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1、第三章第三章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计31 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点32 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用33 有关平面四杆机构的一些基本学问有关平面四杆机构的一些基本学问34 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计连杆机构的应用实例：连杆机构的应用实例：抽油机抽油机内燃机内燃机鹤式起重机鹤式起重机自卸机构自卸机构平行四边形机构平行四边形机构起水起水 机构机构缝纫机缝纫机雷达机构雷达机构开链机械手开链机械手开门机构开门机构应用实例：应用实例：特征：有一作平面困难运动的构件，称为连杆。特征：有一作平面困难运动的构件，称为连杆。特点：特点：接受低副。面
2、接触、承载大、便于润滑、不易磨损接受低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形态简洁、易加工、简洁获得较高的制造精度。形态简洁、易加工、简洁获得较高的制造精度。变更杆的相对长度，从动件运动规律不同。变更杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。定义：定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。331 1 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点内内燃燃机机、鹤鹤式式吊吊、火火车车轮轮、手手动动冲冲床床、牛牛头头刨刨床床、椭椭圆圆仪仪、机机械械手手爪爪、开开窗窗户户支支撑撑、公公共共汽汽车车开开关关门
3、门、折折叠叠伞伞、折叠床、折叠床、牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。牙膏筒拔管机、单车制动操作机构等。缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。设计困难，难以实现精确的轨迹。设计困难，难以实现精确的轨迹。分类分类:本章重点内容是介绍本章重点内容是介绍四杆机构。四杆机构。平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：常以构件数命名：四杆机构四杆机构、多杆机构多杆机构。基本型式铰链四杆机构，其它基本型式铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演化得到的。四
4、杆机构都是由它演化得到的。名词说明：名词说明：机架；机架；共有三种基本型式：（1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摇摆。作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摇摆。如雷达天线。如雷达天线。连杆连杆作平面运动的构件；作平面运动的构件；摇杆摇杆作定轴摇摆的构件；作定轴摇摆的构件；曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；周转副周转副能作能作360360 相对回转的运动副；相对回转的运动副；摆转副摆转副只能作有限角度摇摆的运动副。只能作有限角度摇摆的运动副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆32 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型
5、和应用1.平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式机架机架连架杆连架杆连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABC1243DABDC1243（2 2）双曲柄机构双曲柄机构特征：两个曲柄特征：两个曲柄作用：将等速回转转变为作用：将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。回转。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄主动曲柄主动缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构应用实例：如应用实例：如叶片泵、惯性筛叶片泵、惯性筛等。等。2143摇杆主动摇杆主动3124作者：潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 34 4旋转式叶片泵旋转式叶片泵作者：潘存云教授A AD
6、 DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6惯性筛机构惯性筛机构31作者：潘存云教授ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB作者：潘存云教授耕地耕地料斗料斗DCAB实例：实例：火车轮火车轮特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构AB=CD特征：两连架杆等长且平行，特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动连杆作平动BC=ADABDC摄影平台摄影平台作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平天平播种机料斗机构播种机料斗机构作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向FAEDGBCABEFDCG平平行行四四边边形形机机构构在在
