1、机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理 主要研究内容：主要研究内容：了解平面连杆机构的组成及特点，平面连了解平面连杆机构的组成及特点，平面连杆机构的基本型式及其演化和应用，掌握用作杆机构的基本型式及其演化和应用，掌握用作图法设计平面四杆机构的方法图法设计平面四杆机构的方法。学时分配：学时分配：67 学时学时机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械
2、原 理51 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点52 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用53 有关平面四杆机构的一些基本知识有关平面四杆机构的一些基本知识54 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理应用实例：应用实例：内燃机内燃机、鹤式吊鹤式吊、火车轮火车轮、急回冲床急回冲床、牛头刨床牛头刨床、翻箱机翻箱机、椭圆仪椭圆仪、机械手爪机械手爪、开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒拔管开窗、车门、折叠伞、床、牙膏筒拔管机、单
3、车等机、单车等特征：特征：有一作平面运动的构件，称为连杆。有一作平面运动的构件，称为连杆。特点：特点：采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损 形状简单、易加工。形状简单、易加工。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。连杆曲线丰富。可满足不同要求。连杆曲线丰富。可满足不同要求。构件呈构件呈“杆杆”状、传递路线长。状、传递路线长。51 连杆机构及其传动特点连杆机构及其传动特点机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理
4、机 械 原 理 机 械 原 理缺点：缺点：构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低构件和运动副多，累积误差大、运动精度低、效率低。产生动载荷（惯性力），不适合高速。产生动载荷（惯性力），不适合高速。难以实现精确的轨迹。难以实现精确的轨迹。分类分类:平面连杆机构平面连杆机构空间连杆机构空间连杆机构常以构件数命名：常以构件数命名：四杆机构四杆机构、多杆机构多杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。本章重点内容是介绍四杆机构。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理1.平
5、面四杆机构的基本型式平面四杆机构的基本型式基本型式基本型式铰链四杆机构铰链四杆机构，其它四杆机构都是由它演变得到的，其它四杆机构都是由它演变得到的名词解释：名词解释：曲柄曲柄作整周定轴回转的构件；作整周定轴回转的构件；三种基本型式：三种基本型式：（1 1）曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构特征：特征：曲柄摇杆曲柄摇杆作用：作用：将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。连杆连杆作平面运动的构件；作平面运动的构件；连架杆连架杆与机架相联的构件；与机架相联的构件；摇杆摇杆作定轴摆动的构件；作定轴摆动的构件；周转副周转副能作能作360 360 相对回转
6、的运动相对回转的运动副；副；摆转副摆转副只能作有限角度摆动的运动副。只能作有限角度摆动的运动副。曲柄曲柄连杆连杆摇杆摇杆52 平面四杆机构的类型和应用平面四杆机构的类型和应用机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理（2 2）双曲柄机构双曲柄机构特征特征：两个曲柄：两个曲柄作用：将等速回转转变为作用：将等速回转转变为等速等速或或变速变速回转。如回转。如惯性筛惯性筛等。等。雷达天线俯仰机构雷达天线俯仰机构曲柄主动曲柄主动ABDC1243ABDC12432143缝纫机踏板机
7、构缝纫机踏板机构摇杆主动摇杆主动3124机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理ABDC1234E6耕地耕地料斗料斗DCAB实例：实例：火车轮火车轮惯性筛机构惯性筛机构特例：特例：平行四边形机构平行四边形机构AB=CD特征：特征：两连架杆等长且平行，连杆作平动两连架杆等长且平行，连杆作平动香皂成型机。香皂成型机。BC=ADABCD31BCABDC耕地耕地料斗料斗DCAB、摄影平台摄影平台ADBC、天平天平、播种机料斗机构播种机料斗机构机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰
8、州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理为避免在共线位置出现运动不确定，为避免在共线位置出现运动不确定，采用两组机构错开排列。采用两组机构错开排列。反平行四边形机构反平行四边形机构-车门开闭机构车门开闭机构反向反向AEDGBFCABEFDCG机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理ABDCE（3 3）双摇杆机构双摇杆机构特征：特征：两个摇杆两个摇杆应用举例：应用举例：铸造翻箱
