四杆机构的图解法设计
四杆机构设计ppt课件
自测试题
一、 判断题（正确：T，错误：F）
1.平面连杆机构是低副机构，其接触处压强较小，因 此适用于受力较大的场合。
2.铰链四杆机构通过机架的转换，就一定可以得到曲 柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
3.铰链四杆机构如有曲柄存在，则曲柄必为最短构 件。
4.在曲柄滑块机构中，当曲柄为主动件时，机构没
21
5.平行四边形机构的极位夹角=___ ,它的行程速比系 数K____。 6.铰链四杆机构演化成其它形式的四杆机构常有三种 方法，它们是______、________和_______。 7.一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化 成___________机构。 8.曲柄为主动件的曲柄摇杆机构中，当从动摇杆处于 两极限位置时，________在该位置所夹的锐角，称 为极位夹角。
14
2）用作图法按两连架杆预定的对应位置 设计四杆机构 设计方法是：此类问题刚固反转法进行设计 （重点）
15
3）按预定的连杆位置设计四杆机构：
已知：连杆BC的三个预定位置B1C1、B2C2和B3C3 设计的实质是：求固定铰链中心的位置 设计方法是：此类问题可用求圆心法来解决，即作 铰链B各位置点连线B1B2 、B2B3的中垂线，两中 垂线的交点即为固定铰链中心A。同理，作铰链C 各位置点连线C1C2、 C2C3的中垂线，两中垂线的 交点即为固定铰链中心D。
9.铰链四杆机构中，_____角越大，对机构的传动越 有利。
22
10.死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置，可借 助_____或采用_____的方法使机构能顺利通过死点 位置而正常运转。
三、选择题
1.下面
不是平面连杆机构的优点。
A. 运动副是面接触，故压强小、耐磨损；
第五章用图解法设计平面四杆机构3
授课方式 （请打√）
理论课√讨论课□ 实验课□ 习题课□ 其他□
教学大纲要求：用作图法设计四杆机构
课时 安排
2
教学目的、要求：熟练掌握平面四杆机构的基本设计方法，尤其是作图法设计四杆机构。
教学重点及难点： 重点：用讨论题、思考题：5-10
例：已知连杆上两转动副中心的距离为 b, 又已知连杆的两工作位置 B1C1
和 B2C2 设计此四杆机构。
备注
教 学内 容
备注
解 ：该设计问题需要确定其他三杆的长度及连架杆回转中心 A、D 的位置。
关键找出 A、D 的位置, B1、B2 位于以 A 为圆心的圆弧上，C1、C2 位于以 D 为
圆心的圆弧上。
（3）分别作 B1B2 连线的中垂线，中垂线上任意一点都可以作为转动副中
心 C。 2）按给定连 架杆的三组对应位置设计四杆机构 与给定两连架杆的两组对应位置设计四杆机构方法相同。
备注
教学内容
3、按给定的行程速度变化系数 k 设计四杆机构 通常根据机械的工作性质和使用要求选取行程速度变化系数 k 值，使机构
度关系分别为1、1、2、 2 ，试设计此铰链四杆机构。
由已知条件可知，确定铰链中心 C 点是设计此机构的关键。确定 C 点位置 可以假想 DE（DC）为机架，AB 为连杆，将原已知条件转化为给定连杆的两个位
置来设计铰链四杆机构。即将 B2ADE2 绕铰链中心 D 点逆时针分别旋转1 2 角，使 DE2 转到 DE1 位置，得 B2 A2 DE1 ,则转化为给定连杆的两个位置来设计铰 链四杆机构。此法称为反转法。由上分析可知，设计此机构的的关键在于找到 B2
具有所需要的急回特性。设计时先计算出极位夹角 ，然后结合给定的其它条
平面四杆机构的设计
以A为圆心、 l1为半径作圆， 交C1A的延长线于
B1， 交C2A于B2， 即可得连杆的长度l2=B1C1=B2C2
以及机架的长度l4=AD。 机构AB1C1D即为该机构在
极限位置时的运动简图。
返回
机械设计基础
cos l2 cos l4 l3 cos
sin l2 sin l3 sin
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的设计
该机构的四个杆组成封闭多边形。取各杆在坐标轴 x和y上的投影，可得以下关系式：
将cosφ和sinφ平移到等式右边，再把等式两边平
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的设计
1.3 按给定的行程速度变化系数设计
在设计具有急回特性的平面四杆机构时， 通常 按照实际的工作需要， 先确定行程速度变化系数K的
