连杆机构论文

第一篇：连杆机构论文

贵州大学设计用纸（论文）

利用齐次坐标法进行平面连杆机构设计

摘要：目前随着计算机在工程技术中的普遍应用，极大地提高了在一些较复杂的机械设计中的准确性，并且可以迅速而准确地得到机构在一个循环中的结果，以便选择最佳的设计方案，从而实现机构的优化设计，其中齐次坐标法在平面连杆机构设计中的应用是一个很好的体现。

关键词：优化设计

齐次坐标法

平面连杆机构

1、齐次坐标法

当忽略构件的变形和运动副中的间隙，机构可视为一个受约束的刚体力学系统，它在运动过程中每一瞬间的位置，可以用几个广义参数来描述。广义参数是确定系统位置的参变量，它根据所表达问题的方便，可以采用直角坐标或极坐标表示。在直角坐标系统中用构件上任意两点的坐标来表示，在极坐标系中可以用构件上任一点P坐标Xp,Yp和构件上过P点的任一标线与X轴正向的夹φi（以X轴绕原点逆时针转过的角度为正向）来表示。

如图1所示，作平面运动构件S在任一瞬间的位置，用构件上一已知点P的坐标Xp,Yp和任一标线NN与横坐标轴X的夹角φ表示。

图1 如图2所示，设在固定坐标系OXY上，刚性构件S从位置S1（位置参数已知位Xp1，贵州大学设计用纸（论文）

cos1isin1i0 sin1icos1i0XQiYQi1=XQ1YQ11Yo1i1Xo1i001 010构件由O点移到O1点的变换矩阵为：Tt=Xo1iYo1i1构件绕O1点旋转

φ1i

角的变换矩阵为：cos1isin1i0 sin1icos1i0Tr=Xo1i1cos1iYo1isin1iXo1isin1iYo1i1cos1i1cos1isin1i0 sin1icos1i0若构件绕坐标原点O转动，则Tr=010因此Q点由Q1点到Qi点的变换矩阵为：

00cos1isin1i01 010sin1icos1i0T=Xo1iYo1i1Xo1i1cos1iYo1isin1iXo1isin1iYo1i1cos1i1cos1isin1i0 sin1icos1i0即T=Yo1i1Xo1i由于Q为构件上任一点，因此当把代表构件位置参数的P点的坐标代入上式，即可求得位移终了时动坐标系原点O1在固定坐标系上的坐标。即

Xo1iXpiXp1cos1iYp1sin1i Yo1iYpiXp1sin1iYp1cos1i

2、按预定的运动规律设计四杆机构

在图3所示的铰链四杆机构中，设主动连架杆AB从开始位置AB1转过φi角到第i位置ABi时，从动连架杆CD从开始位置C1D转过ψi角到第i位置CiD。即机构从位置AB1C1D转到位置ABiCiD。这是由于连杆BC的位移未知，故不能直接写出连杆的变换矩阵。因此可利用相对运动原理，求出两连架杆的相对位移关系。把整个机构从ABiCiD位置绕D点沿从动连架杆CD转动的反方向转ψi角，这是机构各构件间的相对运动不变，但从动连架杆从CiD位置转回到C1D位置，主动连架杆则由ABi转到AirBir位置。

贵州大学设计用纸（论文）

例如图4所示的铰链四杆机构，图中预定两连架杆的三对对应位置和A、D两点的距离为1，试设计此机构。

图 4 主动构件AB对于从动构件CD的相对变换矩阵为：

0cos6090sin609000.8660250.5=0.50.8660250sin6090cos60900T12r= 111sin9011cos900cos90120sin9012000.8660250.5=0.50.8660250sin90120cos901200T13r= 0.8660251sin12011.51cos120所以B2的相对位置B2r的坐标为：

00.8660250.50.50.8660250XB2rYB2r1=XB1YB11

111B3的相对位置B3r的坐标为：

00.8660250.50.50.8660250XB3rYB3r1=XB1YB11

0.86602511.5

贵州大学设计用纸（论文）

参考文献

[1] 童秉枢,李学志,吴志军,张春凤编著.机械CAD技术基础.北京：清华大学出版社,2000 [2] 孙恒,陈作模主编.机械原理（第六版）.北京：高等教育出版社 ,2001 [3] 孙广家等编著.计算机辅助设计技术基础.北京：清华大学出版社,1991 [4] 唐荣锡等编著.计算机图形学教程.北京：科学出版社,1990

