机器的组成
零件
部件
构件
机构
机器
机械
运动副
第一章 平面连杆机构
第一章 平面连杆机构
概述
1）铰链四杆机构的基本形式
2）铰链四杆机构中曲柄存在的条件
3）铰链四杆机构的演化型式
4）平面四杆机构的运动设计
?平面连杆机构的特点
1.优点,
–杆状构件,可以传递较远距离的动作
–低副,可以承受很大的载荷
–曲线形式的多样性
–运动形式的多样性
2.缺点,传动效率低, 产生惯性力 ;设计较困难
?研究的问题,
–运动分析
–运动设计
1.1 铰链四杆机构的基本形式
1.1.1 曲柄摇杆机构
1.1.2 双曲柄机构
1.1.3 双摇杆机构
1.1.1 曲柄摇杆机构
1）组成
2）急回特性 （图 1-5）
3）压力角与传动角 （图 1-6）
4）死点位置
（图 1-7,1-8,1-9,1-10,1-11）
? 曲柄
? 连杆
? 连架杆
? 机架
?曲柄摇杆机构的组成
急回特性计算推导与表征原理图
急回特性1.1.1 曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构的急回特性
? 连杆机构中，主动件等速回转,从动件的工作行
程速度慢，而回程速度快，称急回特性。通常
用行程速比系数 K表示。
K=Vm回 /Vm工作 >=1
K=（ 180o+q） /（ 180o-q）
极位,从动件所能达到的极限位置。
极位夹角,从动件在两个极限位置时，主动件
两位置所夹之锐角，用 q 表示。
急回特性是表征从动件特性的。
? 若 q >0，即 K>0 从动件具有急回特性，
此机构具有急回特性。
? 分析机构的急回特性时要注意 原动件 的
运动方向 。
曲柄摇杆机构的急回特性
? 压力角 a:在不计摩擦的情况下,从动件受力方向与
力作用点速度方向所夹的锐角。
? 传动角 g:压力角之余角。衡量机构的传动性能。
– 传动角 g越大，对机构工作越有利。
设计时，应使 g?gmin
– 铰链四杆机构中，曲柄与连杆直共线和重叠共线的两位置处出
现的传动角中，必有一处为最小传动角
压力角 a、传动角 g
传动角的极限位置
从动件在传动角为零的位置为机构的死点,
? 在分析死点位置时,要首先搞清楚哪个是主动件,
? 死点是机构在运动过程中所处的特殊位置,它与自由度
为 0不同,与机构的自锁也不同,
死点的避免
? 机构错位排列
? 加飞轮,利用惯性通过死点
? 利用外力
死点的利用
? 飞机起落架
? 夹具
死点
利用从动回转曲柄的急回特性
平行四边形机构
反平行四变形机构
1.1.2 双曲柄机构
形成
鹤式起重机
飞机起落架
1.1.3 双摇杆机构
1.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件
1）问题的提出
2）曲柄存在的条件
设 l1=min{l1,l2,l3,l4}
l4=max{l1,l2,l3,l4}
l1+l 4 <= l2+l3
曲柄为最短杆 l1
1.3 铰链四杆机构的演化形式
1.3.1 曲柄滑快机构
1.3.2 导杆机构
1.3.3 摇块机构与定块机构
1.3.4 偏心轮机构
1） 图解法
–已知连杆位置，设计连杆机构
–已知连架杆位置，设计连杆机构
–已知连杆机构的急回系数，设计连杆机构
3） 实验法
2） 解析法
–已知连架杆位置，设计连杆机构
–已知连杆上某点的轨迹，设计连杆机构
4） 最优化方法
1.4 平面铰链四杆机构的运动设计
实现给定从动件的运动规律
实现给定的运动轨迹
实现给定从动件的运动规律
已知：曲柄摇杆机构的急回系数 K，摇杆的长度 l3及摆角
phi，设计连杆机构,
设计步骤：
1）计算出 theta值
2）做出顶角为 phi的，腰长为 l3的等腰三角形
3）以底边为一直角边，做出其对角为 theta的直角三角
形
4）以斜边为直径画出直角三角形的外接圆
5）取圆上一合适点，定出曲柄与连杆的长度
?