数值， 并按式（6 - 2）计算出极位夹角θ， 然后利用
机构在极限位置时几何关系， 再结合其它有关的附加 条件进行四杆机构的设计， 从而求出机构中各个构件 的尺寸参数。
P
平面四杆机构的设计
NM
图6- 25 按K值设计曲柄摇杆机构
机械设计基础
Machine Design Foundation
平面四杆机构的设计
解 设计的实质就是确定曲柄与机架组成的固定
铰链中心A的位置， 并求出机构中其余三个构件的长 度l1、 l2和l4。
其设计步骤如下：
(1) 计算极位夹角θ。
根据给定的行程速度变化系数K， 由式（4 - 9）计
解 设计的实质就是确定连架杆与机架组成的固定
铰链中心A和D的位置， 并由此求出机构中其余三个构 件的长度l1、 l3和l4。
3机械设计基础--四杆机构
已知连杆两个位置的设计
造型机翻转机构设计
机械设计基础
已知连杆三个位置的设计
给定连杆3个位置的设计
机械设计基础
四、复习题
1. 填空题
(1) 曲柄摇杆机构中行程速比系数K的大小取决于 的 越显著。
(2) 在曲柄摇杆机构中，当 角γmin 。 与
，K值越大，机构
共线时，机构可能出现最小传动
(3) 在铰链四杆机构中，与机架用转动副相连接的杆称为 (4) 在曲柄滑块机构中，若滑块作为主动件，当 位置。 (5) 铰链四杆机构曲柄存在的条件是① ；②
机械设计基础
• 3．双摇杆机构 • 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则此四杆 机构称为双摇杆机构。 双摇杆机构 的传动特点 是：可将一 种摆动转换 成另一种摆 动。
机械设计基础
飞机起落架机构
机械设计基础
图2-7 轮式车辆的前轮转向机
机械设计基础
二、
铰链四杆机构的演化
平面铰链四杆机构可通过变更构件长度和形状、变更 机架和扩大转动副等途径演化成其他平面连杆机构。
机械设计基础
• • • • •
若满足最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆 长度之和时，可得到以下三种结构； （1）连架杆是最短杆 为曲柄摇杆机构； （2）机架是最短杆 为双曲柄机构； （3）若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。 若满足最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之 和时,为双摇杆机构。
机械设计基础
第三节 平面四杆机构的设计
平面四杆机构的设计主要是根据给定的运动条件，选 择机构的类型和确定机构运动简图中各构件的尺寸。在设 计中还应考虑结构条件(如合适的杆长比和运动副结构与尺 寸)，动力条件(最小传动角限制)等。 按照给定从动件的运动规律设计四杆机构，即位置设计。 如要求从动件具有一定的急回特性，要求满足某构件占 据几个预定位置等。
机械原理-连杆机构设计图解法_一_
连杆机构设计(图解法)
按给定连杆位置设计四杆机构 按给定两连架杆对应的角位移设计四杆机构
按给定的急回要求设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
按给定连杆位置设计四杆机构
给定连杆三个位置，设计四杆机构
B1
A1
E1
A
2
E2
A3
B2
A0
B0
E3
B3
A0 A1 B1 B0就是所求机构的第一个位置。
m12
N1 M2
n12
M1 M0
动平面上任选两个参考点 M、N——动铰链
N2
12 12
P12
N0
m12上任选M0—定铰链
n12上任选N0—定铰链
引导平面由E1到E2的位置的 四杆机构有无数
两连架杆上动铰链和定铰链与极连线的夹角 相等∠M1 P12 M0= ∠N1 P12 N0= θ 12/2
方法：半角转动法
方法：半角转动法
原理
N1 M1 M2 E1 E2 N2
动平面由E1到E2的位置过程中，动 平面上任意一点都可以视为绕某点 P12转θ 12
P12——转动极（极）
θ 12——有向转动角
E1、E2两个位置一经确定，P12、 θ 12就确定与选择的参考点无关
12
P12
转动极P12 的求法
m12
N1 M2
n12
M1
连接P12M1和P12M2，所夹 的角即为转动角θ 12
N2
12 12
P12
连接P12 N1和P12 N2 ，所 夹的角也为转动角θ 12 ∠M1 P12 M2= ∠N1 P12 N2= θ 12
动平面由E1到E2的位置可由四杆机构实现
图解法设计平面四杆机构
