四杆机构设计分解
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四杆机构设计分解
若仅给定连杆BC的两个预定位置，则设计的四杆机构有无穷多解。
典型例题分析 例2-1 在图2-1a 所示的铰链四杆机构中，已知各杆长度为lAB =20mm，lBC=60mm，lCD=85mm， lAD=50mm ，
1、试判断该机构是否有曲柄； 2、判断此机构是否存在急回特性？若存在，试 确定其极位夹角，并估算行程速比系数 ； 3、若以构件AB为主动件，画出机构的最小传动 角的位置； 4、在什么情况下机构存在死点位置？
1.下面
不是平面连杆机构的优点。
A. 运动副是面接触，故压强小、耐磨损； B. 运动副制造简单，容易获得较高的制造精度； C. 容易实现多种运动形式的转换； D. 容易精确地实现预定的运动规律。
答案
2.四杆长度不等的双曲柄机构，若主动曲柄作连续匀速转动则从动曲柄将________。
A. 匀速转动 C. 周期变速转动
夹角为 的直线相交于O点；以O点为圆心，OC1为半径画圆，A 点即在此圆上，可由其它附加条件
确定。
(90 )
2）用作图法按两连架杆预定的对应位置 设计四杆机构 设计方法是：此类问题刚固反转法进行设计 （重点）
3）按预定的连杆位置设计四杆机构： 已知：连杆BC的三个预定位置B1C1、B2C2和B3C3 设计的实质是：求固定铰链中心的位置 设计方法是：此类问题可用求圆心法来解决，即作铰链B各位置点连线B1B2 、B2B3的中垂线， 两中垂线的交点即为固定铰链中心A。同理，作铰链C各位置点连线C1C2、 C2C3的中垂线，两 中垂线的交点即为固定铰链中心D。
四杆机构设计分解
2) 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 机构时，仅需要确定曲柄 a。
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任选D作∠mDn＝φ＝θ，
典型例题分析 例2-1 在图2-1a 所示的铰链四杆机构中，已知各杆长度为lAB =20mm，lBC=60mm，lCD=85mm， lAD=50mm ，
1、试判断该机构是否有曲柄； 2、判断此机构是否存在急回特性？若存在，试 确定其极位夹角，并估算行程速比系数 ； 3、若以构件AB为主动件，画出机构的最小传动 角的位置； 4、在什么情况下机构存在死点位置？
1.下面
不是平面连杆机构的优点。
A. 运动副是面接触，故压强小、耐磨损； B. 运动副制造简单，容易获得较高的制造精度； C. 容易实现多种运动形式的转换； D. 容易精确地实现预定的运动规律。
答案
2.四杆长度不等的双曲柄机构，若主动曲柄作连续匀速转动则从动曲柄将________。
A. 匀速转动 C. 周期变速转动
夹角为 的直线相交于O点；以O点为圆心，OC1为半径画圆，A 点即在此圆上，可由其它附加条件
确定。
(90 )
2）用作图法按两连架杆预定的对应位置 设计四杆机构 设计方法是：此类问题刚固反转法进行设计 （重点）
3）按预定的连杆位置设计四杆机构： 已知：连杆BC的三个预定位置B1C1、B2C2和B3C3 设计的实质是：求固定铰链中心的位置 设计方法是：此类问题可用求圆心法来解决，即作铰链B各位置点连线B1B2 、B2B3的中垂线， 两中垂线的交点即为固定铰链中心A。同理，作铰链C各位置点连线C1C2、 C2C3的中垂线，两 中垂线的交点即为固定铰链中心D。
四杆机构设计分解
2) 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 机构时，仅需要确定曲柄 a。
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任选D作∠mDn＝φ＝θ，
四杆机构的设计步骤和方法
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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。
图解法设计平面四杆机构
图解法设计平面四杆机构-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN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.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。
第8章第5讲平面四杆机构的设计——解析法
第8章第5讲平面四杆机构的设计——解析法平面四杆机构是机械工程中常用的一种机构，它由4个连接杆组成，通过连接杆与铰链的连接方式，能够实现不同形式的运动。
平面四杆机构的设计可以采用解析法，该方法通过解析机构的运动学性质和机构参数，来确定机构的设计参数和结构尺寸。
在平面四杆机构的解析法设计中，首先需要确定机构的运动类型。
根据机构的运动要求和工作环境，可以选择不同的运动类型，如平行移动、旋转、复杂曲线轨迹等。
运动类型的选择将对机构的结构设计和参数确定产生重要影响。
接下来，需要确定机构的工作原理和结构特点。
根据机构的运动类型，可以选择不同的结构形式，如平行四杆机构、向心四杆机构、菱形四杆机构等。
不同的结构形式具有不同的运动学特性和工作原理，需要根据实际需求进行选择。
确定机构的杆件长度和角度。
在机构设计中，杆件的长度和角度是关键的设计参数。
杆件的长度决定了机构的尺寸和工作范围，而杆件的角度决定了机构的运动轨迹和运动特性。
通过分析机构的运动学方程和几何方程，可以确定机构的杆件长度和角度。