7、共共线线位位置置出出现现运运动不确定。动不确定。接受两组机构错开排列。接受两组机构错开排列。火车轮火车轮作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授ABDCE（3 3）双摇杆机构双摇杆机构特征：两个摇杆特征：两个摇杆应用举例：铸造翻箱机构应用举例：铸造翻箱机构特例：等腰梯形机构汽车转向机构特例：等腰梯形机构汽车转向机构、风扇摇头机构、风扇摇头机构BCABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDCEABDCE电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆ABDC双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构平面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式
8、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构作者：潘存云教授(1)(1)变更构件的形态和运动尺寸变更构件的形态和运动尺寸偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构s=l sin l2.2.平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式l偏置曲柄滑块机构，偏置曲柄滑块机构，e0e0，滑块滑块运动线与曲柄回转中心不共线；运动线与曲柄回转中心不共线；l对心曲柄滑块机构，对心曲柄滑块机构，e=0e=0，滑块滑块运动线与曲柄回转中心共线；运动线与曲柄回转中心共线；e(2)(2)变更运动副的尺寸变更运动副的尺寸偏心轮机构
9、偏心轮机构下图所示为两种偏心轮机构。构件为圆盘，其几何中心为B。因运动时该圆盘绕轴转动，故称为偏心轮。、之间的距离e称为偏心距。依据相对运动关系，可画出机构运动简图如图中红线所示。由图可知，偏心轮是将转动副扩大到包括转动副而形成的，偏心距e即为曲柄的长度。当曲柄长度很小或传递很大的动力时，通常都把曲柄做成偏心轮。这样一方面提高了偏心轴的强度和刚度(因轴颈的直径增大了)；另一方面当轴颈位于中部时也便于安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮机构广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式裂开机、内燃机等机械中。(0360)(0360)(360)(360)1234ABCD曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构
10、双曲柄机构(0360)(0360)(360)(360)1234ABDC双摇杆机构双摇杆机构(0360)(0360)(360)1234ABCD(360)取不同构件为机架各构件取不同构件为机架各构件间的相对运动关系不变间的相对运动关系不变整周转动副整周转动副(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架导杆机构导杆机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为组成移动副的两活动构件，画成杆状的构件称为导导杆杆，画成块状的构件称为，画成块状的构件称为滑
11、块滑块。牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例:作者：潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床作者：潘存云教授ABDCE123456应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架ACB1234应用实例应用实例B34C1A2应用实例应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2应用实例应用实例A1C234B导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BC作者：潘存云教授(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架314A2BC直动滑杆机构直动滑杆机构手摇唧筒手摇唧筒这种
12、通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：方法称为：机构的倒置机构的倒置BC3214A导杆机构导杆机构314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC摇块机构摇块机构314A2BCABC3214椭圆仪机构椭圆仪机构实例：实例：选择双滑块机构中的不同构件选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构作为机架可得不同的机构作者：潘存云教授1234正弦机构正弦机构3214(4)(4)运动副元素的逆换运动副元素的逆换将将低低副副两两运运动动副副元元素素的的包包涵涵关关系系进进行行逆逆换换，不不影影响响两两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动
13、。导杆机构导杆机构4321摇块机构摇块机构3214作者：潘存云教授abdcCBAD平面四杆机构具有平面四杆机构具有整转副整转副可能存在可能存在曲柄。曲柄。b(d a)+c则由则由BCD可得：可得：则由则由B”C”D可得：可得：a+d b+cc(d a)+bAB为最短杆为最短杆最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和 a+b c+d333 3 有关平面四杆机构的一些基本学问有关平面四杆机构的一些基本学问1.1.平面四杆机构有曲柄的条件平面四杆机构有曲柄的条件C”abdcADd-a设设adad，同理有：，同理有：da,db,dcAD为最短杆为最短杆ad中必有一个是机架将以上三式两两相加得：将以上三
