平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計.ppt

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第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,第一節(jié)平面連桿機構(gòu)的特點與基本型式第二節(jié)平面連桿機構(gòu)的基本性質(zhì)第三節(jié)平面連桿機構(gòu)的設(shè)計,機械原理,2,一、平面連桿機構(gòu)的特點二、平面連桿機構(gòu)的基本型式三、四桿機構(gòu)的演化與變異四、平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用,第一節(jié)平面連桿機構(gòu)的特點與基本型式,3,一、平面連桿機構(gòu)的特點,結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、成本低廉,承載能力大,可實現(xiàn)多樣化的運動規(guī)律,可實現(xiàn)遠距離的運動和動力的傳遞,能實現(xiàn)特殊的運動軌跡,4,二、平面連桿機構(gòu)的基本型式,（一）全轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)（鉸鏈四桿機構(gòu)）（二）含有一個移動副的四桿機構(gòu)（三）含有兩個移動副的四桿機構(gòu),5,（一）全轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)（鉸鏈四桿機構(gòu)）,曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu),6,曲柄搖桿機構(gòu),曲柄連架桿中能作整周轉(zhuǎn)動的構(gòu)件搖桿連架桿中只能作往復(fù)擺動的構(gòu)件曲柄搖桿機構(gòu)兩個連架桿中一為曲柄，一為搖桿連桿的機構(gòu),7,雙曲柄機構(gòu),兩個連架桿均為曲柄的連桿機構(gòu),兩個連架桿平行且相等,機架與連桿平行并相等,稱為平行四邊形機構(gòu)。,8,雙搖桿機構(gòu),兩個連架桿均為搖桿的連桿機構(gòu),9,（二）含有一個移動副的四桿機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu),10,曲柄滑塊機構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿為相對機架作往復(fù)移動的滑塊,11,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu),定義：一連架桿為曲柄，而另一連架桿也作整周轉(zhuǎn)動且與塊狀連桿組成移動副,12,擺動導(dǎo)桿機構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿作定軸往復(fù)擺動且與塊狀連桿組成移動副。,13,曲柄搖塊機構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿為塊狀，且只能作定軸往復(fù)擺動。,14,移動導(dǎo)桿機構(gòu),導(dǎo)桿在固定滑塊中做往復(fù)直線移動，曲柄做往復(fù)擺動,15,（三）含有兩個移動副的四桿機構(gòu),雙滑塊機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)正弦機構(gòu)正切機構(gòu),16,雙滑塊機構(gòu),兩個連架桿作成塊狀，且相對十字形機架作相對移動,17,雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu),兩塊狀連架桿均作定軸轉(zhuǎn)動,連桿為十字形構(gòu)件,18,正弦機構(gòu),位移量s=Lsin，與曲柄轉(zhuǎn)角成正弦函數(shù)關(guān)系,一個連架桿作定軸轉(zhuǎn)動，另一個連架桿作往復(fù)移動，且位移是曲柄轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)。,19,正切機構(gòu),構(gòu)件3的位移S=atan。,一個連架桿作往復(fù)擺動，另一個連架桿作往復(fù)移動、且位移是擺角的正切函數(shù)。,20,三、四桿機構(gòu)的演化與變異,（一）低副相對運動的可逆性,低副所連接的兩個構(gòu)件之間的相對運動關(guān)系不因其中哪個構(gòu)件作為參考坐標而變化。,構(gòu)件1相對構(gòu)件2的運動與構(gòu)件2相對構(gòu)件1的運動相同。,21,構(gòu)件1相對構(gòu)件2的運動軌跡為擺線,結(jié)論高副不具有相對運動可逆性,高副沒有運動的可逆性,構(gòu)件2相對構(gòu)件1的運動軌跡為漸開線,22,（二）四桿機構(gòu)的演化與變異,1.全轉(zhuǎn)動副的鉸鏈四桿機構(gòu)演化2全轉(zhuǎn)動副機構(gòu)向含有移動副機構(gòu)的演化3含有一個移動副的四桿機構(gòu)的演化4含有兩個移動副的四桿機構(gòu)的演化5運動副的形狀變異6構(gòu)件形狀變異7構(gòu)件尺寸的變異,23,1鉸鏈四桿機構(gòu)的演化,AD為機架曲柄搖桿機構(gòu),BC為機架曲柄搖桿機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)ABCD中，A、B為整轉(zhuǎn)副，D、C為擺轉(zhuǎn)副,A、B整轉(zhuǎn)副為雙曲柄機構(gòu),D、C為擺轉(zhuǎn)副為雙搖桿機構(gòu),24,2轉(zhuǎn)動副向移動副的演化,e=0,曲柄搖桿機構(gòu),曲柄曲線滑塊機構(gòu),偏置曲柄滑塊機構(gòu),對心曲柄滑塊機構(gòu),25,3含有一個移動副的四桿機構(gòu)的演化,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu),曲柄搖塊機構(gòu),移動導(dǎo)桿機構(gòu),曲柄滑塊機構(gòu),A、B為整轉(zhuǎn)副,26,4含有兩個移動副的四桿機構(gòu)的演化,正弦機構(gòu),雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu),雙滑塊機構(gòu),27,5運動副的形狀變異,曲柄滑塊機構(gòu),偏心盤機構(gòu),轉(zhuǎn)動副的銷釘擴大,28,29,轉(zhuǎn)動副的銷釘擴大實例,轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)變異,搖桿,連桿,30,移動副的擴大與變異,剪床,31,6構(gòu)件形狀變異,曲柄搖塊機構(gòu),擺動導(dǎo)桿機構(gòu),桿塊變異,32,7構(gòu)件尺寸的變異,機架AB尺寸增大到某一范圍，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)演化為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。,33,四、平面連桿機構(gòu)的應(yīng)用,應(yīng)用一,應(yīng)用二,牛頭刨床,小型牛頭刨床,第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,擺動式油泵,插齒機床讓刀機構(gòu),自動卸料汽車,手搖唧筒,第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,36,第二節(jié)平面連桿機構(gòu)的基本性質(zhì),一、曲柄存在條件二、急回特性三、機構(gòu)壓力角與傳動角四、機構(gòu)的死點位置,37,最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和;(桿長條件)連架桿與機架中必有一桿為最短桿。最短桿為連架桿或機架時。,一、曲柄存在條件,曲柄存在條件,38,構(gòu)件1為機架,取不同構(gòu)件為機架時的鉸鏈四桿機構(gòu)型式,構(gòu)件4為機架,構(gòu)件2為機架,構(gòu)件3為機架,39,二、急回特性,極位夾角當(dāng)從動搖桿處于左、右兩極限位置時，主動曲柄兩位置所夾的銳角搖桿的擺角從動搖桿兩極限位置間的夾角,急回特性當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動時，搖桿往復(fù)擺動的平均速度不同的運動特性。急回特性的相對程度，通常用v2與v1的比值K來衡量，K稱為行程速比系數(shù)。,40,行程速比系數(shù)K,41,傳動角壓力角的余角。,三、壓力角和傳動角,壓力角從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。,設(shè)計條件,如何確定min？,與構(gòu)件位置角的關(guān)系,42,最小傳動角min出現(xiàn)的位置,對于曲柄搖桿機構(gòu)，min出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩位置之一。,min=min,1=min，2=180maxmin為1、2中的較小者。,min,max,max,min,max為銳角,max為鈍角,min可能發(fā)生在主動曲柄與機架兩次共線（AB，AB）的位置之一處，即處。,ABDBCD,結(jié)論,第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,44,四、死點位置,死點位置在搖桿CD為主動件的曲柄搖桿機構(gòu)中，連桿BC與從動曲柄AB出現(xiàn)兩次共線的位置。,特征=0（=90）,死點的缺陷,死點的利用,45,死點的缺陷,順利通過死點位置的措施：利用系統(tǒng)的慣性；利用特殊機構(gòu),蒸汽機車驅(qū)動輪聯(lián)動機構(gòu)利用機構(gòu)錯位排列,縫紉機踏板機構(gòu)利用慣性,46,死點的利用,快速夾具,飛機起落架,47,第三節(jié)平面連桿機構(gòu)的設(shè)計,一、平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題二、圖解設(shè)計法三、解析設(shè)計法,48,一、平面連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題,按照給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu),（一）按照給定的連桿一系列位置設(shè)計四桿機構(gòu)（二）按照連架桿的一系列位置設(shè)計四桿機構(gòu)（三）按照行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),按照給定的運動規(guī)律設(shè)計四桿機構(gòu),49,（一）按照給定連桿一系列位置設(shè)計四桿機構(gòu),剛體導(dǎo)引機構(gòu)的設(shè)計,鑄造車間翻轉(zhuǎn)臺,50,（二）按照連架桿的一系列位置設(shè)計四桿機構(gòu),實現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的機構(gòu)設(shè)計,51,（三）按照行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),按照連架桿的兩個極限位置和機構(gòu)的急回特性設(shè)計四桿機構(gòu),52,按照給定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu),53,二、圖解設(shè)計法,（一）按照連桿的一系列位置設(shè)計四桿機構(gòu),1按照連桿的二個位置設(shè)計四桿機構(gòu),2按照連桿的三個對應(yīng)位置設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu),（二）按照連架桿的