平面连杆机构的设计

1、主讲主讲 陈银银陈银银4.4 4.4 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计4.4 4.4 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计按给定的行程速比系数设计四杆机构按给定的行程速比系数设计四杆机构1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2 课堂练习课堂练习3CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确平面四杆机构的设计，主要考虑给定的运动条件，确定机构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑定机构运动简图。有时为了使设计可靠、合理，还应考虑几何条件和动力条件。几何条件和动力条件。 生产实践中的四杆机构

2、设计问题可归纳为两类生产实践中的四杆机构设计问题可归纳为两类： （1 1）实现给定的从动件运动规律）实现给定的从动件运动规律, ,或使从动件具有急或使从动件具有急回特性。回特性。 （2 2）实现给定的运动规律。）实现给定的运动规律。 平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解平面四杆机构运动设计的方法有图解法、实验法和解析法。本节主要介绍析法。本节主要介绍图解法图解法CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计4.4.1 4.4.1 按给定的行程速比系数设计四杆机构按给定的行程速比系数设计四杆机构 已知条件：（已知条件：（1 1）行程速比系数）行程速比系数

3、K （2 2）机构的极限位置处的几何关）机构的极限位置处的几何关系系 （3 3）其他辅助条件）其他辅助条件 1 1、曲柄摇杆机构、曲柄摇杆机构 已知条件已知条件：摇杆的长度：摇杆的长度lCD 、摆角、摆角和行程速比系数和行程速比系数K 设计设计：1）确定铰链）确定铰链A的位置；的位置；2）确定其他三个构件的长度）确定其他三个构件的长度 CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 曲柄摇杆机构的设计步骤：曲柄摇杆机构的设计步骤： （1 1）按给定行程速比系数）按给定行程速比系数K，求出极位夹角，求出极位夹角， 11180KKCopyRight ZDJ4.4 4

4、.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 曲柄摇杆机构的设计步骤：曲柄摇杆机构的设计步骤： （2 2）任选）任选确定适当的长度比例尺确定适当的长度比例尺l ，任选固定铰链，任选固定铰链中心中心D D的位置，按摇杆长度的位置，按摇杆长度lCDCD和摆角和摆角，作出摇杆的两个作出摇杆的两个极限位置极限位置C1D和和C2 2D。CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 （3）连接）连接C1和和C2，并作，并作C1C2的垂线的垂线C1M。 （4）作）作 C1C2N=90-，则，则C1M与与C2N相交于相交于P点，由点，由图知：图知： C1PC2=。 （5）作）作

5、C1PC2的外接圆，在此圆周上（弧的外接圆，在此圆周上（弧C1C2和弧和弧EF除外）任意一点都可以作为曲柄的固定铰链中心除外）任意一点都可以作为曲柄的固定铰链中心A，现，现任取一点。连接任取一点。连接AC1和和AC2，因同弧上的圆周角相等，故，因同弧上的圆周角相等，故C1AC2= C1PC2=。 CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计（6）确定）确定AC1、AC2的长度，可得的长度，可得 AB=（AC2 - AC1 ）/2，BC=（AC2 - AC1 ） 实际构件长度实际构件长度lAB =l AB， lBC =l BC， lCD =l CDCopyRig

6、ht ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 2、导杆机构、导杆机构 已知条件：机架长度已知条件：机架长度l4、行程速比系数、行程速比系数K，设计导杆机构设计导杆机构 解题的关键解题的关键： 分析极位夹角分析极位夹角与摆角与摆角的关系的关系 CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 设计步骤：设计步骤： （1 1）由已知的行程速比系数）由已知的行程速比系数K，求得，求得（也即摆角（也即摆角）即）即 （2 2）任选固定铰链中心）任选固定铰链中心C，以夹角，以夹角作出导杆的作出导杆的 两个极限位置。两个极限位置。 （3 3）作摆角的平分线）

7、作摆角的平分线AC，并在线上取，并在线上取AC=l4/l 得固定铰链中心得固定铰链中心A的位置。的位置。 （4）过）过A点作导杆极限位置的垂直点作导杆极限位置的垂直AB1（或（或AB2） 得曲柄的长度得曲柄的长度l1=AB1l11180KKCopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计4.4.1 4.4.1 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 案例分析案例分析：如图所示为一加热炉炉门开启机构，其为铰：如图所示为一加热炉炉门开启机构，其为铰链四杆机构，已知炉门的两个位置及两个活动铰链的中心矩，链四杆机构，已知炉门的两个位置及两个活动铰链的中心矩，

