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四杆机构的设计步骤和方法（大纲）一、四杆机构概述1.1四杆机构简介1.2四杆机构的应用领域二、四杆机构设计步骤2.1确定设计目标2.2分析四杆机构类型2.3确定机构参数2.4选择合适的材料2.5计算运动与动力参数2.6进行仿真分析与优化三、四杆机构设计方法3.1几何法3.1.1尺度法3.1.2位置法3.2解析法3.2.1矩阵法3.2.2微分方程法3.3计算机辅助设计方法3.3.1CAD软件3.3.2仿真软件四、四杆机构设计实例4.1曲柄摇杆机构设计实例4.2双曲柄机构设计实例4.3双摇杆机构设计实例五、四杆机构设计注意事项5.1运动副间隙的考虑5.2刚度与强度的校核5.3疲劳寿命分析5.4安全系数的选择六、四杆机构设计总结与展望6.1设计成果总结6.2存在问题与改进方向6.3未来发展趋势与应用前景一、四杆机构概述以下是对四杆机构设计步骤和方法中的四杆机构概述部分的撰写：1.1 四杆机构简介四杆机构是由四个杆件组成的机械系统，它们通过关节连接在一起。
这四个杆件分别是：曲柄、连杆、摇杆和机架。
四杆机构根据其结构特点和运动特性，可以分为多种类型，如直动四杆机构、摆动四杆机构、转动四杆机构等。
四杆机构在工程应用中具有广泛的应用前景，其设计和研究在机械工程领域具有重要意义。
1、如图示的铰链四杆机构中，AD 为机架，AB a ==35 mm ，CD c ==50 mm ，30==d AD mm ，问BC b =在什么范围内该机构为双摇杆机构；该机构是否有可能成为双曲柄机构？2、试画出图示机构的传动角γ和压力角α，并判断哪些机构在图示位置正处于“死点”？（1） （2）（3） （4）3、已知铰链四杆机构机架长度30=AD l mm ；其它两个连架杆长度分别为20=AB l mm ；40=CD l mm ，问：（1）其连杆BC 的长度须满足什么条件才能使该四杆机构为曲柄摇杆机构；（2）按上述各杆长度并选35=BC l mm ，用适当比例尺画出该机构可能出现最小传动角的位置，并在图上标出γmin 。
4、如图示曲柄滑块机构的运动简图，试确定当曲柄1等速转动时：（1）机构的行程速度变化系数K 。
（2）最小传动角min γ的大小。
（3）滑块3往复运动时向左的平均速度大还是向右的平均速度大。
（4）当滑块3为主动时，机构是否出现死点，为什么？ （用作图法求解）5、在图示铰链四杆机构中，已知各构件的长度25=AB l mm ，55=BC l mm ，40=CD l mm ， 50=AD l mm 。
（1）问该机构是否有曲柄，如有，指明哪个构件是曲柄；（2）该机构是否有摇杆，如有，用作图法求出摇杆的摆角范围；（3）以AB 杆为主动件时，该机构有无急回性？用作图法求出其极位夹角θ，并计算行程速度变化系数K ； （4）以AB 杆为主动件，确定机构的αmax 和γmin 。
.6、图示为开关的分合闸机构。
已知150=AB l mm ，200=BC l mm ，200=CD l mm ， 400=AD l mm 。
试回答：（1）该机构属于何种类型的机构；（2）AB 为主动件时，标出机构在虚线位置时的压力角α 和传动角γ；（3）分析机构在实线位置（合闸）时，在触头接合力Q 作用下机构会不会打开，为什么？7、试设计一曲柄摇杆机构。
！沈阳航空航天大学铰链四杆机构设计报告学院：机电工程学院<班级：姓名：学号：~（Dim a, b, c, d, e, f, l1, l2, l3, l4, w1, w2, w3, a2, a3#, p, m, dc, bjj, n%Private Sub Command1_Click() 杆长赋值l1 = Val(Text1(0).Text)l2 = Val(Text1(1).Text)l3 = Val(Text1(2).Text)l4 = Val(Text1(3).Text)a = Val * / 180 初始角度转弧度/Call bj(bjj)If bjj = 1 Then Exit Subw1 = 0Call jsgw1 = Val 公式计算角速度，角加速度w2 = -w1 * l1 * Sin(a - c) / (l3 * Sin(b - c))w3 = w1 * l1 * Sin(a - b) / (l2 * Sin(c - b))= w2￥= w3a2 = (l3 * w3 * w3 - l1 * w1 * w1 * Cos(a - c) - l2 * w2 * w2 * Cos(b - c)) / (l2 * Sin(b - c))a3 = (l2 * w2 * w2 + l1 * w1 * w1 * Cos(a - b) - l3 * w3 * w3 * Cos(c - b)) / (l3 * Sin(c - b))= a2= a3End SubFunction jsg()If p = 0 Then p = -1、On Error GoTo ela = a + * w1 角度随时间增加d = l4 - l1 * Cos(a)e = -l1 * Sin(a)f = (d ^ 2 + e ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)c = 2 * Atn((e + Sqr(d ^ 2 +e ^ 2 -f ^ 2) * p) / (d - f))b = Atn((e + l3 * Sin(c)) / (d + l3 * Cos(c)))w1 = -w1…el:w1 = -w1Line1(0).Y1 = / 2 定义各个线段端点的坐标Line1(0).X1 = / 2Line1(0).X2 = l1 * Cos(a) + Line1(0).X1Line1(0).Y2 = Line1(0).Y1 - l1 * Sin(a)Line1(3).X2 = Line1(0).X1 + l4Line1(3).Y2 = Line1(0).Y1；Line1(3).X1 = Line1(0).X1Line1(3).Y1 = Line1(0).Y1Line1(2).X1 = Line1(3).X2 + l3 * Cos(c)Line1(2).Y1 = Line1(3).Y2 - l3 * Sin(c)Line1(2).X2 = Line1(3).X2Line1(2).Y2 = Line1(3).Y2Line1(1).X1 = Line1(0).X2Line1(1).Y1 = Line1(0).Y2|Line1(1).X2 = Line1(2).X1Line1(1).Y2 = Line1(2).Y1Shape1(i).Left = Line1(i).X1 - 50 连接两杆转动副的中心坐标Shape1(i).Top = Line1(i).Y1 - 50Next i(Line1(1).X1, Line1(1).Y1), vbRed 画出主动件和连架杆的轨迹(Line1(2).X1, Line1(2).Y1), vbGreenEnd Function}Function bj(x) 杆长条件的判断x = 0xld = Val(Text1(0).Text)xlx = Val(Text1(0).Text)For i = 1 To 3 If xld < Val(Text1(i).Text) Then xld = Val(Text1(i).Text)^If xlx > Val(Text1(i).Text) Then xlx = Val(Text1(i).Text)Next iFor i = 0 To 3zh = Val(Text1(i).Text) + zhNext iIf (xlx + xld) > (zh - (xlx + xld)) ThenMsgBox ("不满足杆长要求")x = 1`End IfEnd Function。
[本讲课程的引入]现场经常要求满足预定的运动规律（如急回运动、如两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系）；满足预定的连杆位置要求（如汽车车门，按开、闭两个位置设计）满足预定的轨迹要求（如鹤式起重机、搅拌机等）。
[本讲课程的内容]5-4 平面四杆机构的设计设计内容：根据要求，设计连杆机构的四杆长度及运动副的位置。
● 设计可以归纳为三类问题：1．实现预定运动规律的设计 也称为函数生成问题。
常见的有实现主、从动件的角位移或线位移之间给定的关系，如要求两连架杆的转角满足预定的对应关系；要实现给定的行程速比系数K 等运动规律。
2．实现构件预定位置的设计 也称作刚体导引问题。
图5-11的造型机翻转机构，必须满足震实、起模时连杆BC 的两个预定位置。
3．实现预定轨迹的设计 也称为轨迹生成问题。
通常要求连杆上某点能精确或近似的通过若干给定的点。
如图5-5所示搅拌机构，要根据E 点的轨迹要求来设计四杆机构。
● 设计方法：图解法——简单明了，易于掌握，能够满足一些要求不高的工程设计问题，有时还为解析法提供图形和初始数据，检验解析法计算的结果的正确性。
解析法——计算准确，能够给出若干组解以供选择，但计算麻烦，随着计算机的普及和各种软件的飞速发展，可以使用计算机程序进行计算，使解析法得到了发展。
实验法——常用于轨迹设计，有试凑性质，但不失为一种有用的工程方法 一、 按给定连杆的位置设计四杆机构1）已知活动铰链中心的位置活动铰链中心B 、C 的位置给定，要求连杆依次占据11C B 、22C B 、33C B 三个位置，如图所示。
设计该铰链四杆机构。
内 容分析：由于B 、C 的轨迹分别是以固定铰链A 、D 为圆心的圆周或圆弧。
因此，1B 、2B 、3B 的圆心即为固定铰链A ；1C 、2C 、3C 的圆心即为固定铰链D 。
显然，如果给定连杆的两个位置，则Ａ、Ｄ点将有无数解；给定三个位置时，有唯一解。
2） 已知两固定铰链中心的位置 若改取四杆机构的连杆为机架(活动铰链B 、C 变为固定铰链)，则原机构中的固定铰链A 、D 将转变为活动铰链，即AD 成为连杆。