第二篇：连杆机构习题

机 械 原 理习题 活 页

大连理工大学机械原理教研室编

连杆机构及其设计

专业——— 班级 ——— 学号 ——— 姓名 ——— 1.如图所示，设已知四杆机构各构件的长度为a = 240 mm，b = 600 mm，c = 400 mm，d = 500 mm，试问：

1）当取杆4为机架时，是否有曲柄存在？

2）能否以选用不同杆为机架的方法获得双曲柄和双摇杆机构？如何获得？

2.如图所示为一偏置曲柄滑块机构。试问：

1）杆AB为曲柄的条件是什么？

2）该机构是否具有急回运动特性，为什么？

3）以曲柄为主动件时，其传动角在何处最大，何处最小？ 4）机构在什么条件下存在死点？

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大连理工大学机械原理教研室编

连杆机构及其设计

专业——— 班级 ——— 学号 ——— 姓名 ——— 3.在图示的铰链四杆机构中，试求：

1）当取杆4为机架时，标出该机构急位夹角θ、杆3的最大摆角φ和最小传动角γmin；

2）当取杆1为机架时，机构将演化成何种类型的机构？并说明这时C、D两个转动副是周转副还是摆转副。

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大连理工大学机械原理教研室编

连杆机构及其设计

专业——— 班级 ——— 学号 ——— 姓名 ——— 4.如图所示，现欲设计一铰链四杆机构，已知其CD的长lCD = 75mm，行程速比系数K = 1.5，机架AD的长度为lAD = 100 mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角φ = 45˚，试用图解法求其曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。

机 械 原 理习题 活 页

大连理工大学机械原理教研室编

连杆机构及其设计

专业——— 班级 ——— 学号 ——— 姓名 ——— 5.设计一个机构，用于将一辆自行车放到一位学生的床的上方。存放架的两个位置如图所示。

机 械 原 理习题 活 页

大连理工大学机械原理教研室编

连杆机构及其设计

专业——— 班级 ——— 学号 ——— 姓名 ——— 6.试用反转法设计一铰链四杆机构ABCD，要求满足AB1、AB2与E1D、E2D两组对应位置如图所示。已知lAB和lAD，试求：

1）将△B1ED1视为刚体绕D点反转至DE1与DE2重合，试确定B1的转位点B11 位置。

2）确定满足要求的铰链点C的位置范围。

3）若要求摇杆CD在第2位置为极限位置，试确定铰链点C的位置。

第三篇：平面连杆机构例题

典型例题

例1 如图所示，已知lBC=100mm，lCD=70mm，lAD=50mm，AD为固定件。（1）如果该机构能成为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的值；（2）如果该机构能成为双曲柄机构，求lAB的值；（3）如果该机构能成为双摇杆机构，求lAB的值。

解（1）如果能成为曲柄摇杆机构，则机构必须满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，且AB为最短杆”。则有

lAB+lBC≤ lCD+lAD 代入各杆长度值，得

lAB≤20mm

（2）如果该机构能成为双曲柄机构，则机构必须满足“最长杆与最短杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和，且机架AD为最短杆”。则

1）若BC为最长杆即lAB≤100mm，则

lAD+lBC≤ lCD+lAB

lAB ≥80mm

所以 80mm≤lAB≤ 100mm 2）若AB为最长杆即 lAB ≥100mm，则

lAD+lAB≤ lCD+lBC

lAB≤120mm

所以 100mm≤lAB≤ 120mm

将以上两种情况进行分析综合后，lAB的值应在以下范围内选取，即

80mm≤lAB≤ 120mm

（3）若能成为双摇杆机构，则应分两种情况分析：第一种情况，机构各杆件长度满足“杆长之和条件”，但以最短杆的对边为机架；第二种情况，机构各杆件长度不满足“杆长之和条件”，在本题目中，AD已选定为固定件，则第一种情况不存在。下面就第二种情况进行分析。

