平面連桿機構(gòu)更改PPT課件

1、參考文獻 張策主編，機械原理與機械設(shè)計（下冊），機械工業(yè)出版社，2004 濮良貴主編，機械設(shè)計，高等教育出版社，2006 其他機械設(shè)計的相關(guān)書籍第1頁/共94頁 平面鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式及其演化。 平面四桿機構(gòu)的若干基本知識。 平面四桿機構(gòu)的基本設(shè)計方法。本章重點第2頁/共94頁主要內(nèi)容 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 平面四桿機構(gòu)的分類 第三節(jié) 平面四桿機構(gòu)曲柄存在的條件 和幾個基本概念 第四節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計第3頁/共94頁第一節(jié) 概述一、平面連桿機構(gòu) 由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的一種平面機構(gòu)。 作用： 傳遞運動、放大位移、改變位移的性質(zhì)。 送料機構(gòu)(圖5-1)第4頁/共94頁攪拌機構(gòu)攪拌機

2、構(gòu)第5頁/共94頁二、平面連桿機構(gòu)的特點 優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，能實現(xiàn)多種運動規(guī)律和運動軌跡的要求；桿與桿間是低副聯(lián)接，接觸面積大、壓強小、磨損??；制造容易。 缺點 各構(gòu)件因是低副聯(lián)接，存在間隙，傳動精度低；不適用于高速傳動。三、四連桿機構(gòu)是最基本的平面連桿機構(gòu)第6頁/共94頁第二節(jié) 平面四桿機構(gòu)的分類 機架機架4連桿連桿2根據(jù)根據(jù)兩連架桿兩連架桿運動形式的不同進行分類運動形式的不同進行分類六六種基本類型種基本類型1234 1連連架架桿桿1&3第7頁/共94頁一、 曲柄搖桿機構(gòu) 一個連架桿能作整周回轉(zhuǎn)運動-曲柄。 另一連架桿僅在一定角度范圍內(nèi)擺動-搖桿。 曲柄原動件，搖桿從動件 曲

3、柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動 搖桿的往復(fù)擺動 雷達天線的俯仰機構(gòu) 搖桿原動件，曲柄從動件 搖桿的往復(fù)擺動 曲柄的整周轉(zhuǎn)動 縫紉機踏板機構(gòu)第8頁/共94頁 壓力P1、P2分別作用在兩個波紋管上，推動與波紋管固聯(lián)的軸1向右移動，驅(qū)動擺桿2，再經(jīng)過曲柄搖桿機構(gòu)ABCD，將搖桿AB的小轉(zhuǎn)角傳動放大為曲柄CD的大轉(zhuǎn)角。 雙波紋管差壓計雙波紋管差壓計第9頁/共94頁二、雙曲柄機構(gòu) 兩連架桿均為曲柄，可作整周回轉(zhuǎn)運動。 慣性篩 平行四邊形機構(gòu)：相對兩桿平行且相等 兩曲柄以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動，連桿作平移運動。 機車車輪聯(lián)動機構(gòu) 平行機構(gòu)1 平行機構(gòu)2第10頁/共94頁三、雙搖桿機構(gòu) 兩連架桿均為搖桿，只能在有限范圍內(nèi)徑往復(fù)

4、擺動。飛機起落架機構(gòu)飛機起落架機構(gòu) 第11頁/共94頁?dān)Q式起重機 E點走出一近似直線軌跡第12頁/共94頁四、曲柄滑塊機構(gòu) 由曲柄搖桿機構(gòu)演化而成。 演化過程 第13頁/共94頁 曲柄滑塊機構(gòu)型式:對心曲柄滑塊機構(gòu) 偏置曲柄滑塊機構(gòu)第14頁/共94頁 應(yīng)用彈簧管壓力表彈簧管壓力表內(nèi)燃機內(nèi)燃機機械壓力機工作原理圖機械壓力機工作原理圖第15頁/共94頁五、導(dǎo)桿機構(gòu) 由曲柄滑塊機構(gòu)演變而來,曲柄為機架導(dǎo)桿導(dǎo)桿第16頁/共94頁類型 a. 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)（桿1長度小于桿2） b. 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)（桿1長度大于桿2）1243第17頁/共94頁擺桿擺桿導(dǎo)桿導(dǎo)桿導(dǎo)桿小型刨床導(dǎo)桿小型刨床第18頁/共94頁 應(yīng)用

