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1、关于平面连杆机构及其设计(2)第1页，讲稿共103张，创作于星期日8-1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点 一一.连杆机构连杆机构 共同特点共同特点原动件通过不与原动件通过不与机架相连的中间构件传递到从机架相连的中间构件传递到从动件上。动件上。连杆机构由若干个构件通过连杆机构由若干个构件通过低副连接低副连接而组成，又称为而组成，又称为低副机构低副机构。不不与与机机架架相相连连的的中中间间构构件件 连连 杆杆（Linkage）具有连杆的机构具有连杆的机构连杆机构连杆机构连连杆杆机机构构根根据据各各构构件件间间的的相相对对运运动动是是平平面还是空间运动分为面还是空间运动分为空间连杆机构空间
2、连杆机构平面连杆机构平面连杆机构第2页，讲稿共103张，创作于星期日第3页，讲稿共103张，创作于星期日优点：优点：连连杆杆机机构构为为低低副副机机构构，运运动动副副为为面面接接触触，压压强强小小，承承载载能能力力大大，耐冲击；耐冲击；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面，便于加工制造；在在原原动动件件运运动动规规律律不不变变情情况况下下，通通过过改改变变各各构构件件的的相相对对长长度度可可以以使使从从动动件得到不同的运动规律；件得到不同的运动规律；可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。可以连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求。缺点：
3、缺点：由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于运动积累误差较大，因而影响传动精度；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；由于惯性力不好平衡而不适于高速传动；设计方法比较复杂。设计方法比较复杂。二、连杆机构的特点二、连杆机构的特点第4页，讲稿共103张，创作于星期日8-2 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用 四杆机构各部分的名称：四杆机构各部分的名称：构件构件机架机架相对相对固定固定连架杆连架杆曲柄曲柄摇杆摇杆整周整周回转回转往复往复摆动摆动连杆连杆平面平面运动运动转动副转动副整周整周回转回转往复往复摆动摆动周转副周转副摆转副摆转副机构命名：机构命名：原原动动件件名名 +输输出出
4、构构件件名名（也也可可以以几几何何特特点点命命名名）第5页，讲稿共103张，创作于星期日一、全转动副四杆机构一、全转动副四杆机构（铰链四杆机构）（铰链四杆机构）基本型式基本型式1.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 (Crank-Rocker Mechanism)铰铰链链四四杆杆机机构构中中，若若其其两两个个连连架架杆杆一一为为曲曲柄柄，一一为为摇摇杆杆，则则此四杆机构称为曲柄摇杆机构。此四杆机构称为曲柄摇杆机构。功能：功能：连连续续转转动动往往复复摆摆动动ABCD3214第6页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例：应用实例：飞飞机机起起落落架架机机构构缝缝纫纫机机脚脚踏踏板板机机构构雷达天线俯仰机构
5、雷达天线俯仰机构 抽抽油油机机机机构构 第7页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例：应用实例：搅拌机构搅拌机构拉胶片机构拉胶片机构剪板机剪板机 碎石机碎石机 第8页，讲稿共103张，创作于星期日2.双曲柄机构双曲柄机构 (Double-Crank Mechanism)两个两个连架杆都是曲柄连架杆都是曲柄的铰链四杆机构的铰链四杆机构ABCD3214功能：功能：连连续续转转动动连连续续转转动动平平行行四四边边形形机构特性：机构特性：两两曲曲柄柄同同速速 同同 向向 转转动动连连 杆杆 作作平动平动特特例例：若若机机构构中中相相对对两两杆杆平平行行且且相相等等，则成为则成为平面四边形机构平面四边形
6、机构。第9页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例：应用实例：惯性筛机构惯性筛机构机车车轮联动机构机车车轮联动机构第10页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例应用实例升降机构升降机构播种机料斗机构播种机料斗机构升降车升降车台灯伸展机构台灯伸展机构第11页，讲稿共103张，创作于星期日车门开闭机构车门开闭机构应用实例应用实例逆平行（逆平行（反平行反平行）四边形机构（）四边形机构（两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构两相对杆长相等但不平行的双曲柄机构）第12页，讲稿共103张，创作于星期日3.双摇杆机构双摇杆机构 (Double-Rocker Mechanism)两个两个连架杆都是摇杆连架杆都是摇