14、式两两相加得：什么条件下存在整转副？什么条件下存在整转副？a b,ac,ad连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。可可知知：当当满满足足杆杆长长条条件件时时，其其最最短短杆杆参参与与构构成成的的转转动动副都是整转副。副都是整转副。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和其他两杆长度之和此时，铰链此时，铰链A为整转副。为整转副。若取若取BC为机架，则结论相同，可知铰链为机架，则结论相同，可知铰链B也是整转副。也是整转副。称为称为杆长条件杆长条件。作者：潘存云教授ABCDabcd作者：潘存云教授当当满满足足杆杆长长条条件件时
15、时，说说明明存存在在整整转转副副，当当选选择择不不同同的的构件作为机架时，可得不同的机构。如：构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆曲柄摇杆1 1、曲柄摇杆、曲柄摇杆2 2、双曲柄、双曲柄、双摇杆机构。双摇杆机构。当不满足杆长条件时，不存在整转副，当不满足杆长条件时，不存在整转副，只能是只能是双摇杆机构双摇杆机构解；解；1）AD为机架，为机架，AB为曲柄，故为曲柄，故AB为最短杆，有为最短杆，有 LAB+LBCLCD+LAD 则，则，LAB LCD+LAD-LBC=350+300-500=150mm LABmax=150mm 2）AD为机架，为机架，AB及及CD均为曲柄，故均为曲柄，故A
16、D必为最短杆，有两种状况必为最短杆，有两种状况a）若）若BC为最长杆，则为最长杆，则LABLBC=500，且，且LAD+LBCLAB+LCD 故故 LABLAD+LBC-LCD=300+500-350=450mm 得得 450mmLAB 500mmb）若）若AB为最长杆，则为最长杆，则LABLBC=500，且，且LAD+LABLBC+LCD 故故 LAB LBC+LCD-LAD=500+350-300=550mm 得得 500mmLAB 550mm所以所以 LABmin=450mm ACDB解：解：3）假如机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双摇杆机构。）假如机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双
17、摇杆机构。a)若若LAB为最短杆，则为最短杆，则 LAB+LBCLCD+LAD 故故 LABLCD+LAD-LBC=350+300-500=150mm b)若若LAB为最长杆，则为最长杆，则 LAB+LADLCD+LBC 故故 LABLCD+LBC-LAD=350+500-300=550mm c)若若LAB既不是最长杆也不是最短杆，则既不是最长杆也不是最短杆，则 LAD+LBCLCD+LAB 故故 LABLAD+LBC-LCD=300+500-350=450mm 若要保证机构成立，则应有若要保证机构成立，则应有LABLAD+LBC+LCD=300+500+350 =1150mm故当该机构为双摇
18、杆机构时，故当该机构为双摇杆机构时，LAB 的取值范围为；的取值范围为；150mmLABt2 V2 V1t1 t2 V2 V1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。用以下比值表示急回程度称称K为为行程速比系数行程速比系数。且且越大，越大，K值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。只要只要 0，就有就有 KK1所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来推断机构是否有急回运动或运动的程度。设计新机械时，往往先给定设计新机械时，往往先给定K值，于是值，于是:作者：潘存云教授FF F”当当BCD90BCD90时，时，BCDBCD3.压力角和传动角压力角和传动角压力角：压力角：从动
19、件驱动力从动件驱动力F F与力作用点确定速度之间所夹锐角，与力作用点确定速度之间所夹锐角，。设计时要求设计时要求:minmin5050minmin出现的位置：出现的位置：当当BCD90BCD90时，时，180-BCD180-BCD切切 向向 分分 力力:F=F=FcosFcos法向分力法向分力:F”=FcosF”=Fcos FF对传动有利对传动有利。=Fsin=Fsin称称为为传动角传动角。此位置确定是：主动件与机架共线两处之一。此位置确定是：主动件与机架共线两处之一。为了保证机构良好的传力性能ABCDCDBAFF”F可用可用的大小来表示机构传动力性能的好坏的大小来表示机构传动力性能的好坏,当
20、当BCDBCD最小或最大时，都有可能出现最小或最大时，都有可能出现minmin如何确定如何确定minmin呢？呢？作者：潘存云教授车门车门C1B1abcdDA由余弦定律有：由余弦定律有：B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc BB2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若BB1 1C C1 1D90,D90,则则若若BB2 2C C2 2D90,D90,则则1 1BB1 1C C1 1D D2 2180-B180-B2 2C C2