9、机构铸造翻箱机构特例：特例：等腰梯形机构汽车转向机构等腰梯形机构汽车转向机构、风扇摇头机构风扇摇头机构ABDCBCABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆电机电机ABDC风扇座风扇座蜗轮蜗轮蜗杆蜗杆ABDCEABDCE机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理2.2.平面四杆机构的演化型式平面四杆机构的演化型式(1)(1)改变构件的形状和运动尺寸改变构件的形状和运动尺寸偏心曲柄滑块机构偏心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲
10、柄滑块机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构ss=l sin 机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理(2)(2)改变运动副的尺寸改变运动副的尺寸(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架偏心轮机构偏心轮机构导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构转动导杆机构转动导杆机构机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理
11、工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理小型刨床小型刨床牛头刨床牛头刨床应用实例应用实例ABDCE123456ABDC1243C2C1机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架摇块机构摇块机构314A2BC导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构ACB1234应用实例应用实例B234C1A自卸卡车举升机构自卸卡车举升机构应用实例应用实例B34C1A2应用实例
12、应用实例4A1B23C应用实例应用实例13C4AB2应用实例应用实例A1C234B机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理(3)(3)选不同的构件为机架选不同的构件为机架摇块机构摇块机构314A2BC导杆机构导杆机构314A2BC314A2BC曲柄滑块机构曲柄滑块机构314A2BC直动滑杆机构直动滑杆机构手摇唧筒手摇唧筒这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：这种通过选择不同构件作为机架以获得不同机构的方法称为：-机构的倒置机构的倒置BC3214AABC
13、3214机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理(4)(4)运动副元素的逆换运动副元素的逆换将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两将低副两运动副元素的包容关系进行逆换，不影响两构件之间的相对运动。构件之间的相对运动。椭圆仪机构椭圆仪机构例：选择双滑块机构中的不同构件例：选择双滑块机构中的不同构件 作为机架可得不同的机构作为机架可得不同的机构导杆机构导杆机构摇块机构摇块机构正弦机构正弦机构3214123443213214机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大
14、学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理1.1.平面平面四杆机构四杆机构有曲柄的条件有曲柄的条件设设adadad，同理有：，同理有：da,db,dcabdcCBADB”C”则由则由BCD可得：可得：三角形任意两边之和大于第三边则由则由B”C”D可得：可得：a+db+cc(d-a)+b即即:a+bd+c即即:a+cd+bAB为最短杆为最短杆AD为最短杆为最短杆ad中必有一个是机架最长杆与最短杆的长度之和其他两杆长度之和cbd-a53 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性 机械原理兰州理工大学兰州理工大学
15、兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理2.连架杆或机架之一为最短杆。连架杆或机架之一为最短杆。可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动可知：当满足杆长条件时，其最短杆参与构成的转动副都是周转副副都是周转副。曲柄存在的条件：曲柄存在的条件：1.最长杆与最短杆的长度之和应最长杆与最短杆的长度之和应其他两杆长度之和其他两杆长度之和此时，铰链此时，铰链A为周转副。为周转副。若取若取BC为机架，则结论相同，可知铰链为机架，则结论相同，可知铰链B也是周转副。也是周转副。ABCDabcd 称为称为杆长条件
16、杆长条件。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理 当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的当满足杆长条件时，说明存在周转副，当选择不同的构件作为机架时，可得不同的机构。如：构件作为机架时，可得不同的机构。如：曲柄摇杆曲柄摇杆、双曲柄双曲柄、双摇杆机构双摇杆机构。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理ABCD2.2.急回运动和行程速比
