《机械原理》-第八章--平面连杆机构及其设计

第8章　连杆机构及其设计8.1　复习笔记本章主要介绍了平面四杆机构的类型及演化、基本知识和设计（作图法和解析法）。

学习时需要重点掌握不同条件下连杆机构的设计（作图法），常以分析作图题的形式考查。

除此之外，铰链四杆机构有曲柄的条件、急回运动、行程速度变化系数、传动角、死点等内容，常以选择题、填空题和判断题的形式考查，复习时需要把握其具体内容，重点记忆。

一、连杆机构及其传动特点（见表8-1-1）表8-1-1　连杆机构及其传动特点二、平面四杆机构的类型及应用1．四杆机构的基本形式（1）基本构架铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式，如图8-1-1所示。

台图8-1-1该机构各部分名称及含义见表8-1-2。

表8-1-2　铰链四杆机构（2）平面四杆机构的类型（见表8-1-3）表8-1-3　平面四杆机构的类型2．平面四杆机构的演化形式（1）改变构件的形状和运动尺寸如图8-1-2所示，曲柄摇杆机构中，将摇杆做成滑块形式，并将摇杆的长度增至无穷大，则演化成为曲柄滑块机构；曲柄滑块机构进一步演化为双滑块机构。

图8-1-2（2）改变运动副的尺寸通过改变运动副的尺寸，平面四杆机构可演化成具有其他特点功能的机构，如偏心轮机构。

将图8-1-3（a ）所示的曲柄滑块机构中的转动副B 的半径扩大，使之超过曲柄AB 的长度，便得到如图8-1-3（b ）所示的偏心轮机构。

图8-1-3（a）图8-1-3（b）（3）选用不同的构件为机架机构的倒置指选择运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法，如图8-1-4所示。

图8-1-4　曲柄滑块机构的倒置（4）运动副元素的逆换将移动副两元素的包容关系进行逆换，并不影响两构件之间的相对运动，但却能演化成不同的机构或机构结构形式。

三、平面四杆机构的基本知识1．铰链四杆机构有曲柄的条件（见表8-1-4）表8-1-4　铰链四杆机构有曲柄的条件2．铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数（见表8-1-5）表8-1-5　铰链四杆机构的急回运动和行程速度变化系数图8-1-5　四杆机构的极位夹角3．铰链四杆机构的传动角和死点（见表8-1-6）表8-1-6　铰链四杆机构的传动角和死点。

第八章平面连杆机构及其设计§8-1、连杆机构及其传动特点1、连杆机构及其组成。

本章主要介绍平面连杆机构（所有构件均在同一平面或在相互平行的平面内运动的机构）组成：由若干个‘杆’件通过低副连接而组成的机构。

又称为低副机构。

2、平面连杆机构的特点（首先让学生思考在实际生活中见到过哪些连杆机构：钳子、缝纫机、挖掘机、公共汽车门）1）运动副为面接触，压强小，承载能力大，耐冲击，易润滑，磨损小，寿命长；。

2）运动副元素简单（多为平面或圆柱面），制造比较容易；3）运动副元素靠本身的几何封闭来保证构件运动，具有运动可逆性，结构简单,工作可靠；4）可以实现多种运动规律和特定轨迹要求；（连架杆之间）匀速、不匀速主动件（匀速转动）→→→→→从动件连续、不连续（转动、移动）某种函数关系引导点实现某种轨迹曲线导引从动件（连杆导引功能）→→→→→引导刚体实现平面或空间系列位置5）还可以实现增力、扩大行程、锁紧。

连杆机构的缺点：1）由于连杆机构运动副之间有间隙，且运动必须经过中间构件进行传递，因而当使用长运动链（构件数较多）时，易产生较大的误差积累，同时也使机械效率降低。

2）连杆机构所产生的惯性力难于平衡，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。

3）难以精确地满足很复杂地运动规律（受杆数限制）4）综合方法较难，过程繁复；平面四杆机构的应用广泛，而且常是多杆机构的基础，本章重点讨论平面四杆机构的有关基本知识和设计问题。