确定机构的铰链位置。
铰链的位置决定了杆件之间的连接方式和机构的运动特性。
通过分析机构的力学平衡条件和运动学方程，可以确定机构的铰链位置，使机构能够实现所需要的运动要求。
最后，进行机构的参数优化和结构优化。
根据机构的运动学性能和工作要求，可以对机构的结构参数进行优化，使机构的运动特性更加优秀。
同时，还需要对机构的结构进行优化，提高机构的强度和刚度，确保机构在工作过程中的可靠性和稳定性。
通过解析法进行平面四杆机构的设计，可以使机构的结构和性能更加合理和可靠。
这种设计方法具有简单易行、工程实用性强的特点，是一种常用的机构设计方法。
在实际的机械设计中，可以根据具体的需求和实际情况，采用解析法进行平面四杆机构的设计，以提高机构的性能和工作效果。
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。
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。
机械设计基础--四杆机构资料
机械设计基础
5.偏心轮机构
机械设计基础
偏心轮机构
第二节 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
1. 整转副的存在条件
在 AC' D 中 l4 (l2 l1) l3 l3 (l2 l1) l4
在 AC'' D 中
l1 l2 l3 l4
即 l1 l2 l1 l3 l1 l4
不同的轨迹要求。 • （5）能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及
相互转换
机械设计基础
• 平面连杆机构的缺点： ➢ 低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动 当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。 ➢不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。
机械设计基础
2.2 铰链四杆机构
机械设计基础
•
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆
长度之和时，可得到以下三种结构；
• （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构；
• （2）机架是最短杆 为双曲柄机构；
• （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。
•
若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之
和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
二、学习指导
是
否
lmax+lmin ≤ l余1+l余2
不存在曲柄
双摇杆机构
可能有曲柄 固定件
机械设计基础
最短构件 最短构件的邻边 最短构件的对边
图3-9
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
双摇杆机构
二、 急回特性与行程速比系数 1. 摇杆摆角 摇杆在两极限位置的夹角
2. 极位夹角 对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。
5.偏心轮机构
机械设计基础
偏心轮机构
第二节 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
1. 整转副的存在条件
在 AC' D 中 l4 (l2 l1) l3 l3 (l2 l1) l4
在 AC'' D 中
l1 l2 l3 l4
即 l1 l2 l1 l3 l1 l4
不同的轨迹要求。 • （5）能方便地实现转动、摆动和移动等基本运动形式及
相互转换
机械设计基础
• 平面连杆机构的缺点： ➢ 低副中存在间隙，容易产生累积误差，当构件数和运动 当构件数和运动副较多时，传动的精度和效率较低。 ➢不易精确实现复杂的运动规律，且设计较为复杂。
机械设计基础
2.2 铰链四杆机构
机械设计基础
•
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆
长度之和时，可得到以下三种结构；
• （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构；
• （2）机架是最短杆 为双曲柄机构；
• （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。
•
若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之
和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
二、学习指导
是
否
lmax+lmin ≤ l余1+l余2
不存在曲柄
双摇杆机构
可能有曲柄 固定件
机械设计基础
最短构件 最短构件的邻边 最短构件的对边
图3-9
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
双摇杆机构
二、 急回特性与行程速比系数 1. 摇杆摆角 摇杆在两极限位置的夹角
2. 极位夹角 对应摇杆两极限位置，曲柄两位置所夹的锐角。
常用机构(四连杆机构)
偏心轮用在： 曲柄销承受较大冲击载荷、曲柄长度 较短及需要装在直轴中部的机器之中 的机构中.
