第二章 平面连杆机构及其设计-4

§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
(已知固定铰链和某一活动铰链，求另一活动铰链）。 已知固定铰链和某一活动铰链，求另一活动铰链）。——刚化转动法 已知固定铰链和某一活动铰链 ）。 刚化转动法
求解内容： 求解内容： 已知条件： 已知条件：两连架杆的对应位置 确定连杆与摇杆相连接的活动铰链C的位置 确定连杆与摇杆相连接的活动铰链 的位置 曲柄AB AB： 曲柄AB：ϕ1 、 ϕ 2、 ϕ3 求解连杆杆L 求解连杆杆 ＢC、摇杆LＣＤ的长度 、ψ 2、ψ 3 摇杆L 标线ED对应位置：ψ 1 对应位置： 摇杆 CD上标线 摇杆L 对应位置
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
步骤： 步骤：（1）选比例尺，作出连杆的已知位置； ）选比例尺，作出连杆的已知位置； 的垂直平分线，其交点即为固定铰链点A。 （2）分别作 1B2、B2B3的垂直平分线，其交点即为固定铰链点 。 ）分别作B （3）同理作出 点； ）同理作出D点 即为所求。 （4）连接 、B、C、D即为所求。 ）连接A、 、 、 即为所求
B’ B’’
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
4）作rt ∆C1C2P 的外接圆。 7）连接 、B、C、D即为所求。 ） 3、 按给定的行程速比系数 设计四杆机构 的外接圆。 、 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 即为所求。 ）连接A、 、 、 即为所求 则圆弧C） 2上任一点 至 则圆弧 1）铰链四杆机构 C1 （ 1PC 上任一点A至 和C2的连线的夹角都等于极 设已知摇杆的长度CD、 设已知摇杆的长度 、 位夹角θ，所以曲柄轴心A应 位夹角 ，所以曲柄轴心 ， 摆角ψ及行程速比系数 应 摆角 及行程速比系数K， 及行程速比系数 在此圆弧上。 在此圆弧上。
Ｃ１
已知条件
连杆的长度ｂ和活动铰链 、 连杆的长度ｂ和活动铰链B、C Ｂ 二个或 连杆给定的位置二个 三个位置 连杆给定的位置二个或三个位置
１
确定两固定铰链Ａ、Ｄ的位置 确定两固定铰链Ａ、Ｄ的位置 Ａ、Ｄ 求解内容 求解其余三杆（ 求解其余三杆（LＡＢ、LＣＤ、LＡＤ）的长度
§2-6 平面连杆机构的设计
l 2 0 ∠ (AC -AC )/2 故 a=µlC2C1P=90 - θ ， 1 2 则 (AC +AC )/2 b=µ∠C1P C2=θ 。 l 1 2
1）计算 ＝1800（K-1） ）计算θ＝ ）
A
θ
B
ψ
O
900- θ
D
θ
P
§2-6 平面连杆机构的设计 B
二、用作图法设计四杆机构
(2) 曲柄滑块机构
C2
C1
90 − θ
设计此曲柄摇杆机构。 设计此曲柄摇杆机构。
步骤： 5)步骤 由附加条件和连续传动条 件确定A点 件确定 点。 /(K+1）； ）； 2）选比例尺，作出已知位置； ）选比例尺，作出已知位置； 6）求曲柄、连杆长度。 ）求曲柄、连杆长度。 3）作 rt ∆C1C2P， ） AC ＝b+a，， µl 1 ， 使∠ =b-a， 0 µ AC C1C2P=90 ， ，
C2 C3
B1 B2 B3 C1
注：若给定连杆三 个位置， 个位置，有唯一的
A
D
解，若给定两个位 置有无穷多个解。 置有无穷多个解。
[例] 设计铸造车间造型机的翻转机构 例
C2 C2 B1 3 C1 B2 2 4 A D B1 3 C1 砂箱 7 9 振实台 E2 E1 2 4 A B2 托台 D 作用力 F2 5 6 F1 1
§2-6 平面连杆机构的设计
根据机械的用途和性能要求等的不同， 根据机械的用途和性能要求等的不同，对连杆 机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求， 机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求， 一般可归纳为以下两类问题： 一般可归纳为以下两类问题：
1)按照给定从动件的位置设计四杆机构， 1)按照给定从动件的位置设计四杆机构， 按照给定从动件的位置设计四杆机构 称为位置设计。 称为位置设计。 位置设计 2)按照给定点的运动轨迹设计四杆机构 按照给定点的运动轨迹设计四杆机构， 2)按照给定点的运动轨迹设计四杆机构， 称为轨迹设计。 称为轨迹设计。 轨迹设计
已知K、 和 ，设计此机构。 已知 、H和e，设计此机构。 步骤： ）计算θ＝ 步骤： 1）计算 ＝1800（K-1/K+1）; ） 2）选比例尺，作一直线C1C2=H; ）选比例尺，作一直线 3）作H的垂线和∠C1C2 ） 的垂线和 此两线相交于点O； 此两线相交于点 ； 4）以O为圆心，过C1、C2作圆， ） 为圆心， 作圆， 为圆心 A点应在此圆弧上选取； 点应在此圆弧上选取； 5) 作平行 1C2且间距等于 的直 作平行C 且间距等于e的直 线，与圆弧的交点即为A点； 与圆弧的交点即为 点 6）由公式求曲柄、连杆长度。 ）由公式求曲柄、连杆长度。 O=900θ， ，
确定连杆与摇杆相连接的活动铰链c的位置求解连杆杆lbc摇杆lcd的长度二用作图法设计四杆机构226平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计取de为机架二用作图法设计四杆机构226平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计1机构倒置
§2-6 平面连杆机构的设计
一、连杆机构设计的基本问题 连杆机构设计的基本问题： 连杆机构设计的基本问题： • 根据给定的运动要求选定机构的型式（型综合）； 根据给定的运动要求选定机构的型式（型综合） • 根据机构所要完成的功能运动而提出的设计条件 （运动条件、几何条件和传力条件等），确定机构 运动条件、几何条件和传力条件等），确定机构 ）， 各构件的尺度参数（尺度综合） 各构件的尺度参数（尺度综合）； • 画出机构运动简图。 画出机构运动简图。
α3 D
α2
α1
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
3 O
2
ϕ1i
1 3 2
ψ 1i
1 D
机构倒置
A
随便取定两个活动饺链中心行吗？ 随便取定两个活动饺链中心行吗？
根据机构倒置的理论， 根据机构倒置的理论，我们能否把按连架杆 预定的对应位置设计四杆机构的问题转化为按连 杆预定的位置设计四杆机构的问题呢? 杆预定的位置设计四杆机构的问题呢?