7、杆的铰链四杆机构的铰链四杆机构ABCD3214功能：功能：往往复复摆摆动动往往复复摆摆动动特特例例：等等腰腰梯梯形形机机构构两两摇摇杆杆长长度度相相等等的的双双摇杆机构摇杆机构汽车前轮汽车前轮转向机构转向机构第13页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例：应用实例：飞飞机机起起落落架架机机构构图图-22M22M重重型型轰轰炸炸机机前前起起落落架架鹤式起重机鹤式起重机第14页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例：应用实例：推推土土机机铲铲斗斗机机构构电风扇摇头机构电风扇摇头机构第15页，讲稿共103张，创作于星期日低副运动的可逆性：低副运动的可逆性：在在低低副副机机构构中中，取取不不同同构构件
8、件作作为为机机架架时时，任任意意两两个个构构件件间间的相对运动关系不变。的相对运动关系不变。构件构件2 2为机架为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构构件构件4 4为机架为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABCD3214曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构构件构件1 1为机架为机架双曲柄机构双曲柄机构ABCD3214双曲柄机构双曲柄机构构件构件3 3为机架为机架双摇杆机构双摇杆机构ABCD3214双摇杆机构双摇杆机构第16页，讲稿共103张，创作于星期日二、含有一个移动副的四杆机构二、含有一个移动副的四杆机构演化型式演化型式I变变摇摇杆杆为滑块为滑块曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块
9、机构对心曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构曲线导轨曲柄滑块机构摇杆尺寸为无穷大摇杆尺寸为无穷大e=0第17页，讲稿共103张，创作于星期日1.曲柄滑块机构曲柄滑块机构 (Slider-Crank Mechanism)ABC3214对心对心(radial)曲柄滑块机构曲柄滑块机构ABC3214偏置偏置(offset)曲柄滑块机构曲柄滑块机构功能：功能：连连续续转转动动往往复复移移动动第18页，讲稿共103张，创作于星期日应应用用实实例例：压压力力机机雨雨伞伞发发 动动 机机第19页，讲稿共103张，创作于星期日车车门门开开闭闭机机构构ABC3汽缸汽缸2车门车门14应用实例：应用实例：空空气气压压缩
10、缩机机第20页，讲稿共103张，创作于星期日应用实例：应用实例：送送 料料 装装 置置筛筛分分机机第21页，讲稿共103张，创作于星期日2.导杆机构导杆机构 (Crank-Shaper Mechanism)ABC3214导杆导杆摆动导杆摆动导杆机构机构导杆只能在导杆只能在一定的角度一定的角度内摆动内摆动回转导杆机构回转导杆机构导杆能作整周转动导杆能作整周转动功功能能连连 续续 转转 动动往往 复复 摆摆 动动连连 续续 转转 动动连连 续续 转转 动动第22页，讲稿共103张，创作于星期日应应 用用 实实 例例回回转转柱柱塞塞泵泵早早 期期 的的 飞飞 机机 发发 动动 机机牛牛头头刨刨床床第
11、23页，讲稿共103张，创作于星期日3.曲柄摇块机构曲柄摇块机构(Rock-Slider Mechanism)ABC3214摇块摇块功能：功能：连连续续转转动动往往复复摆摆动动第24页，讲稿共103张，创作于星期日应应 用用 实实 例例自自 卸卸 车车第25页，讲稿共103张，创作于星期日4.直动导杆机构直动导杆机构 (Fixed-Slider Mechanism)ABC3214直动导杆直动导杆定块定块功能：功能：往往复复摆摆动动往往复复移移动动第26页，讲稿共103张，创作于星期日应应 用用 实实 例例手手动动抽抽水水机机炉炉门门送送料料装装置置ABC3214第27页，讲稿共103张，创作于
