西工大機械原理研討課-平面六桿機構ppt課件

1、;.1平面六桿機構研討課;.2一、基本概念及設計;.3一、基本概念及設計基本概念 六桿機構實際上是由一個二桿組和一個四桿機構組合而成，由于二桿組與四桿機構的連接方式不同而形式多樣，可實現多種不同的功能需要。;.4一、基本概念及設計 六連桿機構由六個連桿和七個關節(jié)構成。例：用于驅動步行機器腿的Klann連桿機構，如圖所示。 Klann連桿是一種平面機構，旨在模擬腿部動物的步態(tài)并起到車輪更換的作用。連桿包括框架，曲柄，兩個接地搖桿和兩個通過樞軸連接連接的連接器。它由Joe Klann于1994年開發(fā)。 Klann連桿提供了更先進的步行車的許多好處，它可以跨越路緣，爬樓梯，或進入目前無法通過車輪進入

2、的區(qū)域?；靖拍?.51. 按自由度的數目進行分類,存在三個自由度的平面六桿機構。 我們都知道自由度是:機構的各構件之間應具有確定的相對運確,顯然,不能產生相對運動或作無規(guī)則運動的一堆構件難以用來傳遞運動,為了使組合起來的構件能產生相對運動并具有運動確定性,有必要探討機構自由度各機構具有確定運動的條件。F：自由度；N：活動構件(含有機架)；pl：低副；ph：高副；公式為:F=3（N-1）-(2pl+ph); 由于平面機構中一般不含有高副,所以平面六桿機構的自由度F=3（N-1）-2Pl。當自由度為3時可得出構架和低副的幾種構型(N，PL )（6，6）（8，9）（10，12）一、基本概念及設計平

3、面六桿機構的分類2. 根據閉環(huán)個數進行分類。在我們一般生產生活中,我們一般是用自由度數來區(qū)分的平面六桿機構,但是用這種方法不利于我們生活中的應用。;.6一、基本概念及設計平面六桿機構的優(yōu)越性 四桿機構結構簡單，設計制造比較方便，但在性能上存在較大局限性（機構傳動角和行程速度變化系數等），平面六桿機構相對于四桿機構有以下優(yōu)勢：1）可以獲得較小的運動占據空間，如汽車車庫門使用六桿機構2）可獲得有利的傳動角，窗戶啟閉機構，擺動洗衣機的攪拌機構3）獲得較大的機械利益，鍛壓設備中的六桿肘桿機構（用于破碎機中）4）改變從動件的運動特性，插齒機構的主傳動機構使用六桿機構，滿足急回特性要求5）可實現機構從動件

4、帶停歇的運動：利用連桿曲線上的近似圓弧或直線部分實現運動停歇（單停歇和雙停歇機構）利用兩個四桿機構在極位附近串接來實現近似的運動停歇6）擴大機構從動件的行程，調節(jié)從動件的行程7）實現特定要求下的平面引導，如六桿車輪懸掛系統(tǒng);.7一、基本概念及設計平面六桿機構的設計問題 1.實現構件給定位置（又稱剛體引導）。既要求連桿機構能夠引導某構件按規(guī)定順序能夠經過給定的若干位置。 2.實現已知運動規(guī)律(又稱函數生成),即要求原、從動件應該滿是已知的若干組的對應位置關系,包括滿足一定的急回特性要求,或在原動件運動規(guī)律一定時,從動件能夠按照給的定規(guī)律運動。 3.實現已知運動軌跡(又稱軌跡生成),即要求選桿機構

5、中在作平面運動時構件上某一點要能夠沿著給定的軌跡進行運動。;.8一、基本概念及設計球面四連桿機構，所有旋轉關節(jié)的軸線相交于一點。球面六連桿機構，所有旋轉關節(jié)的軸線相交于一點。;.9一、基本概念及設計運動鏈有瓦特鏈和斯蒂芬森鏈兩種瓦特鏈斯蒂芬森鏈;.10一、基本概念及設計瓦特型這種六連桿機構具有瓦特拓撲結構，具有兩個四桿環(huán)。瓦特型有兩種形式，即瓦特、型 。如果考慮從六個二元鏈接構造六邊形，其中七個接頭中的六個形成其頂點。添加第七個接頭以連接六邊形的兩側以形成具有兩個三元鏈接的六條鏈接。;.11一、基本概念及設計瓦特型瓦特型瓦特型;.12一、基本概念及設計這樣創(chuàng)建的兩個三元鏈接，由一個或多個二進制

