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1、机械设计的基础(1-2) 绪 论 01 引 言机器是人类为了提高劳动生产率而创造出来的主要工具，使用机器进行生产的水平是衡量一个国家的技术水平和现代化程度的重要标志之一。大量的新机器也从传统的纯机械系统，演变成机电一体化的机械设备。机器的设计、制造进入了智能化的新阶段。机器的设计制造周期越来越短，对机器的性能、质量的要求也越来越高，个性化要求越来越多，机械产品向着高速、精密、重载、智能等方面发展。机械的种类繁多，性能、用途各异，但是他们有共同的特征：我们从它的特征出发，剖析其结构，研究其组成原理，以达到掌握、运用的目的。02 机器的组成及其特征在人们的生产和生活中广泛地使用着各种类型的机器。常
2、见的如内燃机、机床、汽车、火车、发电机、洗衣机等等。共同的特征：（1）都是人为的实物组合；（2）组成机器的各实物之间具有确定的相对运动；（3）能实现能量转换或完成有用的机械功。凡具备上述三个特征的实物组合就称为机器，它可用来传递运动和变换运动形式。由此可知机构只有机器的前两个特征，若仅从结构和运动观点来看机器与机构二者之间并无区别。因此，习惯上常用机械一词作为机器和机构的总称。机器是由机构组成的。最简单的机器只包含一个机构，如电动机等。多数机器包含若干个机构，如教材图0-1所示的内燃机就包含曲柄滑动机构、凸轮机构和齿轮机构等多个机构。组成机构的各个相对运动部分称为构件。构件作为运动单元，它可以
3、是单一的整体，也可以是由几个最基本的实物，组成的刚性结构。因此，构件与零件的区别是：构件是运动的单元，而零件是制造的单元。机构有多种型式，其中常用机构有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和间歇机构等。零件可分为：通用零件和专用零件两类：（1） 通用零件是在各种机械中普遍采用的零件，如：螺钉、齿轮、轴承等；（2） 专用零件只出现在特殊机械中，如：汽轮机叶片、内燃机活塞等。03 机械设计的基本要求机械设计的目的是为了满足社会生产和生活需求，在设计中应合理确定机械系统功能，增强可靠性，提高经济性，确保安全性。机械产品设计应满足以下几方面的基本要求。1实现预定功能: 机器应能实现预定功能，并在规定的工作条
4、件下、规定的工作期限内能正常运转。为此，必须正确选择机器的工作原理、机构的类型和机械传动方案，合理设计零件，满足强度、刚度、耐磨性等方面的要求。2满足可靠性要求：机械产品的可靠性是由组成机械的零、部件的可靠性保证的。只有零、部件的可靠性高，才能使系统的可靠性高。机械系统的零、部件越多，其可靠度越低。为此，要尽量减少机械系统的零件数目，并对系统可靠性有关键影响的零件，必须保证其必要的可靠性。3. 符合经济合理性：符合经济合理性要求设计的机械产品应先进、功能强、生产效率高、成本低、使用维护方便、在产品寿命周期内用最低的成本实现产品的预定功能。4确保安全性要求： 要能保证操作者的安全和机械设备的安全
5、，以及保证设备对周围环境无危害，要设置过载保护安全互锁等装置。5推行标准化要求： 机械产品规格、参数符合国家标准，零部件应最大限度的与同类产品互换通用，产品应成系列发展，推行标准化、系列化、通用化，提高标准化程度和水平。04 机械设计基础课程的内容、性质和任务一、课程的内容本课程内容在简要介绍有关整部机器设计的基本知识的基础上，重点讨论常用机构的组成原理，传动特点、功能特性、设计方法等基本知识；重点讨论通用机械零件在一般工作条件下的工作原理、结构特点、选用及设计计算问题。二、课程的性质 本课程是一门技术基础课，它综合运用了工程力学、金属工艺学、机械制图、公差配合等先修课程知识，解决常用机构及通