图解法设计平面四杆机构-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN图解法设计平面四杆机构3.4.1按连杆位置设计四杆机构1.给定连杆的三个位置给定连杆的三个位置设计四杆机构时，往往是已知连杆B C的长度L B C和连杆的三个位置B1C1和B2C2和B3C3时，怎样设计四杆机构呐图解过程。
：：1：：2.给定连杆的两个位置给定连杆的两个位置B1C1和B2C2时与给定连杆的三个位置相似，设计四杆机构图解过程如下。
①选定长度比例尺绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。
②连接B1B2、C1C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线B12和C12，分别在B12和C12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。
连接A B1、C1D、B1C1、A D，A B1C1D即为所求的四杆机构。
③测量A B1、C1D、A D计算l A B、L C D L A D的长度,由于A点可任意选取，所以有无穷解。
在实际设计中可根据其他辅助条件，例如限制最小传动角或者A、D的安装位置来确定铰链A、D的安装位置。
例设计一振实造型机的反转机构，要求反转台8位于位置Ⅰ（实线位置）时，在砂箱7内填砂造型振实，反转台8反转至位置Ⅱ（虚线线位置）时起模，已知连杆B C长和两个位置B1C1、B2C2.。
要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且A D=B C。
自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。
若想对答案请点击例题祥解3.4.2 按行程速度变化系数设计四杆机构1.设计曲柄摇杆机构按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角ψ和速度变化系数K。
怎样用作图法设计曲柄摇杆机构？2.设计曲柄摆动导杆机构已知机架长度l4和速度变化系数K，设计曲柄导杆机构。
①求出极位夹角②根据导杆摆角ψ等于曲柄极位夹角θ，任选一点C后可找出导杆两极限C m、C n。
③作∠M C N的角评分线，取C A＝，得到A点，过A点作C m和C n的垂线B1和B2两点，A B1（或A B2）即为曲柄。
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
四杆机构的图解法设计
➢图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题。ຫໍສະໝຸດ FiEiCi
B
i
A
D
i =1、2、···、N
➢各铰链间的运动关系：
固定铰链 A、D ： 圆心 活动铰链 B、C ： 圆或圆弧
➢机构的倒置原理
平面四杆机构的设计(4/6)
为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的 杆件视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。
返回返回81连杆机构及其传动特点82平面四杆机构的类型和应用83平面四杆机构的基本知识84平面四杆机构的设计85多杆机构84平面四杆机构的设计牛头刨床机构1满足预定的连杆位置要求连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式确定各构件的尺寸同时还要满足结构条件动力条件和运动连续条件等
第八章 平面连杆机构及其设计
接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并 向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合， 便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构 的倒置。
这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰 链的位置问题了。 这种方法又称为反转法。
2.2图解设计的具体方法 （1）按连杆预定的位置设计
平面四杆机构的设计(5/6)
即要求连杆能占据一系列预定位置； （2）满足预定的运动规律的要求（又称实现函数的问题） 例2 流量指示机构 即满足两连架杆预定的对应位置要求；
（3）满足行程速比系数的要求
例3 牛头刨床机构 即满足给定行程速比系数K的要求等。
平面四杆机构的设计(3/6)
2. 用作图法设计四杆机构
2.1 图解设计的基本原理
