL – PH = 3×5 – 2×7 – 0

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2章 平面连杆机构

第2章 平面连杆机构

设计：潘存云
特例：等腰梯形机构－汽车转向机构
ω P
作者：潘存云教授
铰链四杆机构 （1）曲柄摇杆机构 （2）双曲柄机构 （3）曲柄摇杆机构 （4）双摇杆机构
曲柄滑块机构
• (a)曲柄滑块机构; • (b)导杆机构; • (c) 摇块机构; • (d) 直动滑杆机构（定
块机构）。
本章重点： 四杆机构的基本形式及其应用
应用实例： 内燃机、鹤式吊、火车轮、手动冲床、牛头刨床、椭圆 仪、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、 折叠床、 单车制动操作机构等。
常以构件数命名： 四杆机构、六杆机构。
§2－1 平面连杆机构的类型和应用
一. 铰链四杆机构:全部是转动副
名词解释：
连杆
曲柄—作整周定轴回转的构件； 曲柄 连杆—作平面运动的构件；
天平
C
B
C
B
设计：潘存云
A
D
AB = CD BC = AD
A BB
设计：潘存云
D C
耕地
料斗
设计：潘存云
（3）双摇杆机构 特征：两个摇杆 应用举例：铸造翻箱机构 、风扇摇头机构、起重吊车、
钻床夹具
C' B'
B
设计：潘存云
C
A
DA
D 蜗蜗杆杆
风风扇扇座座
摇杆—作定轴摆动的构件；
连架杆—与机架相联的构件；
周转副—能作360度相对回转的运动副；
摆转副—只能作有限角度摆动的运动副。
铰链四杆机构三种基本型式：
（1）曲柄摇杆机构
（2）双曲柄机构
（3）双摇杆机构
摇杆
三种基本型式： （1）曲柄摇杆机构 特征：曲柄＋摇杆 作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。

第二章 常见典型机构

第二章 常见典型机构

5）适用的圆周速度和功率范围广。
你或许拥有一块手表，或是拥 有一个闹钟，当打开机械式的 手表或闹钟的后盖时，就能看 到齿轮是怎样进行啮合传动的。
二、齿轮机构
下午3时3分
（1）按轴的相对位置分类
按轮齿方向
直齿圆柱齿轮传动 斜齿圆柱齿轮传动 人字齿齿轮传动
齿 轮
两轴平行
按啮合情况
外啮合齿轮传动 齿轮齿条传动
第二章 常见典型机构
教 师：徐丽君 办公室：学9301-3
• 1.平面连杆机构 • 2.齿轮机构 • 3.凸轮机构 • 4.棘轮机构 • 5.轮槽机构 • 6.典型机构动画演示
一、平面连杆机构
平面连杆机构定义：
所有构件均作平行于某一平面的运动，且构件之间只有低副连接。
1、铰链四杆机构的组成
机 架——固定不动构件 连架杆——与机架以运动副相连的杆 曲 柄——能做整周转动 摇 杆——摆动一定角度 连 杆——不直接与机架相连的杆
皮革抛光机
（1）曲柄摇杆机构（crank-rocker)
双面刀刃灌木修剪机构
（2）双曲柄机构（double-crank)
• 何为双曲柄机构？ • 两个连架杆都是曲柄的机构。如下动画
（2）双曲柄机构（double-crank)
惯性筛机构
C
23
B 1
4D A
6E
（2）双曲柄机构（double-crank)
2
1
3
4
2
1
3
4
2
1
3
4
(b)不满足格拉肖夫判别式，以任何杆为机架，为双摇杆机构
4.平面机构的自由度
一个作平面运动的自由构件具有三个自由度，即沿X轴、Y轴的移动以及在 XOY平面内的转动。