6、用零部件的分析设计问题，较之以往的先修课程更接近工程实际，但也有别于专业课程，它主要是研究各类机械所具有的共性问题，在机电类专业课程体系中占有重要位置。 三、课程的任务1.了解常用机构的工作原理，运动特性及机械设计的基本理论和方法。2.掌握通用零件的工作原理、选用和维护等方面的知识。3.培养学生初步具有运用标准手册，查阅相关技术资料能力，具有通用零件的参数选择和简单机械传动装置的设计计算能力。4.获得本学科实验技能的初步训练。5.通过本课程的学习为后续专业课程打好基础。第一章 平面机构运动简图及自由度机构是用运动副连接起来的构件系统，其中有一个构件为机架，是用来传递运动和力的。机构还可以用来改
7、变运动形式。机构各构件之间必须有确定的相对运动。然而，构件任意拼凑起来是不一定具有确定运动的。教材图11a是三杆构件组合体用铰链连接成的组合体，但各构件之间无相对运动，所以它不是机构。又如教材图11b五杆构件组合体所示，当只给定构件1的运动规律时，其余构件的运动并不确定。构件究竟应如何组合，才具有确定的相对运动?这对分析现有机构或机构的创新设计是很重要的。11 平面机构的组成一、构件的自由度构件是机构中运动的单元体，因此它是组成机构的基本要素。构件的自由度是构件可能出现的独立运动。任何一个构件在空间自由运动时皆有六个自由度。如教材图12所示，它可表达为在直角坐标系内沿着三个坐标轴的移动和绕三个
8、坐标轴的转动。而对于一个作平面运动的构件，则只有三个自由度，构件AB可以在xoy平面内可以在任一点m绕z轴转动，也可沿x轴或y轴方向移动。二、约束与运动副平面机构中每个构件都不是自由构件，而以一定的方式与其他构件组成动联接。这种使两构件直接接触并能产生一运动的联接，称为运动副。两构组成运动副后，就限制了构件的独立运动，两构件组成运动副时构件上参加接触的点、线、面称为运动副元素，显然运动副也是组成机构的主要要素。两构件组成运动副后，就限制了两构件间的相对运动，对于相对运动的这种限制称为约束。根据组成运动副两构件之间的接触特性，运动副可分为低副和高副。三、运动副及其分类1.低副两构件以面接触的运动
9、副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，运动副又可分为转动副和移动副。（1）转动副 若组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线作相对转动的运动副。通常转动副的具体形式是用铰链连接,即由圆柱销和销孔所构成的转动副，如教材13图所示。（2）移动副 若组成运动副的两构件只能作相对直线移动的运动副。如教材图14所示.活塞与气缸体所组成的运动副即为移动副。平面机构中的低副引入两个约束，仅保留一个自由度。2. 高副两构件以点或线接触的运动副成为高副。如教材图15所示，轮齿1与轮齿2组成的高副中轮齿1沿公法线nn方向的移动受到约束，而齿轮1相对于齿轮2则即可沿接触点A的切线tt方向移动，同时还可绕A点
10、转动。由此可见，平面机构中的高副引入一个约束，保留了两个自由度。此外，常用的运动副还有球面副、螺旋副他们都属于空间运动副，即两构件的相对运动为空间运动。 四、运动副符号首先要用规定的符号和表示出运动副的性质为运动副的符号。转动副：符号为，移动副：符号为，构件与运动副符号：五、机构中构件的分类及组成组成机构的的构件，根据运动副的性质可分为三类：1.固定构件（机架）机构中用来支撑可动构件的部分。2.主动件（原动件）机构中作用有驱动力或驱动力矩的构件。3.从动件 机构中除主动件以外的运动构件。12 平面机构运动简图平面机构运动简图：用规定的符号和线条按一定的比例表示构件的尺寸和运动副的相对位置，并能