§8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识 §8-4 平面四杆机构的设计 §8-5 多杆机构
机械原理四连杆机构
图4-4 曲柄摇杆机构的急回特性
当曲柄由AB1顺时针转到AB2时，
曲柄转角1=180+，这时摇杆由C1D摆 到C2D，摆角为；而当曲柄顺时针再转 过角度2=180-时，摇杆由C2D摆回C1D， 其摆角仍然是 。虽然摇杆来回摆动的
摆角相同，但对应的曲柄转角不等
(12);当曲柄匀速转动时,对应的时间
图4-19自卸卡车翻斗机构及其运动简图
4．定块机构
图4-16a）所示 曲柄滑块机构。
若取杆3为固定件， 即可得图4-16d）所示 的固定滑块机构或称 定块机构。
这种机构常用于 如图4-20所示抽水唧筒 机构中。
图4-20所示为抽水唧筒机构及其运动简图
5．偏心轮机构
图4-21a所示为偏心轮机构。杆1为 圆盘，其几何中心为B。因运动时该圆 盘绕偏心A转动，故称偏心轮。 A、B之 间的距离e称为偏心距。
的锐角称为压力角。由图可见，力P在vc 方向的有效分力为Pt=Pcos，
图4-5 压力角与传动角
它可使从动件产生有效的回转力矩， 显然Pt越大越好。而P在垂直于vc方向的
分力Pn=Psin则为无效分力，它不仅无
助于从动件的转动，反而增加了从动件 转动时的摩擦阻力矩。因此，希望Pn越
小越好。由此可知，压力角越小，机 构的传力性能越好，理想情况是=0，
由上述分析可知：
最短杆和最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和是铰链四杆机构存在曲 柄的必要条件。
满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、 两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆 为机架来判断。
二、铰链四杆机构的演化
1．曲柄滑块机构
如图4-15a所示 的曲柄摇杆机构中， 摇杆3上C点的轨迹是以D为圆心，杆3的 长度L3为半径的圆弧mm。如将转动副D 扩大，使其半径等于L3，并在机架上按C 点的近似轨迹mm作成一弧形槽，摇杆3 作成与弧形槽相配的弧形块，如图4-14b 所示。
(完整版)图解法设计平面四杆机构
3.4 图解法设计平面四杆机构3.4.1按连杆位置设计四杆机构1.给定连杆的三个位置给定连杆的三个位置设计四杆机构时，往往是已知连杆B C的长度L B C和连杆的三个位置B1C1和B2C2和B3C3时，怎样设计四杆机构呐？图解过程。
：：1：：：：2：：2.给定连杆的两个位置给定连杆的两个位置B1C1和B2C2时与给定连杆的三个位置相似，设计四杆机构图解过程如下。
①选定长度比例尺绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。
②连接B1B2、C1C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线B12和C12，分别在B12和C12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。
连接A B1、C1D、B1C1、A D，A B1C1D即为所求的四杆机构。
③测量A B1、C1D、A D计算l A B、L C D L A D的长度,由于A点可任意选取，所以有无穷解。
在实际设计中可根据其他辅助条件，例如限制最小传动角或者A、D的安装位置来确定铰链A、D的安装位置。
例设计一振实造型机的反转机构，要求反转台8位于位置Ⅰ（实线位置）时，在砂箱7内填砂造型振实，反转台8反转至位置Ⅱ（虚线线位置）时起模，已知连杆B C长0.5m和两个位置B1C1、B2C2.。
要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且A D=B C。
自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。
若想对答案请点击例题祥解3.4.2 按行程速度变化系数设计四杆机构1.设计曲柄摇杆机构按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角ψ和速度变化系数K。
怎样用作图法设计曲柄摇杆机构？2.设计曲柄摆动导杆机构已知机架长度l4和速度变化系数K，设计曲柄导杆机构。
①求出极位夹角②根据导杆摆角ψ等于曲柄极位夹角θ，任选一点C后可找出导杆两极限C m、C n。
③作∠M C N的角评分线，取C A＝，得到A点，过A点作C m和C n的垂线B1和B2两点，A B1（或A B2）即为曲柄。