6、鏈接分隔。這種六連桿機構具有Stephenson拓撲結構。Stephenson連桿的六桿和七個關節(jié)包括一個四桿環(huán)和一個五桿環(huán)一個四桿環(huán)和一個五桿環(huán)。 它有兩個三元鏈接，由二進制鏈接分隔。 兩個三元鏈路不像Watt拓撲那樣通過接頭彼此連接，通過二進制鏈接分隔。斯蒂芬森有三種形式，取決于被選為框架的鏈接，表示為斯蒂芬森、型 。前述Klann鏈接即為斯蒂芬森結構。首先將五個二進制鏈接組裝成五邊形來構造六連桿機構，五邊形使用七個關節(jié)中的五個。然后通過添加連接五邊形兩側的二進制鏈接來完成連接。斯蒂芬森型;.13一、基本概念及設計斯蒂芬森型斯蒂芬森型斯蒂芬森型;.14一、基本概念及設計 通過對瓦特鏈和斯蒂

7、芬鏈進行分析可以看出，六桿機構實際上是由一個二桿組和一個四桿機構組合而成，兩者之間的區(qū)別就在于二桿組與四桿機構的連接方式的不同。 如果二桿組連接在與四桿機構相鄰的兩個連桿上則形成 Watt 運動鏈型六桿機構，如果二桿組連接在四桿機構相隔的兩個連桿上則會形成 Stephenson 運動鏈型六桿機構。 ;.15一、基本概念及設計由 W可演繹出帶有一個輸出滑塊 P 為執(zhí)行構件的機構 W1P 和 W6(3)P 如 圖 2-1 中（a）、（b）所示，同時 S也可演繹出帶有一個輸出滑塊 P 為執(zhí)行構件的 機構 S6P 和 S4(3)P 如圖 2-2 中（a）、（b）所示。 圖 2-1 帶有一個輸出移動副的

8、 W型六桿機構圖 2-2 帶有一個輸出移動副的 S型六桿機構(1) 含有一個輸出移動副的六桿機構;.16一、基本概念及設計(2) 含有兩個移動副的平面六桿機構，其中一個為輸出移動副 如果機構中的一構件同時被三個相同的約束所作用，則其自由度等于零，并且也不可以變換為移動副，因此 W運動鏈型式中的構件 1 和 S運動鏈型式中的 構件 1 不能轉換為移動副。 對于 W運動鏈型式，其中 3(6)作為輸出移動副，6(3)作為原動件，那么只 有 4(5)能轉變?yōu)橐苿痈保c之相對應的典型機構為 W3(6)P4(5)P 和 W 3(6)P5(4)P，如圖 2-3 中（a）、（b）所示。 圖 2-3 帶有兩個輸

9、出移動副的 W型六桿機構;.17一、基本概念及設計(2) 含有兩個移動副的平面六桿機構，其中一個為輸出移動副 對于 S運動鏈型式機構，3（4）、6 其中必須有一個作為輸出移動副，同時 構件 1 不可以被替換為移動副，在 S5P6P 機構當中，兩構件 5 與 6 的運動類型 能夠表達為相對移動或相對轉動。其中兩構件相對移動結構形式的機構為 S 5P6P、S6P4（3）P 和 S3（4）P5P，如圖 2-4 中（a）、（b）和（c）所示。 圖 2-4 帶有兩個輸出移動副的 S型六桿機構;.18一、基本概念及設計(3) 含有三個移動副的六桿機構，其中一個為輸出的移動副對于 W運動鏈型式，其中 3（6

10、）必須有一個作為原動件，則構件 5、6 的聯(lián) 接可表示成相對轉動或相對移動，其中以 3 作為原動件，那么 6 作為輸出移動副， 機構運動簡圖如圖 2-5 中（a）、（b）所示。 圖 2-5 W6P5P4P 型六桿機構 ;.19一、基本概念及設計(3) 含有三個移動副的六桿機構，其中一個為輸出的移動副對于 S運動鏈型式，3（4）、6 其中必須有一個構件作為原動件，假定構件 4 為原動件，6 為六桿機構輸出滑塊，那么 4132 可以組成偏置滑塊機構型式，與之 相對應的機構運動簡圖如圖 2-6 中（a）、（b）所示。 圖 2-14 S6P5P3（4）P 六桿機構;.20一、基本概念及設計(3) 含有