11、完全反映机构特征的简图。一、 机构运动简图与机构简图机构简图：是用特定的构件和运动副符号表示机构的一种简化示意图，仅着重表示结构特征。由于机构的实际运动不仅与机构中运动副的性质、运动副的数目及相对位置、构件的数目等有关，还与运动副的位置有关。因此，按一定的长度比例尺确定运动副的位置,用长度比例尺画出的机构简图称为机构运动简图。机构运动简图保持了其实际机构的运动特征,它简明地表达了实际机构的运动情况。教材12页表11摘录了GB446084部分常用机构运动简图的符号供同学参考。二、平面机构运动简图的绘制在绘制构运动简图时，首先必须分析该机构的实际构造和运动情况，分清机构中的主动件(输入构件)及从动
12、件；然后从主动件(输入构件)开始，顺着运动传递路线，仔细分析各构件之间的相对运动情况；从而确定组成该机构的构件数、运动副数及性质。在此基础上按一定的比例及特定的构件和运动副符号，正确绘制出机构运动简图。绘制时应撇开与运动无关的构件的复杂外形和运动副的具体构造。同时应注意，选择恰当的原动件位置进行绘制。避免构件相互重叠或交叉。绘制机构运动简图的步骤：（1）分析机构，观察相对运动；（2）确定所有的构件（数目与形状），运动副（数目和类型）；（3）选择合理的位置，即能充分反映机构的特性；（4）确定比例尺，（5）用规定的符号和线条绘制成间图。（从原动件开始画）绘制内燃机机构的运动简图（略）13 平面机构
13、的自由度构件通过运动副相联接起来的构件系统怎样才能成为机构呢？要想判定若干个构件通过运动副相联接起来的构件系统是否为机构，就必须研究平面机构自由度的计算。一、 平面机构的自由度机构的自由度：机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。平面机构自由度与组成机构的构件数目、运动副的数目及运动副的性质有关。观察三杆构件组合系统，和四杆构件组合系统，它们皆用转动副联接，但因二者的构件数与运动副数不同，则两构件系统的自由度不同。显然三杆构件系统不能动，而四杆构件组合系统具有确定的运动，这是因为前者自由度为零，后者则有一个自由度。在平面机构中每个平面低副(转动副、移动副等)引入两个约束，使构件失去两个自
14、由度，保留一个自由度；而每个平面高副(齿轮副、凸轮副等)引入一个约束，使构件失去一个自由度，保留两个自由度。如果一个平面机构中包含有n个可动构件(机架为参考坐标系，相对固定而不计)， 在没有用运动副联接之前，这些可动构件的自由度总数应为3n。当各构件用运动副连接起来之后,由于运动副引入的约束使构件的自由度减少。若机构中有PL个低副和PH个高副。则所有运动副引入的约束数为2PL+PH。因此，自由度的计算可用可动构件的自由度总数减去约束的总数。若机构的自由度，以F表示，F3n2PLPH例11 试计算内燃机机构的自由度，并判断机构的运动是否确定。解 由前分析可知，内燃机机构有5个可动构件，6个低副(
15、其中有2个移动副、4个转动副)，2个高副。即n=5， PL=6，PH=2。 所以，该机构的自由度为：F=3n-2PL-PH=35262l由于机构是以具有一个独立运动的构件活塞1作原动件，原动件的数目等于机构自由度数，机构具有确定的运动。二、计算平面机构的自由度应注意的事项应用计算F3n2PLPH平面机构自由度时，应注意以下几点：1. 复合铰链两个以上构件组成两个或更多个共轴线的转动副，即为复合铰链。如教材图111所示构件在A处构成的复合铰链。由图B可知，此三构件共组成两个共轴线转动副，当有k个构件在同一处构成复合铰链时，就构成k-1个共线转动副。在计算机构自由度时，应仔细观察是否有复合铰链存在
16、，以免算错运动副的数目。2. 局部自由度与输出件运动无关的自由度称为机构的局部自由度，在计算机构自由度时，可预先排除。如右图所示平面凸轮机构中，为减少高副接触处的磨损，在从动件2上安装一个滚子3，使其与凸轮1的轮廓线滚动接触。显然，滚子绕其自身轴线的转动与否并不影响凸轮与从动件间的相对运动，因此滚子绕其自身轴线的转动为机构的局部自由度。在计算机构的自由度时应预先将转动副C和构件3除去不计，如图所示，设想将滚子3与从动件2固连在一起，作为一个构件来考虑。此时该机构中，n=2，PL=2，PHl。其机构自由度为：F=3n-2 PL-PH=32-22-1=13. 虚约束12341235在特殊的几何条件
