机械原理 平面四连杆机构设计

直线
C
C
4
3

1
2
B
3
C
4
A
双滑块机构种类：
双滑块机构种类：
2 1 4 3
双滑块机构种类：
B
2
1
A 4
3
C
2.扩大转动副
B
1 A 1 4 B A 4
2 2
C
C
3 3
将B点转动副扩大
3.取不同构件为机架
取1构件为机架: 当L1＞L2时，称为 3 B 2 2 摆动导杆机构。 B1 C C 当L1＜L2时，称为 3 A 转动导杆机构。 4 1 B 4 2 C 1 A A 3
b12
B2
C1
c12
C2
D A
1.实现连杆预定位置的设计
（1）已知：连杆的两位置B1C1和B2C2， 设计满足该两位置的四杆机构。 解：
B1
b12
C1
c12
B2 A D
C2
①连接 B1 B2 ，作 其垂直平分线b12 A点在b12上任找。 ②连接 C1C 2 ，作 其垂直平分线c12 D点在c12上任找。
F1
E1 E2 F2 法，将连杆的某一 位置作为机架，如 E1F1为机架,AD为 连杆，刚化机构第 二位置，将四边形 E2F2DA的E2F2 边与 E1F1重合，找到AD 为连杆的第二个位 置，以下步骤同上。
A
D
对原有机构分析
E1 E2
F1 F2
C B
D2
A D
固定连杆，找固定点相对运动 轨迹，轨迹中心为连杆对应铰链点。
缝纫机的脚踏板机构
2.双曲柄机构
2 1
4
惯性筛
5 3
6
A
B D
C F
E
机车车轮的联动机构
2 1 4
平行四边形机构： 有运动不确定因素。
1 3 4 2
3
反平行四边形机构： 车门开闭机构。
3.双摇杆机构
D A
E
C B
等腰梯形机构: 用于汽车，拖拉机 的转向机构。
铸造用的翻箱机构
4.1.2 铰链四杆机构E1 E2 C1 F2
B1
D2 A D
A2
a12
d12
例1. 已知连杆平面上EF线两位置，固定 铰链A，连杆长lBC已知且在EF线上，D点 在水平线上。设计铰链四杆机构ABCD。
F1 E1 E2 F2
A
C1 E1 B1 B2
F1
E2
C2
F2
A A2
设计结果：AB1C1D1
a d b c (1) 即： a b d c ( 2) a c d b ( 3)
将(1) + (2)、(2) + (3)、(3) + (1)， 并整理得：a
b, a c , a d
3.固定最短杆对边：得双摇杆机构。 当“最短杆长度+最长杆长度>其余 两杆长度之和”时， 固定任何杆件均得双摇杆机构。
1.固定最短杆邻边： 得曲柄摇杆机构;
2.固定最短杆： 得双曲柄机构; 3.固定最短杆对边： 得双摇杆机构。
上述推论的应用：（1）判断类型; （2）设计杆长。 例1.判断下图四杆机构的类型。
有无穷解。（若有限制条件解可唯一）
（2）已知：连杆的三个位置B1C1、 B2C2和B3C3，设计满足该三个位置 的四杆机构。 解：步骤同上类似,但有唯一解。
B1 B2 B3 C1 C2
C3
B1
b12
B2 b23 B3
C1
c12
C2 c23 C3
A D
（3）已知连杆上一条线的两个位置及机架 长度AD,设计铰链四杆机构，即求B、C。 解： 用转换机架
4.2.2 急回特性 原动件为曲柄
B
q
C1 B2
C
C2
y
D
B1
A
1. 极位 :当摇杆处在左、右两极端位置时， 2. 极位夹角 θ：当机构处于极位时对应曲柄
对应整个机构所处的位置，即 AB1C1θ D和 两位置之间所夹锐角称为极位夹角，用 表
示。 为摇杆在两极限位置的摆角。 AB C D 2 2 称为极位。
y
令：
v c c t t K v cc t t 180 q 180 q 180 q K 180 q
2 1 2 2 1 1 2 1
1 1 1 2 1 2
1 2
K----称为行程速度变化系数
上式可导出：
K 1 q 180 K 1
内容：
1.四杆机构的基础知识； 2.四杆机构的基本设计方法。
4.1 平面四杆机构的基本型式、应用和演化
(Types and Application of Four-Bar Linkages)
4.1.1 铰链四杆机构的基本型式 组成：
2 1 4 3
构件1，3 ---连架杆 构件 2 --- 连杆 构件 4 --- 机架
第4章 平面连杆机构及其设计
(Chapter 4:Planar Linkages and Design of Linkages)
B
A
M
F C
E
D
基本内容
1.连杆机构的基本概念 ①铰链四杆机构的基本形式、应用及演化 ②平面四杆机构的特性 2.平面连杆机构的设计
学习重点
1.连杆机构的特性； 2.图解法设计平面四杆机构。
4.3.1 设计的基本问题
1.满足预定的运动规律要求
2.满足预定的运动轨迹要求
方法：图解法，解析法，实验法。
4.3.2 图解法设计四杆机构 1.实现连杆预定位置的设计
（1）已知：连杆的两位置B1C1和B2C2， 设计满足该两位置的四杆机构。
B1
C1 B2
C2
分析连杆的运动
B1
B2 C2
C1
D
A
B1
杆之和，无论哪个构件作机架都为双摇杆机构。 LAB最短，则 LAB+LBC＞LCD +LAD ∴ LAB＞50mm
LAB居中，则 LAD +LBC＞LCD + LAB ∴ LAB＜70mm
LAB最长，则 LAB+ LAD＞LCD + LBC ∴ LAB＞130mm 结果为： 50＜LAB＜70mm
或130＜LAB≤LBC+LCD +LAD=250mm。
b=60
c=70
a=40 d=100
解: a+d=40+100=140 b+c=60+70=130 ∵ a +d ＞ b +c
∴ 此机构为双摇 杆机构。
例2.已知：机构尺寸如图，AD为机架。试问： ①若此机构为曲柄摇杆机构，求LAB取值范围; ②若此机构为双曲柄机构，求LAB取值范围； ③若此机构为双摇杆机构，求LAB取值范围。 解: ①曲柄摇杆机构，曲柄应 C
Ft F cos F Fn F sin
D
Ft ↑ ↓ 传动性能 好，∴ max≤[]
在实际机构中， 不直观, 用 的余角 表示， 为传动角。
传动角：压力角的余角，用 表示。
即： =90o 由于 Ft = Fcos = Fsin
从受力观点看, ↑ Ft ↑ 传力性能好！
4.2.1 铰链四杆机构曲柄存在条件
设四杆机构ABCD中各杆长分别为a、b、c、d， C 讨论：使a杆成为曲柄 的条件。
2 B
1 a A
b c3 d
D
4
设a<d，且以d为机架 讨论△BCD始终存在 的条件。
即: b c BD b c BD 或
c b BD
C
2 B
1 a A
b c3 d
一般：
min 40
50
传递大扭矩时： min
min 位置的确定 min位置的确定
C2
C
C1
b
B

