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5-第二章 平面四杆机构的设计

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机械原理课件第5章 连杆机构设计

机械原理课件第5章 连杆机构设计

第五章 平面连杆机构及其设计 §5-1平面连杆机构的应用及传动特点§5-2平面四杆机构的类型和应用§5-3平面四杆机构的一些共性问题§5-4 平面四杆机构的设计1）低副便于加工、润滑；构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长；2）连杆机构型式多样，可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。

如：锻压机肘杆机构，单侧曲线槽导杆机构，汽车空气泵，可变行程滑块机构，等。

一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构（低副机构）.例如：四足机器人（图片、动画）、内燃机中的曲柄滑块机构、汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。

曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构：铰链四杆机构（雷达天线，飞剪，搅拌机）锻压机肘杆机构可变行程滑块机构3）可用于远距离操纵、重载机构，如：自行车手闸机构，挖掘机等。

4）连杆曲线丰富，可实现特定的轨迹要求，如：搅拌机构，鹤式起重机等。

挖掘机搅拌机构鹤式起重机二、平面连杆机构的缺点1）运动副中的间隙会造成较大累积误差，运动精度较低。

2）多杆机构设计复杂，效率低。

3）多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡，不适用于高速。

多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。

本章介绍四杆机构的分析和设计。

六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构：全部用回转副联接而成的四杆机构。

连架杆——与机架相联的构件；周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副；曲柄1——作整周定轴回转的构件；摇杆3——作定轴摆动的构件；转动副摆转副（C、D）周转副（A、B）铰链四杆机构分为：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。

实现转动和摆动的转换。

雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用（动画演示）：雷达天线俯仰角调整机构，飞剪机构，搅拌机构，摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。

第二章 平面连杆机构

第二章 平面连杆机构
条件二：连架杆或机架中最少有一根是最短杆。
2.铰链四杆机构基本类型的判别准则
(1)满足条件一但不满足条件二的是双摇杆机构；
(2)满足条件一而且以最短杆作机架的是双曲柄机构；
(3)满足条件一而且最短杆为连架杆的是曲柄摇杆机构;
(4)不满足条件一是双摇杆机构。
【实训例2-1】 铰链四杆机构ABCD如图2-10所示。请根据基本类型判别准则，说明机构分别以AB、BC、CD、AD各杆为机架时属于何种机构。
四杆机构是否存在止点，取决于从动件是否与连杆共线。例如上述图2-20a)所示的曲柄摇杆机构，如果改摇杆主动为曲柄主动，则摇杆为从动件，因连杆BC与摇杆CD不存在共线的位置，故不存在止点。又例如前述图2-20b)所示的曲柄滑块机构，如果改曲柄为主动，就不存在止点。
(2)双曲柄机构。在铰链四杆机构中，两个连架杆均能做整周的运动，则该机构称为双曲柄机构。如图2-4所示惯性筛的工作机构原理，是双曲柄机构的应用实例。由于从动曲柄3与主动曲柄1的长度不同，故当主动曲柄1匀速回转一周时，从动曲柄3作变速回转一周，机构利用这一特点使筛子6作加速往复运动，提高了工作性能。当两曲柄的长度相等且平行布置时，成了平行双曲柄机构，如图2-5a）所示为正平行双曲柄机构，其特点是两曲柄转向相同和转速相等及连杆作平动，因而应用广泛。火车驱动轮联动机构利用了同向等速的特点；路灯检修车的载人升斗利用了平动的特点，如图2-6a、b)所示。如图2-5b)为逆平行双曲柄机构， 具有两曲柄反向不等速的特点，车 门的启闭机构利用了两曲柄反向转动的特点，如图2-6c)所示。
应该指出，滑块的运动轨迹不仅局限于圆弧和直线，还可以是任意曲线，甚至可以是多种曲线的组合，这就远远超出了铰链四杆机构简单演化的范畴，也使曲柄滑块机构的应用更加灵活、广泛。