§8-2、平面四杆机构的基本类型和应用（利用多媒体中的图形演示说明）1．铰链四杆机构的基本类型1）、曲柄摇杆机构曲柄：与机架相联并且作整周转动的构件；摇杆：与机架相联并且作往复摆动的构件；（还可以举例：破碎机、自行车（人骑上之后）等）2）、双曲柄机构铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转动的机构。

还可以补充：平行四边形机构的丁子尺、工作台灯机构；火车驱动机构、摄影平台、播种料斗机构、关门机构等。

工程技术学院课程设计题目：图解法设计平面连杆机构摘要设计内容：设计曲柄摇杆机构。

已知摇杆长度l，摆角ψ，摇杆3的行程速比系数K，要求摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为∠CDA，试用图解法设计其余三杆的长度，并计算机构的最小传动角γ。

设计方法：在设计时首先需计算极位夹角θ，再绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置，然后确定曲柄回转中心和各杆长度最后验算最小传动角 。

最后根据已知数据和所计算的数据进行图解，画出平面四杆机构图。

平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。

平面连杆机构的使用很广泛，它被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。

例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等，这些机构都有一个共同的特点：其机构都是通过低副连接而成，故此这些机构又称低副机构低副机构低副机构低副机构。

关键词：机械设计基础机械设计基础课程设计平面四杆机构图解法极位夹角云南农业大学工程技术学院目录1题目 (3)1.1原始数据及要求 (3)1.2 工作量 (3)1.3 制图说明 (3)1.4 设计计算说明书包括的内容 (3)2 设计方案的讨论 (4)3 设计过程 (5)3.1 各杆长度的确定 (5)3.2 盐酸最小传动角 (6)4 小结 (7)5 参考文献 (8)1、题目1.1原始数据及要求：设计曲柄摇杆机构。

已知摇杆长度l，摆角ψ，3摇杆的行程速比系数K，要求摇杆CD靠近曲柄回转中心A一侧的极限位置与机架间的夹角为∠CDA，试用图解法设计其余三杆的长度，并计算机构的最小传动角γ。

1.2工作量：1.平面连杆机构图解法设计图纸一张。

2.计算说明书一份。

1.3制图说明：1.用3号图纸作图。

2.标注尺寸。

3.辅助线用细实线。

4.杆的一个极限位置用粗实线，另一个极限位置用虚线。

1.4设计计算说明书包括的内容：1.设计任务书2.目录3.设计过程3.1.计算极位夹角θ3.2.绘制机架位置线及摇杆的两个极限位置3.3.确定曲柄回转中心3.4.确定各杆长度3.5.验算最小传动角γ参考文献2、设计方案的讨论平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。

第8章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计 §8—1 1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 1．定义：连 杆 机 构：构件用低副联接而成的机构。

平面连杆机构：组成机构的构件都在相互平行的平面中运动的连杆机构。

空间连杆机构：组成机构的构件不在相互平行的平面中运动的连杆机构。

2．特点： 优：1）低副联接，面接触，磨损小，承载能力大。

2）杆状件，圆柱形或平面形接触面，易制造，传递运动远。

3）运动多样性（转、摆、移、平面运动等） 4）轨迹多样性。

缺：1）设计较困难。

2）运动副的制造误差会累积，从而降低机构的传动精度。

3）惯性力难平衡，不适用于高速。

3．应用： 很广泛（e.g：自行车，缝纫机，纺机等中都有应用）§8—2 2 平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型和应用和应用和应用 一．四杆机构的基本型式四杆机构的基本型式：：四杆机构的基本型式为铰链四杆机构，其他四杆机构都可由其演化得到 1）铰链四杆机构： 四个构件通过转动副联接而成机构。