5、牛頭刨床傳動機構(gòu) ABCDE第19頁/共94頁 正弦機構(gòu)正切機構(gòu)sinsatansa六、含有兩個移動副的四桿機構(gòu)六、含有兩個移動副的四桿機構(gòu)第20頁/共94頁低副高代 正弦機構(gòu) 正切機構(gòu)第21頁/共94頁 第三節(jié) 平面四桿機構(gòu)曲柄存在條件 和幾個基本概念adbcacbdabcd abacad 一、曲柄存在的條件 取決于機構(gòu)各桿件的相對長度及機架的選擇第22頁/共94頁 四桿機構(gòu)曲柄存在的必要條件為： 1）曲柄、機架之一是最短桿 2）最短桿與最長桿的長度之和小于或等于 其余兩桿長度之和（桿長條件） 必須同時滿足，首先檢查第二個條件： 如果不滿足桿長條件，機構(gòu)中不可能有曲柄，不管以哪個桿件為機架，

6、只能構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)。 第23頁/共94頁 在滿足桿長條件的前提下：1. 若以最短桿為機架，則構(gòu)成雙曲柄機構(gòu) 2. 若以最短桿任一相鄰桿為機架，則構(gòu)成曲柄搖桿機構(gòu)。3. 若以最短桿相對的桿為機架，則構(gòu)成雙搖桿機構(gòu)。第24頁/共94頁二、壓力角與傳動角 壓力角：從動件CD上C點所受作用力的方向與該點速度方向之間所夾的銳角。 越小，傳動效率越高。 傳動角：連桿與從動件所夾的銳角，壓力角的余角。 90-， 越小，越大， 傳動效率越高。 一般 min40驅(qū)動力1-主動件主動件第25頁/共94頁bcaddacb2cos2cos2222 曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角將出現(xiàn)在曲柄曲柄搖桿機構(gòu)的最小傳動角將出現(xiàn)在曲

7、柄與機架兩次共線的位置，比較即得與機架兩次共線的位置，比較即得 min 。第26頁/共94頁三、死點位置 機構(gòu)運轉(zhuǎn)時，搖桿為主動件，當(dāng)連桿與從動件處于共線位置時，經(jīng)連桿作用于從動件上的力F通過從動件的鉸鏈中心，使驅(qū)動從動件的有效分力為零，不論力F多大，都不能使從動件轉(zhuǎn)動。主動件主動件第27頁/共94頁 對于平行四邊形機構(gòu)，當(dāng)曲柄與連桿共線時，傳動角為零，同時整個機構(gòu)的構(gòu)件重合為一條直線，這時從動曲柄CD存在正、反轉(zhuǎn)兩種可能，稱為轉(zhuǎn)向點。 第28頁/共94頁 克服死點、轉(zhuǎn)向點的方法 1在從動件上安裝轉(zhuǎn)動慣量大的飛輪。 縫紉機踏板機構(gòu) 第29頁/共94頁2相同機構(gòu)錯位排列 汽車發(fā)動機第30頁/共9