第二章 曲柄摇杆机构、四杆机构设计解读
定块机构
导杆机构
摇块机构
1 4 3
v3
1r1 22 r2 1 2r2 2 r1
一、曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中，若两个连架杆，一为曲 柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄 摇杆机构。 通常曲柄１为原动件，并作匀速转动；而 摇杆３为从动件，作变速往复摆动。
曲柄摇杆机构的主要特性： １．急回运动
曲柄摇杆机构中，曲柄AB在转动一周中，在B1、 B2两次与连杆BC共线，相应铰链中心 A与C之间的 距离AC1和AC2分别为最短和最长，摇杆CD的位置 C1D和C2D分别为其左右极限位置。摇杆在两极限 位置间的夹角ψ， 称为摇杆的摆角。 当曲柄由位置 AB1 顺时针转到位 置AB2 时，曲柄转 角 1 ＝180°＋θ，
二、给定行程速度变化系数Ｋ设计四杆机构 曲柄摇杆机构 已知条件：摇杆长度l3，摆角ψ，行程速度变化 系数Ｋ。 设计的实质是确 定铰链中心Ａ点的位 置和其他三杆的尺寸 l1 、 l2 和 l4 。 设计步骤：
K 1 (1) 按公式 θ 180 计算出极位夹角θ。 K 1
(2) 任选固定铰链中心Ｄ的位置，由摇杆长度
急回运动特性可用行程速度变化系数（也称 行程速比系数）K 表示。 1 v2 C1C2/t2 t1 180°＋θ
K＝──＝────＝──＝──＝───── （2-1） 2 v1 C1C2/t1 t2 180°－θ
θ ──摇杆处于两极限
位置时，对应的曲 柄所夹的锐角，称 为极位夹角。 K 值越大，急回 特性愈明显。一般机 械中，1≤K≤2。
(1) 整转副是由最短杆与其邻边组成的; (2) 最短杆与最长杆长度之和，应小于或等于 其余两杆长度之和。
这两个条件必须同时满足，否则机构中不存 在整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双 摇杆机构。
四杆机构公开课图文
应用领域
01
02
03
04
自动化生产线
四杆机构广泛应用于自动化生 产线中，如输送带、机械手等 ，实现物料的输送、搬运和加 工。
农业机械
在农业机械中，四杆机构常用 于拖拉机、收割机等设备的传 动系统中，实现动力传递和运 动控制。
医疗器械
在医疗器械中，四杆机构可用 于手术器械、康复设备等，实 现精确的定位和操作。
效率
优化四杆机构的设计，提高其工作效率和性能。
稳定性
保证四杆机构在使用过程中稳定可靠，不易发生 故障。
成本
在满足功能和性能要求的前提下，降低四杆机构 的设计成本。
优化设计
结构优化
运动学优化
动力学优化
对四杆机构的结构进行 优化，使其更加紧凑、
轻便。
根据实际需求，对四杆 机构的运动学特性进行 优化，提高其运动性能。
材料与热处理
根据工作负载和运动特性，选 择合适的材料和热处理方式， 以提高四杆机构的承载能力和
使用寿命。
04
四杆机构实例分析
实例一：缝纫机
总结词
缝纫机中的四杆机构主要用于实现往复直线运动，确保针头上下摆动。
详细描述
缝纫机中的四杆机构由机架、摆杆、曲柄和导杆组成。通过曲柄的旋转运动，带 动摆杆做往复摆动，再通过导杆使针头进行上下往复直线运动，完成缝纫操作。
在装配过程中，需要使用适当的装配工具和技术，如螺丝、螺母、垫圈 等，确保各部件之间的连接牢固可靠。同时，还需要注意调整各部件之 间的相对位置和运动关系，确保机构的运动精度和稳定性。
四杆机构制作与调试 材料选择与加工
测试是验证四杆机构性能的关键环节，需要对其运动学和动力学 性能进行全面检测。
8-4四杆机构设计
C1
C3 3 D
C2
§8-4 平面四杆机构的设计
一、平面连杆设计的基本问题
1. 平面连杆机构设计的基本任务 1) 根据给定的设计要求选定机构型式； 根据给定的设计要求选定机构型式； 2) 确定各构件尺寸 ， 并要满足结构条件 、 动力条件 确定各构件尺寸，并要满足结构条件、 和运动连续条件等。 和运动连续条件等。 2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题 1) 满足预定运动的规律要求 2) 满足预定的连杆位置要求 3) 满足预定的轨迹要求
AC 1 = b + a AC 2 = b − a
2b
Oa C2
ϕ
AC 1 + AC 2 = 2b
D E
θ
Q ∆AC2Ob ≅ ∆AEOb ∴ AE = AC2
P Ob
I
◆曲柄滑块机构 已知条件：滑块行程 、偏距e和行程速比系数 和行程速比系数K 已知条件：滑块行程H、偏距 和行程速比系数 设计过程： 设计过程：
