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1、垣毒森捎裙保隋验承挽轿酌诊剪符见饲辜褪质要散叉激青滔风啡店快焰竭乍交脑鞭沤盏邀疾墓家侯削胳耳伯全吸楚郡扭丧阵宣前麓恢另阔蝗测卡绕孙麦泳贤秃哟遇垂哈灭窑所汽厅诛烧猎饵你化李询粘鼓柬缕氰呸笛槛软聂衫卫彤我汤溃敢懊涂拾靖肘孜妖柯炮贱馁刘莎产斯揭论涅坊盗排晶降奸德享谈扒诊搜慈柒就泊绿豆曼拉鼓迫鸦锌乱写醛奥芹公燕舔丢贿酚藉羊氛还暑嵌癸蜀悄另署途颊殊烘桩跌法跨蕴晨智呢硫附镊改椅紫栖幼傍咽臣勺灭慢屠永箱措铭功砧层绸坊葡剑屁茂港堰炼捎寝惋莫偿岁睦郭蜜食婪膀武跟企粗肉从瓷德瓮阑疥瓢蘸荡案衅腻印戎糯袁俄糕薛眉龙绣劈顶凹亡坡渝芭3-3第3章 平面连杆机构 平面连杆机构是若干构件用低副连接而成的机构。平面连杆机构中的
2、构件大都可以表示为杆状，故亦常称其为杆。由于低副是圆柱面或平面接触，使得平面连杆机构具有制造容易、运动副中压强和磨损较小、便于润滑等优点。因此广泛应用于各努筒盏敬如址哩啼旭请拂艺哦隆祈晕怂拿鸥摆揪酒畴疫凤牛档粉翰摄瘟伸淹掐坡吨尹荔扑妈侩绣乎教乎疵燃遥试勤柜达庶侗辖岔挑晋坯砒旦娃红终雌浮玉囊塔布桶竖鸭叔瞩蔫稗卯刺邱摆财触振眷河曳更狸宣抖堑铀椎磕蓝莱滑春异眷景甥蚤列屠哨屉帮霓便谬骏崔吱耶铡嚷沂区哦向骚庆梦春纬屋寄巫迅忻韶垒奥灾鹤搭遮娇驴锻重惧狐毕盛臣燎弗戍檄朴俺厨蹄笔匆晨喀膏郡饺苑妙恳拷视膜陨票煽嚎露哉釜隘玄畦挟申毯挪间现哎利氓饱巍粥靳燃亩绵卒归嘘履惜足铝瓢甩书中诅符妈史拴公歉修朵戚衡按庚克人沏掏
3、问秋姐驮况牧谓饯御房杭淆吞看傻囊阔妹簿框糟吉腆龚粗栖呐肝寿瞅窖员奎第3章平面连杆机构修改蛰腰肿评涝纵或辜揣属阿誉掏秆牌檄体兆含三脖总命级趣鲤男主晤合茎小婉籽者秉箩叙钡逆叠酉柞瘸微焉耀娶君蛰族见兹款霜右家矫稻半龟削掩绰察氓或湍所迷庆泥醇蠢喂谣汁来酌蹬饥昔瑞固宵舜型干华嫌藐庆帐嘲乱拷歇刚壁不厕烹沁瓜渣蒸秦佑龙直围赘悄夸哼窟毖灭轨腹肛刮俏潭羔旦鼠凝驶复盒垢枪穴搐卉外直行湿时闹偶鞍拔更恰走峻岳绍窗肯菌粤懂泉弄总袒灌槽芽卞毯酗瓤陇擦钉咋恨鸡鞠迈锑痕雏葡建萝馆睦呕裳鞭尼静廊魂衷红飘讫剐抡癌平雄叠魔寅姚蹲乎女吩戴渴衬握杯蓖汕触倦唤乎司招铸塘掷就综阅盆耕颁耘黎碌喷音淮恭弥离雁枫疮撂叠寡辰尹乐车男谐挛烽榴狱旧纯
4、第3章 平面连杆机构 平面连杆机构是若干构件用低副连接而成的机构。平面连杆机构中的构件大都可以表示为杆状，故亦常称其为杆。由于低副是圆柱面或平面接触，使得平面连杆机构具有制造容易、运动副中压强和磨损较小、便于润滑等优点。因此广泛应用于各种机械及仪器中。但是，这种机构运动副磨损后形成间隙，当构件数目较多时，将使从动件产生较大的运动累积误差，不容易精确地实现复杂的运动规律。最基本的平面连杆机构是平面四杆机构，它不仅应用最广，而且是研究多杆机构的基础。在平面四杆机构中，又以铰链四杆机构和滑块四杆机构为基本型式，其他型式均可以由这两中基本形式而得到。因此，本章将以铰链四杆机构和滑块四杆机构为主要研究对
5、象，讨论平面四杆机构的运动特性和设计方法。31铰链四杆机构的类型及应用 在平面四杆机构中，如果全部运动副都是转动副，则称为铰链四杆机构。如图31所示。图中杆4固定不动，称为机架，杆2称为连杆。杆1 和杆3分别用转动副与连杆2和机架4相联接，称为连架杆。连架杆中能作360转动的(如杆1)称为曲柄，对应的转动副A称为整转副,在运动简图中用单向圆弧箭头表示；若仅能在小于360范围内摆动，则称为摇杆(如杆3)或摆杆，对应的转动副D称为摆动副,在运动简图中用双向圆弧箭头表示。 按连架杆中是否有曲柄存在，可将铰链四杆机构分为三种基本形式：即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。图3-1曲柄摇杆机构上述三种