机机 架架：固定不动的构件——4. 连杆架连杆架连杆架：：与机架相连的杆——1、3。

曲曲 柄柄：能整周转动的连架杆。

摇摇 杆杆：不能整周转动的连架杆。

连连 杆杆：不与机架相连的杆——2。

2）周转副和摆转副：周转副：组成转动副的两构件能相对整周转动的转动副 摆转副：组成转动副的两构件不能相对整周转动的转动副1．曲柄摇杆机构： 两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆的铰链四杆机构 2．双曲柄机构： 两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构12343．双摇杆机构： 两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构二． 平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式 1．改变构件的形状和运动尺寸1234AB CD12312344A A对对对对对对对对（ββ通通A ）偏偏对对对对对对（ββ不通通A ）l →∞CDββββββ2． 改变运动副的尺寸1234AB3．取不同的构件为机架：对-对对对导导对对摆对对对定对对对手手手4．运动副元素的转换：13241234§8—3 3 平面四杆机构的平面四杆机构的平面四杆机构的基本知识基本知识基本知识 一．铰链四杆机构铰链四杆机构有曲柄的条件有曲柄的条件有曲柄的条件：：设：铰四机构ABCD 中，AB 能360°转动的曲柄则：AB 必能转至与机架AD 共线的两个位置A′B′和A″B″，在两共线位置有：a bcdAB C DABCDB′B″C′C″l l ll 1234(a)(b)B′C′B″C″1）a ≤d 时 （图a）∆A′B′D a+ d ≤ b+c a+ d ≤ b+ c a≤b ∆A″B″D b+(d -a) ≥ c => a+ c ≤ b+ d ② => a≤c ① c+(d -a) ≥ b a+ b ≤ c+ d a≤d 2) a ＞d 时(图6-3b)∆A′B′D a + d ≤ b +c a + d ≤ b +c d ≤ a ∆A″B″D b ≤ c +(a -d ) => b + d ≤ a + c ② => d ≤ b ① c ≤ b +(a -d ) c + d ≤ a + b d ≤ c 1．有曲柄的条件:1）连架杆和机架中有一最短杆2）最短杆和最长杆的长度和不大于其余两杆的长度和。

第3章平面机构的运动分析第4章平面机构的力分析第5章机械的效率和自锁第8章平面连杆机构及其设计一、填空题：α＝，则传动角γ＝___________度，传动角越大，1、铰链四杆机构的压力角040传动效率越___________。

2、下图为一对心曲柄滑块机构，若以滑块3为机架，则该机构转化为机构；若以构件2为机架，则该机构转化为机构。

3、移动副的自锁条件是；转动副的自锁条件是。

4、曲柄摇杆机构中，当和共线时出现死点位置。

:5、曲柄摇杆机构中，只有取为主动件时，才有可能出现死点位置。

处于死点位置时，机构的传动角γ=__________度。

6、平行四边形机构的极位夹角θ=，它的行程速比系数K=。

7、曲柄滑块机构中，若增大曲柄长度，则滑块行程将。

8、如下图所示铰链四杆机构，70mm,150mm,110mm,90mm====。

若以a b c da杆为机架可获得机构，若以b杆为机架可获得机构。

9、如图所示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，为机构；以CD 杆为机架时，为机构；以AD杆为机架时，为机构。

