页数：52页文件大小：2.15 MB来源： 机械原理及设计ppt课件
本课件围绕平面连杆机构展开：介绍铰链四杆机构三种基本类型与演化方式，推导曲柄存在的杆长条件，分析急回特性、压力角与传动角、死点位置，并给出刚化反转法与按行程速比系数的图解设计。
本页为第三章「平面连杆机构运动学分析与设计」封面，标示本章主题与篇章起始。
优点：采用低副，面接触、承载大、便于润滑、不易磨损；形状简单、易加工、容易获得较高制造精度。
缺点：构件和运动副多，累积误差大，运动精度和效率较低；产生动载荷（惯性力），不适合高速；设计较复杂，难以实现精确轨迹。
应用：内燃机、牛头刨床、机械手爪、开窗户支撑、公共汽车开关门、折叠伞、折叠椅等。
分类：分为平面连杆机构与空间连杆机构；平面连杆机构常以构件数命名，如四杆机构、五杆机构、多杆机构等。
改变杆的相对长度可得到不同的从动件运动规律，连杆曲线丰富，可满足不同要求。
典型应用：雷达天线俯仰机构（曲柄主动）、缝纫机踏板机构（摇杆主动）、圆轨迹复制机构（曲柄主动）。
典型应用：惯性筛机构。
典型应用：机车车轮联动机构、摄影平台升降机构。
反平行四边形机构是双曲柄机构的特例。平行四边形机构存在运动不确定位置，可采用两组机构错开排列的方法予以克服。
双摇杆机构的两个连架杆均为摇杆。典型应用：鹤式起重机、自动翻斗机构。特例为等腰梯形机构，用于汽车转向机构。
将转动副扩大可演化出偏心轮机构；曲柄滑块机构扩大转动副后的应用实例为颚式破碎机。
将转动副转化为移动副，可由曲柄摇杆机构演化出偏心曲柄滑块机构，其应用实例为冲压机床。
将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动，由此可由曲柄摇杆机构演化出摆动导杆机构与曲柄摇块机构。
选取不同的构件为机架，同一铰链四杆机构可分别演化为曲柄摇杆机构、双曲柄机构与双摇杆机构。
以曲柄滑块机构为基础，选取不同构件为机架可演化出转动导杆机构、曲柄摇块机构与移动导杆机构。
平面四杆机构具有整转副，则可能存在曲柄。设 l1 < l4，连架杆若能整周回转，必有两次与机架共线，由此得 l1+l2 ≤ l3+l4、l1+l3 ≤ l2+l4、l1+l4 ≤ l2+l3；三式两两相加可得 l1 ≤ l2、l1 ≤ l3、l1 ≤ l4，即 AB 为最短杆。
曲柄存在的条件（Grashof 定理）：连架杆之一或机架为最短杆；最长杆与最短杆的长度之和 ≤ 其他两杆长度之和（杆长条件）。满足杆长条件时，最短杆上的转动副都是整转副，此时铰链 A、B 均为整转副。若 l1 > l4，则可得 AD 为最短杆。
本页给出铰链四杆机构的类型及其判别条件，并引出第四节「平面连杆机构的一些基本特性」，首先介绍机构的急回特性及其在工程实际中的应用。
设曲柄以 ω 逆时针匀速旋转：从 AB1 转到 AB2 转过 180°+θ 为工作行程，所花时间 t1，摇杆平均速度 V1；从 AB2 转过 180°-θ 回到 AB1 为回程，所花时间 t2，平均速度 V2。显然 t1 > t2、V2 > V1，即该机构具有急回特性。
为定量描述急回运动，将回程平均速度 V2 与工作行程平均速度 V1 之比定义为行程速度变化系数 K。只要极位夹角 θ ≠ 0，就有 K > 1，且 θ 越大 K 越大，急回性质越明显。设计时往往先给定 K 值，再计算 θ。
本页分析曲柄滑块机构与导杆机构的急回特性。应用实例：牛头刨床机构利用回转导杆机构的急回特性，节省回程时间，提高生产率。
当 ∠BCD ≤ 90° 时，γ = ∠BCD；当 ∠BCD > 90° 时，γ = 180° - ∠BCD。∠BCD 取最小或最大时（即主动曲柄与机架共线的位置）都可能出现 γmin，设计时一般要求 γmin ≥ 40°。
