平面四杆机构结构设计
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平面四杆机构类型介绍课件
03
应用：汽车转向机构、自行车脚踏板机构等
04
优点：结构简单，运动可靠，易于实现各种运动规律
双摇杆机构
组成：两个摇杆和 一个连杆 1
特点：结构简单，运 动灵活，但运动轨迹 4 复杂，设计难度较大
运动：两个摇杆 2 可以同时摆动，
连杆随之运动
应用：汽车转向 3 系统、飞机起落
架等
3
平面四杆机构的 应用
构
05
平行四杆机构：由四个平行杆组成的机构
06
空间四杆机构：由四个空间杆组成的机构
平面四杆机构的特点
由四个构件组成，其中至少有一个构件是活 动构件 构件之间通过转动副或移动副连接
机构的运动是通过构件之间的相对运动实现 的
机构的运动具有确定的运动规律，可以通过 分析机构的几何关系和运动学原理来研究
2
平面四杆机构的 类型
曲柄摇杆机构
02
03
04
优点：结构简单、运动 平稳、易于控制和实现 自动化
应用：广泛应用于各种 机械设备中，如汽车、 飞机、船舶等
特点：曲柄和摇杆的 运动轨迹为圆弧
01
组成：曲柄、摇杆、 连杆和机架
双曲柄机构
01
组成：两个曲柄和一个连杆
02
特点：两个曲柄可以同时转动，连杆只能做摆动运动
能满足强度要求
设计合理的传动比，
2
避免过大的传动比导
致机构过载
优化结构设计，减少
3
应力集中和疲劳破坏
满足加工工艺要求
01
04
设计机构时，要考虑到成 本控制的要求，如采用何 种材料、加工方法等。
03
设计机构时，要考虑到维 修工艺的要求，如采用何 种维修方法、维修工具等。
《平面四杆机构》课件
平面四杆机构
目 录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构的基本形式 • 平面四杆机构的运动特性 • 平面四杆机构的优化设计 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的创新与发展
01
平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是指在平面内由四 个刚性构件通过低副（铰链或滑 块）连接而成的相对固定和相对 运动的机构。
总结词
随着科技的不断发展，平面四杆机构的设计 也在不断创新，新型的平面四杆机构在结构 、性能和应用方面都得到了显著提升。
详细描述
新型平面四杆机构采用了先进的材料和设计 理念，使得其具有更高的稳定性和耐用性。 同时，新型平面四杆机构在运动学和动力学 方面也进行了优化，能够实现更加精准和高
效的运动控制。
平面四杆机构的分类
根据连架杆的形状
曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
根据机架的长度
长机架四杆机构、短机架四杆机构。
02
平面四杆机构的基本形式ຫໍສະໝຸດ 曲柄摇杆机构总结词
曲柄摇杆机构是平面四杆机构中最常 见的形式之一，其中一根杆固定作为 曲柄，另一根杆作为摇杆，通过曲柄 的转动来驱动摇杆的摆动。
详细描述
特点
具有结构简单、工作可靠、传动 效率高、制造容易等优点，因此 在各种机械和机构中得到广泛应 用。
平面四杆机构的应用
01
02
03
曲柄摇杆机构
用于将曲柄的转动转化为 摇杆的往复摆动，如搅拌 机、榨汁机等。
双曲柄机构
用于实现两个曲柄的等速 转动，如机械式钟表的秒 针机构等。
双摇杆机构
用于将两个摇杆的往复摆 动转化为另一个摇杆的往 复摆动，如雷达天线驱动 机构等。
详细描述
目 录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构的基本形式 • 平面四杆机构的运动特性 • 平面四杆机构的优化设计 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的创新与发展
01
平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是指在平面内由四 个刚性构件通过低副（铰链或滑 块）连接而成的相对固定和相对 运动的机构。
总结词
随着科技的不断发展，平面四杆机构的设计 也在不断创新，新型的平面四杆机构在结构 、性能和应用方面都得到了显著提升。
详细描述
新型平面四杆机构采用了先进的材料和设计 理念，使得其具有更高的稳定性和耐用性。 同时，新型平面四杆机构在运动学和动力学 方面也进行了优化，能够实现更加精准和高
效的运动控制。
平面四杆机构的分类
根据连架杆的形状
曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。
根据机架的长度
长机架四杆机构、短机架四杆机构。
02
平面四杆机构的基本形式ຫໍສະໝຸດ 曲柄摇杆机构总结词
曲柄摇杆机构是平面四杆机构中最常 见的形式之一，其中一根杆固定作为 曲柄，另一根杆作为摇杆，通过曲柄 的转动来驱动摇杆的摆动。