a
1
2 b C
3
A
4
vc
H c2
90 − θ
A
c1
O
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
（3）导杆机构 ）
已知d、 ，设计此机构。 已知 、K，设计此机构。 步骤： 步骤： 1）按公式计算θ＝1800（K-1/K+1）。 ）按公式计算 ＝ ）。
C2
n A a
m
C1 d φ
2）选比例尺，任取一点D，作∠mDn=θ=φ。 ）选比例尺，任取一点 ， 。 3）作∠mDn等分角线，在此分角线上取 LAD=d， ） 等分角线， 等分角线 ， 即得曲柄回转中心 A。 。 4）过点A作导杆的垂直线 1(或AC2) 则该线段长 ）过点 作导杆的垂直线 作导杆的垂直线AC 或 即为曲柄的长度。 即为曲柄的长度。故a＝d sin(φ／2)。 ＝ ／ 。
设计方法 几何法（作图法）； 几何法（作图法）； 解析法 实验法； 实验法；
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
1、按连杆预定的位置设计四杆机构(已知活动铰链，求固定铰链。 、按连杆预定的位置设计四杆机构 已知活动铰链 求固定铰链。 已知活动铰链， 即求活动铰链轨迹圆的圆心）。 即求活动铰链轨迹圆的圆心）。——垂直平分线法 ）。 垂直平分线法
§2-6 平面连杆机构的设计
一、连杆机构设计的基本问题
为了使机构设计得合理、可靠， 为了使机构设计得合理、可靠，设计中应满足的 附加条件： 附加条件： 1）要求某连架杆为曲柄； ）要求某连架杆为曲柄； 2）要求机构的运动具有连续性； ）要求机构的运动具有连续性； 3）要求最小传动角在许用传动角范围内，即 γ min ≥ [γ ] ）要求最小传动角在许用传动角范围内， 4）特殊的运动要求，如要求机构输出件有急回特性； ）特殊的运动要求，如要求机构输出件有急回特性； 5）足够的运动空间等。 ）足够的运动空间等。
D
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构
2、按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 (已知固定铰链 、 已知固定铰链 和某一活动铰链，求另一活动铰链）。——刚化转动法 和某一活动铰链，求另一活动铰链）。 ）。 刚化转动法 E1 C2 E2 C3 E3
B2 B1 B3 φ 2φ 1
C1
φ3 A
二、用作图法设计四杆机构
点的位置。 分析： 该机构设计的主要问题是确定两固定铰链A和 点的位置 分析 该机构设计的主要问题是确定两固定铰链 和D点的位置。 由于B、 两点的运动轨迹是圆 两点的运动轨迹是圆， 由于 、C两点的运动轨迹是圆，该圆的中心就是固定铰链 的位置，因此 、 的位置应分别位于 的位置应分别位于B 的位置，因此A、D的位置应分别位于 1B2和C1C2的垂直平 分线b 分线 12和c12上
E1 E2
B2 B1 A
C
B3
ψ1
E3
ϕ2 ϕ3
D
ψ3
§2-6 平面连杆机构的设计
二、用作图法设计四杆机构 步骤： 步骤：
1）机构倒置。选 ）机构倒置。 比例尺，作出连架杆及 比例尺， 机架的已知位置， 机架的已知位置，并选 定新“机架” 定新“机架”； 2）刚化转动。将 ）刚化转动。 其它位置的四杆机构 刚化转动到与“机架” 刚化转动到与“机架” 重和； 重和； 3）作垂直平分 ） 线，其交点即为所 求。 4）连接 、B1、 ）连接A、 C1、D即为所求四杆 即为所求四杆 机构。 机构。
Ej Bj
φj
ψj
B1
E1
φ0
A D
ψ0
取DE1为机架
例题：图示，已知两连架杆的对应位置，设计此四杆机构。 例题：图示，已知两连架杆的对应位置，设计此四杆机构。
E1 E2
步骤： 步骤：
ψ1
E3
c
B2 B1 A B3
1）机构倒置。 ）机构倒置。 2）刚化转动。 ）刚化转动。
ϕ2 ϕ3
D
ψ3
3）作垂直平分线， ）作垂直平分线， 其交点即为所求。 其交点即为所求。 4）连接A、B1、C1、D ）连接 、 即为所求四杆机构。 即为所求四杆机构。