c
B1 a A D o o 当∠BCD ＞90 时， 180 ∠ BCD d 当∠BCD ＜90o时， ∠BCD ∴最小传动角出现在下列位置之一。
连杆机构及其传动特点
(Linkages and their transmission characterization) 连杆机构—低副机构 优点：
1.面接触，压强小,承 受大载荷； 2.通过改变各构件相对 长度,可使从动件获得 不同的运动规律； 3.可实现各种不同的轨 迹要求。
缺点:
1.运动链长，产生累积误差大， 效率低； 2.存在动载荷，不宜高速传动。
K q K>1有急回运动； 具有急回 运动机构有：
θA
A
急回运动显著
B 可以证得： θ≠0,K>1 B

C
有急回 q 0,
e≠ 0 K C 1
有急回。
4.2.3 压力角和传动角 压力角： 运动输出件上所受驱动力的方向与 该点绝对速度方向所夹锐角，用 表示。
B
2
4
1
A
3
Fn F C Ft vC
若设a>d,且以d为机架，同理可
导出：d
a, d c, d b
综上所述，若使a为曲柄: 要满足杆长条件，同时曲柄与机架中 必有一杆为最短杆。
曲柄存在的条件：
1.最短杆加最长杆长度之和小于
或等于其余两杆长度之和；
2.连架杆和机架中必有一杆是最
短杆。
推论：
当“最短杆长度+最长杆长度≤其余 两杆长度之和”时, 1.固定最短杆邻边：得曲柄摇杆机构; 2.固定最短杆： 得双曲柄机构;