11、三個移動副的六桿機構，其中一個為輸出的移動副圖 2-7 S3P4P5P 六桿機構當構件 6 為原動件，3 為輸出移動副滑塊時與之相對應的機構簡圖如圖 2-7 中（a）、（b）所示。;.21二、平面六桿機構的應用;.22牛頭刨床牛頭刨床屬于切削加工設備,利用循環(huán)運動的刀具切割在機床上固定的工作部件,滑枕帶著刨刀,作直線循環(huán)往復運動的刨床,因為其滑枕前端的刀架外形與牛頭相類似,因此而得名,稱為牛頭刨床,在之前采用的是半自動化的切削,這種方法切削慢,工作效率低,并且工作后的工件成品質量較差,采用六桿機構的牛頭刨床后,其效率有很大提高,不需要工人費力,只需國定好工作部件就可以了,而且成品質量有很大的提

12、高。二、平面六桿機構的應用;.23顎式破碎機顎式破碎機:顎式破碎機主要是進行將大塊的礦山礦石或者大塊的物料進行破碎,使其便于運輸和使用,顎式碎機機構中采用的就是利用平面六桿機構來進行運動。二、平面六桿機構的應用;.24顎式破碎機二、平面六桿機構的應用四桿鉸鏈式顎式破碎機六桿鉸鏈式顎式破碎機;.25二、二、平面六桿機構的應用在我們生活中,汽車已經變得非常普遍,在現在汽車中,汽車的轉向機構目前還是采用的平面四桿機構,雖然現在平面四桿機構較為簡單且應用已經很廣,但是四桿機構的性能有較大的局限性.而采用平面六桿機構的話,雖說六桿機構的涉及較為復雜,但是六桿機構的構件數多,性能有很大的提高,所以采用平面

13、六桿機構代替平面四桿機構為汽車的轉向機構可以更好的實現轉向功能。汽車轉向機構;.26在工廠里的生產中,我們會經需用到插床,插床是種應用豐常廣泛的普通機床,通過插刀的上下循環(huán)運動完成對鍵槽和型孔的插削工作,特別適用于加工不通孔或有障礙臺肩的內孔鍵槽，而且插床中的六桿機構是以雙曲的機構為基礎上發(fā)展而來的,從而可以實現預期的運動規(guī)律并與插刀相連,實現切削運動。插床機構二、平面六桿機構的應用;.27三、研討總結;.28三、研討總結平面六桿機構不僅在眾多工業(yè)生產中得到普遍應用，而且在其他領域方面如人造衛(wèi)是,航空航天中太陽能的展開機構.還有人體假肢機構中采用的就是平面六桿機構。金屬加工機床、起重運輸機械,

14、采礦機械、農業(yè)機械、交通運輸機械和儀表等都應用到了平面六桿機構?，F總結其優(yōu)缺點如下：;.291.優(yōu)點（除所有連桿機構都具備的優(yōu)勢外）：（1） 可以獲得較小的運動所占空間，如汽車車庫門啟閉機構當采 用四桿機構時，庫門運動要占據較大的空間位置，且機構的傳動性能不理想。若采用六桿機構，上述情況就會獲得很大改善；（2）可取得有利的傳動角：當從動件的擺角過大，或者機構的外廓尺寸，或鉸鏈布置的位置遭受到限制時，若還采取用四桿機構往往不能獲得有利的傳動角。如窗戶啟閉機構，若用曲柄滑塊機構，雖能滿足窗戶啟閉的其他要求，但在窗戶全開位置，機構的傳動角為0度，窗戶的啟閉均不方便。若改用六桿機構，則問題可獲得較好解決。三、研討總結;.30三、研討總結2.缺點：（1）由于在六桿機構中，機構的運動要經過中間構件進行傳遞，因此傳動路線較長，在傳遞過程中會有很大的過程中能量的損失，易產生較大的誤差累積，從而會使機械效率降低；（2）在六桿機構運動中，連桿和滑塊在運動中由于會產生的慣性力且難用一般平衡的方法加以消除，所以連桿機構不適合用于高速運動；