17、下，有些约束所起的限制作用是重复的，这种不起独立限制作用的约束称为虚约束。如下图所示1234平面机构的虚约束常出现于下列情况：（1）不同构件上两点间的距离保持恒定；（2）两构件构成各个移动副且导路互相平行；（3）机构中对运动不起限制作用的对称部分；（4）被联接件上点的轨迹与机构上联接点的轨迹重合。三、构件系统具有确定的条件机构的自由度必须大于零，才能保证除机架之外的其它构件能够运动。如果机构的自由度等于零，所有构件就不能运动了，因此也就构不成机构了。通常我们用具有一个独立运动的构件作原动件，因此，构件系统成为机构的充分必要条件为：构件系统的自由度必须大于零，且原动件的数目必须等于自由度数。例：
18、如图7杆组成的机构，计算自由度。（先看有无注意事项，复合铰链、局部自由度、虚约束再看有几个构件）F=3n-2FL-FH1、 n=7, FL=10, FH=0； 其中B、 C、D、E为复合铰链。 F=37-210=1。2、n=5, FL=7, FH=0；其中CF杆与DF杆为虚约束, B、E为复合铰链。 F=35-27=1。该结构的自由度为1。 本章小结 （1）首选要搞清楚机构、运动副、运动链、自由度与约束及机构具有确定运动的条件等基本概念； （2）机构运动简图可用于机构的运动分析和动力分析，而且机械设计之初也首先是设计机械的机构运动简图，所以对机构运动简图的绘制必须十分重视，能正确阅读和绘制是本
19、专业人员的基本技能。绘制时只要搞清运动传递路线、分析构件数、运动副以及运动副所在的位置，就不难将其机构运动简图正确地绘制出来。（3）平面机构的自由度分析和计算也是本章学习的重点。复合铰链、局部自由度和虚约束的判断是正确计算自由度的关键。第二章 平面连杆机构21 概 述一、有关的几个基本概念由几个构件通过低副联接，且所有构件在相互平行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而成的平面连杆机构，则称为平面四杆机构。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。由转动副联接四个构件而形成的机构，称为铰链四杆机构。二、平面连杆机构的特点及应用平面连杆机构的主要特点：优点：由于
20、组成运动副的两构件之间为面接触，因而承受的压强小、便于润滑、磨损较轻，可以承受较大的载荷；构件形状简单，加工方便，工作可靠；在主动件等速连续运动的条件下，当各构件的相对长度不同时,从动件实现多种形式的运动，满足多种运动规律的要求。缺点：低副中存在间隙会引起运动误差，设计计算比较复杂，不易实现精确的复杂运动规律；连杆机构运动时产生的惯性力也不适用于高速的场合。这类机构常应用于机床、动力机械、工程机械、包装机械、印刷机械和纺织机械中。如：牛头刨床中的导杆机构，活塞式发动机和空气压缩机中的曲柄滑块机构，包装机中的执行机构等。22 铰链四杆机构的基本型式及其演化1234ABCD一、 铰链四杆机构的基本
21、型式在铰链四杆机构中，固定不动的杆4为机架，与机架相连的杆1与杆3，称为连架杆，联接两连架杆的杆2为连杆。连架杆1与3通常绕自身的回转中心A和D回转，杆2作平行运动；若能作整周回转的连架杆称为曲柄，不能作整周回转的连架杆称为摇杆。铰链四杆机构共有三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构。1曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，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。如教材图2-1所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。由柄1缓慢地匀速转动，通过连杆2，使摇杆3在一定角度范围内摆动，以调整天