21、 2D D机机构构的的传传动动角角一一般般在在运运动动链链最终一个从动件上度量。最终一个从动件上度量。v1 1minminBB1 1C C1 1D,180-BD,180-B2 2C C2 2DDminminC2B22 2F F作者：潘存云教授F4.机构的死点位置机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有：与曲柄两次共线时，有：此时此时机构不能运动机构不能运动.避开措施：避开措施：两组机构错开排列，如火车轮机构两组机构错开排列，如火车轮机构;称此位置为：称此位置为：“死点死点”0 0靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内燃机、缝纫机等）。（如内燃机、缝纫机等）。FAEDG
22、BCABEFDCG0 0F0 0作者：潘存云教授作者：潘存云教授工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P钻孔夹具钻孔夹具=0=0TABDC飞机起落架飞机起落架ABCD=0=0F也可以利用死点进行工作也可以利用死点进行工作：飞机起落架、钻夹具起落架、钻夹具等。等。作者：潘存云教授作者：潘存云教授5.铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。可行域：可行域：摇杆的运动范围（摇杆的运动范围（C C1 1DCDC2 2）or(C or(C1 1DCDC2 2)。不行行域：摇杆不能达到的区域。不行行域：摇杆不能
23、达到的区域。设计时不能要求从一个可行域跳过不行行域进入另一个可行域。设计时不能要求从一个可行域跳过不行行域进入另一个可行域。称此为称此为错位不连续。错位不连续。错序不连续错序不连续设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。C1C2C1C2CCADBDAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B2C2B3C334 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题2.用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构3.1按
24、预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构3.4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一、平面四杆机构设计的主要任务：一、平面四杆机构设计的主要任务：依据机构所要完成的运动功能而提出的设计条件（运动条件、依据机构所要完成的运动功能而提出的设计条件（运动条件、几何条件和传力条件等），进行：几何条件和传力条件等），进行：机构选型依据给定的运动要求选择机构的类型；机构选型依据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合确定各构件的尺度参数尺度综合确定各构件的尺度参数(长度尺寸长
25、度尺寸)，画出机构运动，画出机构运动 简图。简图。连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 1)满足预定的运动规律满足预定的运动规律(函数生成问题函数生成问题)2)满足预定的连杆位置要求满足预定的连杆位置要求3)满足预定轨迹的要求满足预定轨迹的要求作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADCB飞机起落架飞机起落架BC1)满足预定的运动规律满足预定的运动规律(函数生成问题函数生成问题)预定的运动规律预定的运动规律-飞机起落架飞机起落架 函数机构函数机构-y=logx函数机构函数机构要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD 二、二、连杆机构设计的基本问
26、题连杆机构设计的基本问题-三类设计要求三类设计要求作者：潘存云教授三类设计要求：三类设计要求：2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。要求连杆在两个位置要求连杆在两个位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 BCABDC三类设计要求：三类设计要求：3)满足预定轨迹的要求，如搅拌机、鹤式起重机构。满足预定轨迹的要求，如搅拌机、鹤式起重机构。鹤式起重机：鹤式起重机：给定的设计条件：给定的设计条件：1)几何条件几何条件（给定连架杆或连杆的位置）（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件运动条件（给定（给定K）3)动力条件动力条件（给定（给定minmin）设计方法
27、：图解法、解析法、试验法设计方法：图解法、解析法、试验法平面四杆机构运动设计的问题概括成下述两个基本问题平面四杆机构运动设计的问题概括成下述两个基本问题（2 2）实现已知轨迹问题）实现已知轨迹问题（1 1）实现已知运动规律问题；）实现已知运动规律问题；平面四杆机构的一些基本学问平面四杆机构的一些基本学问 1、平面四杆机构的曲柄存在条件平面四杆机构的曲柄存在条件C2A1a4b3cdBD2以最短杆为机架，则此机构为以最短杆为机架，则此机构为双曲柄机构双曲柄机构；以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆以最短杆的相邻构件为机架，则此机构为以最短杆为曲柄的为曲柄的曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构；且且：1
28、3以最短杆的对边构件为机架，则此机构为以最短杆的对边构件为机架，则此机构为双摇杆机构双摇杆机构。最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其它两杆 长度之和长度之和 满足杆长和条件满足杆长和条件推论：假如最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和推论：假如最短杆与最长杆的长度之和大于其它两杆长度之和（不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架，（不满足杆长和条件），则不论选哪个构件为机架，都为双摇都为双摇杆机构。杆机构。连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。2 急回作用与行程速度变更系数急回作用与行程速度变更系数(coefficient of