8、4頁 死點位置利用 利用死點位置實現(xiàn)特定的工作要求 1.飛機起落架機構(gòu) 落地后作用力不會使 起落架反轉(zhuǎn)保證飛機安 全可靠降落。 第31頁/共94頁2.夾具夾緊機構(gòu) 機構(gòu)不會松脫 第32頁/共94頁3.開關(guān)機構(gòu) 保證融點可靠接觸 第33頁/共94頁三行程速度變化系數(shù) 急回特性 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)， 曲柄AB等速逆時針回轉(zhuǎn)， 由BB”(1=180+), 由B”B(2=180-)，擺動角度同為，但12，故10有急回特征c. 0有急回特征第36頁/共94頁第四節(jié) 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 平面四桿機構(gòu)設(shè)計-根據(jù)給定的運動條件，確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。 平面四桿機構(gòu)設(shè)計，主要有兩類問題： 實現(xiàn)給定從動件的運動規(guī)

9、律（位置，速度，加速度） 實現(xiàn)給定的運動軌跡 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計方法 圖解法、實驗法、解析法第37頁/共94頁一、圖解法（一）按給定的行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿 機構(gòu) 1.曲柄搖桿機構(gòu)已知：曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿CD長度和擺動角max 、行程速度變化系數(shù)K 設(shè)計：四桿機構(gòu)第38頁/共94頁 分析 圖示為要求設(shè)計的四桿機構(gòu)的兩個極限位置，鉸鏈A的中心必在過C1、C2 兩點且圓周角等于的一個圓上。 第39頁/共94頁設(shè)計步驟1) 計算極位夾角180(K-1)/(k1)2) 按比例畫出過C1、C2點，且圓周角等于的圓。第40頁/共94頁3) 按其它條件在圓上確定鉸鏈A的位置4) 從圖中量取 =ba， =b

10、a 曲柄長度 連桿長度1AC2AC212ACACa21bACaACa第41頁/共94頁2. 偏置曲柄滑塊機構(gòu)已知滑塊行程S，偏距e及行程速度變化系數(shù)K，設(shè)計此偏置曲柄滑塊機構(gòu)。第42頁/共94頁（二）按給定連桿的兩個或三個位置設(shè)計四 桿機構(gòu) 已知：連桿BC的三個位置 設(shè)計的實質(zhì)是確定固定鉸鏈A、D的位置 B1、B2 、B3所在圓的圓心即為鉸鏈A位置。C1、C2 、 C3 所在圓的圓心即為鉸鏈D的位置。第43頁/共94頁 若僅知道連桿BC的二個位置，可通過其它條件確定A、D位置第44頁/共94頁（三）按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)（三）按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)已知已知:曲柄曲柄AB及其

11、三個位置，機架及其三個位置，機架AD的長的長度，構(gòu)件度，構(gòu)件CD上某直線上某直線DE的三個位置。的三個位置。 第45頁/共94頁 分析 本設(shè)計的實質(zhì)是求活動鉸鏈C的第一個位置C1。 可通過連架桿AB對CD的相對運動來確定鉸鏈C的位置，即,將連架桿CD上某直線DE的第一個位置DE1當(dāng)作機架不動，連架桿AB看作連桿,采用反轉(zhuǎn)法實現(xiàn)AB對CD的相對運動。第46頁/共94頁 步驟：1、將四邊形 分別剛性地繞D點反轉(zhuǎn)，使 分別與 重合，則得到構(gòu)件AB對機架CD相對運動的三個位置 （圖中 未畫出）。 此時問題轉(zhuǎn)化為給定連桿三個位置設(shè)計四桿機構(gòu)。2、作 的中垂線，則交點為 。DDEAB3322EAB、32D

12、E、DE1DE33221ABABAB、32AA 、3221BBBB、1C第47頁/共94頁E1第48頁/共94頁二. 解析法（一）鉸鏈四桿機構(gòu)的傳動特性及設(shè)計（二）曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性及設(shè)計 （三）正弦、正切機構(gòu)的傳動特性及其設(shè)計 第49頁/共94頁 正弦機構(gòu)正切機構(gòu)sinsatansa第50頁/共94頁低副高代 正弦機構(gòu) 正切機構(gòu)第51頁/共94頁 正弦機構(gòu)的傳動特性 是非線性機構(gòu) 正切機構(gòu)的傳動特性 是非線性機構(gòu) )sin(sin0 as1cosdidsa)tan(tan0 as21cosdidsa第52頁/共94頁 應(yīng)用奧奧氏氏測測微微儀儀簡簡圖圖 立立式式光光學(xué)學(xué)比比較較儀儀簡簡圖圖

