连杆机构的设计

8-1 连杆机构及其传动特点 第八章 平面连杆机构及其设计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性质曲柄存在条件急回特性及行程速比系数四杆机构传动角、压力角及死点铰链四杆机构的运动连续性 8-4 平面四杆机构的设计用图解法设计四杆机构用图解法设计四杆机构 用解析法设计四杆机构用实验法设计四杆机构本讲 重点： 四杆机构设计的图解法四杆机构设计的图解法本讲难点：图解法中图解法中 反转原理反转原理 的应用的应用前述内容复习 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；2) 确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。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（ 1）满足预定运动的规律要求）满足预定运动的规律要求要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例 车门开闭机构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）满足预定的连杆位置要求设计时要求连杆能依次点据一系列的预定位置。 (又称为 导引机构的设计 ) 机构示例 飞机起落架机构设计时要求机轮在放下和收起时连杆 BC占据图示的两个共线位置。 （ 3）满足预定的轨迹要求）满足预定的轨迹要求设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。 (又称为 轨迹生成机构的设计 )机构示例 鹤式起重机 机构示例 搅拌机机构3. 设计方法 : 1）解析法 2）图解法 3）实验法二、用图解法设计四杆机构1. 按给定的行程速比系数 K设计四杆机构 实现给定运动要求2. 按连杆预定位置设计四杆机构 实现给定连杆位置（轨迹）要求3. 按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构 实现给定连 架 杆位置（轨迹）要求1. 按给定的 行程速比系数 K设计四杆机构 曲柄摇杆机构设计要求 ： 已知摇杆的长度 CD、 摆角 及行程速比系数 K。设计过程：1) 计算极位夹角：2) 选定机构比例尺，作出极位图：GF(除弧除弧 FG以外以外 )IMN90-C1C2DPB1B2A3) 联 C1C2，过 C2 作 C1M C1C2 ； 另过 C1作 C2C1N=90- 射线C1N， 交 C1M于 P点；4) 以 C1P 为直径作圆 I，则该圆上任一点均可作为 A铰链， 有无穷多解 。设曲柄长度为 a， 连杆长度为 b， 则 :C2B2C1B1IGFC1C2DB1B2A 错位不连续问题 A铰链不能选定在铰链不能选定在 FG弧段弧段不连通域不连通域90-PAE2aIIOaObIC1C2D欲得确定解，则需附加条件：(1)给定机架长度 d；(2)给定曲柄长度 a；(3)给定连杆长度 b(1)给定机架长度 d的解：(2)给定曲柄长度 a的解： 作图步骤：证明：(3)给定连杆长度 b的解：I90-PIIIE2bAC1C2DOaOb作图步骤：证明： 曲柄滑块机构已知条件： 滑块行程 H、 偏距 e和行程速比系数 K设计过程：IMN90-PB1B2AC1C2有无穷多解设曲柄长度为 a， 连杆长度为 b， 则 : 摆动导杆机构对于摆动导杆机构 ,由于其导杆的 摆角 刚好等于其极位夹角 ， 因此 ， 只要给定 曲柄长度 LAB (或给定机架长度 LAD)和 行程速比系数 K就可以求得机构 。分析：由于 与 导杆摆角 相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄 a。i. 计算 180(K-1)/(K+1)；ii. 任选 D作 mDn iii. 取 A点，使得 AD=d, 则 : a = d sin(/2)已知： 机架长度 d， K， 设计此机构。= m ndAD= BADB2. 按 连杆 预定位置设计四杆机构1) 已知连杆上两活动铰链的中心 B、 C位置（即已知 LBC）2) 已知机架上固定铰链的中心 A、 D位置（即已知 LAD）i. 已知连杆在运动过程中的 两个位置 B1C1、 B2C2 ， 设计四杆机构ii. 已知连杆上在运动过程中的 三个位置 B1C1、 B2C2 、 B3C3， 设计四杆机构。i. 已知连杆在运动过程中的 两个位置 E1F1 、 E2F2 ， 设计四杆机构ii. 已知连杆上在运动过程中的 三个位置 E1F1、 E2F2、 E3F3 ， 设计四杆机构1) 已知连杆上两活动铰链的中心 B、 C位置（即已知 LBC）i. 已知连杆在运动过程中的 两个位置 B1C1、 B2C2 ， 设计四杆机构c12设计步骤：b12设计分析：铰链和位置已知，固定铰链和未知。铰链和轨迹为圆弧，其圆心分别为点和。和分别在 B1B 和 C1C的垂直平分线上。DAB1C1 C2B2a) 联 B1B ，作 垂直平分线 b12铰链b) 联 C1C ，作 垂直平分线 c12铰链 D有 无穷多解c23b23ii. 已知连杆上在运动过程中的 三个位置 B1C1、 B2C2 、 B3C3， 设计四杆机构。b12c12AB1C1C2B2B3C3D唯一解2) 已知机架上固定铰链的中心 A、 D位置（即已知 LAD）i. 已知连杆在运动过程中的 两个位置 E1F1 、 E2F2 ， 设计四杆机构A DE1F1E2F2设计方法 采用 转化机构法 (或 反转法 )转化机构法转化机构法 或或 反转法反转法 根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将 活动铰链位置的求解 转化为 固定铰链的求解 设计四杆机构的方法。C2B2B2C21212AB1C1DAB1C1D1212A Dv转化机构法 (或 反转法 )原理： 其原理与取不同构件为机架的演化方法（称为 “ 机构倒置 ”原理）完全相同，即 相对运动不变原理 。当给整个机构加一个共同的运动时，虽然各构件的绝对运动改变了，但是各构件之间的相对运动并不发生变化，亦即各构件的相对尺寸不发生改变。 对转化后的机构进行设计与对原机构设计的结果是完全一样的，这样就可以将 活动铰链位置的求解 问题转化为 固定铰链的求解问题。 以连杆为相对机架的情况A DB2C2E2F2以连杆上任一线为相对机架的情况所得结果与以连杆为相对机架时相同，故 设计时可以连杆上任意线为相对机架进行，结果相同 。AB1C1DAD1212C1B1A DE1F1E2F2A D已知连杆在运动过程中的 两个位置 E1F1 、 E2F2 ， 设计四杆机构 转化机构法 (或 反转法 )的应用有 无穷多解A DE1F1ii. 已知连杆上在运动过程中的 三个位置 E1F1、 E2F2、 E3F3 ， 设计四杆机构E2F2E3F3A2D2A3D3 C1B1唯一解v反转法或转化机构法的具体作图方法 为了不改变反转前后机构的相对运动，作图时将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；用作全等四边形或全等三角形的方法，求出转化后机构的各构件的相对位置。这一方法又称为 “ 刚化 反转法 ” 。反转作图法只限于求解 两位置 或 三位置 的设计问题 3. 按 两连架杆 预定的对应位置设计四杆机构设计方法 采用 转化机构法 (或 反转法 )B2C2AB1C1D1212以连架杆为相对机架1) 按两连架杆两个对应位置设计四杆机构2) 按两连架杆三个对应位置设计四杆机构设计问题：12B2A1) 按两 连架杆两个 对应位置设计四杆机构已知： 机架长度 LAD= d 两连架杆对应转角 12、 12 。设计： 四杆机构12ld12121221B1B2C1B2-12A Dd有 无穷多解2) 按两 连架杆三个 对应位置设计四杆机构C1B3_B2B1A DC1C2C3请求出 B1讨论：1 、哪个构件应成为相对机架？2 、反转角为哪个？_E3 E2B1A DB2B3 E1已知： 机架长度 LAD、 一 连架