29、travel speed variation)空回行程平均速度空回行程平均速度v2与工作行程平均速度与工作行程平均速度v1之比。之比。1）平面四杆机构具有急回特性的条件：平面四杆机构具有急回特性的条件：（1）原动件作等速整周转动；）原动件作等速整周转动；（2）输出件作往复运动；）输出件作往复运动；（3）曲柄滑块机构的急回特性曲柄滑块机构的急回特性应用：节约返程时间，如牛头刨、应用：节约返程时间，如牛头刨、往复式输送机等。往复式输送机等。思索题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？思索题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对于须要有急回运动的机构，常常是依据须要的行程速比系数K,先求出，然后在设计各构
30、件的尺寸。C1B1B2HC2偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构2AB134eCab,有急回特性。有急回特性。B1B2HH=2a,无急回特性。无急回特性。314A对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构B2CabC1C2B2B1AB有急回特性。有急回特性。导杆机构导杆机构的急回特性的急回特性 3 压力角、传动角压力角、传动角1）压力角）压力角(pressure angle)与传动角与传动角(transmission angle)在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使从动件运在不计摩擦力、重力、惯性力的条件下，机构中驱使从动件运动的力的方向线与从动件上受力点的速度方向线所夹的锐角。动的力的方向线与从
31、动件上受力点的速度方向线所夹的锐角。压力角：压力角：传动角：传动角：压力角的余角。vcFF1F21ABCD234越小，传力越好越小，传力越好。越大，传力越好越大，传力越好。王王树树才才B2 DAC2B1C14、机构的死点位置、机构的死点位置(dead point positions)画出压力角画出压力角1C234ABDabcdvBFB死点：死点：当机构处于传动角当机构处于传动角（或压力角（或压力角）的机构位置的机构位置F0 0F0 05.运动的连续性运动的连续性遇到的运动不连续问题有：遇到的运动不连续问题有：1.错序不连续错序不连续1C234ABDC1C21C3234AB2DC1C2B1B32
32、.错位不连续错位不连续王王树树才才王王树树才才1)按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD将将铰铰链链A、D分分别别选选在在B1B2，C1C2连连线线的的垂垂直直平平分分线线上上随随意意位置都能满足设计要求。位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三组位置的三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3DB1C1三、三、用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构AB1C1ABCD1)按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解
33、。B2C2AD将将铰铰链链A、D分分别别选选在在B1B2，C1C2连连线线的的垂垂直直平平分分线线上上随随意意位置都能满足设计要求。位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三组位置的三组位置有无穷多组解。有无穷多组解。ADB2C2B3C3DB1C1三、三、用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构AB1C1ADB1C1已已知知:固固定定铰铰链链A、D和和连连架架杆杆的的对对应应位位置置，确确定定活活动铰链动铰链 B、C的位置。的位置。2)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机构的转化原理机构的转化原理作者：潘存云教授B22B22E21B1
34、1E1按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构随意选定构件随意选定构件ABAB的长度的长度连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点点已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。AdDB333E3设计步骤：设计步骤：作者：潘存云教授连接连接B3 E3、DB3得得 B3 E3D将将B3E3D绕绕D旋旋 转转1 1-3 3得得B3点点2)按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。
35、2B22E21B1 1E1AdDB333E3B2B3随意选定构件随意选定构件ABAB的长度的长度连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点点设计步骤：设计步骤：作者：潘存云教授2B22E21B1 1E1AdDB333E3B2B3由由B1 B2 B3 三三点点 求圆心求圆心C1。2)按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。C1B2C2B3C3连接连接B3 E3、DB3得得 B3 E3D将将B3E3D绕绕D旋旋 转转1 1-3 3得得B