12、星期日三、含有两个移动副的四杆机构三、含有两个移动副的四杆机构演化型式演化型式II对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构变连杆变连杆为滑块为滑块正正弦弦机机构构双双滑滑块块机机构构从动件从动件3的位移与原的位移与原动件动件1的转角成正比：的转角成正比：移动副可认为是回转移动副可认为是回转中心在无穷远处的转中心在无穷远处的转动副演化而来动副演化而来连杆尺寸连杆尺寸为无穷大为无穷大第28页，讲稿共103张，创作于星期日1.正弦机构正弦机构AB123AB123从动件从动件3的位移与原动件的位移与原动件1的转角成正比的转角成正比应应 用用实实 例例压压 缩缩 机机缝缝纫纫机机进进针针机机构构第29页，讲稿共
13、103张，创作于星期日2.双滑块机构双滑块机构AB123AB123AB123(x,y)应应 用用 实实 例例椭椭 圆圆 仪仪第30页，讲稿共103张，创作于星期日3.双转块机构双转块机构AB123AB123AB123应应 用用 实实 例例十十字字滑滑块块联联轴轴器器第31页，讲稿共103张，创作于星期日小小结结平平面面四四杆杆机机构构的的演演化化方方式式 1 1、改变构件的形状和相对尺寸：转动副、改变构件的形状和相对尺寸：转动副移动副移动副对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构变连杆变连杆为滑块为滑块双双滑滑块块机机构构ABC3214摇块摇块ABC3214导杆导杆第32页，讲稿共103张，创作于星期
14、日偏偏心心轮轮机机构构曲柄滑块机构曲柄滑块机构2 2、改变运动副的尺寸：曲柄、改变运动副的尺寸：曲柄偏心轮偏心轮扩扩大大转转扩扩大大转转动动 副副动动 副副B B的的半半径径的的半半径径超过超过超过超过曲柄曲柄曲柄曲柄长长长长转动转动副副B的半的半径扩径扩大超大超过曲过曲柄长柄长第33页，讲稿共103张，创作于星期日3 3、选用不同构件为机架、选用不同构件为机架倒置法倒置法 机机构构的的倒倒置置：选选运运动动链链中中不不同同的的构构件件作作机机架架以以获获得得不不同同机机构构的的演演化化方方法法称为机构的倒置。称为机构的倒置。ABC3214曲柄滑块机构曲柄滑块机构ABC3214导杆导杆导杆机构
15、导杆机构ABC3214摇块摇块曲柄摇块机构曲柄摇块机构第34页，讲稿共103张，创作于星期日8-3 有关平面四杆机构的基本性质有关平面四杆机构的基本性质 运动特性运动特性1.1.曲柄存在条件曲柄存在条件2.2.急回特性急回特性3.3.运动连续性运动连续性动力特性动力特性1.1.压力角、传动角压力角、传动角2.2.死点死点一、铰链四杆机构曲柄存在的条件一、铰链四杆机构曲柄存在的条件 Grashoff定理定理曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构第35页，讲稿共103张，创作于星期日 ABCDabcdB1C1EFB2C2E F 若若使使AB能能够够整整周周回回转转，必必须
16、须使使得得以以 圆圆上上任任一一点点为为中中心心，以以杆杆长长b为为半半径径所所形形成成的的 圆圆与与 圆圆有交点，即：有交点，即：BE b BF 亦即：亦即：B1、B2点为形成周转副的点为形成周转副的关键点关键点。第36页，讲稿共103张，创作于星期日 ABCDabcdB1C1B2C2在在B1 1C1 1D中中 a+d b+c (1)在在B2 2C2 2D中中若：若：d a，则有：，则有：a+c d+b (2)a+b d+c (3)若：若：a d，则有：，则有：c+d a+b (4)b+d a+c (5)(1)+(2)a b(1)+(3)a c且有：且有：a da=lmin为为最最短短杆杆。
17、(1)+(4)d b(1)+(5)d c且有：且有：d ad=lmin为为最最短短杆杆。第37页，讲稿共103张，创作于星期日周转副的条件：周转副的条件：1)任意三杆长度之和任意三杆长度之和 第四杆长；第四杆长；l1+l2+l3 l42)最短杆长度最短杆长度+最长杆长度最长杆长度其余两杆长度之和其余两杆长度之和杆长条件杆长条件lm i n+lm a x l4+l3 最短杆两端的转动副均为周转副；其余转动副为摆转副。最短杆两端的转动副均为周转副；其余转动副为摆转副。3)连架杆或机架中必有一杆是最短杆。连架杆或机架中必有一杆是最短杆。曲柄存在条件：曲柄存在条件：当铰链四杆机构满足杆长条件时，当铰链
18、四杆机构满足杆长条件时，讨讨论论1）最短杆的邻边杆为机架时）最短杆的邻边杆为机架时ABCD3214曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第38页，讲稿共103张，创作于星期日3）最短杆的对边杆为机架时）最短杆的对边杆为机架时l1+l2+l3 l4?lmin+lmax l4+l3?Y非非机机构构N有有两两个个周周转转副副Y双双摇摇杆杆机机构构Nlmin为机架为机架?lmin邻边为机架邻边为机架?NN小小结结Y双双曲曲柄柄机机构构曲曲柄柄摇摇杆杆机机构构Y双摇杆机构双摇杆机构ABCD32142）最短杆为机架时）最短杆为机架时双曲柄机构（含双曲柄机构（含平行四边形机构）平行四边形机构）ABCD3214 当铰链四杆