8、试设计加热炉炉门开启机构。试设计加热炉炉门开启机构。加热炉炉门开启机构加热炉炉门开启机构CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 1 1、按给定连杆的两个位置设计四杆机构按给定连杆的两个位置设计四杆机构 已知铰链四杆机构连杆已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2的两个位置，试设的两个位置，试设计铰链四杆机构。计铰链四杆机构。CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 案例分析：案例分析：已知已知加热炉炉门上两个活动铰链的中心矩为加热炉炉门上两个活动铰链的中心矩为50mm50mm，炉门打开成水平位置时，要求炉门温度较低的一

9、面，炉门打开成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在朝上（如虚线所示），设固定铰链安装在YY轴线上，其相轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。CopyRight ZDJ4.4 4.4 平面四杆机构的设计平面四杆机构的设计 2 2、按给定连杆的两个位置设计四杆机构按给定连杆的两个位置设计四杆机构 已知铰链四杆机构连杆已知铰链四杆机构连杆B1C1、B2C2 、 B3C3的三个位置，的三个位置，试设计铰链四杆机构。试设计铰链四杆机构。CopyRight ZDJ1 按照给定的连杆位置设计四杆机构按照给

10、定的连杆位置设计四杆机构A AD D此问题的本质是：已知活动铰链，求固定铰链（求活动铰链轨迹圆的圆心）B1B2B3C1C2C32 按给定行程速度变化系数设计四杆机构按给定行程速度变化系数设计四杆机构AB=(ACAB=(AC2 2-AC-AC1 1)/2)/2BC=(ACBC=(AC1 1+AC+AC2 2)/2)/2ACAC1 1=BC-AB=BC-ABACAC2 2=BC+AB=BC+AB180180（K-1K-1） （K+1K+1）=确定比例尺确定比例尺llADlBClABADlBClABl,C C1 1D DB B1 1C C2 2B B2 2 A A O O9090 - - 9090

11、- - 曲柄滑块机构曲柄滑块机构2aAB134CbvcHO90已知：已知：H，K ，e 求运动学尺寸。求运动学尺寸。eAc1c2BAB=(AC1-AC2)/2BC=AC1-ABBClABllBClAB3 按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构刚化反转法B B1 1D DB B2 2B B3 3E E1 1E E3 3A A A AD DB B3 3E E3 3A A3 3D DB B3 3E E3 3，C C1 1给定两连架杆上三对对应位置的设计问题给定两连架杆上三对对应位置的设计问题E E2 2 1 1 1 1 2 2 3 3 2 2 3 3B B1 1D

12、DE E1 1A AB B2 2E E2 2A A2 2 解析法设计平面四杆机构解析法设计平面四杆机构 建立方程式，根据已知参数对方程式求解建立方程式，根据已知参数对方程式求解用矢量法设计实现预期运动规律的四杆机构用矢量法设计实现预期运动规律的四杆机构已知：两连架杆的三组对应位置已知：两连架杆的三组对应位置要求：确定各构件的长度要求：确定各构件的长度步骤：步骤： 1 1、建立坐标系、建立坐标系 2 2、将各向量向坐标轴投影、将各向量向坐标轴投影dcbasinsinsincoscoscoscbacdbaadRcdRacbdcaRRRR3222221321,2)cos(coscos332211,;,;,把三组对应角位置把三组对应角位置带入带入, ,可得关于可得关于321,RRR的三元一次方程组的三元一次方程组A AB BC CD Dc cb ba ad dx xy y实验法设计四杆机构实验法设计四杆机构 连杆曲线连杆曲线 四杆机构在运动时，连杆作平面运动，连杆上任一点的轨迹为一封闭四杆机构在运动时，连杆作平面运动，连杆上任一点的轨迹为一封闭曲线，这些曲线称为连杆曲线曲线，这些曲线称为连杆曲线 连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不同连杆曲线的形状随点在连杆上的位置和构件的相对长度的不同而不