機械設(shè)計基礎(chǔ)第2版.ppt

書名 機械設(shè)計基礎(chǔ)第2版ISBN 978 7 111 08526 3作者 胡家秀出版社 機械工業(yè)出版社本書配有電子課件 高等職業(yè)教育機械類專業(yè)核心技術(shù)課程 機械設(shè)計基礎(chǔ)第三章平面連桿機構(gòu) 浙江機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳峰鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐剛濤 教學(xué)課件編創(chuàng)制作 第三章平面連桿機構(gòu) 第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化 第三節(jié)平面四桿機構(gòu)存在曲柄的條件和幾個基本概念 第四節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 第一節(jié)概述 第一節(jié)概述 機構(gòu)實例 內(nèi)燃機 鶴式吊 火車輪 手動沖床 牛頭刨床 橢圓儀 機械手爪等 特征 有一作平面運動的構(gòu)件 稱為連桿 特點 采用低副 面接觸 承載大 便于潤滑 不易磨損形狀簡單 易加工 容易獲得較高的制造精度 改變桿的相對長度 從動件運動規(guī)律不同 連桿曲線豐富 可滿足不同要求 定義 由低副 轉(zhuǎn)動 移動 連接組成的平面機構(gòu) 缺點 構(gòu)件和運動副多 累積誤差大 運動精度低 效率低 產(chǎn)生動載荷 慣性力 不適合高速 設(shè)計復(fù)雜 難以實現(xiàn)精確的軌跡 分類 平面連桿機構(gòu) 空間連桿機構(gòu) 常以構(gòu)件數(shù)命名 如四桿機構(gòu) 多桿機構(gòu) 本章重點內(nèi)容是介紹四桿機構(gòu) 一 平面四桿機構(gòu)的基本型式 基本型式 鉸鏈四桿機構(gòu) 構(gòu)件間聯(lián)接都是轉(zhuǎn)動副 名詞解釋 曲柄 整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件 三種基本型式 1 曲柄搖桿機構(gòu) 特征 曲柄 搖桿 作用 將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動 如雷達天線 縫紉機踏板機構(gòu)等 連桿 作平面運動的構(gòu)件 連架桿 與機架相聯(lián)的構(gòu)件 搖桿 作定軸擺動的構(gòu)件 曲柄 連桿 搖桿 第二節(jié)平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化 設(shè)計 潘存云 2 雙曲柄機構(gòu) 特征 兩個曲柄 1 3 作用 將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn) 雷達天線俯仰機構(gòu) 應(yīng)用實例 如葉片泵 慣性篩等 曲柄主動 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 旋轉(zhuǎn)式葉片泵 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 實例 火車輪 特例 平行四邊形機構(gòu) 特征 兩連架桿等長且平行 連桿作平動 攝影平臺 天平 播種機料斗機構(gòu) 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 反平行四邊形機構(gòu) 車門開閉機構(gòu) 平行四邊形機構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運動不確定 采用兩組機構(gòu)錯開排列 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 3 雙搖桿機構(gòu) 特征 兩個搖桿 應(yīng)用舉例 鑄造翻箱機構(gòu) 特例 等腰梯形機構(gòu) 汽車轉(zhuǎn)向機構(gòu) 風(fēng)扇搖頭機構(gòu) 飛機起落架 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 1 改變構(gòu)件的形狀和運動尺寸 二 四桿機構(gòu)的演化形式 偏心曲柄滑塊機構(gòu) 對心曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄搖桿機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu) 雙滑塊機構(gòu) 正弦機構(gòu) lsin 設(shè)計 潘存云 2 改變運動副的尺寸 3 選不同的構(gòu)件為機架 偏心輪機構(gòu) 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 牛頭刨床 應(yīng)用實例 小型插床 3 選不同的構(gòu)件為機架 3 選不同的構(gòu)件為機架 設(shè)計 潘存云 手搖唧筒 平面四桿機構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副 可能存在曲柄 第三節(jié)平面四桿機構(gòu)存在曲柄的條件和幾個基本概念 鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個曲柄 曲柄存在的條件 最長桿與最短桿的長度之和應(yīng) 其他兩桿長度之和 連架桿桿與機架中必有一桿為最短桿 1 構(gòu)件和條件 2 最短桿條件 一 鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的條件 作者 潘存云教授 當(dāng)滿足構(gòu)件和條件時 說明存在整轉(zhuǎn)副 當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機架時 可得不同的機構(gòu) 如曲柄搖桿1 曲柄搖桿2 雙曲柄 雙搖桿機構(gòu) 1 平面四桿機構(gòu)的極位 在曲柄搖桿機構(gòu)中 當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時 搖桿位于兩個極限位置 簡稱極位 此兩處曲柄之間的夾角 稱為極位夾角 二 平面四桿機構(gòu)的運動特性 兩個極位間的夾角 稱為最大擺角 2 急回特性 當(dāng)曲柄以 逆時針轉(zhuǎn)過180 時 搖桿從C1D位置擺到C2D 所花時間為t1 平均速度為V1 那么有 當(dāng)曲柄以 繼續(xù)轉(zhuǎn)過180 時 搖桿從C2D 置擺到C1D 所花時間為t2 