17、系数急回运动和行程速比系数在在曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆中，当曲柄与连杆两次共线时，摇杆位于两个极限位置，简称极位。位于两个极限位置，简称极位。当曲柄以当曲柄以从从ABAB1 1逆时针转过逆时针转过180180+到到ABAB2 2 时，摇杆从时，摇杆从C1D位置位置摆到摆到C2D。所花时间为所花时间为t1,平均速度为平均速度为V1,那么有：那么有：/)180(1t1211tCCV)180/(21CC曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构3DB1C1AD称为摆角。称为摆角。C2B2180180当机构在两极限位置时，原动件当机构在两极限位置时，原动件AB所处两位置之间所夹的锐角所处
18、两位置之间所夹的锐角称称为为极位夹角极位夹角。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理当曲柄以当曲柄以继续转过继续转过180180-时，摇杆从时，摇杆从C2D,置摆到置摆到C1D，180180-B1C1ADC2B2180180所花时间为所花时间为t2,平均速度为平均速度为V2,那么有：那么有：12VVK 180180/)180(2t因曲柄转角不同，故摇杆来回因曲柄转角不同，故摇杆来回摆动的时间不一样，平均速度摆动的时间不一样，平均速度也不等。也不等。并且：并且：t t
19、1 1 tt2 2 V V2 2 V V1 1摇杆的这种特性称为摇杆的这种特性称为急回运动急回运动。用以下比值表示急回程度：。用以下比值表示急回程度：21tt称称K为为行程速比系数行程速比系数。2212tCCV)180/(21CC122121tCCtCC且且越大，越大，K值越大，急回性质越明显。值越大，急回性质越明显。只要只要 0，就有就有 KK1所以可通过分析机构中是否存在以及的大小来判断机构是否有急回运动或运动的程度。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理曲柄滑
20、块机构曲柄滑块机构的急回特性的急回特性应用：应用：空行程节省运动时间，如空行程节省运动时间，如牛头刨牛头刨、往复式输送机等。、往复式输送机等。180180180180-导杆机构导杆机构的急回特性的急回特性180180180180-思考题：思考题：对心曲柄滑块机构的急回特性如何？对心曲柄滑块机构的急回特性如何？11180KK:180180可得由K对于需要有急回运动的机构，常常是根据需要的行程速比系数K,先求出，然后在设计各构件的尺寸。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原
21、 理PPt PnABCDminmin出现的位置：出现的位置：3.四杆机构的压力角与传动角四杆机构的压力角与传动角切向分力切向分力:P Pt t=Pcos=Pcos法向分力法向分力:P Pn n=Pcos=Pcos P Pt t可用可用的大小来表示机构传动力性能的好坏的大小来表示机构传动力性能的好坏,对传动有利对传动有利。为了保证机构良好的传力性能，为了保证机构良好的传力性能，设计时要求设计时要求:当当BCD90BCD90时，时，BCDBCD当当BCD90BCD90时，时，当当BCDBCD最小或最大时，最小或最大时，都有可能出现都有可能出现minmin此位置一定是：此位置一定是：=Psin=Ps
22、in称称为为传动角传动角minmin5050 180180-BCD-BCD主动件与机架共线两处之一。主动件与机架共线两处之一。CDBAP压力角：压力角：从动件上某点的所受正压力的方向和该点的速度方向之间所夹的锐角从动件上某点的所受正压力的方向和该点的速度方向之间所夹的锐角机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理由余弦定律有：由余弦定律有：B B1 1C C1 1D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d-a)-(d-a)2 2/2bc/2bc B B
23、2 2C C2 2D Darccosbarccosb2 2+c+c2 2-(d+a)-(d+a)2 2/2bc/2bc若若B B1 1C C1 1D90D90,则则若若B B2 2C C2 2D90D90,则则1 1BB1 1C C1 1D D2 2180180-B-B2 2C C2 2D D机构的传动角一般在运动机构的传动角一般在运动链最终一个从动件上度量。链最终一个从动件上度量。车门车门vC2B21 1C1B1abcdminminBB1 1C C1 1D,180D,180-B-B2 2C C2 2DDminmin2 2机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学
24、兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理P4.四杆机构的死点四杆机构的死点摇杆为主动件，摇杆为主动件，且连杆与且连杆与曲柄两次共线曲柄两次共线时时，有：，有：此时此时机构不能运动机构不能运动.避免措施：避免措施：两组机构错开排列，如两组机构错开排列，如火车轮机构火车轮机构;P称此位置为：称此位置为：“死点死点”0 0靠靠飞轮的惯性飞轮的惯性（如内然机、缝纫机等）。（如内然机、缝纫机等）。AEDGBFCABEFDCG机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机