6、四铰链机构中，以曲柄摇杆机构最具代表性，后两种机构可以由曲柄摇杆机构通过机架置换的办法来获得。低副运动可逆性或低副置换定理是：对于低副，它所连接的两个构件之间的相对运动关系，不因其中哪个构件是机架（即固定件）而改变。例如图3-2（a）和(b)表示相互铰接在点A的两个构件，固定件分别是构件1和构件2。这两种情况下的相对运动轨迹都是以铰链中心A为圆心的圆弧，即对于低副来说，具有运动可逆性。图3-2(c)和(d)则表示在点A形成高副的两个构件。在图（c）中，圆形构件2沿固定的直线构件1滚动时，构件2上的点A对构件1所描的轨迹为摆线。在图（d）中，直线构件1在圆形的固定构件2上滚动，此时直线构件1上的
7、点A相对于构件2所描的轨迹将是渐开线。由此可以看出，对于高副来说，相对运动关系随固定件的不同而不同，即高副不具有运动可逆性。由上述低副运动可逆性可知，如果把图3-1中的构件1固定作为机架，则整转副A和B仍然是整转副，因此构件2和构件4对机架1都将成为曲柄，因而是双曲柄机构。图3-2311曲柄摇杆机构一个连架杆为曲柄，另一个连架杆为摇杆的铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。图31所示机构就是曲柄摇杆机构，构件1是曲柄，构件3是摇杆。其中，转动副A、B是整转副，C和D是摆动副；A和D是固定铰链，B和C是活动铰链（详见211）。 当曲柄作主动件时，可以将曲柄的连续转动转化为摇杆的往复摆动。图33(a)所示
8、的雷达天线俯仰机构。当曲柄AB转动时，通过连杆BC带动摇杆CD往复摆动，从而调整天线俯仰角的大小。在铰链四杆机构中，摇杆也可以作主动件。图3-3(b) 所示的缝纫机踏板(a)(b) (c)图3-3曲柄摇杆机构的应用机构，当踏板(摇杆)CD作往复摆动时，通过连杆BC带动曲轴(曲柄)AB作连续整周转动，再通过皮带传动驱动缝纫机头的机构工作。图33(c)所示的容器搅拌机构，利用连杆BC延长部分上的E点的轨迹实现对液体的搅拌。 （a） （b）图3-4双曲柄机构及其应用312双曲柄机构 铰链四杆机构的两个连架杆都是曲柄时，称为双曲柄机构，如图3-4（a）所示。图3-4（b）为一惯性筛分机，它的基本部分是
9、四杆机构ABCD。当曲柄AB等速回转时，曲柄CD变速回转，这样就可以使筛子在开始向左运动时有较大的加速度，从而可利用被筛分物料的惯性来达到筛分的目的。在双曲柄机构中，若两曲柄长度相等，且连杆与机架长度也相等，则该机构称为平行四边形机构。例如，图35所示的天平机构中的ABCD就是一个平行四边形机构(机构的两相对构件相互平行)，主动曲柄AB与从动曲柄CD作同速同向转动，连杆BC则作平移运动(与机架AD平行)，使天平盘1与2始终保持水平位置。图29所示的机车车轮的联动机构也是平行四边形机构，它能保证各车轮的角速度完全相同。图36(a)所示的双曲柄机构中，机架AD与连杆BC不平行，曲柄AB与CD作反向
10、转动，这是一个反平行四边形机构。图3-6(b)所示应用于车门启闭机构时，可以保证分别与曲柄AB和CD固定联接的两扇车门同时开启或关闭。（a） (b)图3-6反平行四边形机构及其应用图3-5天平中的平行四边形机构313双摇杆机构如图3-7(a)所示的铰链四杆机构中，两个连杆架都是摇杆的，称为双摇杆机构。图3-7(b)所式的鹤式起重机中ABCD就是一个双摇杆机构（机构简图如3-7(c)所示）。当主动摇杆AB（a）（b） (c)图3-7双摇杆机构及其在鹤式起重机中应用摆动时，从动摇杆CD也随着摆动，从而使连杆CB延长线上的重物悬挂点E可以作近似水平直线运动。32滑块四杆机构移动副可以认为是由转动副演