三、平面四杆机构的传动特性
急回特性 死点位置 压力角和传动角
急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征
极位夹角： 对应从动杆的两个极限位置, 主动件两相应位置所夹锐
角.
急回特性分析： 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 -
慢 快
(3) 传力特性
压力角和传动角
压力角 从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点 速度方位线所夹锐角. (不考虑摩擦)
传动角
压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)
F
d
V
d
d
1800 d
传动不利，设计时规定 4050 通常，机构在运动过程中传动角是变化的，最小值在哪？
设计
已知活动铰点B、C中心位置，求固定铰链A、D 中心位置。
B1
C1
B2
A●
●D
C2
四杆机构 AB1C1D 为所求.
实现连杆给定的三个位置
C1 C2
B1 B2
B3 C3
D
A
四杆机构 AB1C1D 为所求.
2.具有急回特性的机构
按给定的 K 值,设计曲柄摇杆机构
1） 给定 K、y、LCD
① 分析.
(1) 曲柄存在条件
（以曲柄摇杆机构为例）
设 AB 为曲柄, 且 a<d . 由 △BCD :
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b 以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：
三、平面四杆机构的传动特性
急回特性 死点位置 压力角和传动角
急回特征
当回程所用时间小于工作行程所用时间时，称该机构具有急回特征
极位夹角： 对应从动杆的两个极限位置, 主动件两相应位置所夹锐
角.
急回特性分析： 1 = C 1 = 1 t1 =1800 + 2 = 1 t2 =1800 -
慢 快
(3) 传力特性
压力角和传动角
压力角 从动杆(运动输出件)受力点的力作用线与该点 速度方位线所夹锐角. (不考虑摩擦)
传动角
压力角的余角.(连杆轴线与从动杆轴线所夹锐角)
F
d
V
d
d
1800 d
传动不利，设计时规定 4050 通常，机构在运动过程中传动角是变化的，最小值在哪？
设计
已知活动铰点B、C中心位置，求固定铰链A、D 中心位置。
B1
C1
B2
A●
●D
C2
四杆机构 AB1C1D 为所求.
实现连杆给定的三个位置
C1 C2
B1 B2
B3 C3
D
A
四杆机构 AB1C1D 为所求.
2.具有急回特性的机构
按给定的 K 值,设计曲柄摇杆机构
1） 给定 K、y、LCD
① 分析.
