《机械设计基础》项目二

机械设计基础全课导航绪论项目一平面机构的运动简图和自由度项目二平面连杆机构项目三凸轮机构和间歇运动机构模块一项目四带传动和链传动项目五齿轮传动项目六蜗杆传动项目七轮系及其传动比计算模块二项目八轴项目九轴承项目十连接、连接件及其他机械零部件模块三项目二平面连杆机构项目导航任务一认识铰链四杆机构任务二了解平面四杆机构的运动特性任务三用图解法设计平面四杆机构项目引入由若干个构件通过低副连接，且所有构件在相互平行的平面内运动的机构称为平面连杆机构。由四个构件通过低副连接组成的平面连杆机构称为平面四杆机构，它是平面连杆机构中最常见的形式，也是组成多杆机构的基础。铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式，其他形式的平面四杆机构均可由其演化而来。本项目将以铰链四杆机构为主要研究对象，讨论平面四杆机构的运动特性和设计方法。知识目标掌握铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式。掌握曲柄、摇杆、连架杆、传动角、压力角、死点等的含义。理解平面四杆机构的急回特性和传力特性。掌握设计平面四杆机构的图解法。目标素质目标通过学习死点经过合理设计，可以实现定位、夹紧等功能，化不利为有利，认识到无论在学习还是生活中，事物都存在两面性，学会辩证地看待问题。通过使用图解法设计振实造型机，认识到在学习和工作中，应秉持严谨细致的态度，并且应具备精益求精的工匠精神。目标任务一认识铰链四杆机构任务引入从学习机械设计基础这门课起，小王就开始留心生活中的各种机械，并发现了许多有趣的现象。点击跳过案例任务引入例如，乘坐公交车时，小王发现每到一站，公交车后门的两扇车门会朝相反的方向转动，从而保证两扇车门能同时开或关；路过某工地时，小王发现正在作业的起重机上的AB杆摆动时，CD杆随之摆动，使CB杆延长线上的E点（吊重物处）做近似水平直线移动，这样可以避免因不必要的升降而消耗能量。点击跳过案例任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、铰链四杆机构的类型全部用转动副相连的平面四杆机构称为平面铰链四杆机构，简称铰链四杆机构。铰链四杆机构铰链四杆机构曲柄连杆摇杆机架一、铰链四杆机构的类型在图所示的铰链四杆机构中，固定构件4称为机架，与机架相连的构件1和构件3称为连架杆，不与机架直接连接的构件2称为连杆。若连架杆能相对机架整周转动，则称此连架杆为曲柄；若连架杆仅能在某一角度范围内往复摆动，则称此连架杆为摇杆。铰链四杆机构曲柄连杆摇杆机架一、铰链四杆机构的类型铰链四杆机构根据连架杆运动形式的不同曲柄摇杆机构双曲柄机构双摇杆机构一、铰链四杆机构的类型（一）曲柄摇杆机构具有一个曲柄、一个摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，通常曲柄为主动件，做匀速转动运动；摇杆为从动件，在曲柄的带动下做变速往复运动。一、铰链四杆机构的类型（一）曲柄摇杆机构例如，在图所示的调整雷达天线仰俯角的机构中，曲柄1缓慢匀速转动，通过连杆2使摇杆3在一定角度范围内摆动，从而达到调整雷达天线仰俯角的目的。当以摇杆为主动件时，摇杆的往复摆动可通过连杆转化为曲柄的整周转动。调整雷达天线仰俯角的机构曲柄连杆摇杆机架缝纫机踏板机构与调整雷达天线仰俯角机构的区别是什么？共同点有哪些？