《机械原理》第八章第2讲平面连杆机构及其设计PPT课件
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第二是确定各构件尺寸，同时要满足结构条件、动力 条件和运动连续条件等。
2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题 （1）满足预定运动的规律要求
◆要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；
◆要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够 准确地或近似地满足预定的运动规律要求。
2020年9月28日
3
一、平面连杆设计的基本问题（续）
◆多杆机构
本讲重点：
★四杆机构设计的图解法
本讲难点： 图解法中反转法原理的应 用
本讲教学目标
◆掌握用图解法设计平面四杆机构的基本方法。 ◆了解采用多杆机构的目的
2020年9月28日
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8-4 平面四杆机构的设计
一、平面连杆设计的基本问题
1. 平面连杆机构设计的基本任务 第一是根据给定的运动要求选定机构型式；
1. 按给定的连杆位置设计四杆机构（续）
◆已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示 B1C1、B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。
设计步骤：
b12
B1
B2
C1 b23
C2
c23 C3
B3
D
A
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构
（1）设计方法 机架转换法或反转法：指根据机构的倒置理论，通
19
2. 按两连架杆对应角位移设计四杆机构
设计步骤：
D
A1 A2 A3
B1
B2 B3B4
A4 A5
C
9O B5 A6
A
B6 B7 D1
A7 D2 D3
K1 K2K3KK4 5 K6 K7
D4
D5 D6
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3. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 ◆曲柄摇杆机构
设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角φ及行程速比系数K。
18
2. 按两连架杆多对对应角位移设计四杆机构
设计要求： 原动件角位移（顺时针）和从动件角位移（逆
时针）对应关系如表所示
位置 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7
i 15 15 15 15 15 15 i 10.8 12.5 14 .2 15.8 17.5 19 .2
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点总是绕转换机构中的固定
铰链点C转动.然后采用反转
法就可以求出四杆机构。
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设计步骤：
1、以连架杆DE的第一个位置DE1 作为反转的基准位置。作ΔDE1B2’ ≌ΔDE2B2，得到B2点在机构转化过 程中的新位置B2’。
2、继续以连架杆DE的第一个位 置DE1作为反转的基准位置。作 ΔDE1B3’≌ΔDE3B3,得到B3点 在机构转化过程中的新位置 B3’。
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设计步骤：（续）
3、找过B1、B2’和B3’三点圆弧的圆心，即分别作B1B2’和 B2’B3’的中垂线，两直线的交点就是所求的圆心C1点，也 就是连杆BC与连架杆CD铰链点C的第一个位置。AB1C1D 就是所要求的铰链四杆机构第一位置时的机构图。
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思考：
如下图所示,已知一铰链四杆机构ABCD的固定铰链A、D,已 知主动件AB的三个位置和连杆上K点所对应的三个点.
解:此题目与前面题目不同的地方是,该题目已知的是连杆的三个
位置B1K1、B2K2、B3K3(点K是连杆上的点)、以及固定铰链点A、
D的位置,所以采用机架转换法时,选B1K1作为转化机架.