1）当 lAB＜50mm,AB为最短杆，BC为最长杆

lAB+lBC ＞ lCD+lAD

lAB ＞20mm

即 20mm＜ lAB＜50mm

2）当50≤lAB＜100时，AD为最短杆，BC为最长杆，则

lAD+lBC＞ lCD+lAB

lAB＜80mm 即 50mm≤lAB＜80mm

3）当lAB ＞100mm时，AB为最长杆，AD为最短杆，则

lAD+lAB＞ lCD+lBC

lAB＞120mm 另外，AB增大时，还应考虑到，BC与CD成伸直共线时，需构成三角形的边长关系，即

lAB＜（lCD+lBC）+ lAD

lAB＜220mm 则 120mm＜ lAB＜220mm 综合以上情况，可得 lAB的取值范围为：

20mm ＜lAB＜80mm 及 120mm＜lAB＜220mm

除以上方法外，机构成为双摇杆机构时，lAB的取值范围也可用以下方法得到：对于以上给定的杆长，若能构成一个铰链四杆机构，则它只有三种类型：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。故分析出机构为曲柄摇杆机构，双曲柄机构时lAB的取值范围后，在0～220mm之内的其余值即为双摇杆机构时lAB的取值范围。

例2 在图示连杆机构中，已知各构件的尺寸为：lAB=160mm，lBC=260mm，lCD=200mm，lAD=80mm；并已知构件AB为原动件，沿顺时针方向匀速回转，试确定：

（1）四杆机构ABCD的类型；

（2）该四杆机构的最小传动角γmin；

（3）滑块的行程速度变化系数K。

解：（1）lAD +lBC =80+260 =340< lAB +lCD =160+200=360,即满足杆长条件，且以最短杆AD为机架，故为双曲柄机构。（2）解法一：作图法如图（b）所示

解法二:minb2c2ad2602200216080arccosarccos13.325

2bc226020022

（3）在图（c）所示，极位夹角θ为滑块在两个极限位置时曲柄AB所夹的锐角，用作图法可得θ=43.6°。

180K1.639

180

例3 在图示的凸轮机构中，若已知凸轮2以等角速度顺时针转动，试求从动件上B点的速度。假设构件3在构件2上作纯滚动，求点B'的速度。

解：（1）瞬心位置如图所示，vP242O2P244P14P24

4O2P242 PP1424vB4O4B

方向如图所示（2）

vP232O2P233P13P23

3O2P232 PP1323vB3P13B

方向如图所示

例4 图示为一已知的曲柄遥杆机构，现要求用一连杆将摇杆CD和一滑块F连接起来，使摇杆的三个位置C1D，C2D，C3D，和滑块的三个位置F1，F2，F3相对应，试确定此连杆的长度及其与摇杆CD铰接点的位置。

解：该问题属于函数生成机构的设计，如图所示，根据低副运动的可逆性，如果改取从动连架杆为机架，则可得铰链F的转位点F'2，F'3。连接F1F'2和F'2F'3，分别作这两段线段的中垂线，其交点E1 即为所求。连杆长度EF可从图中直接量取。

例5试设计如图3-6所示的六杆机构。当原动件 OAA 自 OAy轴沿顺时针转过1260 到达 L2 时，构件OBB1顺时针转过 1245，恰与OAx轴重合。此时，滑块6在 OAx轴上自C1 移动到C2，其位移S1220mm，滑块C1距OB的距离为OBC160mm，用几何法确定A1和B1点的位置，并且在所设计的机构中标明传动角。同时，说明机构OAA1B1OB是什么样的机构（曲柄摇杆、双曲柄或双摇杆机构）？