第二章 平面连杆机构

第二章 平面连杆机构
9
变更机架
• 曲柄滑块机构
2-3平面四杆机构的运动特性 一、铰链四杆机构的判别 (1) 曲柄存在条件
• 曲柄存在条件： 曲柄存在条件：
B a A d D C b c
1. 最短杆与最长杆长度之和小于或等 于其余两杆长度之和 2. 最短杆是连架杆或机架 • 最短杆参与构成的转动副都是整周 最短杆参与构成的转动副都是整周 参与构成的转动副都是 副 • 其余均为摆转副
16
Pn C B A A B D D γ C γFα Pt P
A 1
B 2 F
C
v B3 3 α= 0° 0° C γ= 90° 90° v
Байду номын сангаас
B 3 F α 1 vB3 A
2
A 1
vB3 B α 2 F C
3
F α
n γ Fα v
17
四、 死点(dead point)
• 死点:传动角为零γ=0(连杆与从动件共线),机构顶死 死点:传动角为零γ=0(连杆与从动件共线),机构顶死 连杆与从动件共线),
• • • • ω1 = C α1 = ω1 t1 =1800 + θ α2 = ω1 t2 =1800 - θ t1 > t2 , v2 > v1
B
1
C 2 B ω1 α1 1 A α
2 1
C2
3 v1 v2 4
θ B2
ϕ D
• 行程速比系数K(time ratio) 行程速比系数K
v 2 C1C 2 / t 2 t1 α1 1800 + θ K= = = = = v1 C1C 2 / t1 t 2 α 2 1800 − θ K −1 θ = 180° ⋅ K +1

《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析

《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
0 0
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 平面四杆机构的基本特性
一、铰链四杆机构存在曲柄的条件
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：

第二章 平面连杆机构及其设计

第二章 平面连杆机构及其设计

搅拌机
抓片机构
输送机
10/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
2）摇杆为原动件，曲柄为从动件时： 摇杆的往复摆动 曲柄的连续转动。 3 2
如图所示的缝纫机踏板机构。
3 2 1 4 摇杆主动
4 1
缝纫机踏板机构
11/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
二、双曲柄机构
双曲柄机构：两个连架杆都是曲柄。 传动特点： 主动曲柄连续等速转动时，从动 曲柄一般作变速转动。
冲床机构
如图所示的旋转式水泵和如上图所示的冲床机构。
A
1 D C 3 A B 2 4 D
1 B
2 C 3
旋转式叶片泵
振动筛机构
12/49
§2—1 铰链四杆机构的基本型式和特性
三、双摇杆机构
两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。 其运动特性是：两摇杆都作摆动，但两 摇杆的摆角大小不同。 应用实例： 图2-6所示的工件夹紧机构、图2-11的飞机起落架机 构 ；
优 点：
图c
图d
3/49
2、缺点：
1）低副中存在间隙，会引起运动误差，使效率降低；
2）动平衡较困难，所以一般不宜用于高速传动；
3）设计比较复杂，不易精确地实现复杂的运动规律。
应 用:
连杆机构广泛地应用在各种机械和仪器中。 如雷 达调整机构（图2-3）、缝纫机踏板机构（图2-5） 、 鹤式起重机、机车驱动轮联动机构（图2-10）、牛头刨 床、椭圆仪（图2-22） 、机器人等。
1、在满足杆长条件下，即Lmin+Lmax≤Li+Lj ： 1)取Lmin为机架时，机架上有两个整转副，该机构为 双曲柄机构（2个曲柄）。 2)取Lmin为连架杆（即最短杆的邻边为机架）时，机 架上只有一个整转副，该机构为曲柄摇杆机构(1 个曲柄)。 3)取Lmin为连杆（即最短杆的对边为机架）时，机架 上没有整转副，该机构为双摇杆机构（无曲柄)。

第2章平面连杆机构教案（精选5篇）

第2章平面连杆机构教案（精选5篇）

第2章平面连杆机构教案（精选5篇）第一篇：第2章平面连杆机构教案第2章平面连杆机构平面连杆机构——由若干个构件通过平面低副(转动副和移动副)联接而构成的平面机构，也叫平面低副机构平面连杆机构具有承载能力大、结构简单、制造方便等优点，用它可以实现多种运动规律和运动轨迹，但只能近似地实现所要求的运动。

最简单的平面连杆机构由四个构件组成，简称平面四杆机构。

是组成多杆机构的基础只介绍四杆机构§2-1 平面四杆机构的基本类型及其应用一，铰链四杆机构铰链四杆机构——全部由回转副组成的平面四杆机构，它是平面四杆机构最基本的形态。

如图2-1a所示，铰链四杆机构由机架4、连架杆(与机架相连的 1、3两杆)和连杆(与机架不相联的中间杆2)组成。

如图所示曲柄——能绕机架上的转动副作整周回转的连架杆。

摇杆——只能在某一角度范围(小于360°)内摆动的连架杆。

铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构三种基本型式。

1、曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构——两连架杆中一个是曲柄，一个是摇杆的铰链四杆机构。