25、械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理ABCD1234P钻孔夹具钻孔夹具也可以利用死点进行工作也可以利用死点进行工作：起落架、钻夹具等起落架、钻夹具等。工件工件ABCD1234工件工件P=0=0TABDC飞机起落架飞机起落架ABCDF=0=0机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理5.铰链四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的运动连续性指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。指连杆机构能否连续实现给定的各个位置。可行域：可行域：摇杆的运动范围。摇杆的运动范围。不可行域：
26、不可行域：摇杆不能达到的区域。摇杆不能达到的区域。设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。设计时不能要求从一个可行域跳过不可行域进入另一个可行域。称此为称此为错位不连续错位不连续。错序不连续错序不连续设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。设计连杆机构时，应满足运动连续性条件。DAB1C1B2C2B3C3DAB1C1B3C3B2C2CC1C2C1C2CADB机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题2.用解
27、析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构3.用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构3.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构3.1按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构3.4按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构54 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理54 平面四
28、杆机构的设计平面四杆机构的设计 1.连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题 机构选型机构选型根据给定的运动要求选择机构的类型；根据给定的运动要求选择机构的类型；尺度综合尺度综合确定各构件的尺度参数确定各构件的尺度参数(长度尺寸长度尺寸)。同时要满足其他辅助条件：同时要满足其他辅助条件：a)结构条件结构条件（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）（如要求有曲柄、杆长比恰当、运动副结构合理等）;b)动力条件（如动力条件（如minmin）;c)运动连续性条件等。运动连续性条件等。三类设计要求：三类设计要求：1)满足预定的运动规律满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如，两连架杆转角对应，
29、如起落架起落架、牛头刨牛头刨。2)满足预定的连杆位置要求，如满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构铸造翻箱机构。3)满足预定的轨迹要求，如满足预定的轨迹要求，如鹤式起重机鹤式起重机、搅拌机搅拌机等。等。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理飞机起落架飞机起落架函数机构函数机构ADCBBC要求两连架杆转角对应要求两连架杆转角对应要求两连架杆的转角要求两连架杆的转角满足函数满足函数 y=logxxy=logxABCD机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械
30、原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理鹤式起重机鹤式起重机搅拌机构搅拌机构要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条卵形曲线迹为一条卵形曲线要求连杆上要求连杆上E点的轨点的轨迹为一条水平直线迹为一条水平直线QABCDEQCBADE机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理给定的设计条件：给定的设计条件：1)几何条件几何条件（给定连架杆或连杆的位置）（给定连架杆或连杆的位置）2)运动条件运动条件（
31、给定（给定K）3)动力条件动力条件（给定（给定minmin）设计方法：设计方法：解析法、图解法解析法、图解法2.用解析法设计四杆机构用解析法设计四杆机构思路：思路：首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析首先建立包含机构的各尺度参数和运动变量在内的解析关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。关系式，然后根据已知的运动变量求解所需的机构尺度参数。1)按预定的运动规律设计四杆机构按预定的运动规律设计四杆机构机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理3.