一系列對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu),（三）按行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),（四）按照連桿曲線設(shè)計四桿機構(gòu),54,B1,C1,B2,C2,b12,c12,A,D,1按照連桿的二個位置設(shè)計四桿機構(gòu),無窮多解,55,2按照連桿的三個對應(yīng)位置設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu),A,D,B1,C1,B2,C2,B3,C3,b12,c12,b23,c23,唯一解,56,（二）按照連架桿的一系列對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu),反轉(zhuǎn)法的原理,按照連架桿的三組對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu),57,反轉(zhuǎn)法的原理,按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu),按連桿預(yù)定位置設(shè)計四桿機構(gòu),58,反轉(zhuǎn)法的原理,機構(gòu)的兩個位置為：AB1C1D，AB2C2D剛化AB2C2D，繞D點旋轉(zhuǎn)，使DC2重合DC1。把連架桿對應(yīng)位置問題轉(zhuǎn)化為以連架桿DC1為機架，連桿BC為連架桿的設(shè)計問題。,59,2,2,B2,反轉(zhuǎn)法的過程,A,1,1,60,按照連架桿的三組對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu),鉸鏈四桿機構(gòu),61,按照連架桿的三組對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu),已知連架桿三組對應(yīng)角度，一連架桿和機架尺寸,注意：從不知長度的連架桿轉(zhuǎn)動中心處，任選半徑畫弧，然后連接B1E1、B2E2、B3E3，得到三個四邊形，再進行反轉(zhuǎn)。,62,作圖過程,(已知三組對應(yīng)位置,機架和一連架桿尺寸),AB1C1DE1為所設(shè)計的機構(gòu),第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,給定連架桿的對應(yīng)位置已知曲柄長度,曲柄滑塊機構(gòu),第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,HIGHEDUCATIONPRESS,給定連架桿的對應(yīng)位置已知滑塊的三個位置,曲柄滑塊機構(gòu),第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,HIGHEDUCATIONPRESS,第五章平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計,67,（三）按行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu),常用設(shè)計步驟：,1.按實際需要給定行程速比K的數(shù)值2.算出極位夾角3.根據(jù)機構(gòu)在極限位置時的幾何關(guān)系，結(jié)合有關(guān)輔助條件來確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。,68,曲柄搖桿機構(gòu),AC1=a+b,AC1-AC2=2a,AC2=b-a,a=C1E/2,69,C1,C2,A,B2,B1,P,90-,E,鉸鏈四桿機構(gòu)(已知k,和搖桿尺寸c）,注意：k=1如何設(shè)計？,AC2=a+b,AC2-AC1=2a,AC1=b-a,a=C2E/2,70,B,B,1、驗算最小傳動角min,設(shè)計后的驗算工作,2、判斷有無曲柄存在,71,作圖步驟(已知k,和搖桿尺寸c）,7、以A為圓心，（AC2-AC1）/2為半徑畫圓，AB1C1和AB2C2即為所設(shè)計機構(gòu)的二個位置。,1、計算極位夾角,2、作DC1C2,3、作C1C2P，C1C2P=90-,4、作直角C1C2P的外接圓,5、在C1C2P的外接圓上任選一點A，連接AC1和AC2,72,已知k,和搖桿尺寸c,已知機架尺寸d,90-,以D為圓心，d為半徑畫弧，交圓于A點。連AC1、AC2，可求a、b尺寸。,73,曲柄滑塊機構(gòu),74,曲柄滑塊機構(gòu)（已知k，滑塊行程和偏距e）,1、選比例尺，作C1C2=H,2、作C1C2P，C1C2P=90-,3、作直角C1C2P的外接圓,4、作C1C2平行線，交圓A點,5、連接AC1和AC2,6、EC2為2倍曲柄，B1C1為連桿尺寸,75,導(dǎo)桿機構(gòu),76,導(dǎo)桿機構(gòu)（已知k，機架尺寸d）,5、AC1D，AC2D即為所設(shè)計之機構(gòu)的兩個極限位置。,4、過A點作mD與nD的垂線,3、在mDn的平分線上取AD=d,2、作mDn=,1、,77,（四）按照連桿曲線設(shè)計四桿機構(gòu),圖譜法實驗法實驗作圖結(jié)合法,實驗法,78,（一）解析法的基本原理（二）按連桿的一系列位置設(shè)計四桿機構(gòu)（三）按照連架桿的對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)（四）按預(yù)定軌跡設(shè)計四桿機構(gòu),三、解析設(shè)計法,79,本章總結(jié),重點：1、平面四桿機構(gòu)的基本概念（曲柄存在條件、壓力角、傳動角，極位夾角與急回特性，死點）2、按連桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)3、按連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)4、按急回特性設(shè)計四桿機構(gòu),