当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动，转变为摇杆的往复摆动。

应用：雷达调整机构2、双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

当原动曲柄连续转动时，从动曲柄也作连续转动如图所示在双曲柄机构中，若其相对两杆相互平行如右图所示，则成为或平行四边形机构(平行双曲柄机构)。

如图所示当平行四边形机构的四个铰链中心处于同一条直线上时，将出现运动不确定状态，一般采用相同机构错位排列的方法，来消除这种运动不确定状态。

如图所示应用：在机车车轮联动机构中，则是利用第三个平行曲柄来消除平行四边形机构在这种死点位置的运动不确定性。

3、双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构应用：飞机起落架通过用移动副取代转动副、变更杆件长度、变更机架和扩大转动副等途径，可以得到铰链四杆机构的其他演化型式二，含一个移动副的四杆机构 1，曲柄滑块机构通过将摇杆改变为滑块，摇杆长度增至无穷大，可得到曲柄滑块机构，如图所示对心曲柄滑块机构与偏置曲柄滑块机构曲柄滑块机构应用于活塞式内燃机2、导杆机构在图所示曲柄滑块机构中，若改取杆1为固定构件，即得导杆机构。

机械设计基础(高教版第五版)精品教案：第2章平面四杆机构

机械设计基础(高教版第五版)精品教案：第2章平面四杆机构

授课内容：第2章 平面四杆机构目的要求:了解铰链四杆机构的基本型式和特性、铰链四杆机构有整转副的条件重点难点：重点：平面四杆机构的基本特性 难点：平面四杆机构的基本特性 计划学时：2第一节 铰链四杆机构的基本型式和特性1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。

2）双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。

3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。

急回特性v 1 =C 1C 2/t 1 v 2 =C 1C 2/t 2 ϕ1=180°+θ, ϕ2=180°-θ ∵ ϕ1>ϕ2 , ∴ t 1>t 2 , v 1<v 2行程速比系数K = 输出件空回行程的平均速度 输出件工作行程的平均速度θ=180°（K-1）/（K+1）机构的死点位置摇杆为主动件，且连杆与曲柄两次共线时，有:γ＝0连架杆连杆连架杆机架摆角 θψ C 1C 2DAB 1B 2Bϕ1Cωϕ2极位夹角此时机构不能运动，称此位置为：“死点”避免措施：两组机构错开排列，如火车轮机构;靠飞轮的惯性第二节 铰链四杆机构有整转副的条件平面四杆机构具有整转副可能存在曲柄整转副存在的条件最长杆与最短杆的长度之和应≤其他两杆长度之和整转副是由最短杆（曲柄）与其邻边组成的当满足杆长条件时，说明存在整转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。

如 曲柄摇杆1 、曲柄摇杆2 、双曲柄、 双摇杆机构F’’’’ B CA BE FD CGA B CDl 1l 2 l 3 l 4授课内容：第2章平面四杆机构（§2.3—§2.4）目的要求:了解铰链四杆机构的基本型式和特性、铰链四杆机构有整转副的条件重点难点：重点：平面四杆机构的基本特性难点：平面四杆机构的基本特性计划学时：22.3 铰链四杆机构的演化通过前面的学习，我们知道在铰链四杆机构中，可根据两连架杆是曲柄还是摇杆，把铰链四杆机构分为三种基本形式——曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构，而后两种可视为曲柄摇杆机构取不同构件作为机架的演变。

平面连杆机构的设计

平面连杆机构的设计

若∠B2C2D>90°, 则 γ2＝180°-∠B2C2D
(8-7b)
γmin＝[∠B1C1D, 180°-∠B2C2D]min
C2γ2 bγ1 c C1
B2 A a
D
B1 d
49
4.机构的死点位置 F γ＝0
F γ＝ 0
(1)定义 摇杆为主动件， 且连杆与曲柄两次共线时， 有： γ＝0 此时机构不能运动. 称此位置为： “死点”
急回特性：在曲柄等速回转的情况下，从动件往 复运动速度并不相等，这种现象称为机构的急回 特性。
42
K V2 C1C2 t2 t1 180 V1 C1C2 t1 t2 180
K为行程速比系数
说明:1)只要 θ ≠ 0 ， 就有 K>1，存在急回运动。K
的取值范围：1≤K≤3. 2)且θ越大，K值越大，急回性质越明显。
A
天平
AB = CD BC = AD
BB
B B
C C
作者：潘存云教授
A
D
作者：潘存云教授
D C
耕地
作者：潘存云教授
料斗
12
返回13
注：平行四边形机构在共线位置出 现运动不确定。采用两组机构错开排列。
B’
F’
C’
A’
E’
D’
G’
火车轮
A
E
D
G
B
F
C
反平行四边形机构 --车门开闭机构
双曲柄机构中两相对杆的长度分 别相等，但不平行。
b≤(d – a)+ c → a+b ≤ c + d
c≤(d –a)+ b → a+ c ≤ b + d

