平面四杆机构的设计

1、 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合尺度综合确定各构件的尺度参数确定各构件的尺度参数(长度尺寸长度尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。44 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 平面连杆机构在工程实际中应用十分广泛。根据工作对机构所要实现运动平面连杆机构在工程实际中应用十

2、分广泛。根据工作对机构所要实现运动的要求，这些范围广泛的应用问题，通常可归纳为三大类设计问题。的要求，这些范围广泛的应用问题，通常可归纳为三大类设计问题。 实现刚体给定位置的设计实现刚体给定位置的设计 在这类设计问题中，要求所设计的机构能引导一个刚体顺序通过一系列给在这类设计问题中，要求所设计的机构能引导一个刚体顺序通过一系列给定的位置。该刚体一般是机构的连杆。定的位置。该刚体一般是机构的连杆。 图示的铸造造型机砂箱翻转机构，砂箱固结在连杆图示的铸造造型机砂箱翻转机构，砂箱固结在连杆BC上，要求所设计的上，要求所设计的机构中的连杆能依次通过位置机构中的连杆能依次通过位置，以便引导砂箱实现造型振

3、实和拔模两个，以便引导砂箱实现造型振实和拔模两个动作。动作。 这类设计问题通常称为这类设计问题通常称为刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计。实现预定运动规律的设计实现预定运动规律的设计 在这类设计问题中，要求所设计机构的主、从动连架杆之间的运动关系在这类设计问题中，要求所设计机构的主、从动连架杆之间的运动关系能满足某种给定的函数关系。能满足某种给定的函数关系。这类设计问题通常称为这类设计问题通常称为函数生成机构的设计函数生成机构的设计。 如车门开闭机构，工作要求两连架杆的转角满足大小相等而转向相反的运动关系，如车门开闭机构，工作要求两连架杆的转角满足大小相等而转向相反的运动关系，以实现车门的开

4、启和关闭；又如在工程实际的许多应用中，要求在主动连架杆匀速以实现车门的开启和关闭；又如在工程实际的许多应用中，要求在主动连架杆匀速运动的情况下，从动连架杆的运动具有急回特性，以提高劳动生产率。运动的情况下，从动连架杆的运动具有急回特性，以提高劳动生产率。实现预定轨迹的设计实现预定轨迹的设计 在这类设计问题中，要求所设计的机构连杆上一点的轨迹，能与给定的在这类设计问题中，要求所设计的机构连杆上一点的轨迹，能与给定的曲线相一致，或者能依次通过给定曲线上的若干有序列的点。曲线相一致，或者能依次通过给定曲线上的若干有序列的点。 这类设计问题通常称为这类设计问题通常称为轨迹生成机构轨迹生成机构的设计。的

5、设计。 例如例如 鹤式起重机工作要求连杆上吊钩滑轮中心鹤式起重机工作要求连杆上吊钩滑轮中心E点的轨迹为一直线，以避免被吊点的轨迹为一直线，以避免被吊运的物体作上下起伏。运的物体作上下起伏。平面连杆机构的设计方法平面连杆机构的设计方法 大致可分为图解法、解析法和实验法三类。大致可分为图解法、解析法和实验法三类。图解法图解法解析法解析法实验法实验法 直观性强、简直观性强、简单易行。对于某些单易行。对于某些设计往往比解析法设计往往比解析法方便有效，它是连方便有效，它是连杆机构设计的一种杆机构设计的一种基本方法。设计精基本方法。设计精度低，不同的设计度低，不同的设计要求，图解的方法要求，图解的方法各异

6、。对于较复杂各异。对于较复杂的设计要求，图解的设计要求，图解法很难解决。法很难解决。 解析法精解析法精度较高，但计度较高，但计算量大，目前算量大，目前由于计算机及由于计算机及数值计算方法数值计算方法的迅速发展，的迅速发展，解析法已得到解析法已得到广泛应用。广泛应用。 实验法通实验法通常用于设计运常用于设计运动要求比较复动要求比较复杂的连杆机构，杂的连杆机构，或者用于对机或者用于对机构进行初步设构进行初步设计。计。2.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构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。c )给定连杆四组位置给定连杆四组位置B1C1B2C2AD将铰链将铰链A、D分别选在

7、分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。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唯一解，但设计复杂，不讨论。有唯一解，但设计复杂，不讨论。有无穷多组解。有无穷多组解。ADB1C1B2C2B3C3AD2.1刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计2.2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a) 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计，设计此机构。步骤如下：此机构。步骤如下：任取一点任

8、取一点D D，作等腰三角形腰长，作等腰三角形腰长 为为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P 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。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为a a，连杆为，连杆为b b，则，则A A C1=a+b,=a+b,以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得： a=EC1/ 2 b= A b= A C1EC1/ 290-PAEC1C2A A C2=b-a=b-a，故有：，故有： a=( A A C1A A C2)/ 2D C2C1P=90, ,交于交于P;P;22aC1C2eb

9、) 曲柄滑块机构曲柄滑块机构H90-oAE已知已知K K，滑块行程，滑块行程H H，偏距，偏距e e，设计此机构设计此机构 。计算计算180180(K-1)/(K+1);(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： a=EC2/ 2 b= A b= A C2EC2/ 2作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。90-作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求。，即为所求。 已知固定铰

10、链点已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连，设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系架杆可以实现三组对应关系函数生成机构函数生成机构 刚体导引机构刚体导引机构？2.3 函数生成机构的设计函数生成机构的设计d d刚化反转法刚化反转法 以以CD杆为机架时看到的四杆机构杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当的位置相当于把以于把以AD为机架时观察到的为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以的位置刚化，以D轴为中心转过轴为中心转过 得到的。得到的。21 低副可逆性；低副可逆性； 机构在某一瞬时，各构机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形相当于一

11、个刚体，其形状不会随着参考坐标系状不会随着参考坐标系不同而改变。不同而改变。设计一四杆机构设计一四杆机构, ,实现连架杆预定对应位置实现连架杆预定对应位置ABCD1234B1f10B2f12E112E2EAD1 1） 用反转法求相对位置、相用反转法求相对位置、相对运动轨迹对运动轨迹 。B2C2 f fAB1C1DB2AC2B1B2f10f1212AD10E1E2B2 试设计铰链四杆机构试设计铰链四杆机构, , 实现连架杆两对对应位置实现连架杆两对对应位置. .12 C1例例. . 已知已知: LAB、LAD、f f10、f f12、 10、 12 . ABCD1234铰链四杆机构铰链四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .以 mL =作图作图. .LBC= mLB1C1 = 、 LCD= mLC1D = . 已知点已知点(B)(B)绕未知点绕未知点(C)(C)的转动中心的转动中心(D)(D)反转反转. .B1B2f10f1212AD10E1E2E313f13B312B2 12B3C1设计铰链四杆机构设计铰链四杆机构, ,实现连架杆三对对应位置实现连架杆三对对应位置. .铰链四杆机构铰链四杆机构 ABAB1 1C C1 1D D 为所求为所求. .本章重点：本章重点：1.四杆机构的基本形式、演化及应用；四杆