19、机构不满足杆长条件时当铰链四杆机构不满足杆长条件时双摇杆机构（无周转副）双摇杆机构（无周转副）第39页，讲稿共103张，创作于星期日erlABCD例：偏置曲柄滑块机构有曲柄的例：偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件。条件。解解1 1：lmin=r；lmax=CD+e解解2 2：AD连连线线为为机机架架方方向向，故故B1、B2为为r成成为为曲曲柄柄的的关关键键点点，所以所以B1C1B2C2l r+el r-e思思考考：对对心心曲曲柄柄滑滑块块机机构构有曲柄的条件？有曲柄的条件？第40页，讲稿共103张，创作于星期日二、急回运动特性二、急回运动特性(Quick return property)1.1.概念
20、概念极极位位夹夹角角 当当输输出出构构件件在在两两极极位位时时，原原动动件件所所处处两两个个位位置置之之间间所所夹夹的的锐角锐角。极极 位位 输输出出构构件件的的极极限限位位置置摆摆 角角 两两极极限限位位置置所所夹夹的的锐锐角角原动件作匀速转动，从动件作往复运动的原动件作匀速转动，从动件作往复运动的机构，从动件正行程的平均速度慢于反行程机构，从动件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的现象的平均速度的现象急回运动急回运动(Quick-return)2.2.急回运动急回运动第41页，讲稿共103张，创作于星期日 急回运动机理急回运动机理 急急回回作作用用具具有有方方向向性性,当当原原动动件件的
21、的回回转转方方向向改改变变时时,急急回回的的行程也随之改变。行程也随之改变。注意！a)曲柄转过曲柄转过摇杆上摇杆上C点摆过：点摆过：所用时间：所用时间：b)曲柄转过曲柄转过摇杆上摇杆上C点摆过：点摆过：所用时间：所用时间：c)设两过程的平均速度为设两过程的平均速度为V1、V2：回程速度大于正行程速度。回程速度大于正行程速度。第42页，讲稿共103张，创作于星期日3.3.行程速比系数行程速比系数K为为表表明明急急回回运运动动程程度度，用用行行程程速速度度变变化化系系数数K(time ratio)来来衡衡量量，作为机构的基本运动特征参数。定义为作为机构的基本运动特征参数。定义为反正行程速度比，即反
22、正行程速度比，即或：或：讨论：讨论：1)1)当当00时，机构具有急回运动特性；时，机构具有急回运动特性；2)K K ，急回运动特性愈显著。，急回运动特性愈显著。第43页，讲稿共103张，创作于星期日对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构=0=0，K=1，无急回运动无急回运动偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 0 0，K 1，有急回运动有急回运动例例：曲曲 柄柄 滑滑 块块 机机 构构第44页，讲稿共103张，创作于星期日摆动导杆机构摆动导杆机构 0 0，K 1，有急回运动有急回运动急回运动特性的应用急回运动特性的应用第45页，讲稿共103张，创作于星期日三、四杆机构的压力角与传动角三、四杆机构的压力角
23、与传动角1.1.1.1.压力角压力角压力角压力角 与传动角与传动角与传动角与传动角 =压压力力角角 (Pressure angle)不不考考虑虑摩摩擦擦时时，机机构构输输出出构构件件上上作作用用的的力力F与该力作用点的与该力作用点的绝对速度绝对速度方向所夹的方向所夹的锐角锐角。=传动角传动角 (Transmission angle)压压力角的余角力角的余角第46页，讲稿共103张，创作于星期日机构常用传动角大小及机构常用传动角大小及变化来衡量机构传力性变化来衡量机构传力性能的好坏。能的好坏。()F 机机构构传传动动越越有有利利一般要求：一般要求：DCBF VCDBCF第47页，讲稿共103张，
24、创作于星期日2.2.最小传动角的位置最小传动角的位置最小传动角的位置最小传动角的位置连接连接BD，在，在 ABD中：中：曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABCDcbadFVC 在在 BCD中：中：若若此此式式为为极极值值，则则需需 取取极极值值，即即故故当当 90o时时：min=180o-ma x第48页，讲稿共103张，创作于星期日结结论论：当当=0o或或180o时时，有有 min=min min，(180o-ma x)曲曲 柄柄 与与 机机 架架 共共 线线 时时，出出 现现 最最 小小 传传 动动 角角。vcABC12F FvB3B123AC例：标出机构在图示位置的压力角与传动角例：标出机构在图