36、3点点随意选定构件随意选定构件ABAB的长度的长度连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点点设计步骤：设计步骤：作者：潘存云教授AD3)按连杆上随意标记线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上随意标记线的三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和连杆上某一标记线的三组对应位置：和连杆上某一标记线的三组对应位置：M1N1、M2N2 、M3N3，求铰链，求铰链B、C的位置。的位置。分析分析:铰链铰链A、D相对于铰链相对于铰链B、C的运动轨迹各为一圆弧，依据的运动轨迹各为一圆弧，依据转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转
37、化机构中，转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，AD成为连杆。只要求出原机架成为连杆。只要求出原机架AD相对于标记线的三组对应位置，相对于标记线的三组对应位置，原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。B1ADM1N1M2M3N2N3A”D”C1ADA”D”刚化机构位形刚化机构位形得多边形得多边形 M2N2AD，移动多边形使移动多边形使 M2N2、M1N1重合；重合；在位置在位置3重复前两步骤；重复前两步骤；设计步骤：设计步骤：分别过分别过AAA”和和DDD”求作圆心，得求作圆心，得B、C点。点。作者：潘存云教授E 4)
38、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(1)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180(K-1)/(K+1);已知：已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计此机构。步骤如下：设计此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作PP C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。C2C1P=90,交于交于P;P;90-PDAC1C2选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为a ，连杆为，连杆为b ，则，则:以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为
39、半径作弧交于E,E,得：得：a=EC1/2 b=A=A C1EC1/2,A,A C2=b-a=a=(A A C1A A C2)/2 A A C1=a+b DC1C2ADB1C1作作图图法法设设计计四四杆杆机机构构转转化化为为按按已已知知连连杆杆的的几几组组位位置设计置设计机构的转化原理机构的转化原理作者：潘存云教授E 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曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构任取一点任取一点D D，作等腰三角形，作等腰三角形 腰长为腰长为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作PP C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点
40、必在此圆上。C2C1P=90,交于交于P;P;90-PDAC1C2 DC1C2计算计算180(K-1)/(K+1);作者：潘存云教授E222ae(2)曲柄滑块机构曲柄滑块机构H已已知知K K，滑滑块块行行程程H H，偏偏距距e e，设计此机构，设计此机构 。计算计算:180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射线作射线C1O O 使使C2C1O=90,以以O O为圆心，为圆心，C1O O为半径作圆。为半径作圆。以以A A为圆心，为圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。作偏距线作偏距线
41、e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求。，即为所求。C1C290-90-o90-90-Aa=EC2/2b=Ab=A C2EC2/2作者：潘存云教授作者：潘存云教授ADmn=D(3)导杆机构导杆机构分析：分析：由于由于与导杆摆角与导杆摆角相等，设计此相等，设计此 机构时，仅须要确定曲柄机构时，仅须要确定曲柄 a。计算计算180(K-1)/(K+1);180(K-1)/(K+1);任选任选D D作作mDnmDn，取取A A点，使得点，使得AD=d,AD=d,则则:a=dsin(a=dsin(/2)/2)=Ad作角分线作角分线;已知：机架长度已知：机架长度d，K，设计此机构。设计此机构。？二、二
42、、用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构思思路路：首首先先建建立立包包含含机机构构的的各各尺尺度度参参数数和和运运动动变变量量在在内内的的解解析析关关系系式式，然然后后依依据据已已知知的的运运动动变变量量求求解解所所需需的机构尺度参数。的机构尺度参数。1)按给定的运动规律设计四杆机构按给定的运动规律设计四杆机构2)按预定的连杆位置设计四杆机构按预定的连杆位置设计四杆机构3)按预定的运动轨迹设计四杆机构按预定的运动轨迹设计四杆机构按预定两连架杆对应位置设计按预定两连架杆对应位置设计按期望函数设计按期望函数设计xyABCD12341)按给定的运动规律设计四杆机构按给定的运动规律设计四杆机构给定连