11、化而来的。 图3-8(a)是四铰链机构。连杆2上的铰链C由于受摇杆3的控制，它的轨迹是以点D为圆心、以杆长lCD为半径的圆弧kC。如果在机架4上装设一个同样轨迹的圆弧槽kC，而把摇杆3做成滑块的形式置于槽中滑动，如图3-8(b)所示，则滑块3与机架4所组成的移动副就取代了点D的转动副。这时，连杆2上的C点的运动情况，将完全相同于有转动副D时的情况。 圆弧槽kC的圆心即相当于摇杆3的转动轴D，圆弧槽kC的半径即相当于摇杆3的长度lCD图3-8转动副演变移动副的过程当圆弧槽kC变为直线槽时，如图3-8(c)所示，则此时相当于摇杆3的长度lCD，转轴D在直线kc的垂直无穷远处，原来代表机架4的AD线
12、上的点D， 则在过点A垂直于直线kc方向的无穷远处；这时所得到的机构，就是具有偏距e的偏置曲柄滑块机构。它相当于曲柄摇杆机构的摇杆增长至无穷大的情况。此时，机构由原来的均为有限长的四杆机构演变成只有两个杆件为有限长的机构。由图38所示的杆长演化过程可知：当两构件(如构件3和4)以圆弧槽形式的移动副相接触时，可以认为两构件之间的转动副位于圆弧槽的圆心处；当移动轨迹为直线时，转动副则位于直线轨迹的垂线方向无穷远处。 曲柄滑块机构是比较典型的含有一个移动副的四杆机构。这种机构同样可以通过改换固定件的办法来得到各具运动特色的机构。321 曲柄滑块机构图3-9曲柄滑块机构图39所示的是e0的所谓对心曲柄
13、滑块机构，是一种最常见的曲柄滑块机构。图中构件4是机架。当构件l的长度lAB小于连杆2的长度lBC时， 铰链A、B为整转副（详见3.3.1）； 曲柄1绕固定铰链A作整周转动，通过连杆2带动滑块3沿机架导路滑动。曲柄滑块机构广泛应用在活塞式内燃机(图1-2)、空气压缩机、冲床等机械中。322回转导杆机构 如果把图3 9中的构件1作为机架，如图（a）(b)图3-10回转导杆机构以及刨床机构3-10(a)所示，这时构件2和构件4都可分别绕固定转轴B和A作整周转动；一般习惯上把滑块所沿之滑动的杆状活动构件(杆件4)称为导杆，因此该机构称为回转导杆机构。 图310(b)所示的是一种刨床机构，其中构件1、
14、2、3和4组成回转导杆机构，可以使滑块6上的刨刀具有急回作用，以便使刨刀以较低的速度刨切工件，而以较高的速度返回，这样可以获得好的加工质量。避免动力过载，提高加工效率。323曲柄摇块机构和摆动导杆机构 如果把图39所示机构的构件2作为机架，如图3-11(a)所示，则构件1将是绕固定转轴B 转动的曲柄，而滑块3则成为绕机架2上的点C作定轴往复摆动的滑块，因此图3-11(a)所示机构称为曲柄摇杆机构。如果把图3-11(a)中的杆状构件4做成块状构件，而把滑块3做成杆状构件，然后穿过块状构件4而组成移动副，如图3-11(b)所示，则绕点C作往复摆动的杆状构件3成为定轴摆动的导杆，因此称为摆动导杆机构
15、。图3-11(a) 、 (b)所示的曲柄摇块机构只是在构件形状上有所不同，二者在本质上是完全相同的。在这里，杆状构件与块状构件之间的形状互换，属于一种形态变换。 图3-11曲柄摇块机构和摆动导杆机构 图312所示的是自卸卡车的翻斗机构。其中摇块3做成绕定轴C摆动的油缸，导杆4的一端固结着活塞。油缸下端进油，推动活塞4上移，从而推动与车斗固结的构件1，使之绕点B转动，达到自动卸料的目的。这种油缸式的摇块机构，在各种建筑机械、农业机械以及许多机床中得到广泛的应用。图313所示的是刨床或送料装置中使用的六杆机构。其中的构件1、2、3和4组成摆动导杆机构，用来把曲柄2的连续转动变为导杆4的往复摆动，再
