第五章四杆机构

1、第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计第一节第一节 平面连杆机构的特点与基本型式平面连杆机构的特点与基本型式第二节第二节 平面连杆机构的基本性质平面连杆机构的基本性质 第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计 机械原理机械原理HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS一、一、平面连杆机构的特点平面连杆机构的特点 二、二、平面连杆机构的基本型式平面连杆机构的基本型式三、三、四杆机构的演化与变异四杆机构的演化与变异 四、四、平面连杆机构的应用平面连杆机构的应用 第一节第一节 平面连

2、杆机构的特点与基本型式平面连杆机构的特点与基本型式第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS 一、平面连杆机构的特点一、平面连杆机构的特点l 结构简单、易于制造、成本低廉结构简单、易于制造、成本低廉l 承载能力大承载能力大l 可实现多样化的运动规律可实现多样化的运动规律l 可实现远距离的运动和动力的传递可实现远距离的运动和动力的传递l 能实现特殊的运动轨迹能实现特殊的运动轨迹第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS二、平面连杆机构的基本型式二、平面连杆机构的基本型式（一）全转动副的四杆机构

3、（铰链四杆机构）（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构） （二）含有一个移动副的四杆机构（二）含有一个移动副的四杆机构 （三）含有两个移动副的四杆机构（三）含有两个移动副的四杆机构 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）u 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构u 双曲柄机构双曲柄机构u 双摇杆机构双摇杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构定义定义曲柄曲柄连架杆中能作整周转动的构件连架

4、杆中能作整周转动的构件摇杆摇杆连架杆中只能作往复摆动的构件连架杆中只能作往复摆动的构件曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构两个连架杆中一为曲柄，一为摇杆的机构两个连架杆中一为曲柄，一为摇杆的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 双曲柄机构双曲柄机构 定义定义两个连架杆均为曲柄的机构两个连架杆均为曲柄的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 双摇杆机构双摇杆机构 定义定义两个连架杆均为摇杆的机构两个连架杆均为摇杆的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH E

5、DUCATION PRESS（二）含有一个移动副的四杆机构（二）含有一个移动副的四杆机构u 曲柄滑块机构曲柄滑块机构u 曲柄导杆机构曲柄导杆机构u 曲柄摇块机构曲柄摇块机构u 移动导杆机构移动导杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 定义定义 一连架杆为曲柄，另一连架杆为相对机架作往一连架杆为曲柄，另一连架杆为相对机架作往 复移动的滑块的机构复移动的滑块的机构分类分类 对心式、偏置式对心式、偏置式第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 曲柄导杆机构

6、曲柄导杆机构 定义定义 一连架杆为曲柄，而另一连架杆也作定轴转动或摆一连架杆为曲柄，而另一连架杆也作定轴转动或摆 动，且与块状连杆组成移动副，其相对滑块的运动动，且与块状连杆组成移动副，其相对滑块的运动 起导路作用的机构起导路作用的机构分类分类 摆动导杆式、转动导杆式摆动导杆式、转动导杆式第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 曲柄摇块机构曲柄摇块机构 定义定义 一连架杆为曲柄，另一连架杆为块状，且只能作定一连架杆为曲柄，另一连架杆为块状，且只能作定 轴往复摆动的机构轴往复摆动的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计

7、HIGH EDUCATION PRESSu 移动导杆机构移动导杆机构 定义定义 以以曲柄滑块机构中的滑块作为机架，曲柄滑块机构中的滑块作为机架， 原机架在固定滑块中移动的机构原机架在固定滑块中移动的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（三）含有两个移动副的四杆机构（三）含有两个移动副的四杆机构u 双滑块机构双滑块机构u 双转块机构双转块机构u 正弦机构正弦机构u 正切机构正切机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS特点特点 连杆上除去连杆上除去A、B两点作直线运动和连杆中点两