机械原理 第2章-连杆机构

机械原理 第2章-连杆机构

图2-8a
图2-8b
内燃机内的核心构件活塞、连杆、曲轴和缸套就 是曲柄滑块机构。其活塞就是滑块，缸体就相当 于上图的机架，它的制造要求十分精密。
22
2、导杆机构
图2-9(a)就是和图2-8一样的曲柄滑块机构。但如果改AB杆（1杆）为 机架，就变为图（b）所示的导杆机构。在图（b）中，杆4称为导杆，滑 块3相对导杆滑动并一起绕 A点转动，通常把杆2作为原动件。在图（b） 中，由于L1<L 2，两连架杆2 和4 均可相对于机架 1整周回转，称为曲柄转 动导杆机构或转动导杆机构。 但图（b）中如果L1>L2，则图（b）就变成为图2-10了，此时连架杆4 就只能往复摆动，称为曲柄摆动导杆机构或摆动导杆机构。摆动导杆机 构在牛头刨床中应用较多，其简图见右下图。
〖1〗最短杆的对边作为机架，两连架杆就是二个摇杆。 〖2〗这时最短杆与最长杆长度之和不论小于或大于其余两杆长度之和都只 能得到双摇杆机构，且有，如果最短杆和最长杆长度之和大于其余两杆长 度之和，无论哪个构件作机架都只能得到双摇杆机构。
18
（3）双摇杆机构的应用
双摇杆机构有广泛的应用。如下面二图中都是由摇杆机构组成，它们 都是把最短边BC的对边AD作机架。请注意它们的运动轨迹，对左图鹤式 起动机，它能使E点沿水平线EE’移动，这对吊放物体很有利；而对于右 图飞机起落架，放下时ABC成一线，保证了稳定，收起时轮胎成水平，节 约了空间。这些设计十分巧妙，这是我们要学习的。
图2-2e
图2-2e1
图2-2e2 机车车轮联动机构
16
（3）双曲柄机构的应用 双曲柄机构也有一定的应用，如下面惯性筛就是一种， 但用的最多是平行四边形机构，所以又叫平行双曲柄机构。 下面的摄影平台升降机构，就是利用了平行四边形机构运 动中，构件始终保持水平的特点，使人站在上面不觉得倾 斜。

机械设计基础第2章平面连杆机构比赛

机械设计基础第2章平面连杆机构比赛

参赛机构应符合规定的尺寸和材料要求，
并能够完成指定的任务。
3
安全要求
比赛期间，参赛机构和参赛队员应遵守 安全规定，确保比赛过程安全。
参赛队伍的组成
团队人数
每个参赛队伍由3-5名队员组成。
角色分工
队员可以担任不同的角色，包括设计师、制造工程师和测试员等。
团队合作
参赛队伍需要紧密合作，共同解决设计和制造过程中的挑战。
评分标准和奖项设置
评分标准
评分考虑机构设计、性能、创新 性以及制造质量等因素。
奖项设置
荣誉和认可
比赛设有冠军、亚军和季军奖项， 并颁发优秀设计奖和创新奖等。
获奖者将受到学校和行业的认可， 并获得参赛经验和荣誉。
比赛流程和时间安排
1
报名阶段
参赛队伍需要在指定时间内完成报名，并提交机构设计方案。
2
设计和制造阶段
1 促进学习
通过比赛，学生可以深入了解平面连杆机构的原理和应用，提高机械设计的能力。
2 激发创新
比赛鼓励参赛者设计和构建创新的平面连杆机构，推动技术的进步。
3 培养团队合作
参赛队伍需要合作，共同解决问题，培养团队协作和沟通能力。比赛规则和要求 Nhomakorabea1
参赛资格
比赛面向机械设计相关专业的学生，并
机构要求
2
需报名参赛。
机械设计基础第2章平面 连杆机构比赛
本章介绍平面连杆机构比赛的相关内容，包括定义、分类、目的、规则和要 求、参赛队伍的组成、评分标准和奖项设置以及比赛流程和时间安排。
平面连杆机构的定义
什么是平面连杆机 构？
平面连杆机构由一组连接在 一起的刚性杆件组成，用于 转换运动和传递力和能量。

第二章平面连杆机构

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。

四杆机构

四杆机构
二、急回特性
急回特性 机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性。 行程速比系数K 为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。
急回性能分析
V2 c2c1 / t 2 t1 1 1800 k V1 c1c2 / t1 t 2 2 1800
演化：曲柄摇杆机构
回转副D→移动副 曲柄滑块机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
类型：
曲柄滑块机构（偏距e） 对心曲柄滑块机构， e=0 滑块运动线与曲柄回转中心共线 偏置曲柄滑块机构，e≠0 滑块运动线与曲柄回转中心不共线 特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。
应用：活塞式内燃机，空气压缩
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
缝纫机脚踏板机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
跑步机
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
自动送料机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
2.双曲柄机构——两连杆架均为曲柄的四杆机构 连杆架 曲柄—原动件，等速转动 曲柄—从动件，变速转动
l1+l4≤ l2+ l3 将式2-1、2-2、2-3两两相加，可得 l1≤l2 ， l1≤l3 ， l1≤l4 AB杆（曲柄）为最短杆 最短杆与任意一杆长度之和≤其它两杆长度之和
§2.3 平面四杆机构的几个基本概念
铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；
Fn
1 1
A
B
2