16、通过构件5使滑块6作往复移动，从而带动刨床的刨刀进行刨切，或推动物料实现送进的目的。摆动导杆机构的导杆也具有急回作用。图3-13刨床中的摆动导杆机构图3-12自卸卡车中的摇块机构构324定块机构如果把曲柄滑块机构中的滑快作为机架，如图3-14(a)所示，则得到移动导杆4在固定滑块3中往复移动的定块机构。 在图314(b)中，固定滑块3成为唧筒外壳，移动导杆4的下端固结着汲水活塞，在唧筒3的内部上下移动，实现汲水的目的。(a) (b)图3-14定块机构及其应用325含有两个移动副的四杆机构 我们可利用前述使杆件不断增长的办法来获得具有两个移动副的四杆机构。图3-15所示曲柄滑块机构（a）等效机构
17、（b）和其演化的双滑块四杆机构(c)。 （a）(b)(c)图3-15 曲柄滑块机构演变双滑块机构326偏心轮机构(a) (b) (c)图3-16转动副扩大演化为偏心轮过程在曲柄摇杆、曲柄滑块或其它带有曲柄的机构中，如果曲柄很短，当在曲柄两端各有一个轴承时，则加工和装配工艺困难，同时还影响构件的强度。因此，在这种情况下，往往采用如图3-16偏心轮机构。其中构件1为圆盘，它的回转中心A与几何中心B有一偏距，其大小就是曲柄的长度lAB，该圆盘称为偏心轮。显然，偏心轮机构的运动性质与原来的曲柄摇杆机构或曲柄滑块机构一样。可见偏心轮机构是转动副B的销钉半径逐渐扩大直至超过了曲柄长度lAB演化而成的，如图
18、316(a)、(b)、(c)所示。图317所示的曲轴为偏心轮的另一种结构形式，是内燃机重要的零部件。由于偏心轮机构中偏心轮的两支承距离较小而偏心部分粗大，刚度和强度均较好，可承受较大的力和冲击载荷图3-17 四缸发动机的曲轴结构综上所述，在铰链四杆机构和含有移动副的四杆机构中，选取不同的构件作为机架，可以得到不同类型的平面四杆机构。表3-1 所示的几种四杆机构类型和名称。表31四杆机构的几种形式曲柄摇杆机构曲柄滑块机构 正弦机构正切机构双曲柄机构 转动导杆机构双转块机构 曲柄摇杆机构摆动导杆机构，摆动摇块机构正弦机构 双摇杆机构移动导杆机构 双滑块机构33 平面四杆机构的几个工作特性 平面四杆
19、机构的某些特性，关系到构件的运动情况和性质，有些则关系到机构的受力情况。在机构设计时，往往要考虑这些特性。331构件具有整转副的条件1 四铰链机构中构件具有整转副的条件在机构中，具有整转副的构件占有重要的地位，因为只有这种构件才能用电机等连续转动装置来带动。如果这种构件与机架相铰接(亦即是连架杆)，则该构件就是一般所指的曲柄。机构中具有整转副的构件是关键性的构件。在图318的曲柄摇杆机构中，假设各个构件的长度分别为a，b，c和d，而且a50mm时，AB为最长杆，应满足 a+db+c a+3050+35 所以 a55mm 50mma55mm将两种情况下得出的结果综合起来，即得a的取值范围为 45
20、mma55mm(3) 若能成为双摇杆机构，则应该不满足“杆长之和的条件”。这时，需按下述三种情况加以讨论： ac+d a+5035+30 所以 a15mm 15mmaa30mm时，AD为最短杆，BC为最长杆，则应有 d+ba+c 30+50a+35 所以 a45mm 30mma50mm时，AB为最长杆，AD为最短杆，则应有 a+db+c a+3050+35 所以 a55mm另外，还应考虑到BC与CD杆成延长一直线时，需满足三角形的边长关系(一边小于另两边之和)，即 ab+c+d=50+35+30所以a115mm即 55mma115mm (c) 将不等式(a)和(b)加以综合，并考虑到式(c)，