平面四杆机构的设计

平面四杆机构的设计
杆曲线； 2.按照图上的文字说明得出所求四杆机构各杆长
度的比值； .用缩放仪求出图谱中的连杆曲线和所要求的轨
迹之间相差的倍数，并由此确定所求四杆机构 各杆的真实尺寸； 4.根据连杆曲线上的小圆圈与铰链B、C的相对位 置，即可确定描绘轨迹之点在连杆上的位置。
§4.平面四杆机构的设计
一.连杆机构设计的基本问题 1.型综合---选型
2.尺度综合---决定各构件的尺寸 ①满足给定位置要求或运动规律要求 ②满足给定的轨迹要求
3.画出机构简图
方法：解析法，图解法，实验法。
二用图解法设计四杆机构 1.按连杆预定的位置设计四杆机构 注意：按给定连杆两个位置时，要满足一些 附加条件。如：机架的尺寸，传动角 检查：1)若采用电机等旋转原动机来驱动机构 要求其主动件为曲柄。应检验机构是 否有曲柄存在。 2)检查机构运动的连续性
3.按给定的行程速比系数设计四杆机构
注意：检查许用的传动角min≥〔〕
三。实验法
按照给定的运动轨迹设计四杆机构 1 .运输机构连杆曲线
2.运用连杆曲线图谱设计四杆机构
运用图谱设计实现已知轨迹的四杆机构
• 图3-26就是已出版的《四连杆机构分析图谱》 中的一张。
• 运用图谱设计实现已知轨迹的四杆机构的步骤： 1.从图谱中查出形状与要求实现的轨迹相似的连
3)传力条件的检验：满足min≥〔〕
运动的连续性：是指连杆机构在运动的过程中 能否连续实现给定的各个位置的问题。
B D
A
2. 按连架杆预定的对应位置设计四杆机构
反转法 （p.174)
设计时，先假设一个连架杆，将此连架杆各位置 的铰链与另一个固定铰链点相连，将所求的连架 杆反转相应的角位移求得相当连杆的各个点（B2′ 、B3′…)；再按已知连杆位置的方法求解即可。

四连杆机构

四连杆机构
1)a为最短杆，a+ed 转动导杆机构 2)d为最短杆，且满足d+ea
曲柄摇杆机构
急回特性
C A B C D D
A
B
二、平面四杆机构输出件的急回特性

B 1 B1 A
C1
C
C2 摆角 ⌒ v1 =C1C2/t1 ⌒ v2 =C1C2/t2
θ
B2 2
极位夹角
ψ
D
1=180°+θ , 2=180°-θ ∵: 1>2 , ∴: t1>t2 , v1<v2
第二章 平面连杆机构
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§2-1 平面四杆机构的基本形式及其演变 一、平面连杆机构的类型及特点
1、连杆机构可以根据构件之间的相对运动分为：
平面连杆机构，空间连杆机构。
我们主要讨论平面连杆机构。 2、平面连杆机构是若干个构件用平面低副（转动 副、移动副）联接而成，各个构件在相互平行 的平面内运动的机构，又称为平面低副机构。 3、根据机构中构件数目分为： 四杆机构、五杆机构、六杆机构等。
B’’ A B’ B’’ e A b B’
B C’’ C min C’
a
B C’ ’
’’ C’’
C
min= ’=arccos（a+e)/b
为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作 阻力较小的空回行程中。
4、机构的死点位置 B F F1= Fcosα F2= Fsinα
A
B C F A α D
二、平面四杆机构的基本形式
在连架杆中，能 绕其轴线回转360° 2 连架杆 者称为曲柄；仅能 3 连架杆 1 绕其轴线往复摆动 4 机架 者称为摇杆。
连杆
1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄，而 另一个为摇杆。 2）双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。 3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。

