曲柄摇杆机构设计方法 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】曲柄摇杆机构设计方法作者姓名：XXXX专业名称：机械工XXXX及自动化指导教师：XXXX讲师摘要曲柄摇杆机构中构件的运动样式多样，可以实现给定运动规律或运动轨迹且承载能力高、耐磨顺，制造简单，已于获得较高的制造精度，因此曲柄摇杆机构在各种机械仪器中获得广泛的应用。

本文针对曲柄摇杆机构的行XXXX速度变化速度系数和给定点的轨迹设计曲柄摇杆机构，通过深入分析机构的行XXXX数度比k、摇杆摆动角ψ、最小传动角，极为夹角和摇杆摆动角等运动性能参数与结构尺寸间的关系。

通过引入曲柄固定铰链点的位置角建立了曲柄摇杆和机架长度关于θ和ϕ的显示函数关系，通过解析法、几何作图法、和实验法设计曲柄摇杆机构。

在此基础上研究机构设计的可能附加要求极其相应的设计方法为曲柄摇杆设计提供各种可能选项并对曲柄摇杆的急回特性和死点情况进行说明。

关键词:曲柄摇杆机构行XXXX速度系数摇杆摆动设计方法AbstractThe diversity of movement component in the crank rocker mechanism can achieve given amotion or motion trajectory and have the high bearing capacity, wear-resisting, simple manufacture,and higher manufacturing accuracy. therefore ,the crank rocker mechanism is widely used in various mechanical instrument.In view of the crank rocker mechanism of velocityfluctuation velocity coefficient and the design of crankrocker mechanism by track point, Analysis the mechanism ofthe stroke number ratio K , the rocker swing angle minimum transmission angle, extremely angle and rocker swing angle motion parameter and t he relationship between structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angleof crank rocker and the frame length on and display functionis built, by the analytic method, the geometric drawing method, the design of crank rocker mechanism and experimental method. On the basis of the research on the design method of mechanism design may have additional requirements and other extremely corresponding , various possible options and the crank rocker quick return characteristics and the dead are described for crank and rocker design.Key words: crank,rocker,travel speed,design目录II1 绪论18世纪下半叶的第一次工业革命促进机械工XXXX的迅速发展，机构学在原来机械力学的基础上发展成为一门独立的科学.早在19世纪连杆机构就已经广泛的运用最简单的就是四杆机构，也是出现最早的一种连杆机构。

对连杆机构的研究起始于19世纪着名发明家瓦特，他改进的蒸汽机运用了四杆机构。

19世纪以来，以几何图解法为主导的德国机构学派对连杆机构的研究做出了巨大的贡献，其研究结果长期处于世界领先地位，二次世界大战后随着社会科学技术迅猛发展,尤其是电子计算机的普及很大推动了机构设计的研究进XXXX。

平面四杆机构是平面多杆机构,空间多杆机构的基础,所以对平面四杆机构的设计研究有着很重要的意义。

平面连杆机构中构件的运动形式多样，可以实现给定运动规律或运动轨迹，平面连杆机构因承载能力高，耐磨顺，制造简便，已于获得较高的制造精度在机械机构中大量使用。

如缝纫机的踏板机构（如图）送料机构（如图），牛头刨床的横向进给机构（如图），传送带送料机构(如图等。

所以建立出一些简单、方便、实用的设计方法有利于连杆机构的设计。

而一些相关的书籍里对曲柄摇杆机构的设计方法的设计及其优化并没有完整的提出，对于设计者查询相关信息时带来不变，也对学生系统学习曲柄摇杆机构带来不便。

在这种背景下，本课题主要研究的对象为平面四杆机构本中的曲柄摇杆机构，通过分析设计要求,使用合理的设计方法揭示其传力性能和运动性能与机构尺寸之间的关系,以期实现为工XXXX应用给出机构运动尺寸的设计，再利用多目标函数限定选择优化设计方案。

图缝纫机踏板机构图送料机构图牛头刨床的横向进给机构图传送带送料机构2 平面四杆机构概述平面四杆机构的基本型式平面四杆机构最常见是铰链四杆机构如图所示，机构的固定构件4 称为机架，与机架用转动副相连接的构件1和3 称为连架杆，不与机架直接连接的构件2称为连杆。

若组成转动副的二构件能做整周相对转动，则称该转动副为整转副，否则为摆动副。

与机架组成整转副的连架杆称为曲柄，与机架组成摆动副的连架杆称为摇杆。

图 曲柄摇杆机构运动简图因为其它平面四杆机构均可视为曲柄摇杆机构的派生机构, 所以曲柄摇杆机构是平面四杆机构中最基本的机构。

以图 中的铰链四杆机构为例，如图示位置时是曲柄摇杆机构，当进行机构转置( 即让不同杆件做机架 )时，就会得 到不同类型的四杆机构 。

当构件1作为机架，铰链四杆机构为双曲柄机构 ；当构件2作为机架，铰链四杆机构为另一曲柄摇杆机构 ； 当构件3作为机架，铰链四杆机构为双摇杆机构 ；四杆机构的派生机构还有:曲柄滑块机构，曲柄摇块机构，转动导杆机构等。