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满足预定运动的规 律要求机构示例：
利用两连架杆的转 角关系实现对数计算。
对数计算机构
车门开闭机构 动画
2020年9月28日
设计时要求两连架杆的 转角应大小相等，转向相反， 以实现车门的起闭。
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一、平面连杆设计的基本问题（续）
又称为刚体引导问题 （2）满足预定的连杆位置要求
即要求连杆能依次占据一系列的预定位置。
机 构 示 例
2020年9月28日 飞机起落架机构
铸造用翻箱机构 动画
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一、平面连杆设计的基本问题（续）
（3）满足预定的轨迹要求
即要求在机构运动过程中，连杆上某些点能实现预
定的轨迹要求。
机构示例：
2020年9月鹤28日式起重机 动画
搅拌机机构 动画 6
8-4 平面四杆机构的设计
一、用作图法设计四杆机构 1. 按给定的连杆位置设计四杆机构
设计步骤：
1、计算极位夹角θ θ=180°(K-1)/(K+1)
2、任取一点D为摇杆固定 铰链中心 ，作等腰三角形 C1C2D，两腰长度等于CD， ∠C1DC2=φ 。
过取不同构件为机架，将按连架杆预定位置设计四杆机 构转换为按连杆预定位置设计四杆机构的方法。
机构倒置
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续）
用机架反转法设计过程
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构。
◆已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。 设计分析：铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未知。
铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别为点Ａ和Ｄ。
Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２的垂直平分线上。 c12
C2
b12
C1
设计步骤：
B1
BB22
附加条件：曲柄 或摇杆长度
A
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定两连架杆的对应位置设计四杆机构。
已知：连架杆AB和机架AD的长度，两连架杆三组对应 位置AB1 、AB2 、AB3 和DE1、DE2、DE3。 要求：设计该铰链四杆机构。
提示：用机架转换法，既改
取连架杆CD作为机架，原先
的机架AD作为连架杆，则B
第8章 平面连杆机构及其设计
◆平面四杆机构的基本知识
▲铰链四杆机构有曲柄的条件 ▲四杆机构传动角及压力角
◆平面四杆机构的设计
▲平面连杆机构设计的基本问题 ▲用作图法和解析法设计四杆机构
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第8章 平面连杆机构及其设计
本讲教学内容
◆平面四杆机构的设计
★用图解法设计四杆机构 ★用解析法设计四杆机构
设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12角 时，从动件相应的顺时针转过φ12，试设计四杆机构。
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆ 给定连架杆的3个对应位置设计四杆机构。
设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12、α13角 时，从动件相应的顺时针转过φ12、φ13，试设计四杆机构。
2. 平面连杆机构设计的三大类基本命题 （1）满足预定运动的规律要求
◆要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；
◆要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够 准确地或近似地满足预定的运动规律要求。
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3
一、平面连杆设计的基本问题（续）
◆多杆机构
本讲重点：
★四杆机构设计的图解法
本讲难点： 图解法中反转法原理的应 用
本讲教学目标
◆掌握用图解法设计平面四杆机构的基本方法。 ◆了解采用多杆机构的目的
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8-4 平面四杆机构的设计
一、平面连杆设计的基本问题
1. 平面连杆机构设计的基本任务 第一是根据给定的运动要求选定机构型式；
1. 按给定的连杆位置设计四杆机构（续）
◆已知连杆长度，要求机构在运动过程中占据图示 B1C1、B2C2、B3C3三个位置，试设计该四杆机构。
设计步骤：
b12
B1
B2
C1 b23
C2
c23 C3
B3
D
A
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构
（1）设计方法 机架转换法或反转法：指根据机构的倒置理论，通
19
2. 按两连架杆对应角位移设计四杆机构
设计步骤：
D
A1 A2 A3
B1
B2 B3B4
A4 A5
C
9O B5 A6
A
B6 B7 D1
A7 D2 D3
K1 K2K3KK4 5 K6 K7
D4
D5 D6
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3. 按给定的行程速比系数K设计四杆机构 ◆曲柄摇杆机构
设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角φ及行程速比系数K。
18
2. 按两连架杆多对对应角位移设计四杆机构
设计要求： 原动件角位移（顺时针）和从动件角位移（逆
时针）对应关系如表所示
位置 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-7
i 15 15 15 15 15 15 i 10.8 12.5 14 .2 15.8 17.5 19 .2
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点总是绕转换机构中的固定
铰链点C转动.然后采用反转
法就可以求出四杆机构。
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设计步骤：
1、以连架杆DE的第一个位置DE1 作为反转的基准位置。作ΔDE1B2’ ≌ΔDE2B2，得到B2点在机构转化过 程中的新位置B2’。
2、继续以连架杆DE的第一个位 置DE1作为反转的基准位置。作 ΔDE1B3’≌ΔDE3B3,得到B3点 在机构转化过程中的新位置 B3’。
2020年9月28日
16
设计步骤：（续）
3、找过B1、B2’和B3’三点圆弧的圆心，即分别作B1B2’和 B2’B3’的中垂线，两直线的交点就是所求的圆心C1点，也 就是连杆BC与连架杆CD铰链点C的第一个位置。AB1C1D 就是所要求的铰链四杆机构第一位置时的机构图。
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思考：
如下图所示,已知一铰链四杆机构ABCD的固定铰链A、D,已 知主动件AB的三个位置和连杆上K点所对应的三个点.
