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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。
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。
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。
部讲义，请勿流传第五讲 平面连杆机构及其设计连杆机构的传动特点：1．因为其运动副一般为低副，为面接触，故相同载荷下，两元素压强小，故可承受较大载荷；低副元素便于润滑，不易磨损；低副元素几何形状简单，便于制造。
2．当原动件以同样的运动规律运动时，若改变各构件的相对长度，可使从动件得到不同的运动规律。
3．利用连杆曲线满足不同的规矩要求。
4．增力、扩大行程、实现远距离的传动（主要指多杆机构）。
缺点：1．较长的运动链，使各构件的尺寸误差和运动副中的间隙产生较大的积累误差，同时机械效率也降低。
2．会产生系统惯性力，一般的平衡方法难以消除，会增加机构动载荷，不适于高速传动。
平面四杆机构的类型和应用一、平面四杆机构的基本型式1．曲柄摇杆机构2．双曲柄机构 3．双摇杆机构二、平面四杆机构的演化型式1．改变构件的形状和运动尺寸曲柄摇杆机构 -----曲柄滑块机构 2．改变运动副的尺寸偏心轮机构可认为是将曲柄滑块机构中的转动副的半径扩大，使之超过曲柄的长度演化而成的。
3．选用不同的构件为机架（a ） 曲柄滑块机构 （b ）AB<BC 为转动导杆机构（AB>BC 为摆动导杆机构） （c ）曲柄摇块机构（d ）直动滑杆机构（定块机构）平面四杆机构的基本知识一、平面四杆机构有曲柄的条件1．铰链四杆机构中曲柄存在的条件 （1）存在周转副的条件是：①其余两杆长度之和最长杆长度最短杆长度≤+，此条件称为杆长条件。
②组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。
（意即：连架杆和机架中必有一杆是最短杆） 2满足杆长条件下，不同构件为机架时形成不同的机构①以最短构件的相邻两构件中任一构件为机架时，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另一构件为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构。
②以最短构件为机架，则其相邻两构件为曲柄，即该机构为双曲柄机构。
③以最短构件的对边为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。
3.不满足杆长条件的机构为双摇杆机构。
注：曲柄滑块机构有曲柄的条件：a + e ≤ b导杆机构：a < b时，转动导杆机构；a > b时，摆动导杆机构。
例题：矿）（山科）6. 图示导杆机构中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，试问：的最小值为多少；1）欲使其为曲柄摆导杆机构，LAC不变，而e=0，欲使其为曲柄摆动导杆机构，L AC的2）若LAB最小值为多少；为原动件，试比较在e> 0和e=0两种情况下，曲柄3）若LAB摆动导杆机构的传动角，哪个是常数，哪个是变数，哪种传力效果好？解答：1）mm e L L AB AC 50)1040(=+=+≥，即L AC 的最小值为50mm 。
2）当e=0时，该机构成为曲柄摆动导杆机构，必有L AC <L AB =40mm ，即L AC 的最大值为40mm 。
3）对于e =0时的摆动导杆机构，传动角γ=90º、压力角︒=0α均为一常数，对于e>0时的摆动导杆机构，其导杆上任何点的速度方向不垂直于导杆，且随曲柄的转动而变化，而滑块作用于导杆的力总是垂直于导杆，故压力角α不为零，而传动角︒<︒90 <0γ且是变化的。
从传力效果看，e =0的方案好。
二、急回运动和行程速比系数1．极位与极位夹角（1）极位：机构的极限位置（即摇杆两极限位置，曲柄与连杆两次共线位置）。
（2）极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角。
（会作图求极位夹角） （3）摆角：摇杆两极限位置之间的夹角。
2．急回运动在一周中，曲柄等速转动，但摇杆是不等速的：21v v 空回行程工作行程<，摇杆的这种运动性质称为急回运动。
3．行程速比系数K ：衡量急回运动的程度。
θθαα-+==== 180180212112t t v v K11180+-=K Kθ4．结论：（1）1>K ，即12v v >，即机构有急回特性。
可通过此判定曲柄的转向。
（2）当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角θ时，机构便具有急回运动特性。
（注：对心曲柄滑块机构：无急回特性； b ：偏心曲柄滑块机构：有急回特性。
） （3）↑↑K ,θ，机构急回运动也越显著。
所以可通过分析θ及θ的大小，判断机构是否有急回运动及急回运动的程度。
雷达天线的俯仰传动的曲柄摇杆机构无急回特性。
（4）急回运动的作用：在一些机械中可以用来节省动力和提高劳动生产率。
三、四杆机构的传动角与死点1．压力角和传动角(会作图)（1）压力角α：从动杆件受力方向和受力作用点速度方向之间所夹的锐角。
（2）传动角γ：压力角的余角，αγ-=90。
实际就是连杆与从动杆件之间所夹的锐角。
（3）结论：α越小，机构的传力性能越好。
可见α是判断机构传力性能是否良好的标志。
相应有γ越大，机构的传力性能越好。