32、用作图法设计四杆机构用作图法设计四杆机构3.1按预定连杆位置设计四杆机构按预定连杆位置设计四杆机构a)给定连杆两组位置给定连杆两组位置有唯一解。有唯一解。c)给定连杆四组位置给定连杆四组位置B1C1B2C2AD将铰链将铰链A、D分别选在分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。足设计要求。b)给定连杆上铰链给定连杆上铰链BC的三组位置的三组位置有唯一解，但设计复杂，不讨论。有唯一解，但设计复杂，不讨论。有无穷多组解。有无穷多组解。ADB1C1B2C2B3C3AD机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰
33、州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理已知固定铰链已知固定铰链A、D和连架杆位置，确定活动铰链和连架杆位置，确定活动铰链B、C的位置。的位置。3.2按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构AD机构的转化原理机构的转化原理BC机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理22B2E2 11B1E13.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机
34、架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。AdD1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度B333E3B22.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，3.绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点；点；机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理 321321AB3B2B1E3E2E1dDB2B33.2 按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆
35、三组对应位置。1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度2.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D ，4.连接连接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.绕绕D将将B3E3D旋转旋转1 1-3 3得得B3点；点；3.绕绕D 将将B2 E2D旋转旋转1 1-2 2得得B2点；点；机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理 321321AB1E3E2E1dDB3B2C1B2C2B3C33.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构
36、已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度2.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D，3.绕绕D点旋转点旋转B2 E2D得得B2点；点；6.由由B1 B2 B3 三三点求圆心点求圆心C3。4.连接连接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.绕绕D将将B3E3D旋转旋转1 1-3 3得得B3点；点；机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理 321321AB1E3E2E1dDB3B
37、2C1B2C2B3C33.2按两连架杆三组对应位置设计四杆机构按两连架杆三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和两连架杆三组对应位置。和两连架杆三组对应位置。1.任意选定构件任意选定构件AB的长度的长度2.连接连接B2 E2、DB2的得的得B2 E2D，3.绕绕D点旋转点旋转B2 E2D得得B2点；点；6.由由B1 B2 B3 三三点求圆心点求圆心C3。4.连接连接B3 E3、DB3的得的得B3 E3D ，5.绕绕D将将B3E3D旋转旋转1 1-3 3得得B3点；点；机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理
38、工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构铰链铰链B相对于铰链相对于铰链A的运动轨迹为一圆弧，反之，的运动轨迹为一圆弧，反之，铰链铰链A相对于铰链相对于铰链B的运动轨迹也是一个圆弧；的运动轨迹也是一个圆弧；B1C1M1N1ADB2C2M2N2C3M3N3B3同理：同理：铰链铰链C相对于铰链相对于铰链D的运动轨迹为一圆弧的运动轨迹为一圆弧,铰链铰链D相对于铰链相对于铰链C的运动轨迹也是一圆弧。的运动轨迹也是一圆弧。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理
39、工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和连杆上某一标志线的三组对应位置：和连杆上某一标志线的三组对应位置：M1N1、M2N2 、M3N3，求铰链，求铰链B、C的位置。的位置。ADM1N1M2M3N2N3分析分析:铰链铰链A、D相对于铰链相对于铰链B、C的运动轨迹各为一圆弧，依据的运动轨迹各为一圆弧，依据转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，AD成
40、为连杆。只要求出原机架成为连杆。只要求出原机架AD相对于标志线的三组对应位置，相对于标志线的三组对应位置，原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。B1AA”机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理B1ADM1N1M2M3N2AA”D”DN3分析分析:铰链铰链A、D相对于铰链相对于铰链B、C的运动轨迹各为一圆弧，依据的运动轨迹各为一圆弧，依据转化原理，将连杆固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，转化原理，将连杆