13、 第53頁/共94頁 正弦機構(gòu)原理誤差 線性度盤 將sin 展開，取前兩項得 sinas sa00sinsssaa 6)! 3(sin33aaaaaSSS第54頁/共94頁 正切機構(gòu)原理誤差tansaa 3)! 3( 33aaaatgaSSS第55頁/共94頁設(shè)計原則1.合理選擇傳動型式高精度儀器儀表中，多采用正弦機構(gòu)， 精度較低時一般采用正切機構(gòu)。1) 條件相同時，正弦機構(gòu)的原理誤差是正切機構(gòu)的1/2。2) 測桿移動副的間隙對正弦機構(gòu)精度沒有影響，但對正切機構(gòu)影響大。3)正切機構(gòu)的結(jié)構(gòu)工藝性比正弦機構(gòu)好第56頁/共94頁2.把工作角度限制在很小范圍內(nèi)，盡量增大參數(shù)a的長度。 測量范圍一定情況

14、下，參數(shù)a增大，則工作角度 減小，從而 減小3.擺桿長度的調(diào)整，即采用參數(shù)a可調(diào)整的結(jié)構(gòu) s第57頁/共94頁采用參數(shù)a可調(diào)整的結(jié)構(gòu) 正弦機構(gòu)原理誤差的調(diào)整正弦機構(gòu)原理誤差的調(diào)整第58頁/共94頁 桿長為 a0 ，未調(diào)整前最大原理誤差： 桿長調(diào)整為a（增大）：原理誤差S=a0-asin減小 =0.874max 處 S=0 (3處) 這時最大原理誤差（在2=max/2和max處j絕對值相等）： 這時最大原理誤差 （絕對值）S = a0max3/24, 為調(diào)整前的1/463max0 aS )sin(0.870.87aamaxmax0 第59頁/共94頁正切機構(gòu)原理誤差的調(diào)整正切機構(gòu)原理誤差的調(diào)整第

15、60頁/共94頁偏心調(diào)整結(jié)構(gòu)偏心調(diào)整結(jié)構(gòu)螺釘調(diào)整結(jié)構(gòu)螺釘調(diào)整結(jié)構(gòu)松開螺母1，轉(zhuǎn)動偏心軸(圖a)或偏心套筒(圖b)2，即可調(diào)整擺桿長度松開鎖緊螺母1，轉(zhuǎn)動螺釘2，即可調(diào)整擺桿長度第61頁/共94頁 彈彈性性擺擺桿桿結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)擺桿支撐間隙的擺桿支撐間隙的影響與消除影響與消除 調(diào)節(jié)螺釘1和2，使擺桿3產(chǎn)生彈性變形，即可調(diào)整擺桿長度保證軸與軸承孔保持單邊接觸，以減小擺桿長度的變化第62頁/共94頁錯誤的機構(gòu)原點位置錯誤的機構(gòu)原點位置a)a)正弦機構(gòu)正弦機構(gòu) b)b)正切機構(gòu)正切機構(gòu)第63頁/共94頁 結(jié)束第64頁/共94頁 本章難點：本章難點是采用反轉(zhuǎn)法設(shè)計四桿機構(gòu) 反轉(zhuǎn)法包含兩個概念： 1. 剛化 2