第二章-曲柄摇杆机构、四杆机构设计

第二章-曲柄摇杆机构、四杆机构设计
由于传动角γ在简图中非常直观，所以平面连杆机构 习惯于用传动角γ来表示机构的传动性能。机构工作时， 其传动角是作周期变化的。
1 为保证机构的传力性能良好，
应使最小传动角γmin≥ 。 一般许用值 =40°～50°。
重载大功率时取大值。
曲柄摇杆机构中， 最小传动角γmin 总是发 生于曲柄与机架共线 和重叠共线的两位置 之一，如图所示。 (具 体证明见P30页)
急回运动特性可用行程速度变化系数（也称 行程速比系数）K 表示。
v2
C1C2/t2
t1
1
180°＋θ
K＝──＝────＝──＝──＝───── （2-1）
v1
C1C2/t1
t2
2
180°－θ
θ ──摇杆处于两极限
位置时，对应的曲
柄所夹的锐角，称
为极位夹角。
K 值越大，急回 特性愈明显。一般机 械中，1≤K≤2。
l1＋l4≤l2＋l3
（2-4）
l1＋l3≤l2＋l4
（2-5）
l1＋l2≤l4＋l3
（2-6）
l1 ≤ l2 l1 ≤ l4 即杆１最短。 l1 ≤ l3
由此可得铰链四杆机构有整转副的条件是：
(1) 整转副是由最短杆与其邻边组成的;
(1) 整转副是由最短杆与其邻边组成的; (2) 最短杆与最长杆长度之和，应小于或等于 其余两杆长度之和。
二、导杆机构
导杆机构是改变曲柄滑块机构中的固定构 件而演化来的。如图a 所示的曲柄滑块机构， 若改取杆1为固定构件， 即得图b 所示导杆机构。 杆4 称为导杆。滑块３ 相对导杆滑动并一起绕 Ａ点转动。通常取杆２ 为原动件。
导杆机构的的特点：
传动角始终等 于90°。具有很好 的传力性能，故常 用于牛头刨床、插 床和回转式油泵之 中。验法源自作图法直观，解析法精确，实验法简便。

(完整版)图解法设计平面四杆机构

(完整版)图解法设计平面四杆机构

3.4 图解法设计平面四杆机构3.4.1按连杆位置设计四杆机构1.给定连杆的三个位置给定连杆的三个位置设计四杆机构时，往往是已知连杆B C的长度L B C和连杆的三个位置B1C1和B2C2和B3C3时，怎样设计四杆机构呐？图解过程。

：：1：：：：2：：2.给定连杆的两个位置给定连杆的两个位置B1C1和B2C2时与给定连杆的三个位置相似，设计四杆机构图解过程如下。

①选定长度比例尺绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。

②连接B1B2、C1C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线B12和C12，分别在B12和C12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。

连接A B1、C1D、B1C1、A D，A B1C1D即为所求的四杆机构。

③测量A B1、C1D、A D计算l A B、L C D L A D的长度,由于A点可任意选取，所以有无穷解。

在实际设计中可根据其他辅助条件，例如限制最小传动角或者A、D的安装位置来确定铰链A、D的安装位置。

例设计一振实造型机的反转机构，要求反转台8位于位置Ⅰ（实线位置）时，在砂箱7内填砂造型振实，反转台8反转至位置Ⅱ（虚线线位置）时起模，已知连杆B C长0.5m和两个位置B1C1、B2C2.。

要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且A D=B C。

自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。

若想对答案请点击例题祥解3.4.2 按行程速度变化系数设计四杆机构1.设计曲柄摇杆机构按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角ψ和速度变化系数K。