详细描述
特点
具有结构简单、工作可靠、传动 效率高、制造容易等优点，因此 在各种机械和机构中得到广泛应 用。
平面四杆机构的应用
01
02
03
曲柄摇杆机构
用于将曲柄的转动转化为 摇杆的往复摆动，如搅拌 机、榨汁机等。
双曲柄机构
用于实现两个曲柄的等速 转动，如机械式钟表的秒 针机构等。
双摇杆机构
用于将两个摇杆的往复摆 动转化为另一个摇杆的往 复摆动，如雷达天线驱动 机构等。
详细描述
《机械设计基础》第2章_平面连杆机构解析
0 0
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 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
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
由上式可知，机构的急回程度取决于极位夹
角θ的大小。θ角越大，K值越大，机构的急回程
度也越高，但机构运动的平稳性就越差。反之反 然。 一般机械中1≤K≤2。
5.连杆机构具有急回特性的条件
⑴ 输入件等速整周转动；
⑵ 输出件往复运动；
⑶ 极位夹角
。 0
6.常见具有急回特性的四杆机构
二、平面连杆机构的特点及应用
1.平面连杆机构的特点
⑴寿命长 低副联接，接触表面为平面或圆柱面，
压力小；便于润滑，磨损较小。
⑵易于制造 连杆机构以杆件为主，结构简单。 ⑶可实现远距离操纵控制 因连杆易于作成较长
的构件。
⑷可实现比较复杂的运动规律 ⑸设计计算较繁复，当机构复杂时累计误差较大，
2、双曲柄机构
具有两个曲柄的铰链四杆机构。
⑴平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，且曲
柄的转向相同长度也相等的双曲柄机构。 这种机构两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆 始终做平动，故应用较广。
运动的不确定性
有辅助构件的重复机构
有辅助构件的错列机构
⑵逆平行四边形机构：连杆与机架的长度相等，两
含有两个移动副的四杆机构应用实例
2.3 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
设 AB 为曲柄,
由 △BCD :
且 a <d .
b+c>f 、 b+f >c 、 c+f >b
以 fmax = a + d ， fmin = d - a b+c >a+d 、 b+d >a+c 、 c+d >a+b 化简后得: a<b 、 a<c 、 a< d 若 d <a d<a、d<b、d<c 代入并整理得：
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ppt课件
平面四杆机构ppt课件
contents
目录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构类型 • 平面四杆机构的设计与优化 • 平面四杆机构的特性分析 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的未来发展与挑战
01 平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是一种由四个刚性 杆通过铰链连接形成的平面机构 。
3D打印技术
利用3D打印技术，实现复杂结构的设计和快速原型制造。
智能化与自动化
传感器和执行器的集成
01
在机构中集成传感器和执行器，实现实时监测和控制。
智能化控制算法
02
采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制，以提高机
构的动态性能和稳定性。
自动化系统集成
03
将机构与自动化系统集成，实现远程监控、故障诊断和预测性
详细描述
摄影升降装置中的平面四杆机构由支架、滑轨、连杆和摄像设备组成。通过电机驱动，滑轨带动连杆运动，使摄 像设备实现升降。平面四杆机构在摄影升降装置中保证了摄像设备的稳定性和精确性，为拍摄高质量的画面提供 了保障。
06 平面四杆机构的未来发展 与挑战
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金，以提高机构的强度和减轻重量。
运动特性分析
运动特性
分析平面四杆机构的运动特性， 包括运动范围、运动速度和加速 度等，以及各杆件之间的相对运
动关系。
运动轨迹
研究平面四杆机构中各点的运动轨 迹，包括曲线的形状、变化规律和 影响因素。
运动学分析
通过建立平面四杆机构的运动学方 程，分析其运动规律，为机构的优 化设计提供理论依据。
受力特性分析
实例二：搅拌机
contents
目录
• 平面四杆机构简介 • 平面四杆机构类型 • 平面四杆机构的设计与优化 • 平面四杆机构的特性分析 • 平面四杆机构的实例分析 • 平面四杆机构的未来发展与挑战