设计时要求两连架杆的转角应大小相 等，方向相反，以实现车门的起闭
满足预定运动的规律要求机构示 例——对数计算机构 对数计算机构
近似再现函数 y = log x 的 平 面 四 杆 机 构
（2）满足预定的连杆位置要求 设计时要求连杆能依次占据一系列的 预定位置。 又称为导引机构的设计 预定位置。(又称为导引机构的设计 )
θ = 180°
K −1 K +1
θ
B1 A C2 90º-θ C1
多解 设曲柄长度为a， 设曲柄长度为a，连杆 长度为b， 长度为 ，则:
AC 1 = b + a AC 2 = b − a
a = b = AC AC
第八章四杆机构 117页
实现预定轨迹的例题
鹤式起重机
搅拌机
连杆
1．平面四杆机构中，是否存在死点取决于
是否与
连杆共线。
A 、主动件 B、 从动件 C、 机架 D、 摇杆
2、在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角 。 A、 尽可能小一些 B 、为0 C、 尽可能大一些 D、 为90
3.一对心曲柄滑块机构中，如果将曲柄改为机架，则将演 化为 机构。
4．下面简图所示的铰链四杆机构，图 是双曲柄机构。 A）a； B）b； C）c； D）d。
(a)
(b)
(c)
(d)
二、平面连杆机构设计
图解法 解析法 实验法
（一）图解法
简单、直观、 易理解知识点、误差大。
1.给定连杆的位置要求设计四杆机构
（1）给定连杆的两个位置设计四杆机构
已知连杆长度，连杆的2个（或3，4。。 个）工作位置B1C1与B2C2。设计此四杆机构。
一 、四杆机构设计的基本问题
1）实现给定位置的设计（导引机构设计） 2）实现预定运动规律的设计（函数机构设计） 3）实现预定轨迹的设计（轨迹机构设计）
1.实现给定位置的设计
例如：满足预定的连杆位置要求
要求所设计的机构 能引导连杆顺序通 过一系列给定的位 置。即要求连杆能 依次占据一系列给 定的位置。
（3）极为夹角=0，则K=1，无急回 运动；
（4）角越大，则K值越大，说明急回 运动的性质也越显著。
曲柄滑块机构中，原动件AB以 1 等速转动
B
a1
2
C2
b
C3 C1
1
A B1 H
4
B2
偏置曲柄滑块机构
H (a b )2 e2(b a )2 e2
四杆机构
急回特性 机构工作件返回行程速度大于工作行程速度的特性。 行程速比系数K 为了表示工作件往复运动时的急回程度，用V2和V1的比值K来描述。
急回性能分析
V2 c2c1 / t 2 t1 1 1800 k V1 c1c2 / t1 t 2 2 1800
演化：曲柄摇杆机构
回转副D→移动副 曲柄滑块机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
类型：
曲柄滑块机构（偏距e） 对心曲柄滑块机构， e=0 滑块运动线与曲柄回转中心共线 偏置曲柄滑块机构，e≠0 滑块运动线与曲柄回转中心不共线 特点：曲柄等速回转，滑块具有急 回特性。
应用：活塞式内燃机，空气压缩
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
缝纫机脚踏板机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
跑步机
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
曲柄摇杆机构应用实例
自动送料机构
§2.2 平面四杆机构的基本形式及其演化
2.双曲柄机构——两连杆架均为曲柄的四杆机构 连杆架 曲柄—原动件，等速转动 曲柄—从动件，变速转动
l1+l4≤ l2+ l3 将式2-1、2-2、2-3两两相加，可得 l1≤l2 ， l1≤l3 ， l1≤l4 AB杆（曲柄）为最短杆 最短杆与任意一杆长度之和≤其它两杆长度之和
§2.3 平面四杆机构的几个基本概念
铰链四杆机构有一个曲柄的条件： (1) 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和；
Fn
1 1
A
B
2
4
3 D
g C a
F
5.5 平面四杆机构的解析法设计
5.5平面四杆机构的解析法设计5.5.1按许用传动角设计曲柄摇杆机构设已知从动摇杆的摆角ψ、行程速比系数K，机架的杆长d＝1，许用传动角[γ]，设曲柄的杆长a为参变量，用解析法[23]确定连杆的杆长b以及摇杆的杆长c。
由行程速比系数K求出极位夹角θ，即θ＝180(K－1)/(K＋1)。