25、示位置的压力角与传动角F B132Cv第49页，讲稿共103张，创作于星期日四、四、死点死点(Dead point)机机 构构 传传 动动 角角=0 (=9 0)的的 位位 置置当当机机构构处处于于死死点点位位置置时时，整整个个机机构构无无法法运运动动，但但在在外外界界微微小小扰扰动动力的作用下，会出现运动不确定现象力的作用下，会出现运动不确定现象。以往复运动构件为主动件的机构，通常存在死点。以往复运动构件为主动件的机构，通常存在死点。FBVB1C234ABDabcd =90 FBVBC1234ABD第50页，讲稿共103张，创作于星期日当当 输输 出出 构构 件件 与与 连连 杆杆 共共 线
26、线 时时，机机 构构 出出 现现 死死 点点。特别注意：特别注意：机构有无死点与原动件机构有无死点与原动件选取有关选取有关曲柄滑块机构的死点位置曲柄滑块机构的死点位置曲柄摇杆机构的死点位置曲柄摇杆机构的死点位置1 1、死点位置、死点位置 第51页，讲稿共103张，创作于星期日2 2、机构通过死点采取的措施、机构通过死点采取的措施 对对于于传传动动机机构构来来讲讲，死死点点是是不不利利的的，应应采采取取措措施施使使机机构构能能顺利通过死点位置。顺利通过死点位置。利用惯性利用惯性B2C2踏板踏板缝纫机主运动机构缝纫机主运动机构脚脚AB1C1D 缝纫机脚踏板机构缝纫机脚踏板机构第52页，讲稿共103
27、张，创作于星期日 使各组机构的死点相互错开排列使各组机构的死点相互错开排列机车车轮联动机构机车车轮联动机构第53页，讲稿共103张，创作于星期日3 3、死点的利用、死点的利用工工程程实实践践中中，常常利利用用死死点点来来实实现现特特定定的的工工作作要要求求。飞机起落架机构飞机起落架机构AB1C1DB2C2地面地面工工 件件 夹夹 紧紧 机机 构构第54页，讲稿共103张，创作于星期日注意！注意！机构不能运动的三种情况的区别：机构不能运动的三种情况的区别：死点死点、自锁自锁、F 0死点死点 不计摩擦时，机构传动角不计摩擦时，机构传动角=0(0(=90)90)的特的特殊殊位置。利用惯性或其它方法，
28、机构可以通过该位置。位置。利用惯性或其它方法，机构可以通过该位置。自锁自锁 计入摩擦时，驱动力方向满足一定几何条件而使机计入摩擦时，驱动力方向满足一定几何条件而使机构构无法运动的现象，具有方向性。无法运动的现象，具有方向性。F 0 运动链为桁架。运动链为桁架。第55页，讲稿共103张，创作于星期日五铰链四杆机构的运动连续性五铰链四杆机构的运动连续性1.运运动动连连续续性性当当主主动动件件连连续续运运动动时时，从从动动件件能能否否连连续续实实现现给给定定的的各个位置的运动。各个位置的运动。2.可行域可行域 当曲柄当曲柄AB连续转动时，摇杆连续转动时，摇杆CD的摆动范围的摆动范围 或或3.不可行域
29、不可行域由由和和所决定的范围所决定的范围可行域可行域可行域可行域不可行域不可行域不可行域不可行域可行域可行域可行域可行域不可行域不可行域不可行域不可行域运动不连续问题有：运动不连续问题有：错位不连续错位不连续错序不连续错序不连续第56页，讲稿共103张，创作于星期日4.错位不连续错位不连续不连通的两个可行域内的运动不连续。不连通的两个可行域内的运动不连续。1C234ABDC1C2铰铰链链四四杆杆机机构构装装配配模模式式C4C3 CADBB1C1C2ADCB2B不连通域不连通域第57页，讲稿共103张，创作于星期日5.错错序序不不连连续续原原动动件件按按同同一一方方向向连连续续转转动动时时，连连
30、杆杆不不能能按按顺顺序序通通过过给定的各个位置给定的各个位置1C2234AB3DC1C3B1B2图图中中，要要求求连连杆杆依依次次占占据据B1C1、B2C2、B3C3，当当AB沿沿逆逆逆逆时时时时针针针针转转动动可可以以满满足足要要求求，但但沿沿顺顺顺顺时时时时针针针针转转动动，则则不不能能满满足足连杆预期的次序要求。连杆预期的次序要求。第58页，讲稿共103张，创作于星期日铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性小小 结结曲曲 柄柄 存存 在在 条条 件件曲曲 柄柄 存存 在在 条条 件件lmin+lmax l4+l3连架杆或机架中有一
31、杆是最短杆连架杆或机架中有一杆是最短杆急急 回回 特特 性性 及及 行行 程程 速速 比比 系系 数数急急 回回 特特 性性 及及 行行 程程 速速 比比 系系 数数或：或：四四杆杆机机构构传传动动角角、压压力力角角及及死死点点四四杆杆机机构构传传动动角角、压压力力角角及及死死点点 ()F 机机构构传传动动越越有有利利曲柄与机架共线时，出现最小传动角曲柄与机架共线时，出现最小传动角错位不连续错位不连续错序不连续错序不连续第59页，讲稿共103张，创作于星期日8-4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计一、平面连杆设计的基本问题一、平面连杆设计的基本问题1.1.平面连杆机构设计的基本任务平面连杆
