机械原理-平面连杆机构3)

设计：由于“机架”固定不动，因而将连杆
的第一个设计位置M1N1移至“机架”位置 M2N2，与M2N2重合。
M1
s1
N1
M2
N2
A
D
中国农业大学机械原理
设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
直线称为构件的位置标线。
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M
N
构件的位置可用构件上任意两点连线的 位置表示（如连杆位置用BC连线表示），该
直线称为构件的位置标线。
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1、实现三位置的运动生成机构设计 例4-1 连杆输出——三位置复合位移的运动
生成，规定运动铰链点位置
中国农业大学机械原理
问题：设计一个四杆机构，引导连杆BC从
许多机器要求特殊的运动特性，如在某个 时段内将工件从位置A移到B。
平面连杆机构的运动设计就是针
对典型的运动学应用问题得到可能的平面连杆 机构的设计解。
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1、型综合(type synthesis)
功能要求
运动要求 +
约束条件
型综合
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1、型综合(type synthesis)
中国农业大学机械原理
设计：校核连杆机构的尺寸条件和机架条件，
校核传动角。如果条件不满足，需重新选择B、 C点。
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注意：
由于活动铰链B、C的位置是自由选定， 本题理论上有无穷多解。在这些解中，并不 是所有解都是可用的。还可自行设定其它约 束条件，缩小方案范围。
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1、图解法(graphical design)
用几何作图法求解运动参数：简
单、直观、快捷、易于理解，但精度不高， 常用于简单工程问题或精度要求不高的场 合，也可用于运动参数的预选。
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2、实验法(experimental design)
利用图谱、表格及模型实验等方法求 得运动参数：方便、实用、直观，但精度 较低，可用于精度要求不高的场合或预选 参数。
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3、解析法(analytical design)
以机构位置分析为基础，求得各构件
之间的函数关系，求解精度较高，能
解决较复杂的问题，但不直观，计算量较 大。
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随着计算机的广泛应用和数值计算方法 的迅速发展，解析法由于精确、便于综合和 动态地分析问题而凸显优越性，逐步得到广 泛应用。
设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M2 N2
AD的长度，据μL计算出实际长度。
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设计：校核连杆机构的尺寸条件和机架条件，
校核传动角。
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1、实现三位置的运动生成机构设计 例4-2 连杆输出——三位置复合位移的运动
生成，不规定运动铰链点位置
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问题：某构件在运动过程中若能依次占据S1、
S2、S3三个预定位置，可满足工作要求。试设 计一个铰链四杆机构，生成要求的运动。
B1 s1
C1
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设计：在连杆平面任选B、C铰链位置，确
定S1、S2、S3上的B1C1、B2C2、B3C3位置。则 四杆机构中还应确定A、D的位置。
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设计：则AB1C1D为机构的一个设计位置。
测量连架杆AB1、C1D的长度、连杆B1C1、机 架AD的长度，据μL计算出实际长度。
位置B1C1运动到B2C2 ，再运动到B3C3 。求固 定铰链点A、D的位置。
B1
C1
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设计：选定长度比例尺μL，在平面上绘出
连杆BC的三个要求位置B1C1、 B2C2、 B3C3。
B1
C1
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设计：则AB1C1D为机构的一个设计位置。
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设计：测量连架杆AB1、C1D的长度、机架
分析：这样，B、C 点就变为虚拟的“固定
铰链”， B、C 点就是转化机构中“连架杆” 的回转中心，则B、C点的位置可求得。
s1
A
D
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设计：在连杆平面内自由选定MN作为位置
标线，自由选定连杆平面的某个设计位置作 为新“机架”位置，如M2N2。
M1
s1
N1
M2
N2
A
D
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对运动；给机构加一公共运动使某活动构
件转化为新“机架” 。
体现在任一瞬时，机构各构件的相对位 置关系不变，或机构运动简图图形不变。
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分析：应用相对运动法求未知运动铰链点B、
C位置时，虚拟地变换机架，使新“机架”包 含待求点B、C，即以构件BC为“机架” 。
s1
A
D
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参阅 “第13章机器传动系统运动方案设计”
“机械设计-机器和机构综合与分析 （原书第2版）”（诺顿著）中的“3.1综 合”。
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2、尺度综合(dimensional synthesis)
选定类型后，暂时确定完成要求运 动所需的运动学尺寸，绘出机构运动
简图。
构件长度、描绘 连杆上某点的位 置参数等。
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鹤式起重机 中国农业大学机械原理
某种搅拌器 中国农业大学机械原理
电影摄影机胶片前进机构
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通过适当巧妙的设计，还可以使连 杆机构实现一些综合的功能要求。
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带钢飞剪机
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除了完成特定的运动要求，还必须
综合分析机构的工作特性，如是否存
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2、函数生成机构的设计
机构能精确或近似地实现输出构件相
对输入构件的某种函数关系（从动件预 定的运动规律），完成特定功能。
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公共汽车车门开闭装置
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车辆前轮转向机构（等腰梯形机构）
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压力指示表
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机械式函数生成器是典型的函数生成机 构。在电子计算机出现以前，机械式函数生 成器曾广泛用于大炮测距仪、船用枪炮瞄准 系统等许多装置中。
s1
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分析：实现S1、S2、S3三个预定位置的运动
由连杆生成。