8、点作直线运动和连杆中点M点做圆点做圆 周运动外，连杆上其他各点的轨迹均为椭圆周运动外，连杆上其他各点的轨迹均为椭圆 u 双滑块机构双滑块机构定义定义 两个连架杆作成块状，且相对机架作相对移动的机构两个连架杆作成块状，且相对机架作相对移动的机构DCB11第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 双转块机构双转块机构特点特点 导杆导杆2同时与滑同时与滑块块1和和3组成移动副。当原组成移动副。当原动滑块动滑块1绕轴绕轴A转动时，转动时，通过导杆通过导杆2使从动滑块使从动滑块3绕绕轴轴B按相同方向转动，因按相同方向转动，因此两个转动滑块的角速度此

9、两个转动滑块的角速度必相等必相等 定义定义 两块状连架杆均作定轴转动的机构两块状连架杆均作定轴转动的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 正弦机构正弦机构特点特点 曲柄曲柄1转动时，转动时，带动滑块带动滑块2在导杆在导杆3上作水上作水平方向的移动，同时导杆平方向的移动，同时导杆3在固定导路在固定导路4（机架）中沿（机架）中沿垂直方向移动，其位移量垂直方向移动，其位移量s=lsin，与曲柄转角，与曲柄转角成正成正弦函数关系弦函数关系定义定义 一个连架杆作往复移动，另一个连架杆作定轴转动一个连架杆作往复移动，另一个连架杆作定轴转动 或

10、摆动的机构或摆动的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 正切机构正切机构特点特点 构件之间都用一构件之间都用一个移动副和一个转动副连接，个移动副和一个转动副连接，滑块滑块3的位移的位移s=atan。定义定义 一个连架杆作往复移动，另一个连架杆作定轴转动一个连架杆作往复移动，另一个连架杆作定轴转动 或摆动的机构或摆动的机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS三、四杆机构的演化与变异三、四杆机构的演化与变异 （一）低副相对运动的可逆性（一）低副相对运动的可逆性 （二）四杆机构的

11、演化与变异（二）四杆机构的演化与变异 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（一）低副相对运动的可逆性（一）低副相对运动的可逆性定义定义 对于低副所连接的两个构件之间的相对运动关系对于低副所连接的两个构件之间的相对运动关系 不因其中哪个构件作为参考坐标而变化。不因其中哪个构件作为参考坐标而变化。 11B.DBjj 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS摆线摆线渐开线渐开线对于高副？对于高副？结论结论 高副不具有相对运动可逆性高副不具有相对运动可逆性 。jBA第五章第五章 平面连杆机构

12、及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（二）四杆机构的演化与变异（二）四杆机构的演化与变异1. 1. 铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 2 2转动副向移动副的演化转动副向移动副的演化 3 3含有一个移动副的四杆机构的演化含有一个移动副的四杆机构的演化 4 4含有两个移动副的四杆机构的演含有两个移动副的四杆机构的演5 5运动副的形状变异运动副的形状变异6 6构件形状变异构件形状变异7 7构件尺寸的变异构件尺寸的变异第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS1 1铰链四杆机构的演化铰链四杆机构的演化 取取ADAD

13、、BCBC为机架，可演化为曲柄摇杆机构为机架，可演化为曲柄摇杆机构 取取ABAB为机架，可演为机架，可演化为双曲柄机构化为双曲柄机构 取取CDCD为机架，可演为机架，可演化为双摇杆机构化为双摇杆机构 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS2 2转动副向移动副的演化转动副向移动副的演化 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄曲线滑块机构曲柄曲线滑块机构偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构 对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连

14、杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS3 3含有一个移动副的四杆机构的演化含有一个移动副的四杆机构的演化 转动导杆机构转动导杆机构曲柄摇块机构曲柄摇块机构移动导杆机构移动导杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS4 4含有两个移动副的四杆机构的演化含有两个移动副的四杆机构的演化 双滑块机构双滑块机构 正弦机构正弦机构双转块机构双转块机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH ED

