连杆机构的设计

我从何而来，就涉及连杆机构设计问题。设计连杆机构时要解决的问题为：根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，校核是否满足结构条件（如要求存在曲柄、杆长比合适等）、动力条件（如适当的传动角等）和运动连续条件等。具体设计时可能碰到以下三种问题：

1）满足预定的连杆位置要求。即已知连杆的一系列的位置，设计出能通过能顺次通过这些位置的连杆机构。从这里看到，所设计的机构要能引导连杆按一定方位通过预定位置，因而又称为刚体导引问题，如图1所示的铸造造型机砂箱翻转机构要求连杆能够分别处于上下两个水平位置。

图1  砂箱翻转机构                   图2  车门开闭机构

2）满足预定的运动规律要求。如要求两连架杆（与机架相连的杆）的转角能够满足预定的对应位移关系；或要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能准确或近似地满足预定的运动规律要求，也称为函数生成问题，如图2所示的公共汽车的车门开闭机构满足两车门（连架杆）的对应位移关系。

                                      图3  鹤式起重机构                          图4  搅拌机构

3）满足预定的轨迹要求。即要求在机构运动过程中，连杆上的某些点的轨迹能符合预定的轨迹要求，简称为轨迹生成问题。如图3所示的鹤式起重机构，为避免货物作不必要的上下起伏运动，连杆上吊钩滑轮的中心点E应沿水平直线E₁E'移动；而如图4所示的搅拌机构，应保证连杆上的外端点能按预定的轨迹运动，以完成搅拌动作。

1.按连杆预定的位置设计四杆机构

如图5所示，当已知连杆上两活动铰链中心B、C的位置，要求在机构运动过程中连杆能依次占据三个位置（B₁C₁、B₂C₂、B₃C₃）。设计的任务是要确定两固定铰链中心A、D的位置。由于在铰链四杆机构中，活动铰链B、C的轨迹为圆弧，故A、D应分别为其圆心。因此，可分别作B₁B₂和B₂B₃的垂直平分线，其交点即为固定铰链A的位置；同理，可求得固定铰链D的位置，连接AB₁、C₁D，即得所求四杆机构。

图5  按连杆位置设计四杆机构

2.按两连架杆预定的对应角位移设计四杆机构

如图6所示，已知曲柄AB的两组位置（AB₁、AB₂），以及摇杆CD相应的两组位置（C₁D、C₂D），需设计出该连杆机构。取连架杆CD为机架，则连架杆AB变为连杆，将原机构第二位置的构型AB₂C₂D视为刚体，绕点D反转-φ₁₂使C₂D与C₁D重合，则原机构上B₂转到B₂’，作B₁和B₂’连线的垂直平分线，此线必定通过C₁，当有两个位置时，两条垂直平分线的交点就是C₁。这种方法也称为反转法或反转机构法。这种设计条件是属于按函数关系设计连杆机构，当已知曲柄与摇杆的三组对应位置，此机构有唯一解。

图6  反转法

3．按给定的急回要求设计四杆机构

根据急回运动要求设计四杆机构，主要利用机构在极位时的几何关系进行四杆机构的设计。若已知摇杆的长度CD、摆角φ及极位夹角θ，试设计此曲柄摇杆机构。

设计时，先根据摇杆长度CD及摆角φ作出摇杆的两极位C₁D及C₂D，如图7所示。接下来求固定铰链A的位置，先分别作C₂M⊥C₁C₂和ㄥC₂C₁N=90-θ，C₂M与C₂N交于P；△PC₁C₂再作的外接圆，则圆弧PC₂C₁上任一点A都满足ㄥC₂AC₁=θ，所以固定铰链A应选在此弧段上。

图7  给定的急回要求设计

而铰链A具体位置的确定尚需给出其他的附加条件，如给定机架长度d（或曲柄长度a或连杆长度b或杆长比b/a, d/a或机构的最小传动角γ_min要求等），这时A点的位置就能确定，曲柄和连杆的长度a及b也随之确定。因AC₁=b+a，AC₂=b-a，故a=(AC₁-AC₂)/2，b=(AC₁+AC₂)/2。

好了，整个连杆机构相关的知识就讲得这里，讲得不是很到位，我在思考另外一个讲解方式，需要等一段时间。谢谢大家。