01 平面四杆机构简介
定义与特点
定义
平面四杆机构是一种由四个刚性 杆通过铰链连接形成的平面机构 。
3D打印技术
利用3D打印技术，实现复杂结构的设计和快速原型制造。
智能化与自动化
传感器和执行器的集成
01
在机构中集成传感器和执行器，实现实时监测和控制。
智能化控制算法
02
采用先进的控制算法，如模糊控制和神经网络控制，以提高机
构的动态性能和稳定性。
自动化系统集成
03
将机构与自动化系统集成，实现远程监控、故障诊断和预测性
详细描述
摄影升降装置中的平面四杆机构由支架、滑轨、连杆和摄像设备组成。通过电机驱动，滑轨带动连杆运动，使摄 像设备实现升降。平面四杆机构在摄影升降装置中保证了摄像设备的稳定性和精确性，为拍摄高质量的画面提供 了保障。
06 平面四杆机构的未来发展 与挑战
新材料的应用
高强度轻质材料
采用高强度轻质材料，如碳纤维复合材料和铝合 金，以提高机构的强度和减轻重量。
运动特性分析
运动特性
分析平面四杆机构的运动特性， 包括运动范围、运动速度和加速 度等，以及各杆件之间的相对运
动关系。
运动轨迹
研究平面四杆机构中各点的运动轨 迹，包括曲线的形状、变化规律和 影响因素。
运动学分析
通过建立平面四杆机构的运动学方 程，分析其运动规律，为机构的优 化设计提供理论依据。
受力特性分析
实例二：搅拌机
平面四杆机构课件
滑块机构
介绍滑块机构的结构和运动方式，以及在传 动系统中的应用。
运动分析
分析平面四杆机构的转角、转速和加速度，以了解其运动特性和性能。
拉格朗日动力学方程
使用拉格朗日动力学方程来描述平面四杆机构的运动方程，并探讨其动力学特性。
运动规律和行程设计
讲解平面四杆机构的运动规律和行程设计
本课件介绍平面四杆机构的基本概念、定义、特点以及常见类型。包括运动 副和约束副，运动分析和转角、转速、加速度分析，以及结构设计和齿轮传 动设计。展示实例和应用领域。
基本概念
介绍平面四杆机构的基本概念，包括其构成要素、运动方式和作用。
四杆机构的定义
详细解释四杆机构的定义，并讨论其在机械工程中的重要性。
结构设计
讨论平面四杆机构的连杆参数设计，轴承选型和布置设计，以及齿轮传动设 计和杆件配重设计。
实例演示
通过实例演示，展示平面四杆机构在工程实践中的应用，以及解决的具体问 题。
案例分析和实验
通过案例分析和实验，深入了解平面四杆机构的工作原理和性能，以及应用 的局限性。
展示动画演示
使用动画演示的方式展示不同类型平面四杆机构的运动特性和工作过程。
平面四杆机构的基本特点
探讨平面四杆机构的基本特点，如连杆长度比例、工作空间和运动自由度。
常见类型
平行四杆机构
介绍平行四杆机构的结构和运动特点，以及 在工程领域中的应用。
摺线机构
讨论摺线机构的设计原理和运动特性，以及 在汽车工程中的应用。
菱形机构
解释菱形机构的结构和运动原理，以及其在 工业制造中的应用。
数据结果展示
展示通过实验和仿真获得的数据结果，以评估平面四杆机构的性能和效果。
总结
介绍滑块机构的结构和运动方式，以及在传 动系统中的应用。
运动分析
分析平面四杆机构的转角、转速和加速度，以了解其运动特性和性能。
拉格朗日动力学方程
使用拉格朗日动力学方程来描述平面四杆机构的运动方程，并探讨其动力学特性。
运动规律和行程设计
讲解平面四杆机构的运动规律和行程设计
本课件介绍平面四杆机构的基本概念、定义、特点以及常见类型。包括运动 副和约束副，运动分析和转角、转速、加速度分析，以及结构设计和齿轮传 动设计。展示实例和应用领域。
基本概念
介绍平面四杆机构的基本概念，包括其构成要素、运动方式和作用。
四杆机构的定义
详细解释四杆机构的定义，并讨论其在机械工程中的重要性。
结构设计
讨论平面四杆机构的连杆参数设计，轴承选型和布置设计，以及齿轮传动设 计和杆件配重设计。
实例演示
通过实例演示，展示平面四杆机构在工程实践中的应用，以及解决的具体问 题。
案例分析和实验
通过案例分析和实验，深入了解平面四杆机构的工作原理和性能，以及应用 的局限性。
展示动画演示
使用动画演示的方式展示不同类型平面四杆机构的运动特性和工作过程。
平面四杆机构的基本特点
探讨平面四杆机构的基本特点，如连杆长度比例、工作空间和运动自由度。
常见类型
平行四杆机构
介绍平行四杆机构的结构和运动特点，以及 在工程领域中的应用。
摺线机构
讨论摺线机构的设计原理和运动特性，以及 在汽车工程中的应用。
菱形机构
解释菱形机构的结构和运动原理，以及其在 工业制造中的应用。
数据结果展示
展示通过实验和仿真获得的数据结果，以评估平面四杆机构的性能和效果。
总结
最新平面四杆机构结构设计PPT课件
y
构件3和构件1满足以下位置关系： B
2 l2 δ
C 3
ψi＝f (φi ) i =1, 2, 3…n
l11
设计此四杆机构(求各构件长度)。A φ
设计：潘存云
4
l4
l3
ψ
Dx
建立坐标系,设构件长度为：l1 、l2、l3、l4
l1+l2=l3+l4 在x,y轴上投影可得：