课堂互动缝纫机踏板机构一、铰链四杆机构的类型（一）曲柄摇杆机构在图中所示的缝纫机踏板机构中，脚踏动踏板（相当于摇杆3）使其往复摆动，通过连杆2带动曲柄1整周转动，再通过带传动使机头主轴转动。缝纫机踏板机构曲柄连杆摇杆机架双曲柄机构与曲柄摇杆机构的区别是什么？课堂互动双曲柄机构一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，通常主动曲柄做匀速转动运动，从动曲柄做同向变速转动运动。一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构在图中所示的惯性筛机构中，当曲柄1以等角速度转动时，曲柄3将以变角速度转动，通过构件CE使筛体做变速直线运动，筛面上的物料由于惯性来回抖动，从而达到筛分物料的目的。惯性筛曲柄连杆机架一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构双曲柄机构组成四边形的对边杆的长度相等，根据两曲柄转动方向的不同平行四边形机构逆平行四边形机构曲柄的转动方向相同转动方向相反平行四边形机构与逆平行四边形机构有哪些共同点？有哪些不同点？课堂互动逆平行四边形机构平行四边形机构一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构机车车轮联动机构便是平行四边形机构的应用实例，它保证了机车车轮做完全相同的运动。机车车轮联动机构曲柄连杆机架一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构车门启闭机构采用了逆平行四边形机构，以保证与曲柄1和曲柄3连接的车门能同时开或关。车门启闭机构曲柄连杆机架小贴士一、铰链四杆机构的类型在平行四边形机构中，当各构件共线时，可能出现从动曲柄与主动曲柄的旋转方向相反的现象，如图所示。为了避免出现这种现象，可采取使用辅助曲柄等措施，如在机车车轮联动机构中采用第三个平行曲柄。从动曲柄与主动曲柄的旋转方向相反的现象一、铰链四杆机构的类型（三）双摇杆机构两个连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。在双摇杆机构中，如果两摇杆的长度相等，则此机构为等腰梯形机构。双摇杆机构与双曲柄机构的区别是什么？试列举1~2个日常生活中的应用案例。课堂互动一、铰链四杆机构的类型（二）双曲柄机构汽车前轮转向机构汽车转弯时，若在任意位置都能使两前轮轴线的交点P落在后轮轴线的延长线上，则当整个车身绕点P转动时，四个车轮都能在地面上做纯滚动运动，避免轮胎因滑动而磨损，等腰梯形机构便可基本满足这一要求。汽车前轮转向机构汽车前轮转向机构即为等腰梯形机构。课堂活动一、铰链四杆机构的类型请说明图中所示机构属于曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构，指出各个机构中的曲柄或摇杆，并说明各个机构的工作原理。（a）摄影车座斗机构（b）搅拌器机构各种机构二、铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构的三种基本类型主要是通过判别机构中是否存在曲柄来区分的。而在铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件间的相对尺寸关系。下面通过曲柄摇杆机构来分析铰链四杆机构具有曲柄的条件。二、铰链四杆机构的类型判定如图所示，曲柄摇杆机构ABCD各杆的长度分别为a、b、c、d。若杆AB为曲柄，它能绕转动中心A相对机架整周转动，则杆AB