怎样用作图法设计曲柄摇杆机构？2.设计曲柄摆动导杆机构已知机架长度l4和速度变化系数K，设计曲柄导杆机构。

①求出极位夹角②根据导杆摆角ψ等于曲柄极位夹角θ，任选一点C后可找出导杆两极限C m、C n。

③作∠M C N的角评分线，取C A＝，得到A点，过A点作C m和C n的垂线B1和B2两点，A B1（或A B2）即为曲柄。

四杆机构

四杆机构
二、急回特性
急回特性 机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性。 行程速比系数K 为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。
急回性能分析
V2 c2c1 / t 2 t1 1 1800 k V1 c1c2 / t1 t 2 2 1800
演化：曲柄摇杆机构
回转副D→移动副 曲柄滑块机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
类型：
曲柄滑块机构（偏距e） 对心曲柄滑块机构， e=0 滑块运动线与曲柄回转中心共线 偏置曲柄滑块机构，e≠0 滑块运动线与曲柄回转中心不共线 特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。
应用：活塞式内燃机，空气压缩
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
缝纫机脚踏板机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
跑步机
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
自动送料机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
2.双曲柄机构——两连杆架均为曲柄的四杆机构 连杆架 曲柄—原动件，等速转动 曲柄—从动件，变速转动
l1+l4≤ l2+ l3 将式2-1、2-2、2-3两两相加，可得 l1≤l2 ， l1≤l3 ， l1≤l4 AB杆（曲柄）为最短杆 最短杆与任意一杆长度之和≤其它两杆长度之和
§2.3 平面四杆机构的几个基本概念
铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；
Fn
1 1
A
B
2

4

3 D
g C a
F

平面四杆机构设计介绍

平面四杆机构设计介绍

第三章 平面四杆机构的设计§3—1 平面连杆机构的特点、类型及应用1.1 概 述连杆机构：各构件之间用低副和刚性构件连接起来实行运动传递的机构。

如图2-1 分为平面连杆机构和空间连杆机构 。

连杆机构由连架杆，连杆和机架组成。

平面连杆机构的特点：1.2平面连杆机构的基本类型和结构特点：由于连杆机构的构件一般呈杆状，也以其构件的数量称为多杆机构。

平面杆机构是最基本最常用的连杆机构。

1．2．1 平面连杆机构的基本类型：1) 曲柄摇杆机构 2）双曲柄机构 3）双摇杆机构 1．2．2 平面连杆机构演化 1) 转动副转化为移动副 2）取不同的构件为机架 3）变换构件的形态 4）扩大转动副的尺寸§3—2 平面连杆机构的运动特性2.1平面连杆机构的运动特性：（1Grashoff 定理（简称曲柄存在条件）：如图示a + d ≤b + cb ≤ d – a +c c ≤d – a + b a ≤ c a + b ≤ c + da ≤b a +c ≤ b +d a ≤ d a + d ≤ b + c在全铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆杆长之和小于或等于其余两杆杆长之和，则必然存在作整周转动的构件。

若不满足上述条件，即最短杆与最长杆杆长之和大于其余两杆杆长之和，则不存在作整周转动的构件。

（2）四杆机构从动件的急回特性：如图示四杆机构从动件的回程所用时间小于工作行程所用的时间，称为该机构急回特性。

急回特性用行程速比系数K 表示。

212112ϕϕ===t t v v K极位夹角θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐角。

