《平面連桿機(jī)構(gòu)》PPT課件.ppt

1、第3章 平面連桿機(jī)構(gòu),31 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性,32 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,33 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,34 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),應(yīng)用實(shí)例,內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、手動(dòng)沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機(jī)械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關(guān)門、折疊傘、折疊床、 牙膏筒拔管機(jī)、單車制動(dòng)操作機(jī)構(gòu)等,特征：有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，稱為連桿,特點(diǎn)： 采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡(jiǎn)單、易加工、容易獲得較高的制造精度,改變桿的相對(duì)長度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)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(dòng)、移動(dòng)）連接組成的平面機(jī)構(gòu),31 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和特性,缺點(diǎn)： 構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副

2、多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低,產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力），不適合高速,設(shè)計(jì)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡,分類,平面連桿機(jī)構(gòu),空間連桿機(jī)構(gòu),常以構(gòu)件數(shù)命名： 四桿機(jī)構(gòu)、多桿機(jī)構(gòu),本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu),平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式,基本型式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，其它四桿機(jī)構(gòu)都是由它演變得到的,名詞解釋： 曲柄作整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件,三種基本型式,1）曲柄搖桿機(jī)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(dòng)。 如雷達(dá)天線,連桿作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件,連架桿與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件,搖桿作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件,周轉(zhuǎn)副能作360 相對(duì)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)副,擺轉(zhuǎn)副只能作有限角度擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副,曲柄,連桿,搖桿,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘

3、存云,2）雙曲柄機(jī)構(gòu),特征：兩個(gè)曲柄,作用：將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn),雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu) 曲柄主動(dòng),縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu),應(yīng)用實(shí)例：如葉片泵、慣性篩等,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,旋轉(zhuǎn)式葉片泵,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,實(shí)例：火車輪,特例：平行四邊形機(jī)構(gòu),特征：兩連架桿等長且平行， 連桿作平動(dòng),攝影平臺(tái),天平,播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,反平行四邊形機(jī)構(gòu),車門開閉機(jī)構(gòu),平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定,采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,3）雙搖桿機(jī)構(gòu),特征：兩個(gè)搖桿,應(yīng)用舉例：鑄造翻箱機(jī)

4、構(gòu),特例：等腰梯形機(jī)構(gòu)汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu),風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,1.急回運(yùn)動(dòng),在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí)，搖桿位于兩個(gè)極限位置，簡(jiǎn)稱極位,當(dāng)曲柄以逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180+時(shí)，搖桿從C1D位置 擺到C2D,所花時(shí)間為t1 , 平均速度為V1,那么有,曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 3D,此兩處曲柄之間的夾角 稱為極位夾角,180,設(shè)計(jì)：潘存云,當(dāng)曲柄以繼續(xù)轉(zhuǎn)過180-時(shí)，搖桿從C2D,置擺到C1D，所花時(shí)間為t2 ,平均速度為V2 ,那么有,180,因曲柄轉(zhuǎn)角不同，故搖桿來回?cái)[動(dòng)的時(shí)間不一樣，平均速度也不等,顯然：t1 t2 V2 V1,搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng)。用以下比值表示急回程度,稱K為行程速比系

5、數(shù),且越大，K值越大，急回性質(zhì)越明顯,只要 0 ， 就有 K1,所以可通過分析機(jī)構(gòu)中是否存在以及的大小來判斷機(jī)構(gòu)是否有急回運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的程度,設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí)，往往先給定K值，于是,設(shè)計(jì)：潘存云,當(dāng)BCD90時(shí)， BCD,2.壓力角和傳動(dòng)角,壓力角： 從動(dòng)件驅(qū)動(dòng)力F與力作用點(diǎn)絕對(duì)速度之間所夾銳角,設(shè)計(jì)時(shí)要求: min50,min出現(xiàn)的位置,當(dāng)BCD90時(shí),180- BCD,切向分力: F= Fcos,法向分力: F”= Fcos,F,對(duì)傳動(dòng)有利,Fsin,稱為傳動(dòng)角,此位置一定是：主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一,可用的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞,當(dāng)BCD最小或最大時(shí)，都有可能出現(xiàn)min,為了保證機(jī)構(gòu)良