平面四杆机构的基本特性铰链四杆机构是否具有整转副，取决于个杆的长度。

如图所示曲柄摇杆机构，杆1为曲柄，杆2为连杆，杆3为摇杆、杆4为机构各杆长度用1l 、2l 、3l 、4l 表示。

因杆1为曲柄，故杆1与杆4的夹角ϕ的变化00~0360当摇杆处于左右极限位置时，曲柄与连杆二次共线，故杆1与杆2的夹角β的变化范围也是化00~0360 ；杆3为摇杆，与他相邻的夹角ψ、ϕ的变化范围小于0360.。

显然，A 、B 为整转副。

为了实现曲柄1整周转动，AB 杆必须顺利通过与连杆共线的两个位置1AB 和2AB 。

图铰链四杆机构当杆1处于1AB 位置时，形成D AC 1∆。

根据三角形任意两边之和必大于第三边的定理可得。

4l ≤ (2l － 1l ) + 3l (2-1)3l ≤ (2l －1l ) +4l (2-2)1l + 4l ≤ 2l + 3l (2-3)1l + 3l ≤ 2l + 4l (2-4)当杆1处于2AB 位置时，形成D C A ''∆。

可以写出以下关系1l +2l ≤ 3l + 4l将上面的式子相加可得从上面的式子可以得出结论：（1）铰链四杆机构具有整转副的条件是最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

（2）整转副是由最短杆与其邻边组成的。

曲柄是连架杆，整转副处于机架上才能形成曲柄；应此，具有整转副的铰链四杆机构是否存在曲柄，还应跟据选择那一个杆为机架来判断：（1）取最短杆为机架时，机架上有两个整转副，故得双曲柄机构（2）取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一个整转副，故得曲柄摇杆机构。

（3）取最短杆的对边为机架时，机架上没有整转副，故得双摇杆机构。

(4)如果铰链机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两边长度之和，则该机构中不存在整转副，无论曲那个构件作为机架都只能得到双摇杆机构。

急回特性如图 所示，主动曲柄AB 做等速回转，1AB D C 1， 2AB D C 2是图中该曲柄摇杆机构的两极限位置，CD 在D C 1， D C 2间作往复运动，即摆角 为21DC C ∠=ψ。

当B 点由1B 到2B 时，曲柄顺时针转过角1ϕ ，C 顺时针转过ψ，设时间为1t ，C 点平均速度1ν；由B 2到B 1时， 曲柄顺时针转过角ϕ2，C 逆时针转过ψ，设时间过t 2，C 点平均速度v 2。

1ϕ=(0180+θ)>ϕ2=（0180-θ )，t 1>t 2，ν1>ν2，θ是曲柄在两个极限位置时所夹锐角，称为极位夹角。

显然在曲柄摇杆机构，当曲柄为主动件做匀速圆周运动时，摇杆由位置C 1D 摆回到位置C 2D ，其摆角任然是ϕ。

虽然摇杆来回摆动的摆角相同。

但对应的曲柄转角不等，对应的时间也不等，从而反映了摇杆往复摆动的快慢不同。

令摇杆自C 2D 摆至C 1D 为工作行XXXX ，这是摇杆的平均角数度是1ω=ψ/t 1;摇杆自C 2D 摆会至C 1D 是其空回行XXXX ，这是摇杆的平均角数度是2ω=ψ/t 2，显然1ω≤2ω，它表明摇杆具有急回特性。

图曲柄摇杆机构用行XXXX 速度变化系数K 表示机构急回特性的XXXX 度 。

θθϕϕψψ-+=====0021211212180180//t t t t v v K (2-5) 111800+-=K K θ (2-6) 当θ=00时，K=1则机构没有急回特性。

死点位置如图2. 4所示的曲柄摇杆机构如以3为原动件，而已曲柄1为从动件，则当摇杆摆到极限位置C 1D 和C 2D 时，连杆2与曲柄1共线，从动件的传动角γ=00。

若不计个干的质量，则这是连杆加给曲柄的力将经过铰链中心A ，此力对点A 不产生力矩，因此不能使曲柄转动。

机构的这种转动角为零的位置称为死点位置死点位置会是机构的从动件出现卡死或运动不确定现象。

图曲柄摇杆机构的死点位置传动角和压力角曲柄摇杆机ABCD 中，假设各杆是理想的二力杆，没有质量和摩擦阻力。

AB 是主动件，BC 是连杆，CD 是从动件。

分析从动件上力的输入点C 的 受力如图所示。