设计平面连杆机构的步骤

一、平面连杆机构设计方法

平面连杆机构的设计方法主要有图解法、实验法和解析法，其特点如下：

（1）图解法直观、清晰，简单易行，但精确程度差；

（2）实验法和图解法有类似之处，且工作烦琐；

（3）解析法精确度较好，但计算求解复杂。

本学习任务只介绍用图解法设计。

二、平面连杆机构设计步骤

（1）先按运动条件设计四杆机构；

（2）再检验其他条件（如检验最小传动角、是否满足曲柄存在条件、机构的运动空间尺寸等）。

根据图2－1－1所示的内燃机对心式曲柄滑块机构，分析滑块运动至极限位置时，其行程与曲柄长度的关系。

一、设计对心式曲柄滑块机构

（一）确定曲柄长度

根据图2－1－1的分析，显然，滑块的工作行程是曲柄长度的2倍，故曲柄长度为

r＝150÷2＝75（mm）

（二）确定连杆长度

根据曲柄连杆比λ＝r／L＝1／3，计算连杆长度为

L＝75×3＝225（mm）

（三）绘制出该机构

二、设计偏置式曲柄滑块机构

（一）计算极位夹角

θ＝180°（K－1）／（K＋1）＝180×（1.4－1）×（1.4＋1）＝30°

（二）作出曲柄行程

作C1C2＝H＝150mm，分别作射线C1O、C2O，使∠C1C2O＝∠C2C1O＝90°－θ，得交点O，如图2－1－22所示。

（三）画圆

以O点为圆心，以OC1为半径画圆。

（四）确定曲柄回转中心

作一条直线与C1C2平行，其间的距离等于偏心距e＝75mm，则此直线与上述圆的交点即为曲柄轴心A的位置。当A确定后，曲柄和连杆的长度也随之确定，如图2－1－22所示。

图2－1－22　偏置曲柄滑块机构的设计

做一做

同学们分小组，按照上述设计步骤绘制出对心曲柄滑块机构和偏置曲柄滑块机构的设计，完成学习任务。(www.xing528.com)

如题图所示偏置曲柄滑块机构。已知行程速度变化系数K＝1.5，滑块行程h＝50mm，偏距e＝20mm，试用图解法求：

（1）曲柄长度lAB和连杆长度lBC；

（2）曲柄为原动件时机构的最大压力角αmax和最大传动角γmax；

（3）滑块为原动件时机构的死点位置。

题图

★新视野

竞争优势创建设计技术

竞争机制和供求关系是市场经济的两大特点，要求设计人员用新观点、新原理和新功能来设计不断满足顾客需要的新产品。主要包含：

（1）产品创新设计技术：创新设计是针对新的或预测的需求，从已知的、经过实践检验可行的理论和技术出发，充分运用创造性思维，构思并设计出过去所没有的全新事物的技术过程。

（2）面向成本的设计：它是在保证功能和质量的前提下，通过降低成本来提高产品经济性，以加强竞争优势的设计技术。实践证明，产品成本的70%以上决定于设计。

（3）快速设计技术：由于市场的动态多变性，使产品投放市场的时间日益成为决定产品竞争力的重要因素。快速设计技术是在现代设计理论和方法的指导下，应用微电子、信息和管理等现代科学技术，以缩短产品开发周期为目的的一切设计技术的总称。

（4）虚拟设计技术：计算机仿真技术是以计算机为工具，建立实际或联想的系统模型，并在不同条件下对模型进行动态运行（实验）的一门综合性技术。

（5）智能设计技术：由于缺乏人类设计师所具有的推理和决策能力，故传统CAD系统已不能满足设计过程自动化的要求，于是智能CAD（ICAD）的理论研究和应用实践便随之而产生了。ICAD系统既具有传统CAD系统的数值计算和图形处理能力，又具有知识处理能力，能够对设计的全过程提供智能化的计算机支持。智能设计就是对智能CAD理论和应用的研究。

一、知识巩固

对照本任务知识脉络图，梳理自己所掌握的知识体系，并与同学相互交流、研讨个人对知识点、技能点技巧的理解，注重提升职业素养。

二、拓展任务

根据任务2.1的工作步骤及方法，利用所学知识，完成自主学习手册中的拓展任务。

1.铰链四杆机构有哪些基本类型？各有何特点？

2.什么是曲柄？什么是摇杆？铰链四杆机构中曲柄存在的条件是什么？

3.什么是急回特性？试举出急回特性的应用实例。

4.何谓死点？试举出几个利用和克服死点的实例。

5.什么是压力角？它对机构工作性能有何影响？

6.已知铰链四杆机构各构件的长度分别为a＝240mm，b＝600mm，c＝400mm，d＝500mm。若分别取各杆件为机架，将得到何种机构？

7.如题7图所示，在平面四杆机构ABCD中，已知AB、BC、CD三杆的长度分别为LAB＝100mm，LBC＝200mm，LCD＝300mm，机架AD的长度LAD为变量。试求：

题7图

（1）当此机构为曲柄摇杆机构时，LAD的取值范围；

（2）当此机构为双曲柄机构时，LAD的取值范围；

（3）当此机构为双摇杆机构时，LAD的取值范围。