θ越大，K 越大，急回特性越明显。

§3—3 平面连杆机构的传力特性3．1． 传动角与压力角：如图示在机构处于某一定位置时，从动件上作用力与作用点绝对速度方向所夹的锐角 α 称为压力角。

压力角的余角 γ（ γ = 90°— α） 作为机构的传力特性参数，故称为传动角。

机械设计中的平面四杆机构设计

机械设计中的平面四杆机构设计

机械设计中的平面四杆机构设计机械设计中的平面四杆机构设计是一项关键的技术，它对于机械设备的运动性能和工作效率具有重要影响。

在本文中，我们将探讨平面四杆机构的设计原理和方法，并重点讨论几种常见的平面四杆机构设计。

1. 平面四杆机构的基本原理平面四杆机构是由四个杆件和四个转动副组成的机械系统。

其中，两个杆件为连杆，两个杆件为曲柄。

通过合理的连接和安排，平面四杆机构可以实现特定的运动轨迹和工作功能。

平面四杆机构通常具有四个连杆长度、四个连杆转动角度和四个面间夹角等参数，这些参数的选择和设计将直接影响机构的性能。

2. 平面四杆机构的设计方法在平面四杆机构的设计过程中，需要注意以下几个关键要素：2.1 机构类型选择根据具体的工作需求和运动特点，选择合适的平面四杆机构类型。

常见的类型包括双曲柄四杆机构、双滑块四杆机构和连杆滑块四杆机构等。

每种类型的机构都有其特点和适用范围，设计者需要根据具体情况做出选择。

2.2 运动轨迹设计平面四杆机构的设计目标之一是确定所需的运动轨迹。

通过合理设置连杆长度和转动角度等参数，设计者可以使机构实现所需的直线运动、往复运动或者特定的曲线轨迹等。

2.3 运动性能评估在设计过程中，需要对平面四杆机构的运动性能进行评估。

常见的评估指标包括机构速度、加速度、运动稳定性和工作效率等。

通过使用运动分析软件或者手工计算，可以得到机构的具体性能参数。

3. 常见的平面四杆机构设计在实际应用中，有几种常见的平面四杆机构设计。

3.1 双曲柄四杆机构双曲柄四杆机构由两个曲柄和两个连杆组成，具有简单的结构和稳定的运动特性。

它常用于需要往复运动的机械设备中，例如活塞式发动机。

3.2 双滑块四杆机构双滑块四杆机构包含两个滑块和两个连杆，可实现两个滑块的相对运动。

这种结构常用于需要同时进行两个工作操作的装置，比如双手操作的印刷机械。

3.3 连杆滑块四杆机构连杆滑块四杆机构是由两个连杆和两个滑块组成，其中一个滑块在连杆上滑动。

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C2
C1 γmin ψ
90o −θ
θ B1 θ
G F A点选在C1G、 C2F两弧段上，则当A向G(F)靠近时， 机构的最小传动角将随之减小而趋向零，故A应适当远 离G(F)点较为有利。
P
┏
D
2、曲柄滑块机构 、 已知：K，滑块行程H，偏距e。 θ 分析：K→θ，关键是求满足θ角的A点 步骤： θ ①计算: ②作C2 C1 ＝H ③ 作 射 线 C2O 使 ∠C1C2O=90°－θ, θ 作射线C1O使∠C2C1 O=90°－θ。 ∠ ④以O为圆心，C1O为半径作圆。 ⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。 ⑥以A为圆心，AC2为半径作弧交于E,得： A
D
∞
B1 B3 D A C1
C3
C2 C3
A
三、按预定两连架杆的对应位置设计四杆机构——解析法 按预定两连架杆的对应位置设计四杆机构 解析法 已知： 求：各杆长度l1、l2、l3、l4 解： 四杆机构两转角的对应关， 取决于各杆的相对尺寸。 令 消去δi，则有：
δ
l4
l3
令
则有：
cosϕi = P cosψi + P cos( i −ϕi ) + P ψ 0 1 2
√ ？ A
B C1
√C ？ D
C2 C3
D
同理作Ci点的中垂线求得D点。
C1 C2 若给定连杆两个位置，则有无穷多解； ——借助于辅助条件求得A或D 若给定连杆三个位置，有唯一解； 若C1、C2、C3位于一条直线上，D ∞,则 杆CD是滑块； 设计后要检验运动连续性（ C1、C2、C3 应在同一可行域内）。 B1 B2
90o −θ
E
H C θ 2 C1
m 3、导杆机构 、 已知：机架长度d，K，设计此机构。 分析：由于θ与导杆摆角ϕ相等，设计此 θ ϕ 机构时，仅需要确定曲柄a。 步骤： ① 计算 ② 任选D作∠mDn＝ϕ＝θ， 作角平分线； ∠ ϕ ③ 取A点，使得AD=l4，则 : l1=l4sin(ϕ/2)。 ϕ 若已知曲柄l1，则作mD的垂线AB=l1 ， 则 : l4= l1/sin(ϕ/2)。 ϕ D A B l1 ϕ =θ
•
若n >3，无精确解，可用优化或下面的实验法进行近似设计。
ϕ ψ
A
D
四、按给定的运动轨迹设计 1、连杆曲线 、
C B
A D 连杆曲线生成器
连杆曲线图谱
l1 =1 l1