必然能顺利通过与机架共线的两个位置和。曲柄摇杆机构ABCD二、铰链四杆机构的类型判定曲柄摇杆机构ABCD当杆AB转至位置时，得到，则当杆AB转至位置时，得到，则由式（2-2）和式（2-3）可得将式（2-1）、式（2-4）、式（2-5）两两相加可得，，（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）（2-5）二、铰链四杆机构的类型判定由上述分析可得到铰链四杆机构中存在曲柄的条件如下（1）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和（此条件称为杆长和条件）（2）连架杆与机架中至少有一个是最短杆二、铰链四杆机构的类型判定若铰链四杆机构各杆长满足杆长和条件，则可通过最短杆的类型判定铰链四杆机构的类型（1）若最短杆为曲柄，则得到曲柄摇杆机构（2）若最短杆为机架，则得到双曲柄机构（3）若最短杆为连杆，则得到双摇杆机构若铰链四杆机构各杆长不满足杆长和条件，则无论取何杆为机架，均不存在曲柄，故只能得到双摇杆机构。二、铰链四杆机构的类型判定【例2-1】如图所示，铰链四杆机构ABCD

的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？例2-1图【解】由题可知，杆AB为最短杆，杆BC为最长杆。又因为同步例题二、铰链四杆机构的类型判定【例2-1】如图所示，铰链四杆机构ABCD

的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？例2-1图【解】，满足杆长和条件，于是可得：若以杆AB

为机架，因杆AB

最短，故得到双曲柄机构；若以杆BC

为机架，此时最短杆为曲柄，故得到曲柄摇杆机构；若以杆CD为机架，此时最短杆为连杆，故得到双摇杆机构；若以杆AD为机架，此时最短杆为曲柄，故得到曲柄摇杆机构。同步例题课堂活动二、铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构ABCD如图所示，铰链四杆机构ABCD的各杆长度分别为，，，。当机构分别以杆AB、BC、CD、AD为机架时，相应得到哪种机构？三、铰链四杆机构的演化形式转动副转换为移动副改变构件的形状选取不同构件作为机架铰链四杆机构演化为不同的形式曲柄滑块机构导杆机构摇块机构定块机构……三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构的过程曲柄摇杆机构演化为曲柄滑块机构的过程（a）（b）（c）（d）三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构在图（a）所示的曲柄摇杆机构中，点C沿圆弧做往复运动。若将点C做成滑块，如图（b）所示，则滑块将沿着圆弧往复滑动。（a）曲柄摇杆机构（b）曲柄摇杆机构三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构当增至无穷大时，点C的轨迹将变成直线，此时该机构称为曲柄滑块机构，如图（c）所示。在曲柄滑块机构中，滑块两个极限位置之间的距离称为行程，通常用字母H

表示。（c）曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构若曲柄转动中心A

在滑块移动导路的中心线上，则该机构称为对心曲柄滑块机构，如图（c）所示；若曲柄转动中心A不在滑块移动导路的中心线上，即曲柄转动中心A与滑块移动导路的中心线之间存在偏距e，则称该机构为偏置曲柄滑块机构，如图（d）所示。（c）对心曲柄滑块机构（d）偏置曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构偏心轮机构将曲柄做成偏心轮结构滑块偏心轮机架连杆三、铰链四杆机构的演化形式（一）曲柄滑块机构在曲柄滑块机构中，当曲柄较短时，通常将曲柄做成偏心轮结构。构件1为偏心轮，偏心距e（偏心轮的几何中心B至转动中心A的距离）与曲柄长度相等。这种结构增大了转动副的尺寸，提高了传动轴的强度和刚度，可广泛应用于压力机、破碎机等承受较大冲击载荷的机械中。将曲柄做成偏心轮结构滑块偏心轮机架连杆曲柄滑块机构和偏心轮结构有哪些共同点？有哪些不同点？课堂互动三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构曲柄滑块机构演化为导杆机构的过程

（a）曲柄滑块机构

（b）转动导杆机构

（c）摆动导杆机构三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构在图（a）所示的曲柄滑块机构中，若将杆1作为机架，则曲柄滑块机构就演化为导杆机构。