15、UCATION PRESS5 5运动副的形状变异运动副的形状变异 曲柄滑块机构曲柄滑块机构偏心盘机构偏心盘机构j1 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS6 6构件形状变异构件形状变异 曲柄摇块机构曲柄摇块机构摆动导杆机构摆动导杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS7 7构件尺寸的变异构件尺寸的变异 平行四边形机构平行四边形机构反平行四边形机构反平行四边形机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS四、平面连杆机构的应用四、

16、平面连杆机构的应用 （一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）的应用（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）的应用 （二）含有一个移动副的四杆机构的应用（二）含有一个移动副的四杆机构的应用 （三）含有两个移动副的四杆机构的应用（三）含有两个移动副的四杆机构的应用 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）的应用（一）全转动副的四杆机构（铰链四杆机构）的应用 矿石破碎机矿石破碎机雷达旋转装置雷达旋转装置和面机和面机第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS

17、惯性筛机构惯性筛机构户外摄影平台户外摄影平台第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS鹤式起重机鹤式起重机前轮转向机构前轮转向机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（二）含有一个移动副的四杆机构的应用（二）含有一个移动副的四杆机构的应用 单缸四冲程内燃机单缸四冲程内燃机 cos2cos2222222bccbladdalBDBD牛头刨床牛头刨床小型牛头刨床小型牛头刨床第五章第五章 平面连杆机构

18、及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS摆摆动动式式油油泵泵插齿插齿机床机床让刀让刀机构机构自动卸料汽车自动卸料汽车手手摇摇唧唧筒筒第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS）（或oo1800 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（三）含有两个移动副的四杆机构的应用（三）含有两个移动副的四杆机构的应用 缝纫机走针机构缝纫机走针机构平行轴联轴器平行轴联轴器jM11 转转绕绕椭圆规椭圆规牛头刨床牛头刨床第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIG

19、H EDUCATION PRESS cbdabdcacdba第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第二节第二节 平面连杆机构的基本性质平面连杆机构的基本性质 一、一、曲柄存在条件曲柄存在条件二、二、急回特性急回特性 三、三、机构压力角与传动角机构压力角与传动角 四、四、机构的死点位置机构的死点位置 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和； 连架杆与机架中必有一杆为最短杆。连架杆与机架中

20、必有一杆为最短杆。一、曲柄存在条件一、曲柄存在条件531793389591764311.y.xBB cbdacadb)(badc)(曲柄存在条件曲柄存在条件第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS构构件件1 1为为机机架架取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式取不同构件为机架时的铰链四杆机构型式构构件件4 4为为机机架架构构件件2 2为为机机架架构构件件3 3为为机机架架 dacabarjD1第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS二、急回特性二、急回特性 极位夹角极位夹角 当从动摇杆处于

21、左、当从动摇杆处于左、右右 两极限位置时，主动曲两极限位置时，主动曲 柄两位置所夹的锐角柄两位置所夹的锐角摇杆的摆角摇杆的摆角 从动摇杆两极限位从动摇杆两极限位 置间的夹角置间的夹角急回特性急回特性 当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不不 同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用同的运动特性。急回特性的相对程度，通常用v2 2 与与v1 1的比值的比值K来衡量，来衡量，K称为行程速比系数。称为行程速比系数。 1PjPjjyxP第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS行程速比系数行程速比系数K11

22、180KK 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS传动角传动角压力角的余角。压力角的余角。三、压力角和传动角三、压力角和传动角压力角压力角从动件受力点从动件受力点（C C点）的受力方向与受力点点）的受力方向与受力点的速度方向之间所夹的锐角。的速度方向之间所夹的锐角。设计条件设计条件如何确定如何确定minmin？11PM min min 可能发生在主动曲柄与机架两次共线（可能发生在主动曲柄与机架两次共线（ABAB，ABAB）的位置之一处，即的位置之一处，即 处。处。 jjPMABDBCD PM11bcaddacb2cos2cos2222 m