沈阳航空航天大学铰链四杆机构设计报告学院：机电工程学院班级：姓名：学号：Dim a, b, c, d, e, f, l1, l2, l3, l4, w1, w2, w3, a2, a3#, p, m, dc, bjj, n%Private Sub Command1_Click() 杆长赋值l1 = Val(Text1(0).Text)l2 = Val(Text1(1).Text)l3 = Val(Text1(2).Text)l4 = Val(Text1(3).Text)a = Val * / 180 初始角度转弧度Call bj(bjj)If bjj = 1 Then Exit Subw1 = 0Call jsgw1 = Val 公式计算角速度，角加速度w2 = -w1 * l1 * Sin(a - c) / (l3 * Sin(b - c))w3 = w1 * l1 * Sin(a - b) / (l2 * Sin(c - b))= w2= w3a2 = (l3 * w3 * w3 - l1 * w1 * w1 * Cos(a - c) - l2 * w2 * w2 * Cos(b - c)) / (l2 * Sin(b - c))a3 = (l2 * w2 * w2 + l1 * w1 * w1 * Cos(a - b) - l3 * w3 * w3 * Cos(c - b)) / (l3 * Sin(c - b)) = a2= a3End SubFunction jsg()If p = 0 Then p = -1On Error GoTo ela = a + * w1 角度随时间增加d = l4 - l1 * Cos(a)e = -l1 * Sin(a)f = (d ^ 2 + e ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)c = 2 * Atn((e + Sqr(d ^ 2 +e ^ 2 -f ^ 2) * p) / (d - f))b = Atn((e + l3 * Sin(c)) / (d + l3 * Cos(c)))w1 = -w1el:w1 = -w1Line1(0).Y1 = / 2 定义各个线段端点的坐标Line1(0).X1 = / 2Line1(0).X2 = l1 * Cos(a) + Line1(0).X1Line1(0).Y2 = Line1(0).Y1 - l1 * Sin(a)Line1(3).X2 = Line1(0).X1 + l4Line1(3).Y2 = Line1(0).Y1Line1(3).X1 = Line1(0).X1Line1(3).Y1 = Line1(0).Y1Line1(2).X1 = Line1(3).X2 + l3 * Cos(c)Line1(2).Y1 = Line1(3).Y2 - l3 * Sin(c)Line1(2).X2 = Line1(3).X2Line1(2).Y2 = Line1(3).Y2Line1(1).X1 = Line1(0).X2Line1(1).Y1 = Line1(0).Y2Line1(1).X2 = Line1(2).X1Line1(1).Y2 = Line1(2).Y1Shape1(i).Left = Line1(i).X1 - 50 连接两杆转动副的中心坐标Shape1(i).Top = Line1(i).Y1 - 50Next i(Line1(1).X1, Line1(1).Y1), vbRed 画出主动件和连架杆的轨迹(Line1(2).X1, Line1(2).Y1), vbGreenEnd FunctionFunction bj(x) 杆长条件的判断x = 0xld = Val(Text1(0).Text)xlx = Val(Text1(0).Text)For i = 1 To 3If xld < Val(Text1(i).Text) Then xld = Val(Text1(i).Text)If xlx > Val(Text1(i).Text) Then xlx = Val(Text1(i).Text)Next iFor i = 0 To 3zh = Val(Text1(i).Text) + zhNext iIf (xlx + xld) > (zh - (xlx + xld)) ThenMsgBox ("不满足杆长要求")x = 1End IfEnd Function。