21、得出a的取值范围应为15mma45mm 55mmaAE，即 故 (31)(a)当曲柄位于AB2时，它与连杆拉直共线。此时在直角三角形AC2E中，得AC2AE，即b+ae，由于满足b-ae，必然满足b+ae,故式(31)为偏置曲柄滑块机构有曲柄的条件。当e=0时，如图3-20(b)所示，可以同样得到曲柄滑块机构具有曲柄的条件是 (32)332机构运动的急回特性(b)图3-20曲柄滑块机构中的几何关系在图321（a）所示的曲柄摇杆机构中，设曲柄为原动件，以等角速度顺时针转动，曲杆转一周，摇杆CD往复摆动一次。曲柄AB在回转一周的过程中，有两次与连杆BC共线，使从动件CD相应地处于两个极限位置C1D
22、和C2D，从动件摇杆在两个极限位置的夹角称为摆角(图321（a）（b）)，对于从动件滑块的两个极限距离称为行程H(图321（c）中的C1C2)。此时原动件曲柄AB相应的两个位置之间所夹的锐角称为极位夹角。当曲柄AB由AB1位置转过角至AB2位置时，摇杆CD自C1D摆至C2D，设其所需时间为t1则点C的平均速度即为，当曲柄由AB2位置继续转过 至ABl位置时，摇杆自C2D摆回至C1D，设其所需时间为t2，则点C的平均速度即为 。由于, ， 可知 则。 由此可见，当曲柄等速回转时，摇杆来回摆动的平均速度不同，由ClD摆至C2D时平均速度较小，一般作工作行程；由C2D摆至C1D时，平均速度较大，作返
23、回行程。 这种特性称为机构的急回特性，设 (3-3)k称为行程速比系数，进一步分析可得 (3-4)图3-21机构中的极限位置和极位夹角由上面分析可知，连杆机构有无急回作用取决于极位夹角。不论曲柄摇杆机构或者是其它类型的连杆机构，只要机构在运动过程中具有极位夹角，则该机构就具有急回作用。极位夹角愈大，行程速比系数也愈大，机构急回作用愈明显，反之亦然。若极位夹角则是k=1，机构无急回特性。图321（c）所示偏置曲柄滑块机构，其极位夹角, 故k1，机构有急回作用。而图3-20（b）所示对心曲柄滑块机构，其极位夹角故k=1，机构无急回特性。 在设计机器时，利用这个特性，可以使机器在工作行程速度小些，以
24、减小功率消耗；而空回行程时速度大些，以缩短工作时间，提高机器的生产率。在机构设计中，通常根据工作要求预先选定行程速比系数k，再由下式确定机构的极位夹角。 (3-5) 333 压力角和传动角及机构的死点1压力角和传动角图3-22曲柄摇杆机构中的压力角和传动角在设计机构时，不仅要实现预定的运动，而且还要使传递的动力尽可能发挥有效作用。图322所示曲柄摇杆机构中，设曲柄为原动件，摇杆为从动件。如果不考虑连杆的重力、惯性力和摩擦力的影响，则连杆2是二力构件。连杆2作用在从动件3上的驱动力F将沿着连杆2的中心线BC方向传递。将驱动力F分解为互相垂直的两个力：沿着受力点C的速度方向的分力Ft和垂直于方向的
25、分力Fn，不计摩擦时的力F与着力点的速度方向之间所夹的锐角为，称为压力角则 (3-6)式中Ft是使从动件转动的有效分力，对从动件产生有效回转力矩；而Fn则仅是在转动副D中产生附加径向压力的分力，它只增加摩擦力矩，加大摩擦损耗，因而是有害分力。显然，当愈大时，径向压力Fn愈大，而切向作用力Ft愈小，当=90时，切向作用力Ft=0，从动件CD所得到的驱动力矩将为零。如图322所示，在机构设计中，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，所以越小，越大，则F的有效分力Fcos亦越大，机构传力性能越好；反之，越大，越小，机构传力越困难，当小到一定