l3 =2 l1
l2 = 2.5 l1
l4 =3 l1
罗伯兹定理
思 考 题
1.铰链四杆机构演化成其他形式的四杆机构有 四 种方法， 铰链四杆机构演化成其他形式的四杆机构有 种方法， 它们是 取不同构件为机架 ，转动副转化为移动副 ， 扩大转 动副尺寸， 动副尺寸，杆状与块状构件互换 。 2.在曲柄摇杆机构中，当曲柄与机架两次共线位置时 ，出 在曲柄摇杆机构中， 曲柄与机架两次共线位置时 在曲柄摇杆机构中 现最小传动角。 现最小传动角。 3．在曲柄摇杆机构中，当摇杆为主动件，曲柄与连杆构件 ．在曲柄摇杆机构中， 摇杆为主动件，曲柄与连杆构件 为主动件 两次共线时，则机构出现死点位置。 两次共线时，则机构出现死点位置。 4．铰链四杆机构具有两个曲柄的条件是 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以最短杆为机架 。 5.通常压力角 是指在不计摩擦的情况下，从动件上某 通常压力角α是指在不计摩擦的情况下， 通常压力角 是指在不计摩擦的情况下 一点运动方向与受力方向所夹锐角。传动角γ是指 是指压力角 一点运动方向与受力方向所夹锐角。传动角 是指压力角 的余角 。
┏
E ψ D C2G
一、按给定的行程速比系数K设计 按给定的行程速比系数 设计 1、曲柄摇杆机构 、 已知：摇杆CD长，摆角ψ及K ψ 分析：K→θ， 关键是求满足θ角的A点 θ θ 步骤： ①计算 A ②任取一点D，作摇杆CD的两极 限位置，夹角为ψ ； ψ
C2
C1
90o −θ
C1 ψ D
θ A B2 C2 θ A ψ D C1 P B1 θ
nHale Waihona Puke l4ϕ= θ二、按给定连杆位置设计四杆机构 按给定连杆位置设计四杆机构 已知活动铰链中心的位置 (由B、C（动点）求A、D（定点）） 分析： A点是Bi点的轨迹中心 D点是Ci点的轨迹中心 方法：作垂直平分线（中垂线） 步骤：连接B1B2，作中垂线 连接B2B3，作中垂线 B1 相交得A点 B2 B3 A
cosϕi = P cosψi + P cos( i −ϕi ) + P ψ 0 1 2
该方程有三个独立的设计参数：P0、P1、P2， 所以最多能满足三组对应位置，n=3；
δ
l4
l3
可解得P0、P1、P2
l2、 l3、 l4
根据实际需要选定l1 以及各杆的尺寸。
若n<3，则有无穷多解，可预选3-n个参数；
设计方法： 设计方法：
1、图解法，2、解析法， 图解法， 解析法， 3、图谱法，4、实验法 图谱法，
重点要求掌握图解法 图解法，适时运用解析法 图解法
一、按照给定的行程速比系数设计四杆机构 二、按给定连杆位置设计四杆机构
平面四杆机构的图解法设计
1、已知BC连杆的三个位置，设计该铰链四杆机构。 （若只已知2个位置，则有无穷解。） 2、按行程速比系数K设计四杆机构
曲柄摇杆机构 已知：摇杆CD长度 长度L 摆角Ψ值和行程速比系数K 已知：摇杆CD长度 cd，摆角Ψ值和行程速比系数K值 设计此机构（确定曲柄和连杆长度） 设计此机构（确定曲柄和连杆长度） 摆动导杆机构 已知：机架AC长度 长度L 行程速比系数K 已知：机架AC长度 ac，行程速比系数K值 设计此机构（确定曲柄长度） 设计此机构（确定曲柄长度）
或作图： ⑥以A为圆心，AC2为半径作弧 交AC1于E，得： l1=EC1/ 2 l2 = AC1－EC1/ 2
┏
E ψ D
⑤选定A，设曲柄为l1，连杆为l2，则:
C2
C1
90o −θ
总结-----对于曲柄摇杆机构 对于曲柄摇杆机构 总结 已知：摇杆CD长，摆角ψ及K ψ 分析：K→θ， 关键是求满足θ角的A点 θ θ 步骤： 作求A的辅助圆，有无穷多解。 利用其他辅助条件确定A， 得到其中一解，例： 已知机架的长度l4 要求γmin≥[γ] γ ≥[γ 检验条件（校核条件） A B2
3、按给定两连架杆对应位置，设计铰链四杆机构。 4、按给定的运动轨迹设计铰链四杆机构。
要求满足连杆的预定位置 如：造型机翻转机构
实现预定的运动轨迹 搅拌机 要求连杆上E点的轨迹为一条卵形曲线
A B C D E
6 D 3 C 2 E B5 1 A 4
钢材输送机
θ θ
③作C2P⊥C1C2， ⊥ P 作C1P使 F ④作△P C1C2的外接圆， △ 则A点必在此圆上。 有无穷多解 注意: 注意: A点不能选在FG劣弧段上,否则机 构将不满足运动连续性条件。 A θ
第二章 平面机构
第四节 平面四杆机构的设计
平面连杆机构设计的基本问题 选型：确定连杆机构的结构组成----构件数目，运动副类型、数目。 构件数目， 选型：确定连杆机构的结构组成----构件数目 运动副类型、数目。 运动尺寸设计：确定机构运动简图的参数---运动尺寸设计：确定机构运动简图的参数---①转动副中心之间的距离；②移动副位置尺寸 转动副中心之间的距离；