在图5.20中，由△B1B0B2得B1B2＝2c sin(0.5ψ)，对△A0B1B2应用余弦定理得由此得a、b、c 与θ的函数关系对△A3B3B0应用余弦定理得将式(5.13)代入式(5.14)，得以 a 为设计变量的设计方程为设已知从动摇杆的摆角ψ、若θ＝0，K＝1，机架的杆长d＝1，许用传动角[γ]。
用解析法确定曲柄的杆长a、连杆的杆长b以及摇杆的杆长c。
在图5.21中，K＝1，摇杆在B3B0、B4B0位置出现最小传动角且两个最小传动角相等，对△A1B1B0、△A1B2B0应用余弦定理化简上式得机构杆长之间的约束方程为对△A4B4B0、△A3B3B0应用余弦定理得化简上式得令式(5.13)中的θ＝0，得杆长c的函数式为联立式(5.20)～(5.23)得曲柄的杆长a、连杆的杆长 b 以及摇杆的杆长 c 的设计方程为【点击链接曲柄摇杆机构的设计动画】5.5.2刚体导引机构的解析法设计刚体导引机构是指它的连杆能够通过一系列有限分离位置的一种机构。
其解析法设计就是建立机构的结构参数与运动参数之间的关系式，采用适宜的数学方法，按一定的精度要求，求出机构的未知参数。
1)平面位移矩阵设一连杆在平面坐标系xOy 中占据n 个位置，连杆的第j(j＝1,2,…，n)个位置用向量P j Q j表示。
如图5.22 所示，连杆由位置P1Q1运动到P j Q j可以看成由P1Q1平移到P j Q'j再绕Pj 点转动θ1j的运动之和。
设[Rθ1j]表示连杆旋转θ1j后，其上的向量在旋转前后的关系矩阵，则( Qj －Pj ) = [Rθ1j]( Q'j－P j ) 由于Qj －Pj = Q1 －P1为此( Qj －Pj ) = [Rθ1j]( Q1 －P1 )式中［D1j］为[D1j]称为平面位置矩阵。
§8—4平面四杆机构的设计
C1 B1 α13 α12 B2 B3 A ϕ12• B2 ′
E1 •
•
E2 • E3
ϕ13 ϕ12 D ϕ13 B ′ 3
结束
§8－4 平面四杆机构设计 －
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
按给定四组连架杆对应位3 1 α14 B2 B3 B4 A -ϕ14 -ϕ12 B1 B2´
§8—4 平面四杆机构的设计
(Synthesis of Planar Four-bar Linkage)
一、连杆机构设计的基本问题
连杆机构设计的基本问题是根据给定的运动要求选定 机构的型式，并确定各构件的尺寸参数。同时还要满足结 构条件（如要求存在曲柄、杆长比恰当等），动力条件 （≥γmin）和运动连续性条件等。 1、设计的要求：（可归纳为三大类） 、设计的要求： 1）满足预定的运动规律要求； 2）满足预定的连杆位置要求； 3）满足预定的轨迹要求。
B4´ (B3´)
c1 ϕ14 ϕ13 ϕ12 d D
结束
2 ϕ12 ϕ13 ϕ14 1
注意：两连架杆的初始位置（角平分线）
三、用解析法设计四杆机构 用解析法设计四杆机构时，首先需要建立包含机构的 各尺寸参数和运动变量在内的数学方程式，然后根据已知 的运动参量求解机构所需的尺寸参数。 1、按两连架杆预定位置设计 、 如图8-59，已知两连架杆的若干 对应位置θ1i、θ3i（i=1、2、3…N）， 求a、b、c、d、α0、ψ0。 解：建立Oxy坐标系，并把各杆当作杆矢量。 图8-59 矢量方程为： a + b = c + d 向x、y轴投影： cos(θ1i+α0)+ b cosθ2i =d+c cos(θ3i+ψ0) a a sin (θ1i+α0)+ b sinθ2i = c sin(θ3i+ψ0)
平面四杆机构设计介绍
第三章 平面四杆机构的设计§3—1 平面连杆机构的特点、类型及应用1.1 概 述连杆机构：各构件之间用低副和刚性构件连接起来实行运动传递的机构。
如图2-1 分为平面连杆机构和空间连杆机构 。
连杆机构由连架杆，连杆和机架组成。
平面连杆机构的特点：1.2平面连杆机构的基本类型和结构特点：由于连杆机构的构件一般呈杆状，也以其构件的数量称为多杆机构。
平面杆机构是最基本最常用的连杆机构。
1．2．1 平面连杆机构的基本类型：1) 曲柄摇杆机构 2）双曲柄机构 3）双摇杆机构 1．2．2 平面连杆机构演化 1) 转动副转化为移动副 2）取不同的构件为机架 3）变换构件的形态 4）扩大转动副的尺寸§3—2 平面连杆机构的运动特性2.1平面连杆机构的运动特性：（1Grashoff 定理（简称曲柄存在条件）：如图示a + d ≤b + cb ≤ d – a +c c ≤d – a + b a ≤ c a + b ≤ c + da ≤b a +c ≤ b +d a ≤ d a + d ≤ b + c在全铰链四杆机构中，如果最短杆与最长杆杆长之和小于或等于其余两杆杆长之和，则必然存在作整周转动的构件。