l1 coc φ + l2 cos δ = l3 cos ψ + l4 l1 sin φ + l2 sin δ = l3 sin ψ 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. 令： l1 =1
3.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。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
3)任意取连杆长度BC，作一系源自圆弧;45))在取一一张系透列明从纸动上件取固φi定轴D，作角位移ψi 长度作同心圆弧。 B1
D
k1
ψi
D
6) 两图叠加，移动透明 A 纸，使ki落在同一圆 弧上。
C1
设计：潘存云
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
四、按预定的运动轨迹设计四杆机构
6
D
设计：潘存云
3 2
C
E B5 1 A
4
步进式 传送机构
C
B
A
D
设计：潘存云
E
搅拌机构
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
四、按预定的运动轨迹设计四杆机构
连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。
B, C点的轨迹为圆弧;
M
其余各点的轨迹为一
条 封闭曲线。
平面连杆机构
如图所示，铰链四杆机构由机架4、连 架杆(与机架相连的1、3两杆)和连杆 (与机架不相联的中间杆2)组成。
曲柄——能绕机架上的转动副作整周 回转的连架杆。
摇 杆 —— 只 能 在 某 一 角 度 范 围 ( 小 于
360°)内摆动的连架杆。
一、铰链四杆机构的基本型式
铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是 摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构三种基本型式 。
（一）、转动副转化成移动副
1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移 动副
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
曲柄存在条件： 对心曲柄滑块机构：L1<L2 行程 S=2L1 偏置曲柄滑块机构：L1+e<L2
2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副
由于此机构当主 动件1等速回转时， 从动到导杆3的位 移为y=Labsinα ， 故又称正弦机构
第2章 平面连杆机构
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 型 式 和 特 征 §2-2 铰 链 四 杆 机 构 有 整 转 副 的 条 件 §2-3 铰链四杆机构的演化 §2-4 平面四杆机构的设计
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基本型式和特征
平面连杆机构——由若干个构件通过平 面低副(转动副和移动副)联接而构成的平 面机构，也叫平面低副机构。
曲柄是连架杆，只有整转副处于机架
上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足
整转副条件时，机构中最短杆的两端转
动副一定为整转副。 因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄
的条件： ⑴最短杆与最长杆长度之和小于或
等于其余两杆长度 之和； ⑵连架杆和机架中，必有一个是最
短杆。
结论： 若铰链四杆机构满足上述整转副条件，
缝纫机
曲柄——能绕机架上的转动副作整周 回转的连架杆。
摇 杆 —— 只 能 在 某 一 角 度 范 围 ( 小 于
360°)内摆动的连架杆。
一、铰链四杆机构的基本型式
铰链四杆机构按照连架杆是曲柄还是 摇杆分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构、 双摇杆机构三种基本型式 。
（一）、转动副转化成移动副
1、铰链四杆机构中一个转动副转化为移 动副
对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构
曲柄存在条件： 对心曲柄滑块机构：L1<L2 行程 S=2L1 偏置曲柄滑块机构：L1+e<L2
2、铰链四杆机构中两个转动副转化为移动副
由于此机构当主 动件1等速回转时， 从动到导杆3的位 移为y=Labsinα ， 故又称正弦机构
第2章 平面连杆机构