（a）曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构（b）转动导杆机构

（c）摆动导杆机构当时，杆2和杆4均可整周转动，此种导杆机构称为转动导杆机构，如图（b）所示；当时，杆2可整周转动，而杆4只能往复摆动，此种导杆机构称为摆动导杆机构，如图（c）所示。三、铰链四杆机构的演化形式（二）导杆机构在上述两种导杆机构中，杆4对滑块3的运动起导路作用，故称为导杆。导杆机构常用在牛头刨床（其主运动机构如图所示）、插床、回转泵等机械中。牛头刨床主运动机构牛头刨床主运动机构三、铰链四杆机构的演化形式（三）摇块机构和定块机构若将图（a）所示的曲柄滑块机构中的杆2作为机架，则得到如图所示的摇块机构。这种机构广泛应用于液压驱动装置中。摇块机构（a）曲柄滑块机构三、铰链四杆机构的演化形式（三）摇块机构和定块机构在图所示的翻斗车车厢自动翻转卸料机构中，当液压缸3内的高压油推动活塞，使活塞杆4活动时，车厢1绕点B倾转，当达到一定角度时，物料即可被卸下。翻斗车车厢自动翻转卸料机构车身活塞杆车厢液压缸三、铰链四杆机构的演化形式（三）摇块机构和定块机构若将图（a）所示的曲柄滑块机构中的滑块3作为机架，则得到如图所示的定块机构。这种机构常用在抽油泵、手摇抽水泵等机械中。（a）曲柄滑块机构定块机构摇块机构和定块机构的区别有哪些？课堂互动任务实施制作铰链四杆机构模型通过制作铰链四杆机构模型，加深对不同类型铰链四杆机构的认识。（1）学生自由分组，每组3～4人。（2）各小组自备材料，制作以下铰链四杆机构模型：【实施流程】曲柄摇杆机构模型双曲柄机构模型双摇杆机构模型任务实施制作铰链四杆机构模型通过制作铰链四杆机构模型，加深对不同类型铰链四杆机构的认识。（3）各小组完成模型的制作后，总结制作过程中遇到的问题和不同类型铰链四杆机构的制作条件。（4）各小组派代表在课堂上展示本小组制作的模型，并分享任务实施的心得。（5）老师对各小组的表现进行评价。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述铰链四杆机构的类型、类型判定和演化形式？课堂小结认识铰链四杆机构铰链四杆机构的类型铰链四杆机构的类型判定铰链四杆机构的演化形式任务二了解平面四杆机构的运动特性任务引入某个周末，小王到郊区的机场迎接朋友。时间还早，小王便在航站楼内观察飞机。点击跳过案例任务引入小王看到一架飞机正准备降落，飞机上的起落架逐渐伸展开，然后接触地面，飞机便在跑道上滑行起来。点击跳过案例任务引入点击跳过案例飞机起落架为什么伸展开后便能保持伸展状态而不会折叠起来？这是怎么做到的？任务引入学习本任务的相关知识后，请你帮助小王解开疑惑。点击跳过案例一、急回特性曲柄摇杆机构平面四杆机构的急回特性一、急回特性在图所示的曲柄摇杆机构中，主动件曲柄AB

在转动一周的过程中，分别在处和处与连杆BC共线，摇杆CD因此获得和两个极限位置。摇杆的两个极限位置之间的夹角称为摆角，用表示。曲柄摇杆机构一、急回特性曲柄摇杆机构当曲柄AB按顺时针方向从位置转到位置时，曲柄转过角度（），摇杆CD由位置摆至位置，摆角为，所需时间为，平均角速度；当曲柄AB按顺时针方向从位置转到位置时，曲柄转过角度，摇杆CD由位置摆回至位置，摆角还是，所需时间为，平均角速度。若曲柄匀速转动，由可知，则。一、急回特性曲柄摇杆机构若规定摇杆CD

由位置摆至位置为工作行程，由位置摆回至位置为空回行程，则摇杆CD的空回行程平均角速度比工作行程平均角速度快，这一性质称为机构的急回特性。一、急回特性机构急回的程度可用行程速度变化系数K