(1) 曲柄存在条件
（以曲柄摇杆机构为例）
设 AB 为曲柄, 且 a<d . 由 △BCD :
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b 以 fmax = a + d ， fmin = d - a 代入并整理得：
(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。
四杆机构公开课图文
应用领域
01
02
03
04
自动化生产线
四杆机构广泛应用于自动化生 产线中，如输送带、机械手等 ，实现物料的输送、搬运和加 工。
农业机械
在农业机械中，四杆机构常用 于拖拉机、收割机等设备的传 动系统中，实现动力传递和运 动控制。
医疗器械
在医疗器械中，四杆机构可用 于手术器械、康复设备等，实 现精确的定位和操作。
效率
优化四杆机构的设计，提高其工作效率和性能。
稳定性
保证四杆机构在使用过程中稳定可靠，不易发生 故障。
成本
在满足功能和性能要求的前提下，降低四杆机构 的设计成本。
优化设计
结构优化
运动学优化
动力学优化
对四杆机构的结构进行 优化，使其更加紧凑、
轻便。
根据实际需求，对四杆 机构的运动学特性进行 优化，提高其运动性能。
材料与热处理
根据工作负载和运动特性，选 择合适的材料和热处理方式， 以提高四杆机构的承载能力和
使用寿命。
04
四杆机构实例分析
实例一：缝纫机
总结词
缝纫机中的四杆机构主要用于实现往复直线运动，确保针头上下摆动。
详细描述
缝纫机中的四杆机构由机架、摆杆、曲柄和导杆组成。通过曲柄的旋转运动，带 动摆杆做往复摆动，再通过导杆使针头进行上下往复直线运动，完成缝纫操作。
在装配过程中，需要使用适当的装配工具和技术，如螺丝、螺母、垫圈 等，确保各部件之间的连接牢固可靠。同时，还需要注意调整各部件之 间的相对位置和运动关系，确保机构的运动精度和稳定性。
四杆机构制作与调试 材料选择与加工
测试是验证四杆机构性能的关键环节，需要对其运动学和动力学 性能进行全面检测。
第八章四杆机构 117页
实现预定轨迹的例题
鹤式起重机
搅拌机
连杆
1．平面四杆机构中，是否存在死点取决于
是否与
连杆共线。
A 、主动件 B、 从动件 C、 机架 D、 摇杆
2、在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角 。 A、 尽可能小一些 B 、为0 C、 尽可能大一些 D、 为90
3.一对心曲柄滑块机构中，如果将曲柄改为机架，则将演 化为 机构。
4．下面简图所示的铰链四杆机构，图 是双曲柄机构。 A）a； B）b； C）c； D）d。
(a)
(b)
(c)
(d)
二、平面连杆机构设计
图解法 解析法 实验法
（一）图解法
简单、直观、 易理解知识点、误差大。
1.给定连杆的位置要求设计四杆机构
（1）给定连杆的两个位置设计四杆机构
已知连杆长度，连杆的2个（或3，4。。 个）工作位置B1C1与B2C2。设计此四杆机构。
一 、四杆机构设计的基本问题
1）实现给定位置的设计（导引机构设计） 2）实现预定运动规律的设计（函数机构设计） 3）实现预定轨迹的设计（轨迹机构设计）
1.实现给定位置的设计
例如：满足预定的连杆位置要求
要求所设计的机构 能引导连杆顺序通 过一系列给定的位 置。即要求连杆能 依次占据一系列给 定的位置。
（3）极为夹角=0，则K=1，无急回 运动；
（4）角越大，则K值越大，说明急回 运动的性质也越显著。
曲柄滑块机构中，原动件AB以 1 等速转动
B
a1
2
C2
b
C3 C1
1
A B1 H
4
B2
偏置曲柄滑块机构
H (a b )2 e2(b a )2 e2
机械设计课程设计四杆机构
机械设计课程设计四杆机构一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解并掌握四杆机构的基本概念、分类和运动特性。
2. 学生能够运用四杆机构的运动原理，分析并解决实际问题。
3. 学生能够了解四杆机构在机械设计中的应用及发展。
技能目标：1. 学生能够运用图示法和计算法分析四杆机构的运动。
2. 学生能够设计简单的四杆机构，并运用CAD软件绘制其结构图。
3. 学生能够运用所学的四杆机构知识，进行创新设计并制作模型。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到机械设计在工程技术领域的重要性，培养对机械设计的兴趣。