23、in结论结论第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS四、死点位置四、死点位置死点位置死点位置在摇杆在摇杆CDCD为为主动件的曲柄摇杆机构中主动件的曲柄摇杆机构中，连杆，连杆BCBC与从动曲柄与从动曲柄ABAB出出现两次共线的位置。现两次共线的位置。特征特征=0=0（=90=90）死点的缺陷死点的缺陷死点的利用死点的利用平平移移第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS死点的缺陷死点的缺陷顺利通过死

24、点位置的措施顺利通过死点位置的措施：利用系统的惯性；利用系统的惯性；利用特殊机构利用特殊机构蒸汽机车驱动轮联动机构蒸汽机车驱动轮联动机构 利用机构错位排列利用机构错位排列缝纫机踏板机构缝纫机踏板机构利用惯性利用惯性第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS死点的利用死点的利用快速夹具快速夹具飞机起落架飞机起落架第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第三节第三节 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计 一、平面连杆机构设计的基本问题一、平面连杆机构设计的基本问题 二、图解设计法二、图解设计法

25、 三、解析设计法三、解析设计法 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS一、平面连杆机构设计的基本问题一、平面连杆机构设计的基本问题 u 按照给定的运动轨迹设计四杆机构按照给定的运动轨迹设计四杆机构（一）（一）按照给定的连杆一系列位置设计四杆机构按照给定的连杆一系列位置设计四杆机构 （二）（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构按照连架杆的一系列位置设计四杆机构 （三）（三）按照行程速比系数设计四杆机构按照行程速比系数设计四杆机构 u 按照给定的运动规律设计四杆机构按照给定的运动规律设计四杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构

26、及其设计HIGH EDUCATION PRESS（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构（一）按照给定连杆一系列位置设计四杆机构刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计铸造车间翻转台铸造车间翻转台第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构（二）按照连架杆的一系列位置设计四杆机构 实现函数关系实现函数关系的机构设计的机构设计第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（三）按照行程速比系数设计四杆机构（三）按照行程速比系数设计四杆机构 按照连架杆的两个极限位置

27、和机构的急回特性设计四杆机构按照连架杆的两个极限位置和机构的急回特性设计四杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS按照给定的运动轨迹设计四杆机构按照给定的运动轨迹设计四杆机构 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS二、图解设计法二、图解设计法（一）按照连杆的一系列位置设计四杆机构（一）按照连杆的一系列位置设计四杆机构 1 1按照连杆的二个位置设计四杆机构按照连杆的二个位置设计四杆机构 2 2按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构 （二）按照连

28、架杆的一系列对应位置设计四杆机构（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构（三）按行程速比系数设计四杆机构（三）按行程速比系数设计四杆机构 （四）按照连杆曲线设计四杆机构（四）按照连杆曲线设计四杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSB1C1B2C2b12c12AD1 1按照连杆的二个位置设计四杆机构按照连杆的二个位置设计四杆机构无穷多解无穷多解第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS2 2按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构按照连杆的三个对应位置设计铰链四杆机构 ADB1C1

29、B2C2B3C3b12c12b23c23唯一解唯一解第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构（二）按照连架杆的一系列对应位置设计四杆机构 u 反转法的原理反转法的原理 u 按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 反转法的原理反转法的原理 按两连架杆预定的按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构对应位置设计四杆机构按连杆预定位置按连杆预定位置设计四杆机构设计四杆机构第五章第

30、五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构按照连架杆的三组对应位置设计四杆机构 铰链四杆机构铰链四杆机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS5 213.y ,xDD 已知连架杆和曲柄长度已知连架杆和曲柄长度曲柄滑块机构曲柄滑块机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS 已知连架杆和滑块的位置已知连架杆和滑块的位置曲柄滑块机构曲柄滑块机构第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH

31、EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（三）按行程速比系数设计四杆机构（三）按行程速比系数设计四杆机构 u 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构u 曲柄滑块机构曲柄滑块机构u 导杆机构导杆机构常用设计步骤：常用设计步骤：1.1.按实际需要给定行程速比按实际需要给定行程速比K K的数值的数值2.2.算出极位夹角算出极位夹角3.3.根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关辅助条件根据机构在极限位置时的几何关系，结合有关辅助条件 来确