4

3 D
g C a
F

机械设计基础第2章 平面连杆机构 习题解答

机械设计基础第2章 平面连杆机构 习题解答

2.6设计一偏置曲柄滑块机构。

已知滑块的行程H =50mm ，行程速比系数K =1.5，导路的偏距e =20mm 。

试求曲柄的长度l AB 和连杆的长度l BC ，并求作最大压力角αmax 。

解：行程速比系数K=1.5，则机构的极位夹角为︒=+-︒=+-︒=3615.115.118011180K K θ选定作图比例，先画出滑块的两个极限位置C 1和C 2，再分别过点C 1、C 2作与直线成︒=-︒5490θ的射线，两射线将于点O 。

以点O 为圆心，OC 2为半径作圆，最后再作一条与直线C 1C 2相距为mm e 20=的直线，该直线与先前所作的圆的交点就是固定铰链点Ａ。

作图过程如题2.6图所示。

直接由图中量取mm AC 251=，mm AC 682=，所以曲柄AB 的长度为mm AC AC l AB 5.2122568212=-=-=连杆BC 的长度为mm AC AC l BC 5.4622568221=+=+=2.7试设计一曲柄摇杆机构，已知行程速比系数K =1.2，摇杆长L CD =300mm ，其最大摆2B 1B 2C 1C Aeθ21C C θ-︒90题2.6图O角ψmax =35°，曲柄长L AB =80mm 。

求连杆长L BC ，并验算最小传动角γmin 是否在允许的范围内。

解：简要作图步骤：作圆η。

以O 为圆心，OC 1为半径作圆，再以C 2为圆心，2l AB 为半径作圆，两圆交于S 点；●连接C 2S 延长交圆η于A 点；❍⏹机构在AB ′C′D 位置时有γmin =430<[γ]2.8图所示为脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构。

铰链中心A 、B 在铅垂线上，要求踏板DC 在水平位置上下各摆动10°，且l DC =500mm ，l AD =1000mm 。

试求曲柄AB 和连杆BC 的长度l AB 和l BC ，并画出机构的止点位置。

mmml 005.0=μ20125.1125.118011180=+-=+-=θK K η212AC AC AB l l l -=212AC AC BC l l l +=D1C 2C ψA1B 2B Pθθ- 90SminγB 'C 'O解：1取长度比例尺做机构图mmmml20=μ()()mmAC AC l l AB752205.5260212=-=-=μ()()mmAC AC l l BC11252202.5260212=+=+=μ2.9图所示为一实验用小电炉的炉门装置，在关闭时为位置E 1，开启时为位置E 2，试设计一四杆机构来操作炉门的启闭(各有关尺寸见图)。