平均速度為V2 那么有 顯然 t1 t2V2 V1 搖桿的這種特性稱為急回運動 設(shè)計 潘存云 180 K稱為行程速比系數(shù) 且 越大 K值越大 急回性質(zhì)越明顯 只要 0 就有K 1 設(shè)計新機械時 往往先給定K值 于是 1 壓力角和傳動角 從動件上受力點的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角 稱為機構(gòu)的壓力角 用 表示 切向分力 F Fcos 法向分力 F Fsin F 對傳動有利 Fsin 稱 為傳動角 可用 的大小來表示機構(gòu)傳動力性能的好壞 三 平面四桿機構(gòu)的傳力特性 Fcos 當(dāng) 90 時 設(shè)計時要求 min 50 min出現(xiàn)的位置 當(dāng) 90 時 180 此位置一定是 主動件與機架共線兩處之一 當(dāng) 最小或最大時 都有可能出現(xiàn) min 設(shè)計 潘存云 2 止點位置 搖桿為主動件 且連桿與曲柄兩次共線時 有 此時機構(gòu)不能運動 避免措施 兩組機構(gòu)錯開排列 如火車輪機構(gòu) 稱此位置為 止點 0 靠飛輪的慣性 如內(nèi)燃機 縫紉機等 0 0 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 鉆孔夾具 飛機起落架 也可以利用死點進行工作 飛機起落架 鉆夾具等 第四節(jié)平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 機構(gòu)選型 根據(jù)給定的運動要求選擇機構(gòu)的類型 尺度綜合 確定各構(gòu)件的尺度參數(shù) 長度尺寸 設(shè)計方法 圖解法 解析法 實驗法 設(shè)計 潘存云 三類設(shè)計要求 1 滿足預(yù)定的運動規(guī)律 兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng) 如 2 滿足預(yù)定的連桿位置要求 如鑄造翻箱機構(gòu) 要求連桿在兩個位置垂直地面且相差180 飛機起落架 函數(shù)機構(gòu) 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 鶴式起重機 攪拌機構(gòu) 要求連桿上E點的軌跡為一條卵形曲線 要求連桿上E點的軌跡為一條水平直線 三類設(shè)計要求 1 滿足預(yù)定的運動規(guī)律 兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng) 如 飛機起落架 函數(shù)機構(gòu) 2 滿足預(yù)定的連桿位置要求 如鑄造翻箱機構(gòu) 3 滿足預(yù)定的軌跡要求 如 鶴式起重機 攪拌機等 1 按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu) 1 曲柄搖桿機構(gòu) 計算 180 K 1 K 1 已知 CD桿長 擺角 及K 設(shè)計此機構(gòu) 步驟如下 任取一點D 作等腰三角形腰長為CD 夾角為 作C2P C1C2 作C1P使 作 PC1C2的外接圓 則A點必在此圓上 選定A 設(shè)曲柄為l1 連桿為l2 則 以A為圓心 AC2為半徑作弧交于E 得 l1 EC1 2l2 AC1 EC1 2 AC2 l2 l1 l1 AC1 AC2 2 C2C1P 90 交于P AC1 l1 l2 設(shè)計 潘存云 一 圖解法 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 2 導(dǎo)桿機構(gòu) 分析 由于 與導(dǎo)桿擺角 相等 設(shè)計此機構(gòu)時 僅需要確定曲柄a 計算 180 K 1 K 1 任選D作 mDn 取A點 使得AD d 則 a dsin 2 作角分線 已知 機架長度d K 設(shè)計此機構(gòu) 3 曲柄滑塊機構(gòu) 已知K 滑塊行程H 偏距e 設(shè)計此機構(gòu) 設(shè)計 潘存云 2 按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu) 1 給定連桿兩組位置 有唯一解 將鉸鏈A D分別選在B1B2 C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計要求 2 給定連桿上鉸鏈BC的三組位置 有無窮多組解 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 按預(yù)定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu) 攪拌機構(gòu) 二 實驗法 設(shè)計 潘存云 連桿作平面運動 其上各點的軌跡均不相同 B C點的軌跡為圓弧 其余各點的軌跡為一條封閉曲線 設(shè)計目標 就是要確定一組桿長參數(shù) 使連桿上某點的軌跡滿足設(shè)計要求 連桿曲線 設(shè)計 潘存云 設(shè)計 潘存云 三 解析法 給定連架桿對應(yīng)位置 構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系 建立坐標系 設(shè)構(gòu)件長度為 l1 l2 l3 l4 在x y軸上投影可得 機構(gòu)尺寸比例放大時 不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角 l1coc l2cos l3cos l4 l1sin l2sin l3sin i f i i 1 2 3 n設(shè)計此四桿機構(gòu) 求各構(gòu)件長度 令 l1 1 代入移項得 l2cos l4 l3cos cos 則化簡為 coc P0cos P1cos P2 代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù) 得方程組 l2sin l3sin sin coc 1 P0cos 1 P1cos 1 1 P2 coc 2 P0cos 2 P1cos 2 2 P2 coc 3 P0cos 3 P1cos 3 3 P2 可求系數(shù) P0 P1 P2 以及 l2 l3 l4 將相對桿長乘以任意比例系數(shù) 所得機構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求 若給定兩組對應(yīng)位置 則有無窮多組解 舉例 設(shè)計一四桿機構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置 代入方程得 cos90 P0cos80 P1cos 80 90 P2 cos135 P0cos110 P1c