43、架杆对应位置：给定连架杆对应位置：构件构件3和构件和构件1满足以下位置关系：满足以下位置关系：abcd建立坐标系建立坐标系,设构件长度为：设构件长度为：a、b、c、d在在x,yx,y轴上投影可得：轴上投影可得：a+b=c+d机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角.a coc(1i i+0)+bcos2i i=c cos(3i i+0)+d a sin(1i i+0)+b sin2i i=c sin(3i i+0)3i if(1i i)i=1,2,3n设计此四杆机构设计此四杆机构(求各构件长度求各构件长度)。1i i3i i2i i 令：令：a/a=1
44、b/a=l c/a=m d/a=nxyABCD1234abcd1 1i i3 3i i2i i 00P1P2令令:P0消去消去2i2i整理得：整理得：coscos(1i1i+0 0)m cos(3i+0)-(m/n)cos(3i+0-1i-0)+(m2+n2+1-l2)/(2n)代入移项得：代入移项得：lcos2 i=n+mcos(3i+0)cos(1i+0)lsin2 i=msin(3i+0)sin(1i+0)则上式简化为：则上式简化为：coccoc(1i1i+0 0)P0cos(3i+0)P1 cos(3i+0-1i-0)+P2式式中中包包含含有有p0，p1，p2，0，0五五个个待待定定参
45、参数数,故故四四杆杆机构最多可按两连架杆的五组对应未知精确求解。机构最多可按两连架杆的五组对应未知精确求解。当当i5i5时，一般不能求得精确解，只能用最小二乘法近似求解。时，一般不能求得精确解，只能用最小二乘法近似求解。当当i5i5时，可预定部分参数，有无穷多组解。时，可预定部分参数，有无穷多组解。举举例例：设设计计一一四四杆杆机机构构满满足足连连架架杆杆三三组组对对应应位位置置.(0=0 0=0).(0=0 0=0)1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 345 50 90 80 135 11045 50 90 80 135 1101 11 13 33 3代入方程得：代入方程得：cos9
46、0=Pcos90=P0 0cos80+Pcos80+P1 1cos(80-90)+Pcos(80-90)+P2 2 cos135=Pcos135=P0 0cos110+Pcos110+P1 1cos(110-135)+Pcos(110-135)+P2 2解得相对长度解得相对长度:P P0 0=1.533,=1.533,P P1 1=-1.0628=-1.0628,P,P2 2=0.7805=0.7805各杆相对长度为：各杆相对长度为：选定选定a=100mm,则：则：b=178.3mm,c=155.3mm,d=144.2mm cos45=P cos45=P0 0cos50+Pcos50+P1 1
47、cos(50-45)+Pcos(50-45)+P2 2B1C1ADB2C2B3C32 22 2a=1 1n=-m/P1=1.442l =(m=(m2+n2+1-2nP P2 2)1/2=1.7831.783 m=P P0 0=1.553,coccoc(1i1i+0 0)P0cos(3i+0)P1 cos(3i+0-1i-0)+P2作者：潘存云教授D四、试验法设计四杆机构四、试验法设计四杆机构当给定连架杆位置超过三对时，一般不行能有精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。1)首首先先在在一一张张纸纸上上取取固固定定轴轴A的的位位置置，作作原动件角位移原动件角位移i i2)随意取原动件长度随意取
48、原动件长度AB3)随意取连杆长度随意取连杆长度BC，作一系列圆弧，作一系列圆弧;4)在透亮纸上取固定轴在透亮纸上取固定轴D，作角位移，作角位移iDk15)取一系列从动件取一系列从动件 长度作同心圆弧。长度作同心圆弧。6)两图叠加，移动透亮两图叠加，移动透亮 纸，使纸，使ki落在同一圆落在同一圆 弧上。弧上。iiAC1B11）按两连架杆多组对应位置设计四杆机构）按两连架杆多组对应位置设计四杆机构位置位置 i i 位置位置 i i 12 15 10.8 45 15 15.8 23 15 12.5 56 15 17.5 34 15 14.2 67 15 19.2 作者：潘存云教授ABCDNEM连杆作
49、平面运动连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同其上各点的轨迹均不相同。B,C点的轨迹为圆弧点的轨迹为圆弧;其其余余各各点点的的轨轨迹迹为为一一条条 封闭曲线封闭曲线。设设计计目目标标:就就是是要要确确定定一一组组杆杆长长参参数数,使使连连杆杆上上某某点的轨迹满足设计要求。点的轨迹满足设计要求。2）按预定的运动轨迹设计四杆机构）按预定的运动轨迹设计四杆机构作者：潘存云教授连杆曲线生成器ABCD作者：潘存云教授连杆曲线图谱连杆曲线图谱作者：潘存云教授作者：潘存云教授2）按预定的运动轨迹设计四杆机构）按预定的运动轨迹设计四杆机构ABCDE14325 输送机构输送机构搅拌机构搅拌机构CBADE6步进式
50、步进式例例2设设计计如如图图所所示示的的偏偏置置曲曲柄柄滑滑块块机机构构。已已知知曲曲柄柄长长度度r=100mm，偏偏距距e=20mm，曲曲柄柄的的角角速速度度=100rad/s，对对应应于于j j=450时时的的滑滑块块速速 度度Vc=8m/s，试试 用用 作作 图图 法法 和和 解解 析析 法法 求求 连连 杆杆 的的 长长 度度l。解；解；1）图解法）图解法 取取l=0.005m/mm，并，并选选A点，作点，作AB位置线和滑块位置线和滑块C的导路的导路方向线。方向线。VB=r=1000.1=10m/s VC=8m/s V VC C=V=VB B+V+VCBCB 取取v-1/mm作速度图，