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 型 式 和 特 征 §2-2 铰 链 四 杆 机 构 有 整 转 副 的 条 件 §2-3 铰链四杆机构的演化 §2-4 平面四杆机构的设计
§2-1 平 面 四 杆 机 构 的 基本型式和特征
平面连杆机构——由若干个构件通过平 面低副(转动副和移动副)联接而构成的平 面机构，也叫平面低副机构。
曲柄是连架杆，只有整转副处于机架
上才能形成曲柄。当铰链四杆机构满足
整转副条件时，机构中最短杆的两端转
动副一定为整转副。 因此可以得出铰链四杆机构存在曲柄
的条件： ⑴最短杆与最长杆长度之和小于或
等于其余两杆长度 之和； ⑵连架杆和机架中，必有一个是最
短杆。
结论： 若铰链四杆机构满足上述整转副条件，
缝纫机
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宁夏大学专用
位置 φi ψi 1→2 15∘ 10.8∘4→5 15∘ 15.8∘ 2→3 15∘ 12.5∘5→6 15∘ 17.5∘ 3→4 15∘ 14.2∘6→7 15∘ 19.2∘
ψi
ψi
D
设计：潘存云
作者： 潘存云教授
四、按预定的运动轨迹设计四杆机构
6
D E B5 1 A 4
C D E
2
l2 δ
4
C 3
设计：潘存云
l3
ψ D x
建立坐标系,设构件长度为：l1 、l2、l3、l4
l4
l1 coc φ + l2 cos δ = l3 cos ψ + l4 l1 sin φ + l2 sin δ = l3 sin ψ 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. 令： l1 =1
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
设计：潘存云
B C D
D
设计：潘存云
Q
Q A
搅拌机构
E
鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线
宁夏大学专用
要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
作者： 潘存云教授
给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K）
3)动力条件（给定γmin）
设计方法：图解法、解析法、实验法
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
作者： 潘存云教授
举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： φ1 ψ1 φ2 ψ2 φ3 ψ3
45° 50° 90° 80° 135° 110° B2 B3 B1
C3
C2 C1
φ2
代入方程得： A D cos45° =P0cos50° +P1cos(50°-45°) +P2 cos90° =P0cos80° +P1cos(80°-90°) +P2 cos135°=P0cos110°+P1cos(110°-135°)+P2 解得相对长度: P0 =1.533, P1=-1.0628, P2=0.7805 各杆相对长度为： l3 = P0 = 1.553, l4 =- l3 / P1 =1.442 l2 =(l42+ l32+1-2l3P2 )1/2 =1.783 l1=1
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
二、按预定连杆位置设计四杆机构 a)给定连杆两组位置 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。 有无穷多组解。 b)给定连杆上铰链BC的三组位置 有唯一解。
B1 B2 B1 B2
C1 C2 D D’ C1
§2－4 平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题 机构选型－根据给定的运动要求选择机 构的类型； 尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：
γ
a)结构条件（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γmin）;
c)运动连续性条件等。
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
代入移项得： l2 cosδ = l4 ＋ l3 cos ψ －cos φ l2 sinδ = l3 sin ψ －sin φ
2l4 l4 令: P0 P2 P1 则化简为：cocφ＝P0 cosψ ＋ P1 cos(ψ－ φ ) ＋ P2 代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组： 消去δ整理得： cosφ ＝ l3 cosψ － l3 cos(ψ-φ) ＋ l42+ l32+1- l22