22、线俯仰角的大小。2. 双曲柄机构在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，则称为双曲柄机构。图2-6所示的惯性筛中的构件1、构件2、构件3、构件4组成的机构，为双曲柄机构。在惯性筛机构中，主轴曲柄AB等角度速回转一周，曲柄CD变角速度回转一周，进而带动筛子EF往复运动筛选物料。在双曲柄机构中，用得较多的是平行双曲柄机构，或称平行四边形机构，如图2-7所示。这种机构的对边长度相等，组成平行四边形。当杆AB杆等角速转动时，杆CD也以相同角速度同向转动，连杆2杆则作平移运动。此外，还有反平行四边形机构。如公共汽车车门启闭机构。当主动曲柄转动时，通过连杆从动曲柄朝相反方向转动，从而保证两扇车门同时开启和关
23、闭。汽车前轮转向机构3. 双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。图2-13所示轮式车辆的前轮转向机构为双摇杆机构，该机构两摇杆长度相等，称为等腰梯形机构。车子转弯时，与前轮轴固联的两个摇杆的摆角和如果在任意位置都能使两前轮轴线的交点P落在后轴线的延长线上，则当整个车身绕P点转动时，四个车轮都能在地面上纯滚动，避免轮胎因滑动而损伤。等腰梯形机构就能近似地满足这一要求。图2-12所示为用于鹤式起重机变幅的双摇杆机构。当摇杆AB摆动时，另一摇杆CD随之摆动，选用合适的杆长参数，可使悬挂点E的轨迹近似为水平直线，以免被吊重物做不必要的上下运动而造成的功耗。二、 铰链四杆机构的演化铰链
24、四杆机构可以演化为其他型式的四杆机构。演化的方式通常采用移动副取代转动副、变更机架、变更杆长和扩大回转副等途径。1.转动副转化成移动副（1）铰链四杆机构中一个转动副转化为移动副RABCRABCDABC移动副可以认为是转动副的一种特殊情况，即转动中心位于垂直于移动副导路的无限远处的一个转动副（图2-14）。曲柄滑块机构就是用移动副取代曲柄摇杆机构中的转动副而演化得到的。如图2-14所示的曲柄摇杆机构，铰链中心C的轨迹为以D为圆心和L3为半径的圆弧mm.。若L3增至无穷大，则如图2-14b所示，C点轨迹变成直线。于是摇杆3演化为直线运动的滑块，转动副D演化为移动副， 曲柄滑块机构广泛应用于活塞式内
25、燃机、空气压缩机、冲床等机械中。（2）铰链四杆机构中二个转动副转化为移动副两个移动副不相邻，如图2-15所示。这种机构从动件3的位移与原动件转角的正切成正比，故称为正切机构。两个移动副相邻，且其中一个移动副与机架相关联，如图2-16所示。这种机构从动件3的位移与原动件转角的正弦成正比，故称为正弦机构。2. 取不同构件为机架对一个曲柄摇杆机构变更机架，该机构可以演化为双曲柄机构，如教材图217回转式油泵。双摇杆机构，如教材图218卡车自动卸料机构；以及图219手摇唧筒。同样，对曲柄滑块机构变更机架，该机构可以演化为导杆机构，摇动滑块机构，固定滑块机构。如下图，各机构。ABC 曲柄滑块机构 导杆机
26、构 定块机构ABC 转动导杆机构 摆动导杆机构 摇块机构更多请看教材表21。23 平面四杆机构的基本特性一、铰链四杆机构存在曲柄条件铰链四杆机构的三种基本形式，区别在于有无曲柄和有几个曲柄。而四个杆相对长度对机构有无曲柄起着决定的影响，铰链四杆机构的三种基本形式与机构中四个杆相对长度有怎样关系呢。下面我们分析。在铰链四杆机构中，AB为曲柄、BC为连杆、CD为摇杆、AD为机架。各杆长度分别为L1、L2、L3、L4。在B/C/ D中 L1+L4L2+L3在B/C/D中 L4L1L3L2 L4L1L2L3经整理 L1L4L2L3 L2L1L4L3 L3L1L4L2上式两两相加得L1L3 L1L4 L