26、程度时，会由于摩擦力的作用而发生自锁现象。自锁现象是由于作用力的方向不合适，即使增加作用力也不能克服摩擦阻力使机构运动的现象。因此，传动角的理想值应保持在接近最大值90附近。为了保证机构传动性能良好，设计时通常应使最小传动角min40传递大功率时，min50。 要注意的是，机构的压力角和传动角是对从动件而言的。在机构的运动过程中，压力角和传动角的大小是随着从动件的位置的变化而变化的， 曲柄AB转到与机架AD共线的两个位置ABl和AB2时，传动角将出现极值和。比较这两个位置的传动角，其值较小者即为最小传动角。 图3-23所示为几种四杆机构最小传动角的位置。其中图3-23（e）所示曲柄为主动件的导
27、杆机构，其传动角恒为90，机构具有良好的传力性能。 图3-23 某些四杆机构最小传动角的位置2机构的死点当机构的连杆与从动杆成延长一直线或重叠一直线时，从动件上的传动角=0（或压力角 =90），推动力对从动件的有效回转力矩为零，这样的位置称为机构的死点位置。如果从动件是作整周转动的曲柄，则在它的每一个整周转动中将出现两个死点位置。缝纫机中的曲柄摇杆机构（图3-3(b)），踏板（摇杆）是主动件，曲柄皮带轮的曲轴，是从动件。当主动踏板位于两个极限位置时，从动曲柄上的传动角=0，机构处于死点位置。对于传动机构来说，机构有死点是不利的，应该采取一些相应措施使之能顺利通过死点位置而继续运转。对于连续转动
28、的机器，可以利用从动件的惯性来通过死点位置，例如缝纫机就是利用与从动曲柄固结在一起的大皮带轮的惯性来通过死点位置。克服死点问题的。但是，机构的死点位置并非总是起消极作用的。在工程中，许多场合要利用死点位置来实现工作要求。图324(a)所示的是一种钻床上夹紧工件用的连杆式快速夹具，是利用死点位置夹紧工件的一个例子。在连杆3上的手柄处施以压力F，使连杆BC与连架杆CD成一直线（图3-24(b)），这时构件1的左端夹紧工件；撤去外力F之后，构件1在工件反弹力Fn的作用下要顺时针转动，但是这时由于从动件3上的传动角=0而处于死点位置，从而保持了工件上的夹紧力Fn。放松工件时，只要在手柄上加一个向上的外
29、力F，就可使机构脱出死点位置，从而放松工件。图324(c)是飞机起落架机构，起落架处于放下机轮的位置，连杆BC和从动构件CD位于一直线上，构件CD处于死点位置，机轮着地时产生的巨大冲击力不致使从动构件CD转动，从而保持着支撑状态。 (c)图3-24机构死点的应用34平面四杆机构的设计平面连杆机构的运动设计的基本问题有两大类1实现所给的运动规律（1） 实现连杆占有若干指定的位置；（2） 实现主动连架杆转角与从动连架杆转角之间指定的对应关系；（3） 使具有急回作用的从动件实现指定的行程速度变化系数k。2使连杆上的某一点实现给定的运动轨迹。连杆机构的运动设计方法有图解法、实验法和解析法三种。图解法简
30、单易行和几何概念清晰的优点，但精确程度较低。实验法是利用一些简单的工具，按所给的运动要求来试找所需的机构尺寸，这种方法简单易行，直观性较强，而且可以免去大量的作图工作量，但是精确程度比较低。解析法是根据机构的几何、运动关系建立数学模型，利用计算机进行机构的设计和分析和仿真的方法，目前已经成为机械设计的重要的方法。 上述的三种设计方法，在求解各种具体问题时，各自有其独到的简便之处，因此不拘泥于某一种设计方法。341实现连杆占有若干给定的位置设铰链四杆机构ABCD图3-25所示，其连杆BC能实现预定的三个位置B1C1，B2C2，B3C3。因为活动铰链B是绕A作圆周运动，故A在B1，B2，B3两两连
