四连杆机构及其设计

第９期　２０１１年９月　机械设计与制造　

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　６３　

文章编号：１００１—３９９７（２０１１）０９—００６３－０２　

契贝谢夫四连杆机构的优化设计与应用术　

肖晓萍　李自胜　

（　西南科技大学工程技术中心，绵阳６２１０１０）（　西南科技大学制造科学与工程学院，绵阳６２１０１０）　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ　ｆｏｕｒ－ｂａｒ　ｌｉｎｋａｇｅ　

ＸＩＡＯ　Ｘｉａｏ—ｐｉｎｇ　．ＬＩ　Ｚｉ—ｓｈｅｎｇ　

（　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１０１０，Ｃｈｉｎａ）　

（　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ　６２１０１０，Ｃｈｉｎａ）　，　．、ｔ　～　Ｎ　＋　十　十　十　嘶ｔ　十十　ｔ　Ｎ　Ｎ　Ｎ　Ｎ　、．　＇毫一Ｎ　—、ｌ　、　、套斤Ｎ　＂　”　、§斤Ｎ　Ｎ　＾＂　＂　¨　＂　；　【摘要】优化了契贝谢夫平面四杆机构。首先，利用解析法，建立了契贝谢夫平面四杆机构的数｛　

｝学模型，通过对机构理想的运动曲线的分析，确定了约束方程和目标函数。其次，使用Ａｄａｍｓ软件中参｛　

；数化设计与分析方法优化了杆件的长度，得到了较好的运动轨迹。最后，将此机构应用到一自由度轮腿ｉ　

｝式行走机器人的设计，其仿真实验表明，此机器人在行走的过程具有较好的稳定性。该机构能够为研究｛　

ｌ低功耗、低成本、易控制的腿式行走机器人提供设计依据，方法实用可行。　２　

；　关键词：契贝谢夫四杆机构；优化设计；腿式机器人；Ａｄａｍｓ　｛　

给定位置设计四连杆机构的方法

设计四连杆机构的方法可以有多种，以下是其中一种常见的方法：

1. 定义机构的要求和运动轨迹：首先确定机构所需完成的任务和要求，例如运动的轨迹、速度、加速度等。

2. 确定关键点和固定点：根据所需运动轨迹，确定关键点和固定点。关键点是机构中需要移动的点，固定点是机构中位置固定不动的点。

3. 选择连杆比例：根据机构的要求和运动轨迹，选择合适的连杆比例。连杆比例是各连杆长度的比值，可以通过解析几何或者图解法确定。

4. 绘制初始示意图：根据选择的连杆比例和关键点，画出初始的机构示意图。示意图可以是用平面图或者3D模型表示。

5. 进行运动分析：使用运动分析方法，如连杆运动分析、速度分析、加速度分析等，来分析机构的运动特性，确保机构满足要求。

6. 进行校核和优化：对机构的各部件进行校核和优化，确保满足强度、刚度、耐久性等方面的要求。

7. 进行机构仿真：使用计算机辅助设计软件进行机构的虚拟仿真，验证机构的运动性能和可行性。

8. 进行实物制造和测试：根据设计结果，进行实物制造和测试，检验机构的实际性能和可靠性。

以上是一个基本的设计过程，具体设计方法还会因应用领域和要求的不同而有所差异。设计四连杆机构需要结合工程设计知识和实践经验，综合考虑运动学、动力学、材料力学等多个方面的问题。

第八章 平面连杆机构及其设计

一、 填空题：

1. 平面连杆机构是由一些刚性构件用 转动 副和 移动 副连接组成的。

2. 在铰链四杆机构中，运动副全部是 低 副。

3. 在铰链四杆机构中，能作整周连续回转的连架杆称为 曲柄 。

4. 在铰链四杆机构中，只能摆动的连架杆称为 摇杆 。

5. 在铰链四杆机构中，与连架杆相连的构件称为 连杆 。

6. 某些平面连杆机构具有急回特性。从动件的急回性质一般用 行程速度变化 系数表示。

7. 对心曲柄滑块机构 无 急回特性。

8. 平行四边形机构的极位夹角 00 ，行程速比系数K 1 。

9. 对于原动件作匀速定轴转动，从动件相对机架作往复直线运动的连杆机构，是否有急回特性，取决于机构的极位夹角是否为零。

10. 机构处于死点时，其传动角等于0。

11. 在摆动导杆机构中，若以曲柄为原动件，该机构的压力角 00 。

12. 曲柄滑块机构，当以 滑块 为原动件时，可能存在死点。

13. 组成平面连杆机构至少需要 4 个构件。

二、 判断题：

14. 平面连杆机构中，至少有一个连杆。 （ √ ）

15. 在曲柄滑块机构中，只要以滑块为原动件，机构必然存在死点。 （ √ ）

16. 平面连杆机构中，极位夹角越大，K值越大，急回运动的性质也越显著。 （ √ ）

17. 有死点的机构不能产生运动。 （ × ）

18. 曲柄摇杆机构中，曲柄为最短杆。 （ √ ）

19. 双曲柄机构中，曲柄一定是最短杆。 （ × ）

20. 平面连杆机构中，可利用飞轮的惯性，使机构通过死点位置。 （ √ ）

精品文档

精品文档 2.2.5 平面四杆机构的设计

连杆机构的设计方法有作图法、解析法及实验法三种；其中作图法是重点。

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。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）按预定的连杆位置设计四杆机构。

①已知连杆 BC的三个预定位置B1 C1、B2 C2、B3 C3，设计此四杆机构的实质是求固定铰链中心的位置。此类问题可用求圆心法来解决，即作铰链 B的各位置点连线B1B2、B2B3的中垂线，两中垂线的交点即固定铰链A的中心。同样，作铰链C的各位置点连线C1C2、C2 C3的中垂线，两中垂线的交点即固定铰链 D的中心。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。

②若给定固定铰链中心A、D的位置及连杆上标线EF的三个预定位置，设计此四杆机构的实质是求活动铰链中心B、C的位置。此类问题要用反转法求解，即把机构转化为以原连杆第一位置 E1 F1为机架，原机架 AD为相对连杆，再仿上求得活动铰链 A的三个相应位置A、A2’、A3’，它们所在圆的圆心就是其相对固定铰链（实际活动铰链）B的位置B1，可用前述求圆心法求得。

2）按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构。

如已知两连架杆的三组对应位置及机架长度lAD、原动件长度lAB，设计此四杆机构的实质是求活动铰链C的位置。此问题可用反转法求解，即把从动杆CD的第一位置C1D看做机架，原动件AB看做连干，求得活动铰链B的三个相应位置B、B2´、B3´，他们所在圆的圆心就是其相对固定铰链C的位置C1，若仅给定两连架杆的两组对应为止，则设计的四杆机构有无穷多解。

3）按给定的行程速比系数K设计四杆机构

已知行程速比系数K及某些其他条件（如曲柄摇杆机构CD的长度lCD、摇杆摆角φ），设计此四杆机构的实质问题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。设计方法是首先根据行程速比系数K求出极位夹角θ，根据几何条件作出从动件的极限位置（摇杆的极限位置C1D、C2D），作角∠C2