2. 学生能够通过团队合作，培养沟通、协作和解决问题的能力。
3. 学生能够关注机械设计领域的发展，树立创新意识，提高自身综合素质。
课程性质：本课程为机械设计课程的设计实践环节，强调理论联系实际，培养学生的动手能力和创新能力。
学生特点：学生已具备一定的机械基础知识和制图技能，具有较强的学习兴趣和求知欲。
教学要求：结合学生特点和课程性质，注重启发式教学，引导学生主动参与，培养实际操作能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。
二、教学内容1. 四杆机构基本概念：四杆机构的定义、分类及其应用场景。
教材章节：第二章第三节2. 四杆机构的运动特性：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、摆线机构等运动原理及特点。
教材章节：第二章第四节3. 四杆机构的设计方法：图示法、计算法及其在实际中的应用。
教材章节：第三章第一节、第二节4. 四杆机构的创新设计：结合实际需求，运用所学知识进行创新设计。
教材章节：第三章第三节5. CAD软件在四杆机构设计中的应用：利用CAD软件绘制四杆机构结构图。
教材章节：第四章第二节6. 四杆机构模型的制作：分组进行四杆机构模型制作，巩固所学知识。
教材章节：第四章第三节教学内容安排与进度：1. 第1周：四杆机构基本概念、分类及其应用场景。
2. 第2周：四杆机构的运动特性。
3. 第3周：四杆机构的设计方法。
常用机构(四连杆机构)
机 械
• 结构特点：四个运动副均为转动副
设 计
• 组成：机架、连杆、连架杆
C
基
2
础
B
3
平 面
曲柄 摇杆(摆杆)
1
连 杆
(周转副) (摆转副)
A
机 构
机架：固定不动的构件——AD
连架杆：直接与机架相连的构件
——AB、CD
连架杆 B
连杆：不与机架相连的构件—BC
1
4
D
连杆 2
C 连架杆
3
曲柄：能作整周转动的连架杆
3
2 3
22 2
B2
22
2 22
C 3
C 3
C
3
3
C
43 C44 4
4C4 4 44C
4 14 4
A
(3)扩大回转副 ——偏心轮机构
机
械 设 计
曲柄摇杆机构中，将曲柄上的 转动副B的半径扩大至超过曲柄
基 础
的长度，曲柄变成一个几何中 心与回转中心不重合的圆盘，
• 曲柄滑块机构 (扩大回转副)
平 称为偏心轮。
机构演化方法
础
平 改变杆件长度，用移动副取代回转副
面 连 杆
扩大回转副 变更机架等
机
构
连架杆 B
连杆 2
C 连架杆
3
1
A
4
D
机 （1）改变杆件长度 —— 曲柄滑块机构
械
设 计
曲线导轨曲柄滑块机构
基
C
础
C
平
2
面
连
B
杆1 机
构A
4
对CD杆等效转化
B2
第二章-曲柄摇杆机构、四杆机构设计-PPT
这两个条件必须同时满足，否则机构中不存在 整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双摇 杆机构。
18
另外，具有整转副的铰链四杆机构是否存 在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。 (1) 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副， 故得双曲柄机构。
19
(2) 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一 个整转副，故得曲柄摇杆机构。
共线。此时杆１与杆２的夹角β的变化范围为也是 0o ～360 0
杆３为摇杆，它与相邻两杆的夹角ψ 、γ 的 变化范围小于360°。
显然，Ａ、Ｂ为整转副， Ｃ、Ｄ不是整转副。
为了实现曲柄 １整周回转，AB杆 必须顺利通过与连 杆共线的两个位置 AB′和AB″。
15
当杆１处于AB′位置时，形成三角形 ACD 。
摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时 Ｃ点的平均速度是v2=C1C2 ／t2，显然v1 < v2 ， 它表明摇杆具有急 回运动的特性。牛 头刨床、往复式输 送机等机械就利用 这种急回特性来缩 短非生产时间，提 高生产率。
4
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