32、机构设计的基本任务1)根据给定的设计要求选定机构型式；根据给定的设计要求选定机构型式；2)确确定定各各构构件件尺尺寸寸，并并要要满满足足结结构构条条件件、动动力力条条件件和和运运动连续条件等。动连续条件等。2.2.平面连杆机构设计的三大类基本命题平面连杆机构设计的三大类基本命题1)满足预定运动的规律要求满足预定运动的规律要求2)满足预定的连杆位置要求满足预定的连杆位置要求3)满足预定的轨迹要求满足预定的轨迹要求第60页，讲稿共103张，创作于星期日（1 1）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系
33、；要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要要求求在在原原动动件件运运动动规规律律一一定定的的条条件件下下，从从动动件件能能够够准准确确地地或或近似地满足预定的运动规律要求。近似地满足预定的运动规律要求。满满足足两两连连架架杆杆转转角角的的预预定定对对应应位位置置关关系系要要求求的的机机构构示示例例 车车门门开开闭闭机机构构设设计计时时要要求求两两连连架架杆杆的的转转角角应应大大小小相相等等，方方向向相相反反，以以实实现现车车门门的的起起闭闭第61页，讲稿共103张，创作于星期日满足预定运动的规律要求机构示例满足预定运动的规律要求机构示例对数计算机构对数计算机构近近似似再再现现函函数数
34、y=log x的的 平平 面面 四四 杆杆 机机 构构（2 2）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求）满足预定的连杆位置要求设设计计时时要要求求连连杆杆能能依依次次点点据据一一系系列列的的预预定位置。定位置。(又称为又称为导引机构的设计导引机构的设计 )机机构构示示例例 飞飞机机起起落落架架机机构构设设计计时时要要求求机机轮轮在在放放下下和和收收起起时时连连杆杆BC占占据据图图示示的的两两个个共共线线位位置。置。第62页，讲稿共103张，创作于星期日（3 3）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求设计时要求在机构运动过程
35、中，连杆上某点能实现预定的轨迹设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。(又称又称为为轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计)机构示例机构示例鹤式起重机鹤式起重机机构示例机构示例搅拌机机构搅拌机机构3.3.设计方法设计方法:1 1）解析法）解析法 2 2）图解法）图解法 3 3）实验法）实验法第63页，讲稿共103张，创作于星期日二、用图解法设计四杆机构二、用图解法设计四杆机构 1.按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构实现给定运动要求实现给定运动要求2.按连杆预定位置设计四杆机构按连杆预定位置设计四杆机构实现给定连杆位置（轨迹）要求实现给定连杆位置（轨
36、迹）要求3.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构实现给定连架杆位置实现给定连架杆位置（轨迹）要求（轨迹）要求 1.按给定的按给定的行程速比系数行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构设计要求设计要求：已知摇杆的长度已知摇杆的长度CD、摆角摆角 及行程速比系数及行程速比系数K。设计过程：设计过程：1)计算极位夹角：计算极位夹角：2)选定机构比例尺，作出极位图：选定机构比例尺，作出极位图：第64页，讲稿共103张，创作于星期日GF(除弧除弧除弧除弧FGFG以外以外以外以外)I IM N90-C1C2D P B1B2A3)联联C1C2，过过C
37、2 作作C1M C1C2；另另过过C1作作 C2C1N=90-射射线线C1N，交交C1M于于P点；点；4)以以C1P 为为直直径径作作圆圆I I，则则该该圆圆上上任任一一点点均均可可作作为为A铰链，铰链，有无穷多解。有无穷多解。设曲柄长度为设曲柄长度为a，连杆长度为，连杆长度为b，则，则:第65页，讲稿共103张，创作于星期日C2B2 C1B1 I IGFC1C2D B1B2A错位不连续问题错位不连续问题A A铰铰链链不不能能选选定定在在铰铰链链不不能能选选定定在在FGFG弧弧 段段弧弧 段段不连通域不连通域不连通域不连通域第66页，讲稿共103张，创作于星期日 90-P AE2aIIIIOa