32、定机构运动简图的尺寸参数。来确定机构运动简图的尺寸参数。 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构671313 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 曲柄滑块机构曲柄滑块机构 BCD第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 导杆机构导杆机构 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（四）按照连杆曲线设计四杆机构（四）按照连杆曲线设计四杆机构 u

33、图谱法图谱法u 实验法实验法u 实验作图结合法实验作图结合法实验法实验法第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（一）解析法的基本原理（一）解析法的基本原理 （二）按连杆的一系列位置设计四杆机构（二）按连杆的一系列位置设计四杆机构 （三）按照连架杆的对应位置设计四杆机构（三）按照连架杆的对应位置设计四杆机构 （四）按预定轨迹设计四杆机构（四）按预定轨迹设计四杆机构 三、解析设计法三、解析设计法 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（一）解析法的基本原理（一）解析法的基本原理 u 刚体

34、位移矩阵刚体位移矩阵u 定杆长约束条件定杆长约束条件描述刚体的描述刚体的运动位置变化运动位置变化求解连架杆的求解连架杆的转动中心转动中心第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 刚体位移矩阵刚体位移矩阵 11C.DCjj 180180212112121212tttCCtCCvvK位置位置1 1位置位置j j 100cossincossinsincossincos1111111111111jMjMMjjjjMjMMjjjjyxyyxxD 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS ， 由位

35、置由位置1 1到位置到位置j j的刚体位移矩阵的刚体位移矩阵第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS 11CDCij 1111CCyxC212122) ( ) ( ) ( ) (ABABABjABjy y x x y y x x 11P.DPjj 1111PPyxP第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSu 定杆长约束条件定杆长约束条件 1CA A点是点是B B1 1B Bj j轨迹曲轨迹曲线的

36、圆心线的圆心第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（二）按连杆的一系列位置设计四杆机构（二）按连杆的一系列位置设计四杆机构 1.1.找出连杆平面上运动轨迹为圆的点（找出连杆平面上运动轨迹为圆的点（B B点）；点）；2.2.找出找出B B点运动轨迹的圆心点运动轨迹的圆心A A点点; ;3.3.同理，找出连杆平面上的同理，找出连杆平面上的C C点及点及C C点运动轨迹的圆心点运动轨迹的圆心D D点。点。基本思基本思路路 BABAB AB AjTjT11代入代入得到得到B B1 1和和A A的坐标的坐标第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆

37、机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSj=2j=2：给定二个连杆位置，可列一个方程，有无穷多解：给定二个连杆位置，可列一个方程，有无穷多解j=3j=3：给定三个连杆位置，可列二个方程，有无穷多解：给定三个连杆位置，可列二个方程，有无穷多解j=4j=4：给定四个连杆位置，可列三个方程，有无穷多解：给定四个连杆位置，可列三个方程，有无穷多解 j=5j=5：给定五个连杆位置，可列四个方程，可能有解也可能无解：给定五个连杆位置，可列四个方程，可能有解也可能无解未知数：未知数： 10030331015945519032556800415788032556809455190100)1919(

38、1919)1919(1919100)()(112112121121212121211212121212.sinycosxycossinsinycosxxsincossinycosxycossinsinycosxxsincosDMMMMMMMMMMMM 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS DCDCDCDCTjTj110184.8776.8111MMyx67597. 1404. 6333MMyx同理，可得到同理，可得到C C1 1和和D D的坐标的坐标第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PR

39、ESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS例例 题题 一一求求：设计一铰链四杆机构引导工作构件设计一铰链四杆机构引导工作构件S S实现这三个位置。实现这三个位置。已知：已知：工件构件工件构件S S的的三个位置三个位置（单位：（单位：mmmm）191212 （1 1）计算出连杆位移矩阵中各元素的值）计算出连杆位移矩阵中各元素的值 1006790949390731092050505083551092050503907310100)6767(6767)6767(6767100)()(113113131131313131311313131313