பைடு நூலகம்
C1C2/t2
根据三角形任意两边之和必大于(极限情况下等于)
第三边的定理可得
l4≤(l2 －l1)＋l3
l3≤(l2 －l1)＋l4
即 l1＋l4≤l2＋l3 （2-4） l1＋l3≤l2＋l4 （2-5）
当杆１处于AB″位置
时，形成三角形ACD 。
可得
l1 ＋ l2 ≤l4 ＋ l3
（2-6）
16
将式(2-4)、(2-5)、(2-6)两两相加
l1＋l4≤l2＋l3
（2-4）
18
另外，具有整转副的铰链四杆机构是否存 在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。 (1) 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副， 故得双曲柄机构。
19
(2) 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一 个整转副，故得曲柄摇杆机构。
共线。此时杆１与杆２的夹角β的变化范围为也是 0o ～360 0
杆３为摇杆，它与相邻两杆的夹角ψ 、γ 的 变化范围小于360°。
显然，Ａ、Ｂ为整转副， Ｃ、Ｄ不是整转副。
为了实现曲柄 １整周回转，AB杆 必须顺利通过与连 杆共线的两个位置 AB′和AB″。
15
当杆１处于AB′位置时，形成三角形 ACD 。
摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时 Ｃ点的平均速度是v2=C1C2 ／t2，显然v1 < v2 ， 它表明摇杆具有急 回运动的特性。牛 头刨床、往复式输 送机等机械就利用 这种急回特性来缩 短非生产时间，提 高生产率。
4
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
பைடு நூலகம்
C1C2/t2
根据三角形任意两边之和必大于(极限情况下等于)
第三边的定理可得
l4≤(l2 －l1)＋l3
l3≤(l2 －l1)＋l4
即 l1＋l4≤l2＋l3 （2-4） l1＋l3≤l2＋l4 （2-5）
当杆１处于AB″位置
时，形成三角形ACD 。
可得
l1 ＋ l2 ≤l4 ＋ l3
（2-6）
16
将式(2-4)、(2-5)、(2-6)两两相加
l1＋l4≤l2＋l3
（2-4）
5.5 平面四杆机构的解析法设计
5.5平面四杆机构的解析法设计5.5.1按许用传动角设计曲柄摇杆机构设已知从动摇杆的摆角ψ、行程速比系数K，机架的杆长d＝1，许用传动角[γ]，设曲柄的杆长a为参变量，用解析法[23]确定连杆的杆长b以及摇杆的杆长c。
由行程速比系数K求出极位夹角θ，即θ＝180(K－1)/(K＋1)。
在图5.20中，由△B1B0B2得B1B2＝2c sin(0.5ψ)，对△A0B1B2应用余弦定理得由此得a、b、c 与θ的函数关系对△A3B3B0应用余弦定理得将式(5.13)代入式(5.14)，得以 a 为设计变量的设计方程为设已知从动摇杆的摆角ψ、若θ＝0，K＝1，机架的杆长d＝1，许用传动角[γ]。
用解析法确定曲柄的杆长a、连杆的杆长b以及摇杆的杆长c。
在图5.21中，K＝1，摇杆在B3B0、B4B0位置出现最小传动角且两个最小传动角相等，对△A1B1B0、△A1B2B0应用余弦定理化简上式得机构杆长之间的约束方程为对△A4B4B0、△A3B3B0应用余弦定理得化简上式得令式(5.13)中的θ＝0，得杆长c的函数式为联立式(5.20)～(5.23)得曲柄的杆长a、连杆的杆长 b 以及摇杆的杆长 c 的设计方程为【点击链接曲柄摇杆机构的设计动画】5.5.2刚体导引机构的解析法设计刚体导引机构是指它的连杆能够通过一系列有限分离位置的一种机构。
其解析法设计就是建立机构的结构参数与运动参数之间的关系式，采用适宜的数学方法，按一定的精度要求，求出机构的未知参数。
1)平面位移矩阵设一连杆在平面坐标系xOy 中占据n 个位置，连杆的第j(j＝1,2,…，n)个位置用向量P j Q j表示。
如图5.22 所示，连杆由位置P1Q1运动到P j Q j可以看成由P1Q1平移到P j Q'j再绕Pj 点转动θ1j的运动之和。