来表示，公式为（2-6）于是可得（2-7）或（2-8）式2-6例2-2一、急回特性由式可知，与K

存在一一对应的关系。由于，而和为摇杆的两个极限位置，故称为极位夹角。表示了机构急回的程度，越大，K

值越大，机构急回的程度越高，机构运动的平稳性就越差；时，机构无急回特性。一、急回特性将平面四杆机构的急回特性应用于牛头刨床、摇摆式输送机等机械中，可以节省空回行程时间，从而达到节省动力和提高生产率的目的。摇摆式输送机示意图连杆Ⅰ曲柄料槽电机传动装置执行机构连杆Ⅱ滑块连杆Ⅲ物料曲柄摇杆机构一定具有急回特性吗？课堂互动小贴士一、急回特性曲柄摇杆机构并不一定具有急回特性，只有当K>1时，曲柄摇杆机构才具有急回特性。偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构一定具有急回特性。一、急回特性同步例题【例2-2】已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为30º，摇杆工作行程用时7s。请问：摇杆空回行程用时多少？曲柄每分钟的转数是多少？【解】设摇杆工作行程用时，空回行程用时，将已知条件代入式（2-6）中可得则空回行程用时。曲柄转动一周用时，则每分钟（60s）的转数。式2-6例2-2在实际生产中，不仅要求平面四杆机构能够实现预定的运动要求，而且希望其运转效率高，并具有良好的传力特性。二、传力特性二、传力特性（一）压力角和传动角平面四杆机构的压力角和传动角平面四杆机构的压力角和传动角二、传力特性（一）压力角和传动角平面四杆机构的传力特性通常可用压力角或传动角来表征。在图所示的曲柄摇杆机构中，若忽略各杆的质量和转动副中摩擦力的影响，则主动件曲柄1通过连杆2传给从动件摇杆3的力F沿BC方向。力F与该力作用点的速度之间所夹的锐角α

称为压力角，压力角的余角γ

称为传动角。平面四杆机构的压力角和传动角二、传力特性（一）压力角和传动角由图可知，力F使摇杆3运动的有效分力

，摇杆3受到的径向压力。显然，压力角α

越小，就越大，机构传动的效率就越高，所以可用压力角的大小判断机构的传力性能。但为了度量方便，常用压力角α

的余角γ

判断机构的传力性能。平面四杆机构的压力角和传动角二、传力特性平面四杆机构的压力角和传动角（一）压力角和传动角在机构运转过程中，传动角γ

随从动件的位置改变而变化。为了保证机构能正常工作，必须规定最小传动角

。对于一般机械，应使；对于高速和大功率的传动机械，应使。不同类型的平面四杆机构，其最小传动角的位置不同。二、传力特性平面四杆机构的压力角和传动角（一）压力角和传动角（1）如图所示，在曲柄摇杆机构运转过程中，最小传动角出现在曲柄与机架共线的位置，即为图中的或。若和均为锐角，则较小的为；若和中有一个为钝角，则求其补角后与另一个相比较，较小的为。分析图片中最小传动角的位置。课堂互动偏置曲柄滑块机构的传动角二、传力特性（一）压力角和传动角偏置曲柄滑块机构的传动角（2）如图所示，对于以曲柄为主动件的偏置曲柄滑块机构，其传动角γ

为连杆与导路垂线所夹的锐角，最小传动角出现在曲柄垂直于导路时的位置，此位置处于与偏距方向相反的一侧。对于以曲柄为主动件的对心曲柄滑块机构，最小传动角出现在曲柄垂直于导路时的位置。分析图片中最小传动角的位置。课堂互动摆动导杆机构的传动角二、传力特性（一）压力角和传动角（3）如图所示，对于以曲柄为主动件的摆动导杆机构，因滑块对导路的作用力始终垂直于导杆，故其传动角恒为90°，即机构运转过程中任何位置都是最小传动角的位置，这说明摆动导杆机构具有良好的传力性能。摆动导杆机构的传动角课堂活动二、传力特性正在运转的机构试标出图中所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为主动件，箭头方向代表构件转动的方向。（a）（b）（c）（d）二、传力特性（二）死点死点死点二、传力特性（二）死点在图中所示的曲柄摇杆机构中，若摇杆CD