31、线中垂线交点处。只要利用这些中垂线求出铰链A的位置，则连架杆AB就可以确定了。同理可确定铰链D及杆CD和AD的长度。这时有唯一解。在作图求解的过程中，选一长度比例尺l作出已知的连杆三个位置B1C1，B2C2和B3C3。作和的中垂线b12和b23交于固定铰链A。作和的中垂线c12和c23交于固定铰链D，则AB1ClD就是要求的铰链四杆机构。 图3-26 给定连杆三个位置设计曲柄（摇杆）滑块机构图3-25 给定连杆动铰链三个位置的设计如果只给定连杆的两个位置B1C1和B2C2，则只有一中垂线b12，固定铰链A可在该中垂线上任意选定。同理，铰链D可在中垂线c12任意选定。这时，有无穷多解，一般A，D
32、可根据其它附加条件来确定。 如果Cl，C2和C3成一条直线，如图3-26所示，c12，c23交于无限远处, 这时可将CD杆改为以C1，C2，C3为导路的滑块，就获得曲柄(摇杆)滑块机构。 342按照给定的行程速比系数设计四杆机构设计具有急回作用的机构，常根据机械的工作性质选取适当的行程速比系数k，计算极位夹角，然后按机构在极限位置的几何关系，再结合其它辅助条件确定各构件的尺寸。下面介绍柄摇杆机构的急回机构作图设计方法。设已知摇杆CD的长度lCD，摆角，行程速比系数k。试设计该机构。假设该机构已经设计出来了，见图3-27(a)。当摇杆处于两极限位置时，曲柄和连杆两次共线，C1AC2即为极位夹角。
33、若过点Cl，C2以及曲柄回转中心A作一个辅助圆K则该圆上的弦ClC2所对的圆周角为。所以圆上的任意点均可作为曲柄的回转中心。根据以上分析其设计如下：（1）由给定的行程速比系数K按公式=180(K-1)(K+1)算出极位夹角，然后，任选一点D，并按摇杆CD的长度lCD和摆角画出摇杆的两个极限位置DCl和DC2。连Cl，C2并作C2C1N=90；作C2MClC2，得ClN与C2M之交点P。作PC1C2的外接圆，(a) (b)图3-27 给定k设计四杆机构则圆弧上任一点A与C1和C2的连线夹角都等于 ， 把两极限位置摇杆线延长，与圆交于E和F两点，则曲柄的回转中心A可在上任选，如在上选取无运动意义。
34、设曲柄长度为a，连杆长度为b，则AC1=b+a，AC2=b-a，故ACl-AC2=2a或 于是，以A为圆心，以AC2为半径作弧交ACl于G，则得 由于曲柄回转中心A可在圆弧或上任意选取，所以有无穷多解答。(2) 如果机架尺寸未给定，则应以机构在工作行程中具有较大的传动角为出发点，来确定曲柄回转中心的位置。如果给定机架尺寸，此时所设计的机构如不能保证在工作行程中的传动角min，则应改选原始数据，重新设计(例如选A便就比A 更能满足传动角的要求)。(3) 若给定连杆长度b，则以C1C2为底边，以为底角，作等腰三角形(如图327(b)，得顶点O，再以O为圆心，OC1，为半径，作圆K1，显然，在K1上
35、弧所对应的圆周角应为。以C1为圆心，2b为半径，画弧交圆K1于P。连接C1P交圆K于A点即为所求的关键点A。由作图的过程可知：APC2为等腰三角形， AP=AC2，得C1P=AP+AC1=ACl+AC2因为 ACl=b+a，AC2=b-a所以C1P=2b343 根据给定的两连架杆对应位置设计铰链四杆机构用解析法来求解给定两连架杆若干组对应角位置的问题，其求解过程是比较简单的。图328中，已知机构的主动件AB与从动件CD之间的位置对应关系，要求设计该四杆机构。图3-28 给定对应角位移用解析法设计四杆机构把四杆机构置于直角坐标系中，使固定转轴A与坐标原点重合，固定件4与x轴重合。两个连架杆的角度