设[Rθ1j]表示连杆旋转θ1j后，其上的向量在旋转前后的关系矩阵，则( Qj －Pj ) = [Rθ1j]( Q'j－P j ) 由于Qj －Pj = Q1 －P1为此( Qj －Pj ) = [Rθ1j]( Q1 －P1 )式中［D1j］为[D1j]称为平面位置矩阵。
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。
常用机构(四连杆机构)
构A
4
对CD杆等效转化
B2
3
1
转动副变成移动副 A
4 D
lCD
3 D
B
1
2
C3
A 4
对心式曲柄滑块机构
B
2
C3
e0 1
e
A 4
感谢下载偏置式曲柄滑块机构 13
机 械 设 计 基 础
平
面
连 e ——偏心距
杆 机
e =0 为曲柄滑块机构
构 e≠0 为偏置曲柄滑块
运动特点： 曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动（如空压机）
机
械 设
• 结构特点：连架杆1为曲柄，3为摇杆 2
计 基
• 举例：搅拌器机构
础
1
3
4
•
雷达天线机构
平
面
连
杆
机
构
用途：改变运动形式 回转——遥感摆动
感谢下载 摇杆摆动——回转 5
机 (2) 双曲柄机构
械 设 计 基 础 平 面 连 杆 机 构
• 结构特点：二连架杆均为曲柄 • 举例：振动筛机构 变速
A
4
D
摇杆：不能作整周转动的连架杆
机架
感谢下载
3
按连架杆不同运动形式分：
机
械 设
(1) 曲柄摇杆机构
连架杆 B
计 基
(2) 双曲柄机构
1
础
(3) 双摇杆机构
A
平
面
连
杆
机
构
连杆 2
C 连架杆
3
4
D
2 3
22 33
２３1作作机机架架
1 1
A
4
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3. 死点：当机构出现传动角 0时，其压力角α=90o， 作往复运动的原动件通过连杆作用于从动曲柄上的力 恰好通过从动件的转动副中心，致使从动件不能转动， 机构的这种位置，称为死点位置。在曲柄摇杆机构或 曲柄滑块机构中，若以摇杆或滑块为主动件，则曲柄 与连杆共线的位置，就是死点位置。
注意：死点、自锁与机构自由度小于等于零的区别。 自由度小于等于零，表明机构中各构件间不可作相对 运动；死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置，可
第 1 步：选B点，以 I 位置为参考位置，DF1 为机架 第 2 步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点 第 3 步：做中垂线，找C1 点 第 4 步：联接AB1C1D
教学基本要求
1.了解组成铰链四杆机构的各构件的名称，熟悉铰 链四杆机构的等基本概念。
2. 能根据四杆机构存在曲柄的条件，熟练判断铰链 四杆机构的基本类型。
φ=θ
D
3) 曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H，偏
H C1 90°-θ C2
距e，设计此机构 。
A
90°-θ
e
E 设计：存云
①计算:
2θ
θ＝180°(K-1)/(K+1);
o
②作C1 C2 ＝H
③作射线C1O 使∠C2C1O=90°－θ, 作射线C2O使∠C1C2 O=90°－θ。
④以O为圆心，C1O为半径作圆。
3. 掌握按行程速比系数和给定连杆位置设计四杆机 构的作图法 。
重点与难点分析
本章重点：平面四杆机构的基本特性及其设计；
本章难点：用作图法设计四杆机构 。
1.极位夹角：机构中从动摇杆处于两极限位置时， 原动曲柄的相应两位置之间所夹的锐角。
0 ，表示机构具有急回特性，且极位夹角愈
大，机构的急回运动就愈显著，所以，要判断一 个机构是否有急回特性，就要找出极位夹角。
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构
1) 曲柄摇杆机构
C2
已知：CD杆长，摆角φ及K， 设计此机构。步骤如下：
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);
E
θ
φ 设计：潘存云
C1 90°-θ
②任取一点D，作等腰三角形
腰长为CD，夹角为φ;
A
θD
③作C2P⊥C1C2，作C1P使
∠C2C1P=90°－θ,交于P;
P
④作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。