~10、在平面四杆机构中，和为反映机构传力性能的重要指标。

11、在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作运动，即得到双曲柄机构。

12、在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角为，其传动角为。

13、相对瞬心与绝对瞬心的相同点是，不同点是；在由N个构件组成的机构中，有个相对瞬心，有个绝对瞬心。

/二、判断题：1、对于铰链四杆机构，当机构运动时，传动角是不变的。

（）2、在四杆机构中，若有曲柄存在，则曲柄必为最短杆。

（）3、平面四杆机构的行程速度变化系数K 1，且K值越大，从动件急回越明显。

（）4、曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，则当摇杆与连杆共线时，机构处于死点位置。

（）5、曲柄的极位夹角θ越大，机构的急回特性也越显著。

（）6、在实际生产中，机构的“死点”位置对工作都是不利的，处处都要考虑克服。

一、填空题：1．平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副连接组成的。

2．平面连杆机构是由一些刚性构件用低副连接组成的。

3．在铰链四杆机构中，运动副全部是转动副。

4．在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为曲柄。

5．在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为摇杆。

6．在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为连杆。

7．某些平面连杆机构具有急回特性。

从动件的急回性质一般用行程速度变化系数表示。

8．对心曲柄滑快机构无急回特性。

8．偏置曲柄滑快机构有急回特性。

10．对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否大于零。

11．机构处于死点时，其传动角等于０。

12．机构的压力角越小对传动越有利。

13．曲柄滑块机构，当取滑块为原动件时，可能有死点。

14．机构处在死点时，其压力角等于９０º。

15．平面连杆机构，至少需要４个构件。

二、判断题：1．平面连杆机构中，至少有一个连杆。

（√）2．平面连杆机构中，最少需要三个构件。

（×）3．平面连杆机构可利用急回特性，缩短非生产时间，提高生产率。

（√）4．平面连杆机构中，极位夹角θ越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。

（√）5．有死点的机构不能产生运动。

（×）6．机构的压力角越大，传力越费劲，传动效率越低。

（√）7．曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。

（√）8．双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。

（×）9．平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。

（√）10．平面连杆机构中，压力角的余角称为传动角。

（√）11．机构运转时，压力角是变化的。

（√）三、选择题：1．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和 A 其他两杆之和。

A <=；B >=；C > 。

2．铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和，而充分条件是取 A 为机架。

第八章平面连杆机构及其设计1 什么是连杆、连架杆、连杆机构？连杆机构适用于什么场合？不适用于什么场合？2平面四杆机构的基本形式是什么？它有哪几种演化方法？其演化的目的何在？3什么叫整转副、摆转副？什么叫曲柄？曲柄一定是最短构件吗？机构中有整转副的条件是什么？4什么是连杆机构的急回特性？它用什么来表达？什么叫极位夹角？它与机构的急回特性有何关系？5什么叫连杆机构的压力角、传动角？四杆机构的最大压力角发生在什么位置？研究传动角的意义是什么？6什么叫"死点"？它在什么情况下发生？与"自锁"有何本质区别？如何利用和避免"死点"位置？7平面连杆机构设计的基本命题有哪些？设计方法有哪些？它们分别适用在什么设计条件下？8 按给定连杆位置或按给定两连架杆位置用解析法设计四杆机构时，各分别最多能精确满足几个或几组位置？9 铰链四杆机构具有两个曲柄的条件是什么？10 何为连杆机构的传动角γ？传动角大小对四杆机构的工作有何影响？11铰链四杆机构在死点位置时，推动力任意增大也不能使机构产生运动，这与机构的自锁现象是否相同?试加以说明？12 一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化成机构。

13 在图示铰链四杆机构中，若机构以AB杆为机架时，则为机构；以BC杆为机架时，则为机构；以CD杆为机架时，则为机构；以AD杆为机架时，则为机构。

14在条件下，曲柄滑块机构具有急回特性。

15在曲柄摇杆机构中，当和两次共线位置时出现最小传动角。

16机构的压力角是指，压力角愈大，则机构效率。

17机构处于死点位置时，其传动角γ为度，压力角α为度。

18铰链四杆机构中，当最短杆和最长杆长度之和大于其它两杆长度之和时，只能获得机构19在平面四杆机构中，能实现急回运动的机构有，，．20在摆动导杆机构中，导杆摆角等于30º，其行程速比系数Ｋ的值为 ． 21在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件时，该机构的压力角为 度，其传动角为度．22一对心曲柄滑块机构中，若改为以曲柄为机架，则将演化为 机构．23设计一平面连杆机构，给定条件为：主动曲柄绕轴心Ａ作等速回转，从动件滑块作往复移动，其动程12250E E mm =，行程速比系数 1.5K =，其他参数如图所示。