[本讲课程的引入]
[本讲课程的内容]
5-4 平面四杆机构的设计
设计内容：根据要求，设计连杆机构的四杆长度及运动副的位置。
● 设计可以归纳为三类问题：
1．实现预定运动规律的设计 也称为函数生成问题。常见的有实现主、从动件的角位移或线位移之间给定的关系，如要求两连架杆的转角满足预定的对应关系；要实现给定的行程速比系数K 等运动规律。
2．实现构件预定位置的设计 也称作刚体导引问题。 图5-11的造型机翻转机构，必须满足震实、起模时连杆BC 的两个预定位置。
3．实现预定轨迹的设计 也称为轨迹生成问题。通常要求连杆上某点能精确
或近似的通过若干给定的点。如图5-5所示搅拌机构，要根据E 点的轨迹要
求来设计四杆机构。
● 设计方法：
图解法——简单明了，易于掌握，能够满足一些要求不高的工程设计问
题，有时还为解析法提供图形和初始数据，检验解析法计算的结果的正确性。
解析法——计算准确，能够给出若干组解以供选择，但计算麻烦，随着计算机的普及和各种软件的飞速发展，可以使用计算机程序进行计算，使解析法得到了发展。
实验法——常用于轨迹设计，有试凑性质，但不失为一种有用的工程方法
一、 按给定连杆的位置设计四杆机构
1）已知活动铰链中心的位置
活动铰链中心B 、C 的位置给定，要求连杆依次占据11C B 、22C B 、33C B 三个位置，如图所示。设计该铰链四杆机构。
内 容
分析：由于B 、C 的轨迹分别是以固定铰链A 、D 为
圆心的圆周或圆弧。因此， 1B 、2B 、3B 的圆心即为固定
铰链A ；1C 、2C 、3C 的圆心即为固定铰链D 。
显然，如果给定连杆的两个位置，则Ａ、Ｄ点将有无数
解；给定三个位置时，有唯一解。
2） 已知两固定铰链中心的位置
若改取四杆机构的连杆为机架(活动铰
链B 、C 变为固定铰链)，则原机构中的固
定铰链A 、D 将转变为活动铰链，即AD 成
为连杆。可以将该类问题转换为上述已知活
动铰链中心的连杆位置设计四杆机构的问
题。原理如右图。
【例5-1】 如图5-34a 所示，已知固定铰链A 、D 的位置，以及连杆上标线EF 的三
个位置11E F 、22E F 和33E F ，设计该铰链四杆机构。
图5-34
解：如图5-34b 所示，将D F AE 22刚化后移动，使22F E 和11F E 重合，得到A D ''，同理将D F AE 33刚化后移动，使33F E 和11F E 重合，得到A D ''''。作A 、A '、A ''的圆心，即为活动铰链1B ；作D 、D '、D ''的圆心即为活动铰链1C ，如图5-34b 。
二、 按给定的行程速比系数Ｋ设计四杆机构
1）曲柄摇杆机构
已知摇杆长度CD l ，摆角ϕ，行程速比系数K ，设计该曲柄摇杆机构。。
分析：设计的关键是确定铰链Ａ的位置。
分析已有机构可知， 12C AC θ∠=，即A 点在以12C C 为弦，圆周角为θ的圆周上。根据1AC BC AB =-，2AC BC AB =+可得
()
212
AC AC AB -=
内 容
设计过程如右图所示。
若无其他条件，A 点除了FG （延长D C 2、D C 1交圆
于F 点、G 点）劣弧段外，可在该圆上随意选取，故有
无穷多解。
3） 曲柄滑块机构
已知行程速比系数K ，滑块的行程H ，设计偏置曲
柄滑块机构。
分析：当连杆曲柄共线时，就是滑块的两个极限位置，
且滑块两个极限位置间的距离为Ｈ。问题的关键是Ａ点。设计原理与曲柄摇杆机构相同。
如图所示。
3）曲柄摆动导杆机构
已知机构的行程速比系数K ，机架长AC l ，设计该导杆
机构。
分析：导杆机构处于极限位置时，BC AB ⊥，且导杆
的摆角θϕ=。
设计如左图所示。
三、按两连架杆预定的位置设计四杆机构
已知AD 长，AB 和CD 的三个对应位置来设计四杆机构。 问题分析：如果能让CD 不动，而其他构件之间的位置关系不变，就相当于已知AB 的位置设计机构。即把按连架杆位置设计的问题，转化为按连杆的位置设计，于是，采用机构刚化反转法来设计四杆机构。
具体步骤：汽车铰链
1） 任选1AB 长（初始位置和AB 长）
2） 确定铰点A 、D 位置
内 容
3） 求'2B 、'
3B （刚化反转法）
4） '21B B 、'3'2B B 的垂直平分线交于点C
由于AB 杆长度可以任意选择，所以有无穷多解。
已知两连架杆四个对应位置时，采用反转法，可
能因铰链B 的四个点位不在同一圆周上而无解，这是，
可利用点位归并法来解决该问题。
四、按给定的运动轨迹设计四杆机构
实现已知轨迹的设计问题是指设计一连杆机构，使其连杆上某点实现所给定的轨迹。如下图左侧位连杆曲线的形成过程。右图为连杆曲线图谱中的一幅图谱。
连杆曲线的形成 连杆曲线图谱 1． 解析法
2．图谱法 手工查阅“图谱册”
利用电子图谱库，计算机编程按预定轨迹设计机构尺寸
5-5 多杆机构
四杆机构虽然简单设计也较为方便，但有时却难以满足现代机械所提出的多方面的复杂设计要求，而多杆机构可以达到以下一些目的。
1、 可获得较大的机械利益 如图5-57用于锻压设备中的肘杆机构，图5-58的插齿机。
图5-57 图5-58
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