⑤选定A，设曲柄为l1 ，连杆为l2 ，则:
A C1= l1+l2 ,A C2=l2- l1 => l1 =( A C1－A C2)/ 2
⑥以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1－EC1/ 2
2) 导杆机构
借助惯性或采用机构错位排列的方法，使机构能顺 利通过死点位置而正常运转；而自锁是指机构在考 虑摩擦的情况下，当驱动力的作用方向满足一定的 几何条件时，虽然机构的自由度大于零，但机构仍 无法运动的现象。
4. 平面四杆机构的作图法：用作图法设计四杆机构 是根据设计要求及各铰链之间相对运动的几何关系 通过作图来确定四个铰链的位置。
2）用作图法按两连架杆预定的对应位置 设计四杆机构 设计方法是：此类问题刚固反转法进行设计 （重点）
3）按预定的连杆位置设计四杆机构：
已知：连杆BC的三个预定位置B1C1、B2C2和B3C3 设计的实质是：求固定铰链中心的位置 设计方法是：此类问题可用求圆心法来解决，即作 铰链B各位置点连线B1B2 、B2B3的中垂线，两中 垂线的交点即为固定铰链中心A。同理，作铰链C 各位置点连线C1C2、 C2C3的中垂线，两中垂线的 交点即为固定铰链中心D。
例如，一个对心曲柄滑块机构，因其极位夹角 0
机构就没有急回特性；但一个偏置曲柄滑块机构， 因其极位夹角 0 ，机构就有急回特性；摆动导 杆机构的摆角与其极位夹角相等，它有急回特性， 但转动导杆机构就没有急回特性 。
2.压力角与传动角：在四杆机构中，当不计摩擦时， 主动件通过连杆作用在从动件上的力的作用线与其 受力点出的速度方向之间所夹的锐角，称为机构在 此位置的压力角，而把压力角的余角，即连杆与从 动摇杆所夹的锐角，称为传动角。
A’
D’
b)给定连杆上铰链BC的三组位置
C1 C2 C3
有唯一解。
B1
设计：潘存云
B2
B3 D
A
刚化反转法
以CD杆为机架时看到的四杆机构ABCD的位置相当 于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D
轴为中心转过 1 2 得到的。
▪ 低副可逆性； ▪ 机构在某一瞬时，各构
件相对位置固定不变， 相当于一个刚体，其形 状不会随着参考坐标系 不同而改变。
⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。
⑥以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2 l2 = A C2－EC2/ 2
二、按预定连杆位置设计四杆机构
C1
a)给定连杆两组位置
C2
将铰链A、D分别 选在B1B2， C1C2连线的垂直平分线上任意 位置都能满足设计要求。
B1 B2
A
D
有无穷多组解。
它们常用来衡量机构的传动性能。传动角愈大， 即压力角愈小，机构的传动性能愈好，效率愈高。
多数机构运动中的传动角是变化的。为了使机构 传动质量良好，一般规定机构的最小传动角 min 40 。 为了检查机构的最小传动角，需要确定最小传动角的 位置。通过分析可知：曲柄摇杆机构的最小传动角出 现在曲柄与机架共线的两位置之一；曲柄滑块机构的 最小传动角出现在曲柄与导路垂直的位置；导杆机构 在任何位置最小传动角都等于90o。
根据不同的设计要求，作图法设计四杆机构可 分为三种类型。
1）按给定的行程速比系数K设计四杆机构 （重点）
已知：行程速比系数K，摇杆CD的长度lCD ，摇杆的 摆角，设计此四杆机构。
设计的实质是：确定曲柄的固定铰链中心A 的位置， 进而定出其余三杆长度。 设计方法是：先根据行程速比系数K 由公式 180 K 1 求出极位夹角，根据几何条件作出摇杆的两个极限K位1 置C1D和C2D；由C1、C2点各作与C1C2 连线夹角为 (90 ) 的直线相交于O点；以O点为圆心，OC1为半 径画圆，A 点即在此圆上，可由其它附加条件确定。
m
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 机构时，仅需要确定曲柄 a。
①计算θ＝180°(K-1)/(K+1);
②任选D作∠mDn＝φ＝θ， 作角分线;
③ 取 A 点 ， 使 得 AD=d, 则 : a=dsin(φ/2)。
n A
设计：潘存云
φ=θ d
D
Aθ
设计：潘存云