(-8, 4)-(8, -4) 画出角速度w2函数图像, 0)-, 0)(0, -(0,= : = : "x"= : = 4: "y"For i = -7 To 7(i, 0)-(i,= i - : = : iNext iFor i = To StepIf i > And i < Then i = 0= : = i + : i, i)-(0, i)Next iDim a1, b1, c1, d1, e1, f1, w11#w11 =For x = To StepIf p = 0 Then p = -1On Error GoTo ela1 = a1 + w11d1 = l4 - l1 * Cos(a1)e1 = -l1 * Sin(a1)f1 = (d1 ^ 2 + e1 ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)c1 = 2 * Atn((e1 + Sqr(d1 ^ 2 + e1 ^ 2 - f1 ^ 2) * p) / (d1 - f1))b1 = Atn((e1 + l3 * Sin(c1)) / (d1 + l3 * Cos(c1)))w11 = -w11el:w11 = -w11w111 = Valw21 = -w111 * l1 * Sin(a1 - c1) / (l3 * Sin(b1 - c1))w31 = w1 * l1 * Sin(a1 - b1) / (l2 * Sin(c1 - b1))a21 = (l3 * w31 * w31 - l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - c1) - l2 * w21 * w21 * Cos(b1 - c1)) / (l2 * Sin(b1 - c1))a31 = (l2 * w21 * w21 + l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - b1) - l3 * w31 * w31 * Cos(c1 - b1)) / (l3 * Sin(c1 - b1))(x, w21)Next xEnd IfEnd Sub(-8, -(8, 画出角速度w3函数图像, 0)-, 0)(0, -(0,= : = : "x"= : = : "y"For i = -7 To 7(i, 0)-(i,= i - : = : iNext iFor i = To StepIf i > And i < Then i = 0= : = i + : i, i)-(0, i)Next iDim a1, b1, c1, d1, e1, f1, w11#w11 =For x = To StepIf p = 0 Then p = -1On Error GoTo ela1 = a1 + w11d1 = l4 - l1 * Cos(a1)e1 = -l1 * Sin(a1)f1 = (d1 ^ 2 + e1 ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)c1 = 2 * Atn((e1 + Sqr(d1 ^ 2 + e1 ^ 2 - f1 ^ 2) * p) / (d1 - f1))b1 = Atn((e1 + l3 * Sin(c1)) / (d1 + l3 * Cos(c1)))w11 = -w11el:w11 = -w11w111 = Valw21 = -w111 * l1 * Sin(a1 - c1) / (l3 * Sin(b1 - c1))w31 = w1 * l1 * Sin(a1 - b1) / (l2 * Sin(c1 - b1))a21 = (l3 * w31 * w31 - l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - c1) - l2 * w21 * w21 * Cos(b1 - c1)) / (l2 * Sin(b1 - c1))a31 = (l2 * w21 * w21 + l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - b1) - l3 * w31 * w31 * Cos(c1 - b1)) / (l3 * Sin(c1 - b1))(x, w31)Next xEnd IfEnd SubPrivate Sub Picture4_DblClick() 画出角加速度a2d(-8, 8)-(8, -8), 0)-, 0)(0, -(0,= : = : "x"= : = 8: "y"For i = -7 To 7(i, 0)-(i,= i - : = : iNext iFor i = 7 To -7 StepIf i > And i < Then i = 0= : = i + : i, i)-(0, i)Next iDim a1, b1, c1, d1, e1, f1, w11#w11 =For x = To StepIf p = 0 Then p = -1On Error GoTo elell:a1 = a1 + w11d1 = l4 - l1 * Cos(a1)If IsEmpty(d1) Then GoTo elle1 = -l1 * Sin(a1)If IsEmpty(e1) Then GoTo ellf1 = (d1 ^ 2 + e1 ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)If IsEmpty(f1) Then GoTo ellc1 = 2 * Atn((e1 + Sqr(d1 ^ 2 + e1 ^ 2 - f1 ^ 2) * p) / (d1 - f1))If IsEmpty(c1) ThenGoTo