16、. 反轉(zhuǎn) 剛化：將四桿機構(gòu)運動中每一位置時各構(gòu)件的相對位置固定起來，把此位置時的四個構(gòu)件整體視為一個剛體。反轉(zhuǎn)：利用相對運動的原理，將各位置時的剛體 反方向轉(zhuǎn)動，使各位置選定的基線都與此基線的初始位置重合，將求活動鉸鏈中心的問題轉(zhuǎn)化為求固定鉸鏈中心的問題。第65頁/共94頁 機械式測量儀表的組成靈敏元件靈敏元件傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)示數(shù)裝置示數(shù)裝置ps 將感受的物理量轉(zhuǎn)換為元件的變形位移。將感受的物理量轉(zhuǎn)換為元件的變形位移。如：彈簧管流體壓力如：彈簧管流體壓力 真空膜盒高空至地面的距離真空膜盒高空至地面的距離 雙金屬片溫度雙金屬片溫度解析法設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)第66頁/共94頁 機械式測量儀表的組成靈敏

17、元件靈敏元件傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)示數(shù)裝置示數(shù)裝置ps 指針，指針，等分刻度度盤等分刻度度盤將靈敏元件位移傳動到指針將靈敏元件位移傳動到指針第67頁/共94頁 機械式測量儀表的組成靈敏元件靈敏元件傳動機構(gòu)傳動機構(gòu)示數(shù)裝置示數(shù)裝置ps 因靈敏元件的轉(zhuǎn)化特性存在誤差，故要求傳動機構(gòu)：因靈敏元件的轉(zhuǎn)化特性存在誤差，故要求傳動機構(gòu)： 具有調(diào)整環(huán)節(jié)以改變傳動比；具有調(diào)整環(huán)節(jié)以改變傳動比； 具有非線性補具有非線性補償功能，以校正敏感元件特性的非線性誤差。償功能，以校正敏感元件特性的非線性誤差。 曲柄滑塊機構(gòu)作為傳動機構(gòu)，可實現(xiàn)上述要求：曲柄滑塊機構(gòu)作為傳動機構(gòu)，可實現(xiàn)上述要求： 調(diào)整構(gòu)件尺寸可改變傳動比；調(diào)整構(gòu)

18、件尺寸可改變傳動比； 曲柄滑塊機構(gòu)傳曲柄滑塊機構(gòu)傳動特性具有非線性，利用其非線性可以抵消靈敏元件動特性具有非線性，利用其非線性可以抵消靈敏元件非線性誤差，使儀表測量精度滿足要求。非線性誤差，使儀表測量精度滿足要求。 第68頁/共94頁解析法設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)一、曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性 滑塊位移S與曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系稱為曲柄滑塊機構(gòu)的傳動特性。 Sf()第69頁/共94頁ABCseab+ 0 0 曲柄滑塊機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)00 cossin cossin (sinsin)(coscos)oosCO C Obabaab00sincosbae200cos1cosaeb2cos1cosaebyxCO220

19、coscos(sinsin )11oaeaes abbb 曲柄滑塊傳動特性方程曲柄滑塊傳動特性方程第70頁/共94頁 當(dāng)滑塊為主動件時，機構(gòu)的傳動比： 21( cos)sincoscos1didsaeaaebb第71頁/共94頁 為簡化計算，便于制成相應(yīng)圖譜，特引入無量綱系數(shù)： 滑塊相對位移 連桿相對長度 相對偏距 代入曲柄滑塊特性傳動方程得： 得相對傳動比：sabaea2222(sinsin )(cos)(cos)oosa 221(cos)sincos(cos)adidia|=0=1( , , , )if a b e第72頁/共94頁 相對傳動比和絕對傳動比之間的關(guān)系adddiaaisdds