6、好的傳力性能,設(shè)計(jì)：潘存云,由余弦定律有： B1C1Darccosl42 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3,B2C2Darccosl42 + l32-(l4 - l1)2/2l2 l3,若B1C1D90,則,若B2C2D90, 則,1B1C1D,2180-B2C2D,機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角一般在運(yùn)動(dòng)鏈最終一個(gè)從動(dòng)件上度量,minB1C1D, 180-B2C2Dmin,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,3.機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,搖桿為主動(dòng)件，且連桿與曲柄兩次共線時(shí)，有,此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng),避免措施： 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列，如火車輪機(jī)構(gòu),稱此位置為,死點(diǎn),0,靠飛輪的慣性（如內(nèi)燃機(jī)、縫紉機(jī)等,0,0,設(shè)計(jì)：潘存

7、云,設(shè)計(jì)：潘存云,鉆孔夾具,飛機(jī)起落架,也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作：飛機(jī)起落架、鉆夾具等,設(shè)計(jì)：潘存云,平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副可能存在曲柄,桿1為曲柄，作整周回轉(zhuǎn)，必有兩次與機(jī)架共線,l2(l4 l1)+ l3,則由BCD可得：三角形任意兩邊之和大于第三邊,則由B”C”D可得,l1+ l4 l2 + l3,l3(l4 l1)+ l2,AB為最短桿,最長桿與最短桿的長度之和其他兩桿長度之和,32 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副的條件,l1+ l2 l3 + l4,l4- l1,將以上三式兩兩相加得： l1 l2, l1 l3, l1 l4,l1+ l3 l2 + l4,設(shè)計(jì)：潘存云,2.連架桿或機(jī)架之一為最短

8、桿,可知：當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是整轉(zhuǎn)副,曲柄存在的條件,1. 最長桿與最短桿的長度之和應(yīng)其他兩桿長度之和,此時(shí)，鉸鏈A為整轉(zhuǎn)副,若取BC為機(jī)架，則結(jié)論相同，可知鉸鏈B也是整轉(zhuǎn)副,稱為桿長條件,作者：潘存云教授,當(dāng)滿足桿長條件時(shí)，說明存在整轉(zhuǎn)副，當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí)，可得不同的機(jī)構(gòu)。如： 曲柄搖桿1 、曲柄搖桿2 、雙曲柄、 雙搖桿機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,1) 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸,33 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),l

9、sin,設(shè)計(jì)：潘存云,2)改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸,3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架,偏心輪機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,牛頭刨床,應(yīng)用實(shí)例,小型刨床,設(shè)計(jì)：潘存云,3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架,設(shè)計(jì)：潘存云,3)選不同的構(gòu)件為機(jī)架,手搖唧筒,這種通過選擇不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的方法稱為,機(jī)構(gòu)的倒置,例：選擇雙滑塊機(jī)構(gòu)中的不同構(gòu)件 作為機(jī)架可得不同的機(jī)構(gòu),橢圓儀機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),34 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題,機(jī)構(gòu)選型根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī) 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,同時(shí)要滿足其他輔助條件,a)結(jié)構(gòu)條件（如要求有曲柄、桿長比恰當(dāng)、 運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)合理等,b)動(dòng)力條件

10、（如min,c)運(yùn)動(dòng)連續(xù)性條件等,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,飛機(jī)起落架,三類設(shè)計(jì)要求,1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu),函數(shù)機(jī)構(gòu),要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足函數(shù) y=logx,設(shè)計(jì)：潘存云,三類設(shè)計(jì)要求,1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu)。前者要求兩連架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，后者要求急回運(yùn)動(dòng),2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu),要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差180,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,鶴式起重機(jī),攪拌機(jī)構(gòu),要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線,要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條水平直線,三類設(shè)計(jì)要求,1)滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，兩連

