連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-軌跡生成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

1、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：軌跡生成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1圖譜法這種方法是利用編纂聚集的連桿曲線圖冊(cè)來(lái)設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)舉一例說(shuō)明如下：例如生產(chǎn)上需要設(shè)計(jì)帶停歇運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)這種機(jī)構(gòu) 常用于打包機(jī)等一些機(jī)器中，首先查閱連桿曲線圖冊(cè)，找到連桿曲線上有一段接近圓弧的銳鏈四桿機(jī)構(gòu)如下圖，圖中連桿曲線的每一段短線的大小相當(dāng)于曲柄 AB轉(zhuǎn)過(guò)50時(shí)連桿上點(diǎn)M所描繪的距離。整個(gè)連桿曲線由72段短線所組成。將曲柄的長(zhǎng)度作為基準(zhǔn)并取為 1 , 其他構(gòu)件的長(zhǎng)度對(duì)曲柄的長(zhǎng)度成比例，因此按圖冊(cè)上表示的桿長(zhǎng)成比例地放大或縮小機(jī)構(gòu)時(shí)，并不改變連桿曲線的特性。由圖上可找出連桿曲線上的點(diǎn)P至點(diǎn)Q部分接近于圓弧，其曲率半徑。這段圓弧由十八段短線組成

2、， 因此當(dāng)點(diǎn)M運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)這段圓弧時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過(guò)900 , 而其曲率中心 G保持不動(dòng)。再將另一構(gòu)件 MF的一端與連桿上的點(diǎn) M較接，另一端F與滑塊在點(diǎn)G處較接，該構(gòu)件的長(zhǎng)度即等于曲率 半徑的大小G處的輸出件可以是滑塊也可以是搖桿，視實(shí)際需要而定。這樣在圖示機(jī)構(gòu)中，當(dāng)點(diǎn)M自點(diǎn)P運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)Q時(shí)，滑塊F靜止不動(dòng)；點(diǎn) M至點(diǎn)Q運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)R時(shí)，滑塊F向下運(yùn)動(dòng)；點(diǎn) M至點(diǎn)R運(yùn)動(dòng)至點(diǎn)P時(shí)，滑塊F作返回運(yùn)動(dòng)?；瑝K F的行程，調(diào)整滑塊 導(dǎo)路傾角b的大小，就能改變滑塊行程 H的大小和往返行程的時(shí)間比。但需注意機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角不得小于許用值。由上述可知，使用圖譜法可從連桿曲線圖冊(cè)中查到與所要求實(shí)現(xiàn)的軌跡非常接近的連桿曲線，從

3、而確定了該機(jī)構(gòu)的參數(shù)，使設(shè)計(jì)過(guò)程大大簡(jiǎn)化。2解析法對(duì)于圖示較鏈四桿機(jī)構(gòu)，以A點(diǎn)為原點(diǎn)、機(jī)架 AD為x軸建立直角坐標(biāo)系 Axy。假設(shè)連桿上一點(diǎn)M在該坐標(biāo)系中的位置坐標(biāo)為x、y,則有cos j?T4Gy = asm (? + f sin ffcm或：五=d - GGQS行 4昭小 田 ”加/ = nin y + 冽 in( / + J)門口”由式(7.26)和(7.27)消去f,得：21x cos ff + 2ly sin +丁 + 產(chǎn) - a2 值川由式(7.28)和(7.29)消去y,得:2(/ - d)m C5s(/J + ) + 2yKsin( 2 + 可)=(V - J)2+ 川口 1口

4、丸)再由式(7.30)和(7.31)消去b,則得在坐標(biāo)系 Axy中表示的M點(diǎn)曲線方程：(7n)式中:u =或-dycosJ 十 jsin a（/二十y十尸口口） 一/兀（7也）：十十腕1r” V =成（工 苗）由5 _y COS君（產(chǎn)+了村+尸-,口口）+丁，團(tuán)：+,心+/-t1 W =加?而可武-4）4尸 -力aot$）式（7.32）是關(guān)于x、y的一個(gè)六次代數(shù)方程。在用較鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿點(diǎn) M再現(xiàn)給定軌跡時(shí)，給定軌跡通常在另一坐標(biāo)系Oxy中表示。如下圖，假設(shè)設(shè) A在Oxy中的位置坐標(biāo)為xA、yA, x軸正向至x軸正向沿逆時(shí)針?lè)较虻膴A角為 f0, M點(diǎn)在Oxy中的坐標(biāo)為x、y,則有/=（工一2