第四篇：曲柄连杆机构习题

曲柄连杆机构

一、填空题

1.曲柄连杆机构的工作条件是、、和。

2.机体的作用是，安装 并承受。

3.气缸体的结构形式有、、三种。CA6102汽油机和YC6105QC柴油机均采用。

4.EQ1092型汽车发动机采用的是 燃烧室，CA1092型汽车采用的是 燃烧室，一汽奥迪100型汽车发动机采用的是 燃烧室。

5.活塞与气缸壁之间应保持一定的配合间隙，间隙过大将会产生、和 ；间隙过小又会产生、。

6.活塞受、和 三个力，为了保证其正常工作，活塞的形状是比较特殊的，轴线方向呈 形；径向方向呈 形。

7.四缸四冲程发动机的作功顺序一般是 或 ；六缸四冲程发动机作功顺序一般是 或。

8.曲柄连杆机构的主要零件可分为、和 三个组。9.机体组包括、、、等；活塞连杆组包括、、、等；曲轴飞轮组包括、等。

10.活塞销与销座及连杆小头的配合有 及 二种形式。11.油环的结构形式有 和 二种。

12.气环的截面形状主要有、、、几种。13.气缸套有 和 两种。

二、解释术语

1.燃烧室

2.湿式缸套

3.扭曲环

4.活塞销偏置

5.“伞浮式”活塞销

6.全支承曲轴

7.曲轴平衡重

三、判断题（正确打√、错误打×）

1.汽油机常用干式缸套，而柴油机常用湿式缸套。（）2.安装气缸垫时，光滑面应朝向气缸体；若气缸体为铸铁材料，缸盖为铝合金材料，光滑的一面应朝向缸盖。（）3.活塞顶是燃烧室的一部分，活塞头部主要用来安装活塞环，活塞裙部可起导向的作用。

（）

4.活塞在气缸内作匀速运动。（）5.活塞径向呈椭圆形，椭圆的长轴与活塞销轴线同向。（）6.气环的密封原理除了自身的弹力外，主要还是靠少量高压气体作用在环背产生的背压而起的作用。（）7.对于四冲程发动机，无论其是几缸，其作功间隔均为180°曲轴转角。（）8.在CA6102发动机曲轴前端和第四道主轴承上设有曲轴轴向定位装置。（）9.当飞轮上的点火正时记号与飞轮壳上的正时记号刻线对准时，第一缸活塞无疑正好处于压缩行程上止点位置。（）10.多缸发动机的曲轴均采用全支承。（）11.多缸发动机曲轴曲柄上均设置有平衡重块。（）