s1
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设计：选定长度比例尺μL，在平面上绘出
连杆平面的三个要求位置S1、S2、S3。
s1
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设计：在连杆平面任选B、C铰链位置，确
定S1、S2、S3上的B1C1、B2C2、B3C3位置。则 四杆机构中还应确定A、D的位置。
要导引构件通过若干（或一系列）预定 位置，生成需要的运动。
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铸造造型机砂箱翻转机构
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three_positions
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炉门装置
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运动生成是常见的工程问题。
许多情况下，通过若干预定位置的构 件，不是做简单运动的连架杆（曲柄或摇 杆、滑块），而是做平面复合运动的连杆。
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M2 N2
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设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M2 N2
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等条件，预先规定固定铰链A、D位置。
s1
A
D
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分析：设BC为“机架” ，原机架AD成为
“连杆”，A、D点分别绕B、C点旋转。据A、 D点的几个位置即可确定“固定”铰链B、C 的位置。
s1
A
D
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这种将机构中的某个运动构件转化为虚 拟“机架”，利用变换机架进行机构运动设
计的方法称为相对运动法，也叫运动倒 置法、变换机架法、反转法等。
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相对运动法是机械原理的一种经典
的设计和分析方法。连杆机构运动倒置的演 化方式，后续内容凸轮机构设计、轮系传动 比计算等也涉及到相对运动法的应用。
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用相对运动法进行机构运动设计时，须：
机构在任一瞬时，各构件之间有确定的相
第4章 平面连杆 机构
第4章 平面连杆机构
4-1 平面连杆机构的特点和应用 4-2 平面连杆机构的类型和演化 4-3 平面连杆机构运动特性分析 4-4 平面连杆机构传力特性分析 4-5 平面连杆机构运动设计 *4-6 平面多杆机构简介
4-5 平面连杆机构运动设计
4-5-1 平面连杆机构的设计任务 你们认为应该设计什么？
M1
s1
N1
M2
N2
A(A1,A2)
D(D1, D2)
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设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M1
s1
N1
M2
N2
A(A1)
D(D1)
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设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
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若要求机构具有急回特性，是输出构
件（摇杆或滑块）的两个极限位置与原动曲 柄的两对位置关系，也归于输出构件相对输 入构件存在函数关系的函数生成机构。
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3、轨迹生成机构的设计
工程实际中，有时利用连杆上某点描 绘期望的运动轨迹，完成特定功能。即机 构需要控制连杆上的某点实现特定的轨迹。
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M1
s1
N1 M2
N2
A(A1)
D(D1)
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设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M1
s1
N1 M2
N2
A(A1)
D(D1)
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设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
变，使A1′M2N2D1′≌ A1M1N1D1，得到A （A1）、D（D1）的新位置A1′、D1′。
M2 N2
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设计：保持图形A1M1N1D1(AB1C1D) 形状不
问题的不同解法，选用哪种方法进行设计， 应视具体情况而定。有时也可能需要用2种 方法互相求证。
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4-5-4 运动生成机构的设计
运动生成机构经常是利用连杆通过若 干预定位置，所以运动生成机构的设计多
数是实现连杆预定若干位置的设计
问题。
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构件的位置可用构件上任意两点连线的 位置表示（如连杆位置用BC连线表示），该
在曲柄或整转副、是否具有急回特性、 输出构件摆幅或行程、传动角、运动连 续性、运动空间等，以全面评价机构运 动方案。
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4-5-3 平面连杆机构的设计方法
为达到所要求的运动和动作，对于比 较简单的平面连杆机构，最简单快捷的设
计方法是图解法。此外，还有实验法、
解析法等。
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4-5-2 平面连杆机构运动的设计问题
运动生成机构(motion generator)的设计 函数生成机构(function generator)的设计 轨迹生成机构(path generator)的设计
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1、运动生成机构的设计 （刚体导引机构的设计）
运动生成机构靠执行构件的若干特殊 位置（角度、方位）完成特定工作。机构
炉门装置
中国农业大学机械原理
y
B
A
C
加热炉炉门演示
D
y
中国农业大学机械原理
y
A
B
C
D
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2、实现两位置的运动生成机构设计 例4-3 连杆输出——两位置复合位移的运动
生成，规定固定铰链点位置
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问题：设计一个四杆机构，引导连杆实现 S1、
S2两个预定位置。此外，依据具体结构要求
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参阅：
“机械原理”（邹慧君等主编）中“第3 章连杆机构设计和分析”
“机械原理（第六版）”（孙桓等主编） 中“§8-4平面四杆机构的设计”
“机械设计—机器和机构综合与分析 （原书第2版）”（诺顿著）中“第5章 连杆 机构综合的解析法”。
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图解法、实验法、解析法都是对同一
只有对机构方案详细分析 （运动分析、受力分析） 后，才可能明确方案的可 行性或性能优劣。
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设计是综合和分析二者不可或缺的、
需多次反复的、较为复杂的问题。
设计也不同于解题，不见得会有唯一的 或标准的解（方案）。
通过筛选方案，进行对比研究和综合判 断，才能得到当时的一个相对有优势的解。