宁夏大学专用
φ3
φ1
ψ3
ψ2
ψ1
选定构件l1的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。
作者： 潘存云教授
实验法设计四杆机构 位置 φi
当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有 精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。
1)首先在一张纸上取 固定轴A的位置，作 原动件角位移φi 2)任意取原动件长度AB 3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧; 4)在一张透明纸上取固定轴D，作角位移ψi D φi 5) 取一系列从动件 k1 B1 长度作同心圆弧。 C1 6) 两图叠加，移动透明 A 纸，使ki落在同一圆 弧上。
C’
B’ B C
设计：潘存云
A
D
要求连杆在两个位置 垂直地面且相差180˚
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。
A C E B
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。
A D B’ C’
设计：潘存云
x B
A
设计：潘存云
D C
B
C
y=logx 函数机构
飞机起落架
宁夏大学专用
要求两连架杆的转角 满足函数 y=logx
作者： 潘存云教授
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
P
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);
m A
设计：潘存云
n
φ=θ D
d
②任选D作∠mDn＝φ＝θ，作角分线; ③ 取 A 点 ， 使 得 AD=d, a=dsin(φ/2)。 则 :
A
θ
设计：潘存云
φ=θ
D
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
3) 曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H， 偏距e，设计此机构 。 ①计算: θ ＝180°(K-1)/(K+1); ②作C1 C2 ＝H
C1
H
90°-θ
C2
90°-θ
A
E
e
设计：潘存云
2θ
o
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。 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： l2 = A C2－EC2/ 2 l1 =EC2/ 2
设计：潘存云
A
A’
C2 C3
B3
A
D
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构 给定连架杆对应位置： y 构件3和构件1满足以下位置关系： B 1 ψi＝f (φi ) i =1, 2, 3…n l1 φ 设计此四杆机构(求各构件长度)。A l1+l2=l3+l4 在x,y轴上投影可得：
设计：潘存云
设计：潘存云
3 C
2
B
A
步进式 传送机构
搅拌机构
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
四、按预定的运动轨迹设计四杆机构
连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。 B, C点的轨迹为圆弧; 其余各点的轨迹为一 条 封闭曲线。
A
设计：潘存云
M
B E C
设计目标: 就是பைடு நூலகம்确定一组 杆长参数, 使连杆上某点的 轨迹满足设计要求。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 1) 曲柄摇杆机构 已知：CD杆长，摆角φ及K， E 设计此机构。步骤如下： θ φ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任取一点D，作等腰三角形 A 腰长为CD，夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2，作C1P使 ∠C2C1P=90°－θ,交于P;
θ
C1 90°-θ
设计：潘存云
D
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
cocφ1＝P0 cosψ1 ＋ P1 cos(ψ1－ φ1 ) ＋ P2 cocφ2＝P0 cosψ2 ＋ P1 cos(ψ2－ φ2 ) ＋ P2 cocφ3＝P0 cosψ3 ＋ P1 cos(ψ3－ φ3 ) ＋ P2
