连杆机构的设计

关于连杆机构的设计§8-4平面四杆机构的设计一、平面连杆设计的基本问题1.平面连杆机构设计的基本任务根据给定的设计要求选定机构型式；确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。2.平面连杆机构设计的三大类基本命题满足预定运动的规律要求满足预定的连杆位置要求满足预定的轨迹要求第2页,共25页，2024年2月25日，星期天（1）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；要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例——车门开闭机构设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭第3页,共25页，2024年2月25日，星期天满足预定运动的规律要求机构示例——对数计算机构近似再现函数y=logx的平面四杆机构（2）满足预定的连杆位置要求设计时要求连杆能依次点据一系列的预定位置。(又称为导引机构的设计

)机构示例——飞机起落架机构设计时要求机轮在放下和收起时连杆BC占据图示的两个共线位置。

第4页,共25页，2024年2月25日，星期天（3）满足预定的轨迹要求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。(又称为轨迹生成机构的设计)机构示例——鹤式起重机机构示例——搅拌机机构3.设计方法:1）解析法2）图解法

3）实验法第5页,共25页，2024年2月25日，星期天二、用图解法设计四杆机构

1.按给定的行程速比系数K设计四杆机构——实现给定运动要求2.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3.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（轨迹）要求

1.

按给定的行程速比系数K设计四杆机构◆曲柄摇杆机构设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角

及行程速比系数K。

设计过程：计算极位夹角：选定机构比例尺，作出极位图：第6页,共25页，2024年2月25日，星期天GF(除弧FG以外)IM

N90º-C1C2D

P

B1B2A联C1C2，过C2

作C1M

C1C2

；另过C1作

C2C1N=90-

射线C1N，交C1M于P点；以C1P

为直径作圆I，则该圆上任一点均可作为A铰链，有无穷多解。设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:第7页,共25页，2024年2月25日，星期天C2B2

C1B1

IGFC1C2D

B1B2A——错位不连续问题

A铰链不能选定在FG弧段不连通域第8页,共25页，2024年2月25日，星期天

90º-P

AE2aIIOaObIC1C2D

欲得确定解，则需附加条件：(1)给定机架长度d；(2)给定曲柄长度a；(3)给定连杆长度b(1)给定机架长度d的解：(2)给定曲柄长度a的解：作图步骤：证明：第9页,共25页，2024年2月25日，星期天(3)给定连杆长度b的解：I

90º-PIIIE2b

AC1C2D

OaOb作图步骤：证明：第10页,共25页，2024年2月25日，星期天◆曲柄滑块机构已知条件：滑块行程H、偏距e和行程速比系数K设计过程：IM

N90º-P

B1B2AC1C2有无穷多解设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:第11页,共25页，2024年2月25日，星期天◆摆动导杆机构对于摆动导杆机构,由于其导杆的摆角φ

刚好等于其极位夹角θ，因此，只要给定曲柄长度LAB

(或给定机架长度LAD)和行程速比系数K就可以求得机构。分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄a。计算θ＝180

(K-1)/(K+1)；任选D作∠mDn＝φ＝θ取A点，使得AD=d,则:a=dsin(φ/2)已知：机架长度d，K，设计此机构。φ=θmndADθφ=θBADB第12页,共25页，2024年2月25日，星期天2.

按连杆预定位置设计四杆机构已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2

，设计四杆机构已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2

、B3C3，设计四杆机构。已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1

、

E2F2

，设计四杆机构已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3

，设计四杆机构第13页,共25页，2024年2月25日，星期天已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2

，设计四杆机构c12设计步骤：b12设计分析：铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未知。铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别为点Ａ和Ｄ。Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２的垂直平分线上。DAB1C1C2B2联B1B２，作垂直平分线b12铰链Ａ联C1C２，作垂直平分线c12铰链D有无穷多解第14页,共25页，2024年2月25日，星期天c23b23已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2

、B3C3，设计四杆机构。b12c12AB1C1C2B2B3C3D唯一解第15页,共25页，2024年2月25日，星期天已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1

、

E2F2

，设计四杆机构ADE1F1E2F2设计方法——采用转化机构法(或反转法)转化机构法或反转法——根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将活动铰链位置的求解转化为固定铰链的求解设计四杆机构的方法。第16页,共25页，2024年2月25日，星期天C2B2B2C2

12

12AB1C1DAB1C1D

12

12A´D´转化机构法(或反转法)原理：其原理与取不同构件为机架的演化方法（称为“机构倒置”原理）完全相同，即相对运动不变原理。当给整个机构加一个共同的运动时，虽然各构件的绝对运动改变了，但是各构件之间的相对运动并不发生变化，亦即各构件的相对尺寸不发生改变。

对转化后的机构进行设计与对原机构设计的结果是完全一样的，这样就可以将活动铰链位置的求解问题转化为固定铰链的求解问题。

以连杆为相对机架的情况第17页,共25页，2024年2月25日，星期天A´D´B2C2E2F2以连杆上任一线为相对机架的情况所得结果与以连杆为相对机架时相同，故设计时可以连杆上任意线为相对机架进行，结果相同。AB1C1DA´D´第18页,共25页，2024年2月25日，星期天

12

12C1B1ADE1F1E2F2A´D´已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1

、

E2F2

，设计四杆机构——转化机构法(或反转法)的应用有无穷多解第19页,共25页，2024年2月25日，星期天ADE1F1已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3

，设计四杆机构E2F2E3F3A’2D’2A’3D’3C1B1唯一解第20页,共25页，2024年2月25日，星期天反转法或转化机构法的具体作图方法——为了不改变反转前后机构的相对运动，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；用作全等四边形或全等三角形的方法，求出转化后机构的各构件的相对位置。这一方法又称为“刚化——反转法”。反转作图法只限于求解两位置或三位置的设计问题

第21页,共25页，2024年2月25日，星期天3.

按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构设计方法——采用转化机构法(或反转法)B2C2AB1C1D

12

12以连架杆为相对机架按两连架杆两个对应位置设计四杆机构按两连架杆三个对应位置设计四杆机构设计问题：

12B2

A

第22页,共25页，2024年2月25日，星期天按两连架杆两个对应位置设计四杆机构已知：机架长度LAD=d

两连架杆对应转角

12、

12

。设计：四杆机构

12

ld

12

121221B1B2C1B2´-12ADd有无穷多解第23页,共25页，2024年2月25日，星期天按两连架杆三个对应位置设计四杆机构C1B3'_B2'B1ADC1C2C3