《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

《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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4—机架 1，3—连架杆 →定轴转动 2—连杆 →平面运动 整转副： 二构件相对运动为整周转动。 摆动副： 二构件相对运动不为整周转动。
曲 柄：作整周转动的连架杆 摇 杆：非整周转动的连架杆
曲柄存在的条件
（若1能绕A整周相对转动，
则存在两个特殊位置）
a+d≤b+c
(1)
b ≤ c+(d-a)即a+b≤c+d (2) c ≤ b+(d-a)即a+c≤b+d (3)
平面连杆机构主要是由转动副和移动副组成
二、平面连杆机构的特点：
1、能实现多种运动形式。如：转动，摆动，移动，平面运动 2、运动副为低副：
面接触： ①承载能力大；②便于润滑。寿命长 几何形状简单——便于加工，成本低。 3、缺点： ①只能近似实现给定的运动规律；
低副连接存在间隙，运动链会产生积累误差。 ②设计复杂； ③只用于速度较低的场合。
曲柄滑块机构有曲柄的条件：
B1
Aa
B2
b
E
C1
C2
e
△ AC1E：b-a>e △ AC2E：a+b>e
即：有曲柄的条件:b>a+e e=0, b>a
3、演化方式三：转动副转化成移动副 （双滑块机构）
双滑块机构
4、导杆机构
导杆机构
摆动导杆机构
§2-3 四连杆机构的设计及传动特性
平面连杆机构设计的基本问题：实现已知的运动规律和轨迹。 图解法：按给定的原动件和从动件转角间的关系设计四杆
1、曲柄摇杆机构 主动杆AB转动j角的同时，从动杆转动了角，则放大倍数为/ j
2、双曲柄机构
双曲柄机构及其应用
1－中间圆盘；2－工作圆； 3－直角尺；4－图板
3、双摇杆机构
双摇杆机构
1、3－摇杆架；2－连杆；4－机架； 5－蜗轮；6－蜗杆；7－风扇
三、铰链四杆机构的演化及应用
1、演化方法一 ：扩大转动副
主要功能是： 1.变换运动方式，可使移动、转动相互变换； 2.同时经过传动放大，将主动杆的小转角(或位移)放大为从
动杆的大转角(或位移)。或相反也可以缩小。
天线俯仰装置中的曲柄摇杆机构
§2-2 四杆机构的基本型式及其演化
铰链四杆机构所有运动副均为转动副的平面四杆机构
一、曲柄存在的条件
b B
a
c
d
机构；根据连杆的若干位置来设计四杆机构；按给定的行程速度 变化系数设计四杆机构。
一、图解法设计四杆机构
1、机构的急回运动特性：
原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行 程和反行程的平均速度不相等。
2、行程速度变化系数
K
从动件快行程平均速度 从动件慢行程平均速度
1
j1 j2
180
180
j1
j2
2
j1 t1,j2 t2
从动件慢行程 快行程
∴ 180 K 1
K 1
K 2 1
t2
t1 t2
j1 j2
180 180
t1
3、极位夹角θ∠C2AC1）
（其值与构件尺寸有关，可能 <90°，>90°）
压力角和传动角
1、压力角α 从动件上某点的受力方向
与从动件上该点速度方向的所 夹的锐角。
二、四杆机构的基本形式
铰链四杆机构分为两大类：
（1）最短构件与最长构件的长度之和大于其他两构件长度之 和，所有运动副均为摆动副，构成双摇杆机构。 （2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其他两构件 长度之和，最短构件上两个转动副均为整转副。
对于第二类又可以分为下面三种基本形式： 取最短构件为机架（一般）（平行四边形特例）－双曲柄机构 取最短构件任一相邻构件为机架（一般）－－－－曲柄摇杆机构 取最短构件对面的构件为机架－－－－－－－－－双摇杆机构
第二 章 平面连杆机构
§2-1 概述
一、连杆机构：
是由低副将若干构件连接而成的。又称低副机构。
连杆机构的分类： 1.平面连杆机构和空间连杆机构（运动平面分法） 2.四杆机构和多杆机构（五杆及其以上）（构件个数分法）
平面连杆机构：由若干杆状构件通过运动副连接而成的平面机构。 各构件在相互平行的平面内运动，又称平面低副机构 设计关键点：实现已知的运动规律
Pt P cos Pn P sin
2、传动角γ，P与Pn夹角， 90
（经常用γ衡量机构的传动质量）
3、许用压力角
一般： 40 ~ 50
4、传动角的计算
90,
90, 180
死点位置：
前提：摇杆作为主动件， 曲柄作为从动件。
0, 90
B1 A
B2
机构停在死点位置，不能起
可以看出作为曲柄的杆其长度与其它任一杆
长之和不大于其余两杆长度之和
－－－－杆长之和的条件
(1)+(2)得2a+b+d≤2c+b+d即a≤c (1)+(3)得 a ≤b (2)+(3)得 a ≤d 可见曲柄的长度最短－－长度最短条件
由此可见：两构件作整周相对转动的条件：（整转副存在的条件） （1）此两构件中必有一构件为运动链中的最短构件。 （2）最短构件与最长构件的长度之和小于等于其它两构件长度之 和。（杆长之和的条件） （3）以最短构件的相邻构件为机架，则最短构件为曲柄。
BC 2 DC 2 DB2 2DC DB cos2
cos
2
a2 b2 2c a2
c2 d 2 2ad cosj d 2 2ad cosj
arctan a sin j arccos a2 b2 c2 d 2 2ad cosj
d a cosj
2c a2 d 2 2ad cosj
2C
2C
B
3
B
3
1 A
4
D
1 A
4
D
2C
B
3
A1
D
4
偏心轮，偏心距， 偏心轮机构
2、演化方法二：转动副转化成移动副（曲柄滑块机构）
2 B
1 A
4
C
Kc3B21DA3C
Kc
4
D
B2 1 A
3 C
4
e
B
2
1 A4
C3
曲柄滑块机构（偏距e） e≠0，偏置曲柄滑块机构 e=0， 正轴曲柄滑块机构（对心）
曲柄滑块机构
2
d
dt
1a a2 b2 2ab cosj
d cosj a
d sin j(a2 b2 c2 d 2 2ad cosj)
4b2c2 (a2 b2 c2 d 2 2ad cosj)2
P
动。即机构自锁。运转时，靠惯
性冲过死点。(通常用飞轮的惯性 C1
冲过死点)
D
C2
二、四杆机构的传动特性
四连杆机构的传动特性： 是指机构实现从动件
与主动件之间的运动方程 式。实现主动件与从动件 之间的对应关系
(j)
1.传动特性
E
tan 1
EB ED
EB AD AE
d
a sin j a cosj