若不满足上述条件，即最短杆与最长杆杆长之和大于其余两杆杆长之和，则不存在作整周转动的构件。
（2）四杆机构从动件的急回特性：如图示四杆机构从动件的回程所用时间小于工作行程所用的时间，称为该机构急回特性。
急回特性用行程速比系数K 表示。
212112ϕϕ===t t v v K极位夹角θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐角。
θ越大，K 越大，急回特性越明显。
§3—3 平面连杆机构的传力特性3．1． 传动角与压力角：如图示在机构处于某一定位置时，从动件上作用力与作用点绝对速度方向所夹的锐角 α 称为压力角。
压力角的余角 γ（ γ = 90°— α） 作为机构的传力特性参数，故称为传动角。
平面四杆机构ppt课件
摄影三脚架中的平面四杆机 构通常由三根支撑杆和若干 个连接杆组成。
三根支撑杆通常具有较好的 弹性和韧性，可以适应不同 地形和环境，提供稳定的支 撑效果。连接杆则将三根支 撑杆连接在一起，形成稳定 的三角形结构。
挖掘机机构
挖掘机是一种广泛应用于建筑、道路 、矿山等领域的工程机械设备。它的 主要功能是通过挖掘斗的升降、旋转 和移动来实现挖掘作业。
作用
03
连杆在机构中起到传递运动和动力的作用，还可以改变运动的
方向。
转动副
定义
转动副是平面四杆机构的基本组成之一，是一种 连接两个构件的相对转动的运动副。
特点
转动副由两个构件组成，一个构件作为固定轴， 另一个构件围绕固定轴旋转。
作用
转动副在机构中起到传递运动和动力的作用，同 时也可以改变运动的方向。
双摇杆机构
由两个摇杆和两个连架杆组成的平面四杆机构。双摇杆机构中，两个摇 杆长度相等且平行，连架杆相对摇杆做往复摆动，可以实现将摇杆的往 复摆动转换为连架杆的往复摆动。
平面四杆机构的应用
实例1
缝纫机踏板机构。当脚踏板低速转动时，通过一个曲柄摇杆 机构将脚踏板的往复摆动转换为缝针的上下摆动；当脚踏板 快速转动时，通过一个双曲柄机构将脚踏板的往复摆动转换 为缝针的上下摆动。
利用计算机辅助设计软件进行 数值仿真，通过对机构参数的
调整，实现最优设计。
基于实验设计的优化
通过实验测试机构的性能，利 用实验设计方法对机构进行优 化。
基于人工智能的优化
利用人工智能算法，如神经网 络、遗传算法等，对机构的参 数进行优化。
多学科优化方法
综合考虑机构的多学科因素， 如结构、运动、动力学等，实
转向机构是汽车底盘的一个重要组成部分，它的 主要功能是控制汽车的行驶方向，使车辆能够按 照驾驶员的意愿进行转弯或者改变行驶方向。
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（3）满足行程速比系数的要求
例3 牛头刨床机构 即满足给定行程速比系数K的要求等。
平面四杆机构的设计(3/6)
2. 用作图法设计四杆机构
2.1 图解设计的基本原理
1）已知活动铰链中心的位置
2）已知固定铰链中心的位置
（2）按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构
已知两连架杆三对对应位置
（3）按给定的行程速比系数设计四杆机构 例4 曲柄摇杆机构
例5 曲柄滑块机构
例6 摆动导杆机构
谢谢！
➢图解设计问题——作图求解各铰链中心的位置问题。
Fi
Ei
Ci
B
i
A
D
i =1、2、···、N
➢各铰链间的运动关系：
固定铰链 A、D ： 圆心 活动铰链 B、C ： 圆或圆弧
➢机构的倒置原理
平面四杆机构的设计(4/6)
为了求活动铰链的位置，可将待求活动铰链所在的 杆件视作新机架，而将其相对的杆视为新连杆。
第八章 平面连杆机构及其设计
§8-1 连杆机构及其传动特点 §8-2 平面四杆机构的类型和应用 §8-3 平面四杆机构的基本知识 §8-4 平面四杆机构的设计 §8-5 多计的基本问题 连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式， 确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件、动力条件和运动连 续条件等。 （1）满足预定的连杆位置要求（又称刚体导引问题） 例1小型电炉炉门的开闭机构
接下来，将原机构的各位置的构型均视为刚体，并 向某一选定位置相对移动，使新机架的各杆位置重合， 便可得新连杆相对于新机架的各个位置，即实现了机构 的倒置。
这样，就将求活动铰链的位置问题转化为求固定铰 链的位置问题了。 这种方法又称为反转法。
2.2图解设计的具体方法 （1）按连杆预定的位置设计
平面四杆机构的设计(5/6)