可求系数:P0 、P1、P2 以及: l2 、 l3、 l4
宁夏大学专用
将相对杆长乘以任意比例系数， 所得机构都能满足转角要求。若 给定两组对应位置，则有无穷多 组解。
N
宁夏大学专用
D
作者： 潘存云教授
B
设计：潘存云
C
A D
连杆曲线生成器
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
连杆曲线图谱
设计：潘存云
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
本章重点： 1.四杆机构的基本形式、演化及应用； 2.曲柄存在条件、传动角γ、压力角 α、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； 3. 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。
位置 φi ψi 1→2 15∘ 10.8∘4→5 15∘ 15.8∘ 2→3 15∘ 12.5∘5→6 15∘ 17.5∘ 3→4 15∘ 14.2∘6→7 15∘ 19.2∘
ψi
ψi
D
设计：潘存云
作者： 潘存云教授
四、按预定的运动轨迹设计四杆机构
6
D E B5 1 A 4
C D E
2
l2 δ
4
C 3
设计：潘存云
l3
ψ D x
建立坐标系,设构件长度为：l1 、l2、l3、l4
l4
l1 coc φ + l2 cos δ = l3 cos ψ + l4 l1 sin φ + l2 sin δ = l3 sin ψ 机构尺寸比例放大时，不影响各构件相对转角. 令： l1 =1
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
设计：潘存云
B C D
D
设计：潘存云
Q
Q A
搅拌机构
E
鹤式起重机 要求连杆上E点的轨 迹为一条水平直线
宁夏大学专用
要求连杆上E点的轨 迹为一条卵形曲线
作者： 潘存云教授
给定的设计条件： 1)几何条件（给定连架杆或连杆的位置） 2)运动条件（给定K）
3)动力条件（给定γmin）
设计方法：图解法、解析法、实验法
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
作者： 潘存云教授
举例：设计一四杆机构满足连架杆三组对应位置： φ1 ψ1 φ2 ψ2 φ3 ψ3
45° 50° 90° 80° 135° 110° B2 B3 B1
C3
C2 C1
φ2
代入方程得： A D cos45° =P0cos50° +P1cos(50°-45°) +P2 cos90° =P0cos80° +P1cos(80°-90°) +P2 cos135°=P0cos110°+P1cos(110°-135°)+P2 解得相对长度: P0 =1.533, P1=-1.0628, P2=0.7805 各杆相对长度为： l3 = P0 = 1.553, l4 =- l3 / P1 =1.442 l2 =(l42+ l32+1-2l3P2 )1/2 =1.783 l1=1
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
二、按预定连杆位置设计四杆机构 a)给定连杆两组位置 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。 有无穷多组解。 b)给定连杆上铰链BC的三组位置 有唯一解。
B1 B2 B1 B2
C1 C2 D D’ C1
§2－4 平面四杆机构的设计
连杆机构设计的基本问题 机构选型－根据给定的运动要求选择机 构的类型； 尺度综合－确定各构件的尺度参数(长度 尺寸)。 同时要满足其他辅助条件：
γ
a)结构条件（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γmin）;
c)运动连续性条件等。
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
代入移项得： l2 cosδ = l4 ＋ l3 cos ψ －cos φ l2 sinδ = l3 sin ψ －sin φ
2l4 l4 令: P0 P2 P1 则化简为：cocφ＝P0 cosψ ＋ P1 cos(ψ－ φ ) ＋ P2 代入两连架杆的三组对应转角参数，得方程组： 消去δ整理得： cosφ ＝ l3 cosψ － l3 cos(ψ-φ) ＋ l42+ l32+1- l22
宁夏大学专用
φ3
φ1
ψ3
ψ2
ψ1
选定构件l1的长度之后，可求得其余杆的绝对长度。
作者： 潘存云教授
实验法设计四杆机构 位置 φi
当给定连架杆位置超过三对时，一般不可能有 精确解。只能用优化或试凑的方法获得近似解。
