機(jī)械原理 平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì).ppt

第二章 平面連桿機(jī)構(gòu) 及其設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容 2.1 2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)基本形式、演變及其應(yīng)平面四桿機(jī)構(gòu)基本形式、演變及其應(yīng) 用用 2.2 2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問(wèn)題平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問(wèn)題 2.3 2.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 若干個(gè)構(gòu)件全用低副低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也 稱(chēng)之為低副機(jī)構(gòu)低副機(jī)構(gòu)。 一、 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu) 二、連桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi)二、連桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi) 1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為 ： 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu) 空間連桿機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu) 2 2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分 四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)六桿機(jī)構(gòu)、 四桿機(jī)構(gòu) 六桿機(jī)構(gòu) 三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) n適用于傳遞較大的動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械 n依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且 易于制造，易于保證所要求的制造精度 n能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線(xiàn)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程上常用來(lái) 作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 不足之處： n不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng) n可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差 機(jī)械手機(jī)械手 四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 舉升 汽車(chē)中那些部位用到連桿機(jī)構(gòu) 飛機(jī)起落架 火車(chē)頭火車(chē)頭 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 起重裝置 礦山礦山顎式碎礦機(jī)顎式碎礦機(jī) 將大石頭壓成小石頭將大石頭壓成小石頭 機(jī)器馬機(jī)器馬 機(jī)架 連架桿連架桿 連架桿連架桿 連桿 在連架桿連架桿中，能繞其 軸線(xiàn)回轉(zhuǎn)360者稱(chēng)為曲曲 柄柄；僅能繞其軸線(xiàn)往復(fù) 擺動(dòng)者稱(chēng)為搖桿搖桿。 一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式 1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)為搖桿。 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄。 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為搖桿。 2-1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變及其應(yīng)用 4 1 1 2 2 3 3 1、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副 二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演變 4 1 1 2 2 3 3 4 1 1 2 2 3 3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 2) 對(duì)心對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 1) 偏置偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) e e A A B B C C 3 3 2 2 1 1 A A B B C C 3 3 2 2 1 1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 2 2 s s 2 2 A A B B 1 1 正弦機(jī)構(gòu) 曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 1 1 B B C C 3 3 A A 3 3 2、取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置） 1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的倒置 直動(dòng)滑桿直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu) （定塊定塊機(jī)構(gòu)） 曲柄搖塊搖塊機(jī)構(gòu) 2）單滑塊機(jī)構(gòu)的倒置 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 自卸卡車(chē)翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖自卸卡車(chē)翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 搖塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi) 。如圖所示自卸卡車(chē)翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。在該機(jī)構(gòu)中， 因?yàn)橐簤河透?繞鉸鏈C擺動(dòng)，故稱(chēng)為搖塊。 抽水唧筒機(jī)構(gòu)抽水唧筒機(jī)構(gòu) 直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu) 曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)及應(yīng)用 3）其他機(jī)構(gòu)的倒置 ? ? 3、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副 將轉(zhuǎn)動(dòng)副B加大，直至把 轉(zhuǎn)動(dòng)副A包括進(jìn)去，成為 幾何中心是B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心 為A的偏心圓盤(pán)。 2-2 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問(wèn)題 一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄有曲柄的條件 二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性急回特性 三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角壓力角和傳動(dòng)角傳動(dòng)角、死點(diǎn)死點(diǎn) 四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性 B DA C 1 2 3 4 a b c d B2B2 A A C C B1B1 D D EE FF G G F F E E GG d+ad+a |d-a|d-a| |b-c|b-c| b+cb+c 一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄有曲柄的條件 為什么關(guān)注有 曲柄條件？ 欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過(guò) 與機(jī)架共線(xiàn)的兩個(gè)位置， 三角形 任意兩邊之和必大于第三邊 任意兩邊之差小于第三邊 即必須滿(mǎn)足 a+d b+c (2-1) |d-a| |b-c| (2-2) 欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過(guò) 與機(jī)架共線(xiàn)的兩個(gè)位置，即必須滿(mǎn)足 a+db+c (1) |d-a|b-c| (2) ab ac ad 從而可得 (1) 若da，則可得 a+bc+d (若bc) a+cb+d (若cb) a+db+c 結(jié)論（平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件）： 1）連架桿連架桿與機(jī)架機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿 最短桿； 2）最短桿最短桿與最長(zhǎng)桿最長(zhǎng)桿之和應(yīng) 其余兩桿其余兩桿的桿長(zhǎng)之和 。（桿長(zhǎng)和條件桿長(zhǎng)和條件） (2) 若da 則可得 1、若滿(mǎn)足桿長(zhǎng)和條件滿(mǎn)足桿長(zhǎng)和條件： u 以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連 架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； u 以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄雙曲柄 機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)； u 以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，則無(wú)曲柄存在，即該機(jī)構(gòu) 為雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。 2、若不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)和條件不滿(mǎn)足桿長(zhǎng)和條件，該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)。 