41、固定作为机架，得一转化机构，在转化机构中，AD成为连杆。只要求出原机架成为连杆。只要求出原机架AD相对于标志线的三组对应位置，相对于标志线的三组对应位置，原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。原问题就转化为按连杆三组位置设计四杆机构的问题。3.3按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构按连杆上任意标志线的三组对应位置设计四杆机构已知已知:机架长度机架长度d和连杆上某一标志线的三组对应位置：和连杆上某一标志线的三组对应位置：M1N1、M2N2 、M3N3，求铰链，求铰链B、C的位置。的位置。C1机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州
42、理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理3.4按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构a)曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);已知已知：CD杆长，摆角杆长，摆角及及K，设计，设计此机构。步骤如下：此机构。步骤如下：任取一点任取一点D D，作等腰三角形腰长，作等腰三角形腰长 为为CDCD，夹角为，夹角为;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P P C1C2的外接圆，则的外接圆，则A A点必在此圆上。点必在此圆上。选定选定A A，设曲柄为，设曲柄为a a，连杆为，连杆为b
43、b，则，则A A C1=a+b,=a+b,以以A A为圆心，为圆心，A A C2为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：a=EC1/2 b=A b=A C1EC1/290-PAEC1C2A A C2=b-a=b-a，故有：，故有：a=(A A C1A A C2)/2D C2C1P=90,交于交于P;P;机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理22aC1C2e(3)按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构b)曲柄滑块机构曲柄滑块机构H90-
44、oAE已知已知K K，滑块行程，滑块行程H H，偏距，偏距e e，设计此机构设计此机构 。计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H H作射线作射线C1O O 使使C2C1O=90,以以O O为圆心，为圆心，C1O O为半径作圆。为半径作圆。以以A A为圆心，为圆心，A A C1为半径作弧交于为半径作弧交于E,E,得：得：a=EC2/2 b=A b=A C2EC2/2作射线作射线C2O O使使C1C2 O=90。90-作偏距线作偏距线e e，交圆弧于，交圆弧于A A，即为所求。，即为所求。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰
45、州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理mnAD=D3.4按给定的行程速比系数按给定的行程速比系数K设计四杆机构设计四杆机构c)导杆机构导杆机构由于由于与与导杆摆角导杆摆角相等，设计此相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄机构时，仅需要确定曲柄 a。计算计算180180(K-1)/(K+1);(K-1)/(K+1);任选任选D D作作mDnmDn，取取A A点，使得点，使得AD=d,AD=d,则则:a=dsin(a=dsin(/2)/2)。=Ad作角分线作角分线;设已知：机架长度设已知：机架长度d，K，设计此机构。，设计此机构。机械
46、原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理解析法：解析法：1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构根据工作要求确定曲柄摇杆机构摇杆的摆角根据工作要求确定曲柄摇杆机构摇杆的摆角=360，机构在远极位，机构在远极位时的传动角时的传动角=600，行程速比系数，行程速比系数K=14。要求确定曲柄摇杆机构。要求确定曲柄摇杆机构的四杆长度的四杆长度a，b，c，d。（1）建立数学模型）建立数学模型 首先令首先令d=1，并求出机构极位夹角，并求出机构极位夹角=1800（K-1）/（K+1）=300，
47、然后再作出机构对应的二极限位置如图，由对应AC1D和AC2D列出如下投影方程：机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理3.4实验法设计四杆机构实验法设计四杆机构按连架杆对应的角位移按连架杆对应的角位移设计四杆机构设计四杆机构1)首先在一张纸上取固首先在一张纸上取固定轴定轴A的位置，作原动的位置，作原动件角位移件角位移i i位置位置 i i 位置位置 i i 12 15 10.8 45 15 15.8 23 15 12.5 56 15 17.5 34 15 14.2 6
48、7 15 19.2 AB12)任意取原动件长度任意取原动件长度AB3)任意取连杆长度任意取连杆长度BC，作一系列圆弧，作一系列圆弧4)在一张透明纸上取固定轴在一张透明纸上取固定轴D，作角位移，作角位移iDk1D5)取一系列从动件长度取一系列从动件长度 作同心圆弧。作同心圆弧。6)两图叠加，移动透明纸，两图叠加，移动透明纸，使使ki落在同一圆弧上。落在同一圆弧上。C1ii机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理2)按预定的运动轨迹设计按预定的运动轨迹设计四杆机构四杆机构
49、MNEABCD机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理连杆曲线生成器ABCD机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理连杆曲线图谱连杆曲线图谱机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械 原 理本章重点：本章重点：1.四杆机构的基
50、本形式、演化及应用；四杆机构的基本形式、演化及应用；2.曲柄存在条件、传动角曲柄存在条件、传动角、压力角、压力角、死点、急回特性：极、死点、急回特性：极位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；位夹角和行程速比系数等物理含义，并熟练掌握其确定方法；3.掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行掌握按连杆二组位置、三组位置、连架杆三组对应位置、行程速比系数设计四杆机构的原理与方法。程速比系数设计四杆机构的原理与方法。机械原理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学兰州理工大学 机 械 原 理 机 械 原 理 机 械