11、架桿轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)，如: 飛機(jī)起落架、函數(shù)機(jī)構(gòu),2)滿足預(yù)定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機(jī)構(gòu),3)滿足預(yù)定的軌跡要求，如: 鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)等,給定的設(shè)計(jì)條件,1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置,2)運(yùn)動(dòng)條件（給定K,3)動(dòng)力條件（給定min,設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法,設(shè)計(jì)：潘存云,一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),計(jì)算180(K-1)/(K+1,已知：CD桿長，擺角及K， 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下,任取一點(diǎn)D，作等腰三角形 腰長為CD，夾角為,作C2PC1C2，作C1P使,作P C1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則,以A為圓心

12、，A C2為半徑作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,A C2=l2- l1,l1 =( A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P,A C1= l1+l2,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),分析： 由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此 機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 a,計(jì)算180(K-1)/(K+1,任選D作mDn,取A點(diǎn)，使得AD=d, 則: a=dsin(/2,作角分線,已知：機(jī)架長度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)：潘存云,3) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu),計(jì)算: 180(K-1)/(K+1,作C1 C2 H,作射線C1O 使C2C

13、1O=90,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓,以A為圓心，A C1為半徑作弧交于E,得,作射線C2O使C1C2 O=90,作偏距線e，交圓弧于A，即為所求,l1 =EC2/ 2,l2 = A C2EC2/ 2,設(shè)計(jì)：潘存云,二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),a)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(jì)要求,b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置,有無窮多組解,設(shè)計(jì)：潘存云,三、給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),給定連架桿對(duì)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(biāo)系,設(shè)構(gòu)件長度為：l1 、l2、l3、l4,在x,y軸上投影可得,機(jī)構(gòu)尺

14、寸比例放大時(shí)，不影響各構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)角,l1 coc + l2 cos = l3 cos + l4,l1 sin + l2 sin = l3 sin,if (i ) i =1, 2, 3n 設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)(求各構(gòu)件長度,令： l1 =1,代入移項(xiàng)得： l2 cos = l4 l3 cos cos,則化簡(jiǎn)為：cocP0 cos P1 cos( ) P2,代入兩連架桿的三組對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù)，得方程組,l2 sin = l3 sin sin,coc1P0 cos1 P1 cos(1 1 ) P2,coc2P0 cos2 P1 cos(2 2 ) P2,coc3P0 cos3 P1 cos(3 3 ) P2,

15、可求系數(shù):P0 、P1、P2,以及: l2 、 l3、 l4,將相對(duì)桿長乘以任意比例系數(shù)，所得機(jī)構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求。若給定兩組對(duì)應(yīng)位置，則有無窮多組解,舉例：設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對(duì)應(yīng)位置,代入方程得,cos90 =P0cos80 +P1cos(80-90) +P2,cos135=P0cos110+P1cos(110-135)+P2,解得相對(duì)長度: P0 =1.533, P1=-1.0628, P2=0.7805,各桿相對(duì)長度為,選定構(gòu)件l1的長度之后，可求得其余桿的絕對(duì)長度,cos45 =P0cos50 +P1cos(50-45) +P2,l1=1,l4 =- l3 / P1 =1.442,l2 =(l42+ l32+1-2l3P2 )1/2 =1.783,l3 = P0 = 1.553,設(shè)計(jì)：潘存云,實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),當(dāng)給定連架桿位置超過三對(duì)時(shí)，一般不可能有精確解。只能用優(yōu)化或試湊的方法獲得近似解,1)首先在一張紙上取固定軸A的位置，作原動(dòng)件角位移i,2)任意取原動(dòng)件長度AB,3)任意取連桿長度BC，作一系列圓弧,4)在一張透明紙上取固定軸D，作角位移i,5) 取一系列從動(dòng)件長度作同心圓弧,6) 兩圖疊加，移動(dòng)透明 紙，使ki落在同一圓 弧上,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,四、按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