27、1L2上述关系说明：（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和，是曲柄存在的必要条件。在满足了第二个条件后由于曲柄相对于机架和连杆均能作整周回转运动，所以机架和连杆相对于曲柄也能作整周回转运动，因此若取最短杆为机架就有两个曲柄存在。若满足最短杆最长杆其余两杆长度之和a.连架杆是最短杆为曲柄摇杆机构；b.机架是最短杆为双曲柄机构；c.若最短杆是连杆，此机构为双摇杆机构。最短杆最长杆其余两杆杆长度之和,为双摇杆机构。二、急回特性在曲柄摇杆机构，AB为曲柄是原动件等角速度转动，BC为连杆，CD为摇杆，当CD杆处于C1D位置为初始位置，C2D终止位置，
28、摇杆在两极限位置之间所夹角度称为摇杆的摆角，用y表示。当摇杆CD由C1D摆动到C2D位置时，所需时间为t1，平均速度为: 曲柄AB以等角速度顺时针从AB1, 转到AB2，转过角度为：j1180+，当摇杆CD由C2D摆回到C1D位置时，所需时间为t2，平均速度为曲柄AB以等角速度顺时针从AB2转到AB1，转过的角度为：j2180-， 由于曲柄AB等角速度转动, 所以 j1j2，t1t2, 因此， v2v1由此可见，主动件曲柄AB以等角速度转动时，从动件摇杆CD往复摆动的平均速度不相等。往往我们把进程平均速度定为V1，而空行程返回速度则为V2，显而易见，从动件反回程速度比进程速度快。这个性质称为机
29、构的急回特性。我们把回程平均速度与进程平均速度之比称为速度变化系数，用K表示:或 式中称为极位夹角，即摇杆在极限位置时，曲柄两位置之间所夹锐角。表示了急回程度的大小,越大急回程度越强,=0,机构无急回特性。三、 压力角和传动角在生产中，不仅要求连杆机构能实现预定的运动规律，而且希望运转轻便，效率较高。教材图2-26所示的曲柄摇杆机构，如不计各杆质量和运动副中的摩擦，则连杆BC为二力杆，它作用于从动摇杆CD上的力P是沿BC方向的。作用在从动件上的驱动力P与该力作用点绝对速度c之间所夹的锐角称为压力角。可见，力P在c方向的有效分力为PtPcos,这说明压力角越小，有效分力就越大。也即是说，压力角可
30、作为判断机构传动性能的标志。在连杆设计中，为了度量方便，习惯用压力角的余角（即连杆和从动摇杆之间所夹的锐角）来判断传力性能，称为传动角。因90，所以越小，越大，机构传力性能越好；反之，越大，越小，机构传力越费劲，传动效率越低。机构运转时，传动角是变化的，为了保证机构正常工作，必须规定最小传动角min。对于一般工，通常取min 40；对于颚式破碎机、冲床等大功率机械，最小传动角应当取大一些，可取min50；对于小功率的控制机构和仪表，min可略小于40。四、 死点位置在曲柄摇杆机构中，当摇杆CD为主动件、曲柄AB为从动件时，当连杆BC与曲柄AB处于共线位置时，连杆BC与曲柄AB之间的传动角 0，
31、压力角=90，这时连杆BC无论连杆BC给从动件曲柄AB的力多么大曲柄AB不动，机构所处的这种位置称为死点位置。例如在家用缝纫机的踏板机构中就存在死点位置。机构存在死点位置是不利的，对于连续运转的机器，采取以下措施使机构顺利地通过死点位置1.利用从动件的惯性顺利地通过死点位置。家用缝纫机的踏板机构中大带轮就相当于飞轮，利用惯性通过死点。工件夹紧机构2.采用错位排列地方式顺利地通过死点位置，例如V型发动机。有时可利用死点位置实现某种功能。如教材图231夹具当工件与被夹紧后，四杆机构的铰链中心，B、C、D处于同一条直线上，工件经杆1给杆2传给杆3的力，通过回转中心D此力不能使杆3转动，因此当F去掉后