解:此题目与前面题目不同的地方是,该题目已知的是连杆的三个
位置B1K1、B2K2、B3K3(点K是连杆上的点)、以及固定铰链点A、
D的位置,所以采用机架转换法时,选B1K1作为转化机架.
2020年9月28日
满足预定运动的规 律要求机构示例：
利用两连架杆的转 角关系实现对数计算。
对数计算机构
车门开闭机构 动画
2020年9月28日
设计时要求两连架杆的 转角应大小相等，转向相反， 以实现车门的起闭。
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一、平面连杆设计的基本问题（续）
又称为刚体引导问题 （2）满足预定的连杆位置要求
即要求连杆能依次占据一系列的预定位置。
机 构 示 例
2020年9月28日 飞机起落架机构
铸造用翻箱机构 动画
5
一、平面连杆设计的基本问题（续）
（3）满足预定的轨迹要求
即要求在机构运动过程中，连杆上某些点能实现预
定的轨迹要求。
机构示例：
2020年9月鹤28日式起重机 动画
搅拌机机构 动画 6
8-4 平面四杆机构的设计
一、用作图法设计四杆机构 1. 按给定的连杆位置设计四杆机构
设计步骤：
1、计算极位夹角θ θ=180°(K-1)/(K+1)
2、任取一点D为摇杆固定 铰链中心 ，作等腰三角形 C1C2D，两腰长度等于CD， ∠C1DC2=φ 。
过取不同构件为机架，将按连架杆预定位置设计四杆机 构转换为按连杆预定位置设计四杆机构的方法。
机构倒置
2020年9月28日
10
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续）
用机架反转法设计过程
2020年9月28日
11
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定连架杆的两个对应位置设计四杆机构。
◆已知连杆长度及两预定位置B1C1、B2C2，设计该四杆机构。 设计分析：铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未知。
铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别为点Ａ和Ｄ。
Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２的垂直平分线上。 c12
C2
b12
C1
设计步骤：
B1
BB22
附加条件：曲柄 或摇杆长度
A
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D
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2020年9月28日
13
2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆给定两连架杆的对应位置设计四杆机构。
已知：连架杆AB和机架AD的长度，两连架杆三组对应 位置AB1 、AB2 、AB3 和DE1、DE2、DE3。 要求：设计该铰链四杆机构。
提示：用机架转换法，既改
取连架杆CD作为机架，原先
的机架AD作为连架杆，则B
第8章 平面连杆机构及其设计
◆平面四杆机构的基本知识
▲铰链四杆机构有曲柄的条件 ▲四杆机构传动角及压力角
◆平面四杆机构的设计
▲平面连杆机构设计的基本问题 ▲用作图法和解析法设计四杆机构
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第8章 平面连杆机构及其设计
本讲教学内容
◆平面四杆机构的设计
★用图解法设计四杆机构 ★用解析法设计四杆机构
设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12角 时，从动件相应的顺时针转过φ12，试设计四杆机构。
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2. 按两连架杆的预定位置设计四杆机构（续） ◆ 给定连架杆的3个对应位置设计四杆机构。
设计要求：已知机架长度d，要求原动件顺时针转过α12、α13角 时，从动件相应的顺时针转过φ12、φ13，试设计四杆机构。