38、ObI IC1C2D 欲得确定解，则需附加条件：欲得确定解，则需附加条件：(1)给定机架长度给定机架长度d；(2)给定曲柄长度给定曲柄长度a；(3)给定连杆长度给定连杆长度b(1)给定机架长度给定机架长度d的解：的解：(2)给定曲柄长度给定曲柄长度a的解：的解：作图步骤：作图步骤：证明：证明：第67页，讲稿共103张，创作于星期日(3)给定连杆长度给定连杆长度b的解：的解：I I 90-PIIIIIIE2b AC1C2D OaOb作图步骤：作图步骤：证明：证明：第68页，讲稿共103张，创作于星期日曲柄滑块机构曲柄滑块机构已知条件：已知条件：滑块行程滑块行程H、偏距偏距e和行程速比系数和行程速
39、比系数K设计过程：设计过程：I IM N90-P B1B2AC1C2有无穷多解有无穷多解设曲柄长度为设曲柄长度为a，连杆长，连杆长度为度为b，则，则:第69页，讲稿共103张，创作于星期日摆动导杆机构摆动导杆机构对对于于摆摆动动导导杆杆机机构构,由由于于其其导导杆杆的的摆摆角角 刚刚好好等等于于其其极极位位夹夹角角，因因此此，只只要要给给定定曲曲柄柄长长度度LAB(或或给给定定机机架架长长度度LAD)和和行程速比系数行程速比系数K就可以求得机构就可以求得机构。分析：分析：由由于于与与导导杆杆摆摆角角相相等等，设设计计此此机机构构时时，仅需要确定曲柄仅需要确定曲柄 a。i.计算计算180(K-1
40、)/(K+1)；ii.任选任选D作作mDniii.取取A点，使得点，使得AD=d,则则:a=d sin(/2)已知：已知：机架长度机架长度d，K，设计此机构。设计此机构。=mndAD=BADB第70页，讲稿共103张，创作于星期日2.按按连杆连杆预定位置设计四杆机构预定位置设计四杆机构1)1)已知连杆上两活动铰链的中心已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知位置（即已知LBC）2)已知机架上固定铰链的中心已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知位置（即已知LAD）i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构，设计四杆机构ii.已已知知连
41、连杆杆上上在在运运动动过过程程中中的的三三个个位位置置B1C1、B2C2、B3C3，设设计计四四杆杆机构。机构。i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构，设计四杆机构ii.已知连杆上在运动过程中的已知连杆上在运动过程中的三个位置三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计四杆机构，设计四杆机构第71页，讲稿共103张，创作于星期日1)1)已知连杆上两活动铰链的中心已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知位置（即已知LBC）i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构，设计四杆机构c12
42、设计步骤：设计步骤：b12设计分析：设计分析：铰铰链链和和位位置置已已知知，固固定定铰铰链链和和未未知知。铰铰链链和和轨轨迹迹为为圆圆弧弧，其其圆圆心心分分别别为为点点和和。和分别在和分别在B1B和和C1C的垂直平分线上。的垂直平分线上。DAB1C1C2B2a)联联B1B，作垂直平分线，作垂直平分线b12铰铰链链b)联联C1C，作垂直平分线，作垂直平分线c12铰铰 链链D有无穷多解有无穷多解第72页，讲稿共103张，创作于星期日c23b23ii.已知连杆上在运动过程中的已知连杆上在运动过程中的三个位置三个位置B1C1、B2C2、B3C3，设计，设计四杆机构。四杆机构。b12c12AB1C1C2
43、B2B3C3D唯一解唯一解第73页，讲稿共103张，创作于星期日2)已知机架上固定铰链的中心已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知位置（即已知LAD）i.已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构，设计四杆机构ADE1F1E2F2设计方法设计方法采用采用转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)转转转转化化化化机机机机构构构构法法法法或或或或反反反反转转转转法法法法根根据据机机构构的的倒倒置置理理论论，通通过过取取不不同同构构件件为为机机架架，将将活活动动铰铰链链位位置置的的求求解解转转化化为为固固定定铰铰链链的的求求解解设设计计四四杆杆机机
44、构构的方法。的方法。第74页，讲稿共103张，创作于星期日C2B2B2C2 12 12AB1C1DAB1C1D 12 12ADv转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)原理：原理：其其原原理理与与取取不不同同构构件件为为机机架架的的演演化化方方法法（称称为为“机机构构倒倒置置”原原理理）完完全全相相同同，即即相相对对运运动动不不变变原原理理。当当给给整整个个机机构构加加一一个个共共同同的的运运动动时时，虽虽然然各各构构件件的的绝绝对对运运动动改改变变了了，但但是是各各构构件件之之间间的的相相对对运运动动并并不不发发生生变变化化，亦亦即即各各构件的相对尺寸不发生改变。构件的相对尺寸不发生改变。对