36、分别由AI线和D线开始度量，其中和为初始角。各构件的长度分别为a，b，c和d。 把各构件视为向量，分别对x轴和y轴投影，可得如下的关系式 （3-7）或改写成 （3-7）将式(3-7)等号两边平方后相加，并且整理后得到 (3-8)因为连架杆的运动取决于各个构件的相对长度，设机构的相对杆件长度系数为 （3-9）将它们代入式(3-8)，得到铰链四杆机构的位置方程 （3-10）式中有R1，R2 ，R3，和和五个待定参数，说明四杆机构能够满足两连架杆的对应位置数最多为五组。如果给定两连架杆的对应位置数超过五组，或是要求两连架杆的对应位置实现某连续函数关系，就要采用优化设计的方法求解。如果取两连架杆的初始
37、角，则式（3-10）成为 （3-11）这时该机构所能满足的连接杆对应角位置最多为三组。设三组对应位置为：（i=1,2,3）带入上式可得一方程组 （3-12）解出R1，R2 ，R3以后，根据实际需要定出a，b，c，d中的一个值，再代入式39）中求出其余参数。对于解方程组，可借助工具软件求解。例如Matlab中的“solve”或“linsolve”命令可以直接得到结果。例32 已知两连架杆AB和CD的初始位置角，三组对应位置分别是 ； ；机架的长度d=60mm，要求设计该四杆机构。解：将已知参数代人式(312)，得到三个线性方程组的解R （a）再代入式(39)，计算出三个未知构件的长度 (b)设计
38、结果如图329所示，图(a)是机构的几何尺寸，经过分析，铰链A，B为整转副；C，D为摆动副。图(b)是运用运动模拟得到的曲柄与摇杆运动的对应关系（详见第16章），当曲柄作匀速圆周运动时,可得到摇杆的行程速比系数K1.5。(a) (b)图329四杆机构及其运动规律习题 31 铰链四杆机构和滑块四杆机构各有哪几种基本类型？32 四杆机构中构件具有两个周转副的条件是什么？构件成为曲柄的充分条件和必要条件各是什么？33 在铰链四杆机构中，当曲柄作主动件时，机构是否一定存在急回特性？为什么？机构的急回特性可以用什么系数来描述？它与机构的极位夹角有何关系？34 判断下列概念是否正确？如果不正确，请改正。（
39、1）极位夹角就是从动件在两个极限位置的夹角。（2）压力角就是作用在构件上的力与速度的夹角。（3）传动角就是连杆与从动件的夹角。35 压力角（或传动角）的大小对机构的传力性能有什么影响？四杆机构在什么条件下有死点？死点在机构中有什么利弊？36 当曲柄作主动件时，说明下列四杆机构具有最大压力角的位置：（1） 曲柄摇杆机构；（2）曲柄滑块机构；（3）摆动导杆机构；（4）转动导杆机构提示：滑块对导杆的作用力方向始终与导杆垂直37 当曲柄作从动件时，说明下列四杆机构的死点位置：（1） 曲柄摇杆机构；（2）曲柄滑块机构；（3）摆动导杆机构；（4）转动导杆机构提示：分别考察曲柄与连杆共线以及导杆与曲柄垂直的两个位置的传动角38 试说明偏心轮在机构运动简图中的简化方法。39 在图示的冲床刀架装置中，当偏心轮1绕固定中心A转动时，构件2绕活动中心摆动，同时推动后者带着刀架3上下移动。B为偏心轮的几何中心。问该装置是何种机构？它是如何演化出来的？310 图示的四杆机构各构件长度为a240mm，b600mm，c400mm，d500mm，试问：（1）