1.4.1 按给定行程速比系数设计
热处理用加热炉门的设计
1）问题的分析
2）结果的优化
3）给定连杆三个位置的问题求解
4）给定连杆四个或更多位置的问题分析
1.4.2 按给定连杆位置设计
实现给定从动件的运动规律
实现车门的方法
气
体
车
门
液
体
车
门
磁
流
体
车
门
机
械
车
门
生
物
车
门
机械车门的实现方法
软
式
车
门
折
叠
车
门
推
拉
式
车
门
旋转式车门
转轴水平 转轴垂直
单
开
双
开
垂直轴转动双开车门的开启方法
,向外开？向内开？
或？
1.4 平面铰链四杆机构的运动设计
1.4.3 按给定点的轨迹设计
图解法、实验法、虚拟实验法、解析法
1.4.4 优化设计的步骤：
1）根据机构设计的任务和要求，将所研究的问
题用数学方程式描述出来，即 建立 供优化设计用
的 数学模型,它包括设计要求，附加条件等：
2）根据所建立数学模型的性质，恰当选择适当
的最优化方法，上机求解；
3）对所得结果进行分析，以判断其实用性；
零件
部件
构件
机构
机器
机械
运动副
第一章 平面连杆机构
第一章 平面连杆机构
概述
1）铰链四杆机构的基本形式
2）铰链四杆机构中曲柄存在的条件
3）铰链四杆机构的演化型式
4）平面四杆机构的运动设计
?平面连杆机构的特点
1.优点,
–杆状构件,可以传递较远距离的动作
–低副,可以承受很大的载荷
–曲线形式的多样性
–运动形式的多样性
2.缺点,传动效率低, 产生惯性力 ;设计较困难
?研究的问题,
–运动分析
–运动设计
1.1 铰链四杆机构的基本形式
1.1.1 曲柄摇杆机构
1.1.2 双曲柄机构
1.1.3 双摇杆机构
1.1.1 曲柄摇杆机构
1）组成
2）急回特性 （图 1-5）
3）压力角与传动角 （图 1-6）
4）死点位置
（图 1-7,1-8,1-9,1-10,1-11）
? 曲柄
? 连杆
? 连架杆
? 机架
?曲柄摇杆机构的组成
急回特性计算推导与表征原理图
急回特性1.1.1 曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构的急回特性
? 连杆机构中，主动件等速回转,从动件的工作行
程速度慢，而回程速度快，称急回特性。通常
用行程速比系数 K表示。
K=Vm回 /Vm工作 >=1
K=（ 180o+q） /（ 180o-q）
极位,从动件所能达到的极限位置。
极位夹角,从动件在两个极限位置时，主动件
两位置所夹之锐角，用 q 表示。
急回特性是表征从动件特性的。
? 若 q >0，即 K>0 从动件具有急回特性，
此机构具有急回特性。
? 分析机构的急回特性时要注意 原动件 的
运动方向 。
曲柄摇杆机构的急回特性
? 压力角 a:在不计摩擦的情况下,从动件受力方向与
力作用点速度方向所夹的锐角。
? 传动角 g:压力角之余角。衡量机构的传动性能。
– 传动角 g越大，对机构工作越有利。
设计时，应使 g?gmin
– 铰链四杆机构中，曲柄与连杆直共线和重叠共线的两位置处出
现的传动角中，必有一处为最小传动角
压力角 a、传动角 g
传动角的极限位置
从动件在传动角为零的位置为机构的死点,
? 在分析死点位置时,要首先搞清楚哪个是主动件,
? 死点是机构在运动过程中所处的特殊位置,它与自由度
为 0不同,与机构的自锁也不同,
死点的避免
? 机构错位排列
? 加飞轮,利用惯性通过死点
? 利用外力
死点的利用
? 飞机起落架
? 夹具
死点
利用从动回转曲柄的急回特性
平行四边形机构
反平行四变形机构
1.1.2 双曲柄机构
形成
鹤式起重机
飞机起落架
1.1.3 双摇杆机构
1.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件
1）问题的提出
2）曲柄存在的条件
设 l1=min{l1,l2,l3,l4}
l4=max{l1,l2,l3,l4}
l1+l 4 <= l2+l3
曲柄为最短杆 l1
1.3 铰链四杆机构的演化形式
1.3.1 曲柄滑快机构
1.3.2 导杆机构
1.3.3 摇块机构与定块机构
1.3.4 偏心轮机构
1） 图解法
–已知连杆位置，设计连杆机构
–已知连架杆位置，设计连杆机构
–已知连杆机构的急回系数，设计连杆机构
3） 实验法
2） 解析法
–已知连架杆位置，设计连杆机构
–已知连杆上某点的轨迹，设计连杆机构
4） 最优化方法
1.4 平面铰链四杆机构的运动设计
实现给定从动件的运动规律
实现给定的运动轨迹
实现给定从动件的运动规律
已知：曲柄摇杆机构的急回系数 K，摇杆的长度 l3及摆角
phi，设计连杆机构,
设计步骤：
1）计算出 theta值
2）做出顶角为 phi的，腰长为 l3的等腰三角形
3）以底边为一直角边，做出其对角为 theta的直角三角
形
4）以斜边为直径画出直角三角形的外接圆
5）取圆上一合适点，定出曲柄与连杆的长度
?
1.4.1 按给定行程速比系数设计
热处理用加热炉门的设计
1）问题的分析
2）结果的优化
3）给定连杆三个位置的问题求解
4）给定连杆四个或更多位置的问题分析
1.4.2 按给定连杆位置设计
实现给定从动件的运动规律
实现车门的方法
气
体
车
门
液
体
车
门
磁
流
体
车
门
机
械
车
门
生
物
车
门
机械车门的实现方法
软
式
车
门
折
叠
车
门
推
拉
式
车
门
旋转式车门
转轴水平 转轴垂直
单
开
双
开
垂直轴转动双开车门的开启方法
,向外开？向内开？
或？
1.4 平面铰链四杆机构的运动设计
1.4.3 按给定点的轨迹设计
图解法、实验法、虚拟实验法、解析法
1.4.4 优化设计的步骤：
1）根据机构设计的任务和要求，将所研究的问
题用数学方程式描述出来，即 建立 供优化设计用
的 数学模型,它包括设计要求，附加条件等：
2）根据所建立数学模型的性质，恰当选择适当
的最优化方法，上机求解；
3）对所得结果进行分析，以判断其实用性；