1)首先在一张纸上取 固定轴A的位置，作 原动件角位移φi 2)任意取原动件长度AB 3)任意取连杆长度BC，作一系列圆弧; 4)在一张透明纸上取固定轴D，作角位移ψi D φi 5) 取一系列从动件 k1 B1 长度作同心圆弧。 C1 6) 两图叠加，移动透明 A 纸，使ki落在同一圆 弧上。
C’
B’ B C
设计：潘存云
A
D
要求连杆在两个位置 垂直地面且相差180˚
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。 3)满足预定的轨迹要求，如: 鹤式起重机、搅拌机等。
A C E B
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。
A D B’ C’
设计：潘存云
x B
A
设计：潘存云
D C
B
C
y=logx 函数机构
飞机起落架
宁夏大学专用
要求两连架杆的转角 满足函数 y=logx
作者： 潘存云教授
三类设计要求：
1)满足预定的运动规律，两连架杆转角对应，如: 飞机起落架、函数机构。前者要求两连架杆转角对应，后者要求急回运动 2)满足预定的连杆位置要求，如铸造翻箱机构。
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
P
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);
m A
设计：潘存云
n
φ=θ D
d
②任选D作∠mDn＝φ＝θ，作角分线; ③ 取 A 点 ， 使 得 AD=d, a=dsin(φ/2)。 则 :
A
θ
设计：潘存云
φ=θ
D
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
3) 曲柄滑块机构 已知K，滑块行程H， 偏距e，设计此机构 。 ①计算: θ ＝180°(K-1)/(K+1); ②作C1 C2 ＝H
C1
H
90°-θ
C2
90°-θ
A
E
e
设计：潘存云
2θ
o
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。 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： l2 = A C2－EC2/ 2 l1 =EC2/ 2
设计：潘存云
A
A’
C2 C3
B3
A
D
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
三、给定两连架杆对应位置设计四杆机构 给定连架杆对应位置： y 构件3和构件1满足以下位置关系： B 1 ψi＝f (φi ) i =1, 2, 3…n l1 φ 设计此四杆机构(求各构件长度)。A l1+l2=l3+l4 在x,y轴上投影可得：
设计：潘存云
设计：潘存云
3 C
2
B
A
步进式 传送机构
搅拌机构
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
四、按预定的运动轨迹设计四杆机构
连杆作平面运动,其上各点的轨迹均不相同。 B, C点的轨迹为圆弧; 其余各点的轨迹为一 条 封闭曲线。
A
设计：潘存云
M
B E C
设计目标: 就是பைடு நூலகம்确定一组 杆长参数, 使连杆上某点的 轨迹满足设计要求。
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
一、按给定的行程速比系数K设计四杆机构 C2 1) 曲柄摇杆机构 已知：CD杆长，摆角φ及K， E 设计此机构。步骤如下： θ φ ①计算θ＝180°(K-1)/(K+1); ②任取一点D，作等腰三角形 A 腰长为CD，夹角为φ; ③作C2P⊥C1C2，作C1P使 ∠C2C1P=90°－θ,交于P;
θ
C1 90°-θ
设计：潘存云
D
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
cocφ1＝P0 cosψ1 ＋ P1 cos(ψ1－ φ1 ) ＋ P2 cocφ2＝P0 cosψ2 ＋ P1 cos(ψ2－ φ2 ) ＋ P2 cocφ3＝P0 cosψ3 ＋ P1 cos(ψ3－ φ3 ) ＋ P2
可求系数:P0 、P1、P2 以及: l2 、 l3、 l4
宁夏大学专用
将相对杆长乘以任意比例系数， 所得机构都能满足转角要求。若 给定两组对应位置，则有无穷多 组解。
N
宁夏大学专用
D
作者： 潘存云教授
B
设计：潘存云
C
A D
连杆曲线生成器
宁夏大学专用 作者： 潘存云教授
连杆曲线图谱
设计：潘存云
宁夏大学专用
作者： 潘存云教授
本章重点： 1.四杆机构的基本形式、演化及应用； 2.曲柄存在条件、传动角γ、压力角 α、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； 3. 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。