注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿(mǎn)足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件封閉多邊形條件 ：最長(zhǎng)桿的桿長(zhǎng) t t 2 2 問(wèn)問(wèn): : 是否 存在無(wú)無(wú)急 回特性的 四桿機(jī)構(gòu) ? = v2 / v1 =（C1C2 / t2 ）/ （ C1C2 / t1 ） = t1 / t2 = 1 / 2 = ( 180( 180+ ) / ( 180-) / ( 180- ) ) 輸出件空回行程的平均速度 輸出件工作行程的平均速度 k k = = 180 180（k-1k-1）/ /（k+1k+1） 行程速度變化系數(shù) 連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件：連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件： 1 1）原動(dòng)件原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng) 2 2）輸出件輸出件具有正、反行程的具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng) 3 3）極位夾角極位夾角 0 0 C C2 2 C2 B B1 C1 B2 C 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)問(wèn) 問(wèn): : 是否 存在無(wú)急無(wú)急 回特性回特性的 曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)? A C C1 1 B B2 2 B B1 1 B B C C A A A B1 D C B2 = 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回 問(wèn)問(wèn): : 是否存在無(wú)急回?zé)o急回 特性特性的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)? F1 = Fcos F2 = Fsin A B C D F vc F1 F2 1、機(jī)構(gòu)壓力角機(jī)構(gòu)壓力角:在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條 件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線(xiàn)輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線(xiàn)與輸出 件上受力點(diǎn)的速度方向速度方向間所夾的銳角銳角，稱(chēng)為機(jī)構(gòu)壓壓 力角力角，通常用表示。 三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角 和傳動(dòng)角、死點(diǎn) 傳動(dòng)角：壓力角的余角。 機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定： min；= 3060； max。 、分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。 vc A B C D F F1 F2 通常用表示. F v F A B C 1 2 3 vB3 F vB3 A B C 1 2 3 = 0 = 90 n n vB3 F A B C 2 3 1 vF = arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc. = 0, min= arccosb2+c2-(d-a)2/2bc B C min F2 A B C D F vcF1 a b c d F Vc = 或 = 180- B C max = 180, max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min , 180-maxmin 2、最小傳動(dòng)角的確定 B A B C C e ab min= =arccos（ a+e)/b 為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工 作阻力較小的空回行程中。 cos=（asin +e)/b a b B B A C B C C min 在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻 力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角=0（=90）的 位置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多 大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱(chēng)為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位死點(diǎn)位 置置。 F1 = Fcos F2 = Fsin D A B C F v B F D A C v 3、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠連續(xù) 實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。 錯(cuò)位不連續(xù)：在左圖中，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿不可能從CD位置轉(zhuǎn)到CD位 置，把連桿機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)不連續(xù)稱(chēng)為錯(cuò)位不連續(xù)。即：不可能要求從動(dòng) 件在兩個(gè)不連通的可行域可行域內(nèi)（C1DC2，C1DC2）連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 錯(cuò)序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當(dāng)AB沿逆時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)可以滿(mǎn)足要求，但沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則不能滿(mǎn)足連桿預(yù)期的次序要求 ，把機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)不連續(xù)問(wèn)題稱(chēng)為錯(cuò)序不連續(xù)。 A (B)B C C1 C2 C1 C C2 1 2 D B1 B3 B2 C1C3 C2 A D 四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性 可行域：可行域：當(dāng)曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ，搖桿CD可以在其擺角或 范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，稱(chēng)此兩個(gè)范 圍為機(jī)構(gòu)的可行域。 四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性判據(jù)? 機(jī)構(gòu)類(lèi)型與有曲柄 急回特性原則急回特性原則 最大壓力角原則最大壓力角原則 注意”死點(diǎn)” 連續(xù)性問(wèn)題 23 23 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 一、基本問(wèn)題一、基本問(wèn)題 根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)的 運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。 根據(jù)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位移、速度和加速（位移、速度和加速 度）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)度）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 綜合綜合功能功能 1 1）實(shí)現(xiàn)剛體的給定位置）實(shí)現(xiàn)剛體的給定位置 舉例： 自動(dòng)送機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) A0A0 A1A1 B1B1 B0B0B3B3 A3A3 A2A2 B2B2 E2E2 E1E1 E3E3 2 2 1 1 自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)自動(dòng)送料機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 已知：已知：2 2個(gè)位置個(gè)位置B1-C1B1-C1 、B2-C2B2-C2，及鉸鏈，及鉸鏈 安裝平面安裝平面ADAD 2 2）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì)）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì) 汽車(chē)雨刮 實(shí)現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性 實(shí)現(xiàn)兩連架桿的對(duì)應(yīng)角位移、角 速度和角加速度 3 3）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì) 演示軟件 4) 4) 實(shí)現(xiàn)綜合功能實(shí)現(xiàn)綜合功能 實(shí)現(xiàn)連桿位置實(shí)現(xiàn)連桿位置:上、剪 下比須連續(xù)通過(guò)確定 位置 實(shí)現(xiàn)軌跡實(shí)現(xiàn)軌跡：刀刃按一 定軌跡運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)速度要求實(shí)現(xiàn)速度要求：在剪 切區(qū)的水平速度有要 求 二、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)二、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方法 幾何法 解析法 實(shí)驗(yàn)法 1、給定連桿位置連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) A A D D B B2 2 C C2 2 B B3 3 C C3 3 B B1 1 C C1 1 2、給定行程速度變化系數(shù)行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過(guò)程 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過(guò)程 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過(guò)程 B1B1 AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2 AC1=BC-AB AC2=BC+AB 確定比例尺 C1C1 D D C2C2 B2B2 O O 9090 - - 9090 - - 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過(guò)程 A A 步驟：步驟： 已知：C1 、C2位置（行程H），K,e A C1 B1 B2 B C o e C2 900- 900- 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過(guò)程 確定比例尺ml 畫(huà)出C1、C2及