機械原理 平面連桿機構及設計.ppt

第二章 平面連桿機構 及其設計 主要內(nèi)容 2.1 2.1 平面四桿機構基本形式、演變及其應平面四桿機構基本形式、演變及其應 用用 2.2 2.2 平面四桿機構設計中的共性問題平面四桿機構設計中的共性問題 2.3 2.3 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 若干個構件全用低副低副聯(lián)接而成的機構，也 稱之為低副機構低副機構。 一、 連桿機構連桿機構 二、連桿機構的分類二、連桿機構的分類 1、根據(jù)構件之間的相對運動分為 ： 平面連桿機構平面連桿機構 空間連桿機構空間連桿機構 2 2、根據(jù)機構中構件數(shù)目分、根據(jù)機構中構件數(shù)目分 四桿機構四桿機構、五桿機構五桿機構、六桿機構六桿機構、 四桿機構 六桿機構 三、平面連桿機構的特點 n適用于傳遞較大的動力，常用于動力機械 n依靠運動副元素的幾何形面保持構件間的相互接觸，且 易于制造，易于保證所要求的制造精度 n能夠?qū)崿F(xiàn)多種運動軌跡曲線和運動規(guī)律，工程上常用來 作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機構 不足之處： n不宜于傳遞高速運動 n可能產(chǎn)生較大的運動累積誤差 機械手機械手 四、平面連桿機構的應用 舉升 汽車中那些部位用到連桿機構 飛機起落架 火車頭火車頭 內(nèi)燃機內(nèi)燃機 起重裝置 礦山礦山顎式碎礦機顎式碎礦機 將大石頭壓成小石頭將大石頭壓成小石頭 機器馬機器馬 機架 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 軸線回轉(zhuǎn)360者稱為曲曲 柄柄；僅能繞其軸線往復 擺動者稱為搖桿搖桿。 一、平面四桿機構的基本形式 1）曲柄搖桿機構：一個連架桿為曲柄，另一個為搖桿。 2）雙曲柄機構：兩連架桿均為曲柄。 3）雙搖桿機構：兩連架桿均為搖桿。 2-1 平面四桿機構的基本形式、演變及其應用 4 1 1 2 2 3 3 1、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副 二、平面四桿機構的演變 4 1 1 2 2 3 3 4 1 1 2 2 3 3 曲柄滑塊機構 鉸鏈四桿機構 2) 對心對心曲柄滑塊機構 1) 偏置偏置曲柄滑塊機構 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 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 2 2 s s 2 2 A A B B 1 1 正弦機構 曲柄移動導桿機構 1 1 B B C C 3 3 A A 3 3 2、取不同構件為機架（機構倒置） 1）鉸鏈四桿機構的倒置 直動滑桿直動滑桿機構 （定塊定塊機構） 曲柄搖塊搖塊機構 2）單滑塊機構的倒置 曲柄滑塊機構曲柄轉(zhuǎn)動導桿轉(zhuǎn)動導桿機構 自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖 搖塊機構廣泛應用于擺動式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動裝置內(nèi) 。如圖所示自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖。在該機構中， 因為液壓油缸3繞鉸鏈C擺動，故稱為搖塊。 抽水唧筒機構抽水唧筒機構 直動滑桿機構 曲柄擺動導桿機構及應用 3）其他機構的倒置 ? ? 3、擴大轉(zhuǎn)動副 將轉(zhuǎn)動副B加大，直至把 轉(zhuǎn)動副A包括進去，成為 幾何中心是B，轉(zhuǎn)動中心 為A的偏心圓盤。 2-2 平面四桿機構設計中的共性問題 一、平面四桿機構有曲柄有曲柄的條件 二、平面四桿機構輸出件的急回特性急回特性 三、平面機構的壓力角壓力角和傳動角傳動角、死點死點 四、運動的連續(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、平面四桿機構有曲柄有曲柄的條件 為什么關注有 曲柄條件？ 欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過 與機架共線的兩個位置， 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 與機架共線的兩個位置，即必須滿足 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（平面鉸鏈四桿機構有曲柄的條件）： 1）連架桿連架桿與機架機架中必有一桿為四桿機構中的最短桿 最短桿； 2）最短桿最短桿與最長桿最長桿之和應 其余兩桿其余兩桿的桿長之和 。（桿長和條件桿長和條件） (2) 若da 則可得 1、若滿足桿長和條件滿足桿長和條件： u 以最短桿的相鄰構件為機架，則最短桿為曲柄，另一連 架桿為搖桿，即該機構為曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構； u 以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，該機構為雙曲柄雙曲柄 機構機構； u 以最短桿的對邊構件為機架，則無曲柄存在，即該機構 為雙搖桿機構雙搖桿機構。 2、若不滿足桿長和條件不滿足桿長和條件，該機構是雙搖桿機構雙搖桿機構。 