曲柄滑块机构的最小传动角位置如左图所示；导杆机构的传动角恒等于定值（如右图 b 所示），传力性能稳定。
对于曲柄摇杆机构，当摇杆为主动件时，在连杆与曲柄两次共线的位置机构均不能运动，这种位置称为死点（机构的死点位置）。在死点位置，机构的传动角 γ = 0。
利用死点工作：飞机起落架、钻夹具等。
过渡方法：依靠飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）；两组机构错开排列，如 V 型发动机机构。
本节重点介绍图解法设计，或精确地通过给定轨迹上的若干点。
按给定连杆两个或三个位置设计四杆机构：三点唯一确定一个圆，B、C 确定后 A、D 随之确定；B、C 的位置可根据实际情况确定。若仅已知两个位置，则满足设计要求的四杆机构有无穷多个。
已知固定铰链点 A、D，设计四杆机构，使两个连架杆可以实现三组对应关系。本页给出其图解设计过程。
本页为按给定连架杆位置设计四杆机构的作图过程图示，图中主要标示尺寸参数 d，具体图形见原课件。
以 CD 杆为机架时看到的四杆机构 ABCD 的位置，相当于把以 AD 为机架时观察到的 ABCD 位置刚化后，以 D 轴为中心转过图示角度得到。依据：低副可逆性；机构在某一瞬时各构件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形状不随参考坐标系改变。
将函数生成机构中两连架杆相对于机架的运动，转化为两连架杆的相对运动：把一个连架杆看作连杆、另一个连架杆看作机架，而把原来的机架和连杆视为两连架杆。转换原则——各构件之间的相对运动关系不变。
已知行程速比系数 K 以及从动件两个极限位置，设计曲柄摇杆机构。本页给出其图解设计方法。
按行程速比系数 K 设计急回机构的作图过程：第 2 步找 A 点，第 3 步找 B 点；并思考 A 点是否可以在 FG 弧上选取。
按给定行程速比系数 K 设计曲柄滑块机构，本页给出其图解设计方法。
已知机架长与行程速比系数 K，求曲柄长。适当选取比例尺，按机架长作机架 AC，由 K 求出极位夹角，据分析摆杆摆角等于极位夹角，作摆杆两极限位置线，再由 A 点作线即可求得曲柄长。
轨迹生成平面连杆机构一般要求连杆上的某点通过已知轨迹上一系列有序的点（称为精确点），而连杆转角为待求未知量。这类综合问题变量较多，有较大灵活性；需注意为满足轨迹要求应求出机构中各杆的绝对长度。
实验法：已知所要实现的轨迹（如 M 点轨迹），要求设计的连杆机构能使连杆上某点沿给定轨迹运动。
先初选曲柄长度和曲柄固定铰链与已知轨迹的相对位置，再在连杆平面上选取若干点。令 M 点沿已知轨迹运动时，其余各点画出不同轨迹，找出轨迹最接近圆弧的点作为连杆上另一个活动铰链，即得满足要求的铰链四杆机构。若找不到，应改变初选参数重新演示。
前人已将不同构件长度的四杆机构中连杆平面上各点的轨迹曲线汇编成册。图谱法先将所要实现的轨迹曲线与图谱比对，找到形状相符的曲线及其相应机构，查得各构件相对长度，再按图谱编制规则得到实际尺寸。若精度不足，可将所得尺寸作为初值再用优化方法计算。
本页为轨迹综合的解析法部分，原课件标注为「略」，未展开介绍。
铰链五杆机构可分为双曲柄机构（具有两个曲柄）、曲柄摇杆机构（具有一个曲柄）、双摇杆机构（无曲柄）等多种型式。
平面铰链五连杆机构存在双曲柄时，必有：
若判定不是双曲柄机构，或为曲柄摇杆、双摇杆机构，分析过程更为复杂。
铰链五连杆机构连杆曲线可借助解析法，通过建立数学模型、导出连杆响应坐标点的运动学方程并用软件计算得到；其压力角可借助平面四杆机构中关于压力角和死点的定义来考虑。
铰链五连杆机构的演化方式，可借助于平面四杆机构中关于机构演化的方式来演化。
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