最小传动角出现的位置bc a d c b 2)(arccos2221--+=γ 或：bc a d c b 2)(arccos2222+-+=γ或：bc a d c b 2)(arccos1802222--+-=γ。
1γ和2γ中小者为min γ即min γ出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一。
注：①导杆机构的传动角： 传动角 90=γ，且恒等于 90②曲柄滑块机构的min γ2．死点在曲柄摇杆机构中，摇杆CD 为主动件，连杆与从动曲柄共线时，曲柄AB 不能转动而出现顶死的现象。
这个位置称为死点。
（1）原因：连杆作用曲柄的力通过回转中心A ，对A 点无矩，不能驱使其转动。
传动角0=γ （2）改善方法：目的：使机构能够顺利通过死点而正常运转。
1.错列2.装飞轮加大惯性已知图示六杆机构，原动件AB 作等速回转。
试用作图法确定： （1）滑块5的冲程 H ；（2）滑块5往返行程的平均速度是否相同？行程速度变化系数K 值； （3）滑块处的最小传动角min γ（保留作图线）。
（北交2008年）解： （1）12()0.002170.034l H F F μ==⨯=m（2）不相等。
18018042 1.6118018042K θθ︒+︒+︒==≈︒-︒-︒（3）min 69γ=︒题8-5图解用作图法设计四杆机构1．按连杆预定的位置设计四杆机构 （1）已知活动铰链中心的位置当四杆机构的四个铰链中心确定后，其各杆长度也就相应确定了，所以根据设计要求确定各杆的长度，可以通过确定四个铰链中心的位置来确定。
例：要求连杆占据三个位置11C B ，22C B ，33C B ，求所对应的四杆机构。
分析：该机构设计的主要问题是确定两固定铰链A ，D 点的位置。
由于B ，C 两点的运动轨迹是圆，该圆的中心就是固定铰链的位置。
解：连⇒21,B B 中垂线12b 连⇒32,B B 中垂线23b ------------- A连⇒21,C C 中垂线12c 连⇒32,C C 中垂线23c ------------ D就可得四杆机构。
（2）已知固定铰链中心位置（工业）2.按给定的行程速比系数K 设计四杆机构:原理：θθ-+=180180K ，11180+-=∴K K θ，已知K ，则等于已知θ，那么，利用机构在极位时的几何关系，再结合其它辅助条件即可进行设计。
（1）曲柄摇杆机构：(中矿2011)例题：图示为一用于雷达天线俯仰传动的曲柄摇杆机构。
已知天线俯仰的围为30°，l CD=525mm，lAD=800mm。
试求：（1）曲柄和连杆的长度lAB和lBC ；（2）校验传动角是否大于等于40度（北交2007）解：（1）由于雷达天线俯仰传动时不应有急回作用，故有：（2）选取比例尺μl＝1mm/mm，并利用已知条件作图如下：1,0Kθ==四、（20分）图4所示，现欲设计一铰链四杆机构，设已知摇杆CD 的长度为75CD l mm =，行程速度变化系数 1.5K =，机架AD 的长度为100AD l mm =，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为45ϕ︒=。
试求曲柄的长度AB l 和连杆的长度BC l 。
BD（2）曲柄滑块机构已知： K ，H ，e要求：设计一曲柄滑块机构。
分析：关键求θ；认识到H 相当于曲柄摇杆机构中的ϕ。
设计一曲柄滑块机构，已知曲柄长度15AB l =mm ，偏距10e =mm ，要求最小传动角min 60γ=︒。
（1）确定连杆的长度BC l ;（2）画出滑块的极限位置； （3）标出极位夹角θ及行程H; （4）确定行程速比系数K 。
题8-10图三、（20分）在图示插床机构中，滑块5的移动导路ee 通过铰链中心C ，且垂直于AC 。
B 、C 、D 三点共线。
导杆机构ABC 的两连架杆可作整周转动，AB 为原动件，以ω1等速转动。
（1）在机构简图上绘出滑块上E 点的二极限位置E1、E2，并作出曲柄的对应转角ϕ1、ϕ2；（2）若要求滑块的行程s =154 mm ，行程速比系数K =15.，B 点轨迹与导路ee 的交点B 1、B 2之间距BB s 122=。
试计算AB ，AC 的长度；（3）若压力角αmax =10，试计算连杆DE 的长度。
（1）曲柄滑块机构CDE 中，当C 、D 、E 共线时，滑块处在极限位置，即AB 转至AB1时，则CD 转至CD1，此时滑块处于右边极限位置E1。
当AB 继续转至AB2时，则CD 逆时针转至CD2，此时滑块处于左边极限E2。
曲柄AB 对应转角ϕ1、ϕ2如图所示。
（6分） （2）对心曲柄滑块CDE 中：2277l s l sCD CD === mm极位夹角θ=-+⨯=K K 1118036∴=-=ϕθ1180144tg mm mml CB l l AC AB AC====172500472162.cos （7分）（3）在对心曲柄滑块机构CDE 中，当曲柄与导路ee 垂直时，出现αmax ，sin sin sin .max max αα====l l l l CD DE DE CD mm 77104434 （7分）（3）导杆机构 已知：d ，K 。
θψ=练习题：答：汽车前轮转向使用了双摇杆机构，两前轮分别和AB和CD相连。
直线运行时两轮轴线平行，转向后两轮轴线不平行，其交点P理论上应落在后轮轴轴的延长线上。
汽车后轮驱动桥采用采用汽车差速器，它的作用就是在向两边半轴传递动力的同时，允许两边半轴以不同的转速旋转，满足两边车轮尽可能以纯滚动的形式作不等距行驶，减少轮胎与地面的摩擦。
1轮着地而3轮悬空时汽车能前进，四轮全驱动又称全轮驱动，是指汽车前后轮都有动力。
可按行驶路面状态不同而将发动机输出扭矩按不同比例分布在前后所有的轮子上，以提高汽车的行驶能力。
四轮驱动最大的好处就是动力分布比较均匀，可以减少车身打滑，相对两轮驱动比较安全。
部讲义，请勿流传。