45、对转转化化后后的的机机构构进进行行设设计计与与对对原原机机构构设设计计的的结结果果是是完完全全一一样样的的，这这样样就就可可以以将将活活动动铰铰链链位位置置的的求求解解问问题题转转化化为为固固定定铰链的求解铰链的求解问题。问题。以以连连杆杆为为相相对对机机架架的的情情况况第75页，讲稿共103张，创作于星期日ADB2C2E E2 2F F2 2以连杆上任一线为相对机架的情况以连杆上任一线为相对机架的情况所所得得结结果果与与以以连连杆杆为为相相对对机机架架时时相相同同，故故设设计计时时可可以以连连杆杆上上任任意意线线为为相相对机架进行，结果相同对机架进行，结果相同。AB1C1DAD第76页，讲稿
46、共103张，创作于星期日 12 12C1B1ADE1F1E2F2AD已知连杆在运动过程中的已知连杆在运动过程中的两个位置两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构，设计四杆机构转化机构法转化机构法(或或反转法反转法)的应用的应用有无穷多解有无穷多解第77页，讲稿共103张，创作于星期日ADE1F1ii.已知连杆上在运动过程中的已知连杆上在运动过程中的三个位置三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计，设计四杆机构四杆机构E2F2E3F3A2D2A3D3C1B1唯一解唯一解第78页，讲稿共103张，创作于星期日v反反转转法法或或转转化化机机构构法法的的具具体体作作图图方方法法为为了了不不改改变变反
47、反转转前前后后机机构构的的相相对运动，作图时对运动，作图时将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；用用作作全全等等四四边边形形或或全全等等三三角角形形的的方方法法，求求出出转转化化后后机机构构的的各各构构件件的的相相对位置。对位置。这一方法又称为这一方法又称为“刚化刚化反转法反转法”。反转作图法只限于求解反转作图法只限于求解两位置两位置或或三位置三位置的设计问题的设计问题 第79页，讲稿共103张，创作于星期日3.按按两连架杆两连架杆预定的对应位置设计四杆机构预定的对应位置设计四杆机构设计方法设计方法采用采用转化机构法转化机构法(或或
48、反转法反转法)B2C2AB1C1D 12 12以连架杆为相对机架以连架杆为相对机架1)按两连架杆两个对应位置按两连架杆两个对应位置设计四杆机构设计四杆机构2)按两连架杆三个对应按两连架杆三个对应位置设计四杆机构位置设计四杆机构设计问题：设计问题：12B2 A 第80页，讲稿共103张，创作于星期日1)按两按两连架杆两个连架杆两个对应位置设计四杆机构对应位置设计四杆机构已知：已知：机架长度机架长度 LAD=d 两连架杆对应转角两连架杆对应转角 12、12 。设计：设计：四杆机构四杆机构 12 ld 12 121221B1B2C1B2-12ADd有无穷多解有无穷多解第81页，讲稿共103张，创作于
49、星期日2)按两按两连架杆三个连架杆三个对应位置设计四杆机构对应位置设计四杆机构C C1 1B3_B2B B1 1A AD DC C1 1C2C3请求出请求出B1讨论：讨论：1、哪个构件应成为相对机架？、哪个构件应成为相对机架？2、反转角为哪个？、反转角为哪个？_E3E2B B1 1A AD DB2B3E1已知：已知：机架长度机架长度LAD、一、一连架杆长度连架杆长度 LAB及其起始位置、及其起始位置、两连架杆对应转两连架杆对应转角角 12、12、13、13。设计四杆机构设计四杆机构第82页，讲稿共103张，创作于星期日v四杆机构及其特点四杆机构及其特点v平面四杆机构的类型平面四杆机构的类型v平
50、面四杆机构的基本性质平面四杆机构的基本性质平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件急回运动急回运动四杆机构传动角及压力角四杆机构传动角及压力角铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性v平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题 设计方法：解析法、设计方法：解析法、图解法图解法、实验法、实验法基本型式基本型式演化型式演化型式小小结结重点第83页，讲稿共103张，创作于星期日 三用解析法设计四杆机构三用解析法设计四杆机构 建立解析关系式建立解析关系式求解所需的机构尺度参数求解所需的机构尺度参数 1.1.按预定的运动规律设计四杆机构按预