四、选择题

1.CA6102型汽车发动机采用的是（）。

A、干式缸套 B、湿式缸套 C、无缸套结构 2.曲轴上的平衡重一般设在（）。

A、曲轴前端 B、曲轴后端 C、曲柄上 3.曲轴后端的回油螺纹的旋向应该是（）。

A、与曲轴转动方向相同 B、与曲轴转动方向相反 4.CA1092汽车发动机支承采用的是（）。

A、前一后二支承 B、前二后一支承 C、前二后二支承 5.YC6105QC柴油机其连杆与连杆盖的定位采用（）。

A、连杆螺栓本身 B、定位套筒 C、止口 D、锯齿定位 6.外圆切槽的扭曲环安装时切槽（）。A、向上 B、向下

7.曲轴轴向定位点采用的是（）。

A、一点定位 B、二点定位 C、三点定位

五、问答题

1.简答活塞连杆组的作用。

2.简答曲轴飞轮组的作用。

3.简答气环与油环的作用。

4.CA1092汽车发动机曲轴前端装有扭转减振器，简述其作用是什么。

5.活塞环的断面形状为什么很少做成矩形的？

6.安装气环时应注意些什么？

7.曲轴由哪几部分组成？

8.对活塞有何要求？现代发动机活塞都采用什么材料？

9.气缸盖的作用是什么？安装时有什么要求？

10.填写出下图各序号的零件名称。

第五篇：曲柄连杆机构复习题

曲柄连杆机构复习题

一、填空题

1、曲柄连杆机构是由机体组、活塞连杆组和（）三部分组成的。

2、曲柄连杆机构是在（）、（）、（）以及有化学腐蚀的条件下工作的。

3、活塞销座孔轴线偏置的方向是：面对发动机朝（）。

4、活塞环有气环和（）两种。

5、活塞环的装配间隙包括（）（）（）种。

6、活塞销的连接方式有（）（）两种。

7、曲柄连杆机构的作用是：提供（）场所，并将燃料燃烧后产生的作用在活塞上的（）转变成曲轴旋转运动，对外输出动力。

8、曲轴飞轮组的零件有（）、（）、（）。

9、汽缸盖是用来封闭（），并与（）共同构成燃烧室。

10、汽缸的磨损是不均匀的，一般磨损呈上（）下（）的锥形，在圆周方向上呈不规则的（）。

11、汽缸体上部有一个或数个引导活塞在其中进行往复运动的圆柱形空腔，称为（）。

12、安装汽缸盖时，紧固螺栓应按由（）的顺序，（）分多次逐步地以规定的扭矩拧紧。

13、汽缸采用修理尺寸法维修时，修理级别一般分为（）级，每级加大（）mm。

二、判断题

1、在维修作业中，同一台发动机的各缸活塞可以互换。（）

2、四冲程直列六缸发动机作功间隙角为360°／6＝60°。（）

3、采用全支承方式的V6发动机曲轴共有七道主轴颈。（）

4、连杆的作用是连接活塞与曲轴，并将活塞承受的力传给曲轴，推动曲轴旋转。（）

5、活塞环的泵油作用，可以加强对气缸上部的润滑，因此是有益的。（）

6、活塞裙部膨胀槽一般开在受侧压力大的一面。（）

7、各种形式曲轴的曲拐数都与汽缸数相同。（）

8、由于各个气缸的磨损量不均匀，因此镗削后的气缸修理尺寸应不同。（）

9、活塞与气缸壁间隙过大易出现“拉缸”。（）

10、不论是干式缸套，还是湿式缸套，在压入汽缸体之后，都应使汽缸套顶面与汽缸体上平面平齐。（）

11、偏置销座的活塞，其销座的偏移方向应朝向作功冲程时活塞受侧压大的一侧。（）

12、校正连杆一般是先校正弯曲后校正扭曲。（）

13、采用全浮式连接的活塞销，无论在装配式，还是在发动机工作时，活塞销均能在活塞销座中自由转动。（）

三、选择题

1、V形发动机两列气缸中心线的夹角（）。A、γ＞180°

B、γ＝180°

C、γ＜180°

2、改用“凸顶”活塞后，发动机的压缩比（）。A、增大

B、减少 C、不变

3、活塞在高温下，沿轴向产生（）的膨胀变形。A、上下相等 B、上大下 小C、上小下大

4、通常直列六缸发动机的工作顺序是（）。

A、1—5—3—6—2—4； B、1—3—5—2—4—6；

C、1—5—2—6—3—4

5、发动机气缸磨损的检验，主要测量其（）。

A、直线度和同轴度 B、平行度和平面度 C、垂直度和圆跳动 D、圆度和圆柱度

6、为了减轻磨损，通常对（）进行镀铬。

A、第一道环

B、所有气环

C、油环

D、气环和油环

7、活塞的最大磨损部位是（）。A、头部B、裙部C、环槽 D、顶部

8、扭曲环的安装方向是（）.A、外切口向上、内切口向下

B、外切口向上、内切口向上 C、外切口向下、内切口向上

D、外切口向下、内切口向下

9、四缸四冲程发动机的工作顺序是（）。

A、1—2—3—4

B、4—3—2—1 C、1—3—4—2

D、1—3—2—4

10、用量缸表测量汽缸直径时，读数的时刻是（）。

A、最大数值时B、最小数值时C、中间数值时 D、任意时刻

11、与座孔的曲率半径比，轴瓦的曲率半径（）。A、大些B、小些C、相等 D、可大可小

12、在活塞连杆组件中，（）的作用是连接活塞和连杆小头，并把活塞承受的气体压力传给连杆。

A、活塞B、活塞环C、活塞销 D、连杆

13、检查活塞连杆组时，用（）量出活塞裙部直径。A、千分尺B、活游标卡尺C、塞尺 D、百分表

14、活塞顶上标有一定的记号，装配时记号必须朝上发动机的（）。A、前方B、后方C、不同发动机有不同的规定 D、左方

15、四缸四冲程发动机的做功间隔角为（）曲轴转角。A、180度 B、120度 C、360度

D、720度

四、问答题

1、简述活塞连杆组的组装工艺。

2、曲柄连杆机构的作用及组成各是什么？

3、选配活塞时应注意什么？