32、仍能夹紧工件。 24 平面四杆机构的设计平面连杆机构设计的基本问题：1.实现构件给定位置,即要求连杆机构能引导构件按规定顺序精确或近似地经过给定的若干位置。2.实现已知运动规律，即要求主、从动件满足已知的若干组对应位置关系，包括满足一定的急回特性要求，或者在主动件运动规律一定时，从动件能精确或近似地按给定规律运动。3.实现已知运动轨迹，即要求连杆机构中做平面运动的构件上某一点精确或近似地沿着给定的轨迹运动。四杆机构设计的方法有解析法、几何作图法和实验法。本章仅介绍作图法，实验法。一、按给定连杆位置设计四杆机构给定连杆的三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
33、四杆机构图解过程如下。选定长度比例尺 绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。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AB1、C1D、B1C1、AD，AB1C1D即为所求的四杆机构。测量AB1、C1D、AD 计算lAB、LCD LAD 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。二、按给定行程速度变化系数K设计四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
34、L3的长度及摇杆摆角和速度变化系数K。怎样用作图法设计曲柄摇杆机构设计的实质是确定铰链中心A点的位置，定出其他三杆的尺寸L1、L2和L4。其设计步骤如下：(1)由给定的行程速比系数K，按式:求出极位夹角,(2)任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度L3和摆角，作出摇杆两个极限位置C1D和C2D。(3) 连接C1和C2，并作C1M垂直于C1C2(4)作C1C2O = 90，C2C1O = 90，C2O与C1O相交于O点，由图可见，C1OC2=2。(5) 作C10C2的外接圆，此圆上任取一点A作为曲柄的固定铰链中心。连AC1和AC2，因同一圆弧的圆周角相等，故C1AC2C1OC2/2。(6) 因极限
35、位置处曲柄与连杆共线。故AC1L2L1，从而得曲柄长度L1（AC2AC1）/2。再以A为圆心和以L1为半径作圆，交C1A的延线于B1，交C2A于B2，即得B1C1B2C2L2及ADL4。由于A点是C1PC2外接圆上任选的点，所以若仅按行程速比系数K设计，可得无穷多的解。A点位置不同，机构传动角的大小也不同。如欲获得良好的传动质量，可按照最小传动角最优或其他辅助条件来确定A点的位置。三、按给定的运动轨迹设计四杆机构（自学内容）本 章 小 结（1）平面连杆机械的应用非常广泛，在日常生活和生产中经常遇到各种型式的连杆机构，尽管它们的外形千变万化，但经分析、演化，都可归为少数几种基本类型，所以在学习过
36、程中，对四杆机构的基本型式及其演化这部分内容要特别注意。（2）平面连杆机构的基本形式为平面铰链四杆机构，它有曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种形式。平面铰链四杆机构的类型取决于组成机构的各杆长关系和对机架选择。将平面铰链四杆机构中的一个或两个转动副演化为移动副，就演变出新型的平面连杆机构：曲柄滑块机构、导杆机构、摆块机构和定块机构等。（3）掌握平面铰链四杆机构的曲柄存在条件、压力角、传动角、死点、行程速比系数等基本概念是分析和设计平面铰链四杆机构的基础。曲柄存在条件取决于各杆长的相对关系和机架的选择；压力角、传动角是机构动力分析的基础，影响机构的动力学性能；了解死点的特性，克服其缺点，利用其优点；行程速比系数反映了机构的急回运动性质。（4）平面四杆机构的设计是本章的一个难点。不同的设计任务和设计要求，应采用不同的设计方法。图解法直观，易理解，常用于解决给定位置的设计任务。中国最大的免费课件资源库更多免费资料下载请进：