40、.sinycosxycossinsinycosxxsincossinycosxycossinsinycosxxsincosDMMMMMMMMMMMM 解：解：位置数位置数j j3 3，设计方程数，设计方程数j j1 12 2，选定，选定第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS1BA第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（2 2）把）把 及及 矩阵中各元素的数值代入式（矩阵中各元素的数值代入式（5 51313）中，）中， 得到得到 及及 。22,BByx33,BByx3033001. 5

41、945519. 0325568. 0112BBByxy508355. 10920505. 0390731. 0113BBByxx679094. 9390731. 0920505. 0113BBByxyAxAy661502.29422714. 225537. 211BByx第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（3 3）把上述表达式和已选定的）把上述表达式和已选定的xA、yA与式（与式（5 51414）联立求解：）联立求解：357 AAy,.x联立求解联立求解第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION

42、 PRESS(4(4）同理可得）同理可得C C1 1点坐标的联立方程点坐标的联立方程2227.5)()(4281.4)()(6034.8)()(5679.6)()(2221212112112121ADADADDCDCCDBCBCBCABABAByyxxlyyxxlyyxxlyyxxlDxDy联立求解联立求解第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS1.1.用曲柄存在条件判断可知，此机构为一双摇杆机构。用曲柄存在条件判断可知，此机构为一双摇杆机构。2.2.选定不同的选定不同的 、 及及 、 的值，就可得到不的值，就可得到不 同的解。所以，当给定

43、位置数同的解。所以，当给定位置数j j3 3时，有无穷多解。时，有无穷多解。（5 5）画出设计结果（处于第）画出设计结果（处于第1 1位置时）的机构简图位置时）的机构简图279812. 52723322. 49957094. 211 BBy x结论结论第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS（三）按照连架杆的对应位置设计四杆机构（三）按照连架杆的对应位置设计四杆机构 基本思想基本思想利用刚化反转法基本原理，把按照给定连架杆利用刚化反转法基本原理，把

44、按照给定连架杆对应位置的设计转化为按照连杆的对应位置设计问题对应位置的设计转化为按照连杆的对应位置设计问题。设计实质设计实质求出点求出点C C1 1的坐标。的坐标。 Dx绕绕A A点转动点转动 到到 时，旋转矩阵时，旋转矩阵 j1 jrjrBAj1 100sincossin)cos1 (sincos1111111jjjjjjjR 绕绕D D点转动点转动 到到 时，旋转矩阵时，旋转矩阵1BAjrjrBA 1100)()()1 ()()(1111111111111BBjADjjjjjADjjjjBjrBjryxsinlcossincoslsincosyx jj11运动到运动到 的相对刚体位移矩阵的

45、相对刚体位移矩阵 jjDDDrj111 jrjrBA0710998141157611693310290332211. 第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESS.100sincossin)cos1(sincos1111111jADjjjADjjrjllD为为 与与 之间的夹角，设之间的夹角，设 ，则有：，则有： 1000cossin0sincos11111jjjjjR到到 的运动矩阵描述的运动矩阵描述 1009475. 0905. 04255. 07757. 04255. 0905. 0100sin)cos()sin()cos1 ()sin(

46、)cos(1313131313131313131313 ADADrllD第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PRESSB B点到点到C C点的定杆长约束方程点的定杆长约束方程 1By联立求解联立求解位移矩阵方程位移矩阵方程和和定杆长约束方程定杆长约束方程，即可，即可解出解出 与与 的坐标。的坐标。1Cx1.100cossincossinsincossincos111111111111111BBjMjMMjjjjMjMMjjjBjBjyxyx yyx xyx注意注意 在转化机构中为固定铰链点，在原机构中在转化机构中为固定铰链点，在原机构中则为第一位置时的连杆上的铰链点。因方程只包含了则为第一位置时的连杆上的铰链点。因方程只包含了4 4个待求参数个待求参数 、 、 、 , ,故一般给定的两连架故一般给定的两连架杆的对应位置数杆的对应位置数 。 1Cy5j第五章第五章 平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计HIGH EDUCATION PR