注意：鉸鏈四桿機構必須滿足四構件組成的封閉多邊形條件封閉多邊形條件 ：最長桿的桿長 t t 2 2 問問: : 是否 存在無無急 回特性的 四桿機構 ? = 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) 連桿機構輸出件具有急回特性的條件：連桿機構輸出件具有急回特性的條件： 1 1）原動件原動件等角速整周轉(zhuǎn)動等角速整周轉(zhuǎn)動 2 2）輸出件輸出件具有正、反行程的具有正、反行程的往復運動往復運動 3 3）極位夾角極位夾角 0 0 C C2 2 C2 B B1 C1 B2 C 曲柄滑塊機構問 問: : 是否 存在無急無急 回特性回特性的 曲柄滑塊 機構? A C C1 1 B B2 2 B B1 1 B B C C A A A B1 D C B2 = 導桿機構的急回 問問: : 是否存在無急回無急回 特性特性的導桿機構? F1 = Fcos F2 = Fsin A B C D F vc F1 F2 1、機構壓力角機構壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條 件下，機構中驅(qū)使輸出件運動的力的方向線輸出件運動的力的方向線與輸出 件上受力點的速度方向速度方向間所夾的銳角銳角，稱為機構壓壓 力角力角，通常用表示。 三、平面機構的壓力角 和傳動角、死點 傳動角：壓力角的余角。 機構的傳動角和壓力角作出如下規(guī)定： min；= 3060； max。 、分別為許用傳動角和許用壓力角。 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、最小傳動角的確定 B A B C C e ab min= =arccos（ a+e)/b 為提高機械傳動效率，應使其最小傳動角處于工 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 在不計構件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻 力的條件下，當機構處于傳動角=0（=90）的 位置下，無論給機構主動件的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩有多 大，均不能使機構運動，這個位置稱為機構的死點位死點位 置置。 F1 = Fcos F2 = Fsin D A B C F v B F D A C v 3、機構的死點位置 連桿機構的運動連續(xù)性：指該機構在運動中能夠連續(xù) 實現(xiàn)給定的各個位置。 錯位不連續(xù)：在左圖中，當曲柄轉(zhuǎn)動時，搖桿不可能從CD位置轉(zhuǎn)到CD位 置，把連桿機構的這種運動不連續(xù)稱為錯位不連續(xù)。即：不可能要求從動 件在兩個不連通的可行域可行域內(nèi)（C1DC2，C1DC2）連續(xù)運動。 錯序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當AB沿逆時 針轉(zhuǎn)動可以滿足要求，但沿順時針轉(zhuǎn)動，則不能滿足連桿預期的次序要求 ，把機構的這種運動不連續(xù)問題稱為錯序不連續(xù)。 A (B)B C C1 C2 C1 C C2 1 2 D B1 B3 B2 C1C3 C2 A D 四、運動的連續(xù)性 可行域：可行域：當曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動時 ，搖桿CD可以在其擺角或 范圍內(nèi)往復擺動，稱此兩個范 圍為機構的可行域。 四桿機構的設計合理性判據(jù)? 機構類型與有曲柄 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” 連續(xù)性問題 23 23 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 一、基本問題一、基本問題 根據(jù)機構所提出的運動條件，確定機構的 運動學尺寸，畫出機構運動簡圖。 根據(jù)根據(jù)給定的運動規(guī)律給定的運動規(guī)律（位移、速度和加速（位移、速度和加速 度）設計四桿機構度）設計四桿機構 根據(jù)根據(jù)給定的運動軌跡給定的運動軌跡設計四桿機構設計四桿機構 綜合綜合功能功能 1 1）實現(xiàn)剛體的給定位置）實現(xiàn)剛體的給定位置 舉例： 自動送機構 翻轉(zhuǎn)機構 A0A0 A1A1 B1B1 B0B0B3B3 A3A3 A2A2 B2B2 E2E2 E1E1 E3E3 2 2 1 1 自動送料機構自動送料機構 翻轉(zhuǎn)機構 已知：已知：2 2個位置個位置B1-C1B1-C1 、B2-C2B2-C2，及鉸鏈，及鉸鏈 安裝平面安裝平面ADAD 2 2）實現(xiàn)預定運動規(guī)律的設計）實現(xiàn)預定運動規(guī)律的設計 汽車雨刮 實現(xiàn)輸出構件的急回特性 實現(xiàn)兩連架桿的對應角位移、角 速度和角加速度 3 3）實現(xiàn)預定運動軌跡的設計）實現(xiàn)預定運動軌跡的設計 演示軟件 4) 4) 實現(xiàn)綜合功能實現(xiàn)綜合功能 實現(xiàn)連桿位置實現(xiàn)連桿位置:上、剪 下比須連續(xù)通過確定 位置 實現(xiàn)軌跡實現(xiàn)軌跡：刀刃按一 定軌跡運動 實現(xiàn)速度要求實現(xiàn)速度要求：在剪 切區(qū)的水平速度有要 求 二、平面四桿機構的設計二、平面四桿機構的設計 設計方法 幾何法 解析法 實驗法 1、給定連桿位置連桿位置設計四桿機構 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)設計四桿機構 鉸鏈四桿機構-設計過程 曲柄滑塊機構-設計過程 導桿機構-設計過程 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 - - 鉸鏈四桿機構-設計過程 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- 曲柄滑塊機構-設計過程 確定比例尺ml 畫出C1、C2及