20、da第73頁/共94頁1( , , )aif 若確定，則得若確定，則得i ia a- - 圖譜圖譜曲柄滑塊機構(gòu)的曲線曲柄滑塊機構(gòu)的曲線1ia 第74頁/共94頁二、非線性補償設(shè)計 舉例：壓力表設(shè)計中的曲柄滑塊機構(gòu) （一）壓力表設(shè)計任務(wù)要求： a. 測量范圍01Mpa b. 指針、度盤示數(shù)，度盤標(biāo)度角270，等分刻度 c. 壓力表精度為1.5級解析法設(shè)計曲柄滑塊機構(gòu)第75頁/共94頁 壓力表測量允許誤差 1.5級表測量允許誤差為：在測量范圍內(nèi)任一壓力處測量值與標(biāo)準(zhǔn)值（標(biāo)準(zhǔn)表的示值）之差小于滿幅壓力pmax1.5%。 即儀表允許誤差為 1Mpa 1.5% 0.015Mpa第76頁/共94頁 若壓力

21、表示值曲線全部在兩條平行虛線內(nèi)，儀表為合格。 圖中在滿幅壓力和中間一段壓力處測量誤差大于允許誤差，為不合格！ P (Mpa ) 27010壓力表示值壓力表示值標(biāo)準(zhǔn)表示值標(biāo)準(zhǔn)表示值測測量量允允許許誤誤差差 第77頁/共94頁（二）彈簧管特性 測量壓力的敏感元件彈簧管自由端自由端封閉封閉第78頁/共94頁 在被測壓力p的作用下，彈簧管自由端沿固定方向產(chǎn)生直線位移s，該直線與自由端切線t-t成角，由彈簧管中心角0決定。即f (0)。 自由端位移s與壓力p成正比，即s=Ksp，故彈簧管具有線性轉(zhuǎn)換特性。R0 0Otts pC第79頁/共94頁（三）線性傳動方案彈簧管彈簧管齒輪傳動齒輪傳動指針度盤指針度

22、盤ps(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)Otts pC第80頁/共94頁 批量生產(chǎn)中的彈簧管特性離散度很大，并存在非線性，造成滿幅測量值或某一段測量值超差。而齒輪為恒定傳動比傳動，對傳動比沒有調(diào)整功能。故此方案不能滿足儀表測量精度要求。Otts pC 第81頁/共94頁（四）加入曲柄滑塊機構(gòu)進行非線性補償方案 采用二級放大傳動，第一級為曲柄滑塊機構(gòu)，用于非線性補償，應(yīng)按近似線性傳動特性設(shè)計機構(gòu)參數(shù)；第二級為齒輪傳動。彈簧管彈簧管齒輪齒輪指針度盤指針度盤ps(線性轉(zhuǎn)換)(線性傳動)(線性刻度)曲柄滑塊曲柄滑塊(近似線性傳動)第82頁/共94頁 曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計的原始數(shù)據(jù) 滑塊最大位移smax：

23、 smax即彈簧管滿幅壓力 時位移。 曲柄工作轉(zhuǎn)角g： g=270/i2 i2 二級齒輪傳動比Otts pC 0eBAEab第83頁/共94頁 曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計步驟 初步選定曲柄滑塊 機構(gòu)的、 的值，即 在 曲線譜中選定 一條曲線。 ia =1 4Oia 第84頁/共94頁 曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計步驟 確定曲柄滑塊機構(gòu)的工作區(qū)間。因其傳動特性為近似線性，故工作區(qū)間在極值點附近。 以一定步長，利用式 搜索曲線極值點e。 221cos(cos)sin/(cos)ai第85頁/共94頁 以極值點e對稱分布找出初始角0(H點)和終止點 z(F點)，及對應(yīng)的iaH 、 iaF。 有 0 e g/2 z e g/2 e ia =1 4Oia0 0 ZiaFiaHHF g1第86頁/共94頁 曲柄滑塊機構(gòu)設(shè)計步驟 求機構(gòu)參數(shù) 傳動比 i= g/smax 相對傳動比的平均值 iam=(iaH +ia0)/2 或 iam=(iaF +ia0)/2 曲柄長 a=iam/i 連桿長 b=a 偏距 e=a ia =1 Oia0 0 Z