为主动件，曲柄AB

为从动件，当摇杆摆到极限位置和时，连杆BC

与曲柄AB

共线，两者之间的传动角。死点二、传力特性（二）死点死点这时摇杆CD经连杆BC传给曲柄AB的力通过曲柄转动中心A，转动力矩为零，从动件不动，机构停顿，机构所处的这种位置称为死点。对于具有极限位置（如曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构）的平面四杆机构，当以往复摆动构件为主动件时，机构均有两个死点。你在日常生活中遇到过“死点”吗？试列举1~2个日常生活中的应用案例。课堂互动二、传力特性（二）死点死点会使机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。为了使机构顺利地通过死点，可以对从动件施加外力或利用构件自身的惯性作用。例如，缝纫机在使用过程中有时候会出现踏不动或倒车现象，这都是由机构处于死点引起的。借助安装在机头主轴上的飞轮的惯性作用，可以使缝纫机踏板机构中的曲柄冲过死点。二、传力特性（二）死点夹紧机构夹紧机构杆机架工件二、传力特性（二）死点夹紧机构死点虽然对传动不利，但在实际工程中，可以利用死点来实现一定的功能。例如，在图所示的夹紧机构中，当工件5被夹紧后，铰链中心B、C、D共线，工件经杆1传给杆2、杆3的力通过点D，转动力矩为零，杆3不会转动，因此当去掉力F后，工件仍能被夹紧。杆机架工件二、传力特性（二）死点飞机起落架机构再如，在图中所示的飞机起落架机构中，当飞机降落，起落架放下机轮后，连杆2与从动件3共线，机构处于死点，机轮着地时产生的巨大冲击力不会使从动件反转，从而使得飞机可以安全着陆。飞机起落架机构机架机轮主动件连杆从动件任务实施搜集急回特性和传力特性的应用实例平面四杆机构的急回特性和传力特性广泛应用于人们的生产、生活中。请搜集这些特性的应用实例，加深对平面四杆机构的运动特性的认识。（1）学生自由分组，每组3～4人，并选出一名小组长。（2）各小组通过查资料、实地调查等方式搜集平面四杆机构的急回特性和传力特性在生产、生活中的应用实例（尽量不与本任务中所涉及的实例相同），小组长组织小组成员分析这些特性具体作用在机械中的哪些机构上，并说明这些机构的工作原理。【实施流程】任务实施搜集急回特性和传力特性的应用实例平面四杆机构的急回特性和传力特性广泛应用于人们的生产、生活中。请搜集这些特性的应用实例，加深对平面四杆机构的运动特性的认识。（3）各小组将任务实施的成果做成PPT，并派代表在课堂上讲解。（4）老师对各小组的表现进行评价。【实施流程】课堂训练在学习完本节内容之后，请你简述平面四杆机构的运动特性有哪些？课堂小结了解平面四杆机构的运动特性急回特性传力特性任务三用图解法设计平面四杆机构任务引入某日，小王走在校园里，路过公告栏时，被一张关于全国大学生机器人大赛的参赛海报所吸引。点击跳过案例任务引入通过阅读海报上的内容，小王了解到参赛者需要综合运用机械、电子、控制、计算机等技术知识和方法，制作出满足要求的机器人，并利用机器人完成相关任务。点击跳过案例任务引入点击跳过案例小王对参加这项比赛充满了期待，但他知道自己所掌握的知识还远远不够。于是，小王找到教授机械设计基础这门课的老师，询问如何才能设计出属于自己的机器人。任务引入点击跳过案例千里之行始于足下，你不妨从学习如何设计最简单的平面四杆机构开始学起。小王听后，郑重地点了点头，他决定努力学习，为自己的参赛梦付出切实行动。任务引入学习本任务的相关知识后，请回答如何按给定的条件设计平面四杆机构。点击跳过案例一、按给定的行程速度变化系数设计设计具有急回特性的平面四杆机构时，通常先根据实际工程需要确定行程速度变化系数

K，然后根据机构处于极限位置时的几何特点，结合有关辅助条件来确定机构的尺寸。一、按给定的行程速度变化系数设计设计要求：已知摇杆长度、摆角和行程速度变化系数K，要求用图解法设计此曲柄摇杆机构。（一）设计曲柄摇杆机构一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构，，因设计分析：由图中所示的曲柄摇杆机构处于极限位置时的几何特点可知，，，故有曲柄摇杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构设计图因此，在已知摇杆长度、摆角的情况下，只要能确定固定铰链中心A