ellEnd Ifb1 = Atn((e1 + l3 * Sin(c1)) / (d1 + l3 * Cos(c1)))If IsEmpty(b1) Then GoTo ellw11 = -w11el:w11 = -w11w111 = ValIf b1 = Null Then GoTo ellw21 = -w111 * l1 * Sin(a1 - c1) / (l3 * Sin(b1 - c1))w31 = w1 * l1 * Sin(a1 - b1) / (l2 * Sin(c1 - b1))a21 = (l3 * w31 * w31 - l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - c1) - l2 * w21 * w21 * Cos(b1 - c1)) / (l2 * Sin(b1 - c1))a31 = (l2 * w21 * w21 + l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - b1) - l3 * w31 * w31 * Cos(c1 - b1)) / (l3 * Sin(c1 - b1))(x, a21)(-8, 8)-(8, -8) 画出角加速度a3 , 0)-, 0)(0, -(0,= : = : "x"= : = 8: "y"For i = -7 To 7(i, 0)-(i,= i - : = : iNext iFor i = -7 To 7 StepIf i > And i < Then i = 0= : = i + : i, i)-(0, i)Next iDim a1, b1, c1, d1, e1, f1, w11#w11 =For x = To StepIf p = 0 Then p = -1On Error GoTo ela1 = a1 + w11d1 = l4 - l1 * Cos(a1)e1 = -l1 * Sin(a1)f1 = (d1 ^ 2 + e1 ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)c1 = 2 * Atn((e1 + Sqr(d1 ^ 2 + e1 ^ 2 - f1 ^ 2) * p) / (d1 - f1))b1 = Atn((e1 + l3 * Sin(c1)) / (d1 + l3 * Cos(c1)))w11 = -w11el:w11 = -w11w111 = Valw21 = -w111 * l1 * Sin(a1 - c1) / (l3 * Sin(b1 - c1))w31 = w1 * l1 * Sin(a1 - b1) / (l2 * Sin(c1 - b1))a21 = (l3 * w31 * w31 - l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - c1) - l2 * w21 * w21 * Cos(b1 - c1)) / (l2 * Sin(b1 - c1))a31 = (l2 * w21 * w21 + l1 * w111 * w111 * Cos(a1 - b1) - l3 * w31 * w31 * Cos(c1 - b1)) / (l3 * Sin(c1 - b1))(x, a31)(-8, -(8, 角位移s2,s3函数的输出, 0)-, 0)(0, -(0,= : = : "x"= : = : "y"For i = -7 To 7 Step(i, 0)-(i,= i - : = : iNext iFor i = -3 To StepIf i > And i < Then i = 0= : = i + : i, i)-(0, i)Next iDim a1, b1, c1, d1, e1, f1, w11#w11 =For x = To StepIf p = 0 Then p = -1On Error GoTo ela1 = a1 + w11d1 = l4 - l1 * Cos(a1)e1 = -l1 * Sin(a1)f1 = (d1 ^ 2 + e1 ^ 2 + l3 ^ 2 - l2 ^ 2) / (2 * l3)c1 = 2 * Atn((e1 + Sqr(d1 ^ 2 + e1 ^ 2 - f1 ^ 2) * p) / (d1 - f1)) b1 = Atn((e1 + l3 * Sin(c1)) / (d1 + l3 * Cos(c1)))w11 = -w11el:w11 = -w11If x = Then czd = c1: czx = c1If czd < c1 Then czd = c1If czx > c1 Then czx = c1= czd - czxIf x = Then czd1 = b1: czx1 = b1If czd1 < b1 Then czd1 = b1If czx1 > b1 Then czx1 = b1= czd1 - czx1(x, c1)(x, b1), vbRed。