的位置，就可以确定曲柄长度和连杆长度

。综上可知，设计此曲柄摇杆机构的实质是确定固定铰链中心A的位置。设计分析：一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（1）由给定的行程速度变化系数K，按式

求出极位夹角θ

。（2）选取适当比例尺μ

，任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度和摆角，作出摇杆的两个极限位置

和。曲柄摇杆机构设计图小贴士一、按给定的行程速度变化系数设计，其单位为m/mm或mm/mm。一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（3）作，由三角形内角和等于180º可知，。曲柄摇杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（4）以点O为圆心，为半径作圆，分别与和的延长线交于点E和点F。在圆周（圆弧和上除外）上任取一点作为固定铰链中心A。连接和，因圆周角是圆心角的一半，故。曲柄摇杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（一）设计曲柄摇杆机构设计步骤：（5）先测量

和的长度，再计算出AB和BC的长度，最后按比例尺计算出各杆的实际长度：，，。曲柄摇杆机构设计图小贴士一、按给定的行程速度变化系数设计由于点A是圆周上任取的一点，所以若仅按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构，可得无穷多的解。若给定一些其他辅助条件（如机架长度、最小传动角等），则可有唯一解。课堂活动一、按给定的行程速度变化系数设计已知一曲柄摇杆机构的摇杆长度为80mm，摆角为40º，摇杆的行程速度变化系数为1，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为90º。试用图解法确定该曲柄摇杆机构中其余三杆的长度。一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构设计要求：已知机架长度

和行程速度变化系数K，要求用图解法设计此摆动导杆机构。一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构设计分析：由图可知，摆动导杆机构的极位夹角θ

与导杆的摆角φ

相等，而极位夹角θ

可由行程速度变化系数K求得，因此设计此摆动导杆机构的关键是确定曲柄的长度。摆动导杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构设计步骤：（1）由给定的行程速度变化系数K，按式求出极位夹角θ

。（2）取适当比例尺μ

，根据导杆的摆角φ

等于极位夹角θ

，任选一点C，过点C作两条直线Cm和Cn，使。摆动导杆机构设计图一、按给定的行程速度变化系数设计（二）设计摆动导杆机构，可得曲柄的长度。（4）过点A作Cm和Cn的垂线，得点、设计步骤：（3）作∠mCn的角平分线，过点C作线段AC，使，得固定铰链中心A的位置。摆动导杆机构设计图课堂活动一、按给定的行程速度变化系数设计已知一摆动导杆机构的机架长度为100mm，行程速度变化系数为1.4，试求曲柄的长度。设计摆动导杆机构与曲柄摇杆机构有哪些区别？课堂互动二、按给定的连杆长度和位置设计、，要求用图解法设计此平面四杆机构。设计要求：如图所示，已知连杆BC

的长度和连杆的三个预定位置、平面四杆机构的设计图二、按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构的设计图设计分析：设计的关键是确定固定铰链中心A、D

的位置，然后确定其他构件的长度。由于连杆上点B

在以点A

为圆心的圆弧上运动，所以点A

必位于、的垂直平分线上。同理，点D必位于、的垂直平分线上。二、按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构的设计图设计步骤：（1）选取适当比例尺，按连杆长度和给定的位置画出、、。（2）分别连接与、与、与、与。作和的垂直平分线和，其交点便是固定铰链中心A的位置；作和的垂直平分线和，其交点便是固定铰链中心D的位置。二、按给定的连杆长度和位置设计平面四杆机构的设计图设计步骤：（3）分别连接与、与、与，即可得所要求设计的平面四杆机构。从图中量取各杆的长度再乘以比例尺，便可得到实际构件的长度。小贴士二、按给定的连杆长度和位置设计在实际工程中，有时只对连杆的两个极限位置提出要求，若要据此设计出满足条件的平面四杆机构，则需要提出其他附加条件（如给定机架位置、最小传动角，或提出其他结构上的要求），否则会有多个解。任务实施使用图解法设计振实造型机的反转机构振实造型机是指振击紧实型砂的造型机