5、定口例+（y-yjsin如，/、一“、?心司y 三一（工-/）山00將上式彳t入式（7.32）,得關(guān)于X、y的六次代數(shù)方程/6MWi，/吊小）二0 地。式中共有九個(gè)待定尺寸參數(shù)，即較鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿點(diǎn)最多能精確通過(guò)給定軌跡上所選的九個(gè)點(diǎn)。假設(shè)已知給定軌跡上九個(gè)點(diǎn)在坐標(biāo)系Oxy中的坐標(biāo)值為xMi、yMi（i=1,2,.,9）,將其代入式（7.34）,得九個(gè)非線性方程，采用數(shù)值方法解此方程組，便可求得機(jī)構(gòu)的九個(gè)待定尺寸參數(shù)。當(dāng)需通過(guò)的軌跡點(diǎn)數(shù)少于九個(gè)時(shí)，可預(yù)先選定某些機(jī)構(gòu)參數(shù)，以獲得唯一解；而當(dāng)軌跡點(diǎn)數(shù)大于九個(gè)時(shí)，由于受到待定尺寸參數(shù)個(gè)數(shù)的限制，較鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿點(diǎn)只能近似實(shí)現(xiàn)給定要求，此時(shí)可采用

6、優(yōu)化方法進(jìn)行軌跡逼近。3羅培茲定理當(dāng)用以上方法來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)已知軌跡的平面四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，如果所得到的機(jī)構(gòu)尺寸不能滿足傳動(dòng)角和其他的幾何條件例如機(jī)構(gòu)的安裝位置不適合等，這時(shí)需要求出另外一個(gè)平面四桿機(jī)構(gòu)，使它能實(shí)現(xiàn)同一連桿曲線。羅培茲定理可幫助解決這一問(wèn)題。羅培茲定理可表述為：較鏈四桿機(jī)構(gòu)連桿上任一點(diǎn)的軌跡可以由三個(gè)不同的較鏈四桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)實(shí)現(xiàn)已知軌跡的第一個(gè)較鏈四桿機(jī)構(gòu)求得后，另外兩個(gè)機(jī)構(gòu)的作法如下述。如下圖，假設(shè)已求得較鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD的連桿上某一點(diǎn) M能實(shí)現(xiàn)已知軌跡，則其余兩個(gè)能實(shí)現(xiàn)相同軌跡的較鏈四桿機(jī)構(gòu)可用錢鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD為基礎(chǔ)，先作兩個(gè)平行四邊形ABME和CDFM ,再作 AGEMs

7、 AMBC AHMF,最后作平行四邊形 GMHK。這樣形成的十桿機(jī)構(gòu)其自由度不變。且當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，較鏈K相對(duì)于機(jī)架永遠(yuǎn)保持靜止不動(dòng)。因此可將K固定于機(jī)架上而不影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。這樣原來(lái)的平面十桿機(jī)構(gòu)就變?yōu)槿齻€(gè)以點(diǎn)M為公共點(diǎn)的較鏈四桿機(jī)構(gòu)：ABCD、AEGK及DFHK。它們?cè)邳c(diǎn)M處具有相同的軌跡。因此，當(dāng)原設(shè)計(jì)的較鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD不能滿足要求時(shí)，可從另外兩個(gè)較鏈四桿機(jī)構(gòu)AEGK和DFHK中選擇一個(gè)較好的方案。(end)二、連桿曲線特征分析對(duì)于給定了尺寸的四行機(jī)構(gòu)，連桿盧的位置多董確定了三桿擇珀母步伏和連桿曲線的性態(tài)。連桿曲線的特征，指 連桿曲心的尖點(diǎn)和支點(diǎn):等有層5的粒目傭由。尖點(diǎn)是指曲率半修為零的立。制速度為的點(diǎn)；由于在尖點(diǎn).處筑i=望哲信附，仔以這熱帶尖電的機(jī)構(gòu)用質(zhì)設(shè)計(jì)為 硝WI構(gòu)。交點(diǎn)是連桿曲之自身的交點(diǎn)，也稱節(jié)點(diǎn)、二重底。連桿曲線罡一條六階三重虎圓疝曲線，柱形狀是很復(fù)雜的C觀 代數(shù)學(xué)可以證明，連科曲線的持誄點(diǎn)不超過(guò)的。了解在什么情況下會(huì)產(chǎn)缺點(diǎn)和交點(diǎn)和方意義。當(dāng)隹料上的位筆技史十至懺m任某一絕方陵心依蓋時(shí)，i至桿蹄處必有尖點(diǎn)。當(dāng)整桿上值圖點(diǎn)處t科+迄動(dòng)的兩 個(gè)重言阻絕對(duì)蹊心位置時(shí)，即處于瞬M邊的交點(diǎn)，連稈曲紈必有兩個(gè)尖點(diǎn)當(dāng)連升上的位基點(diǎn)如于某一點(diǎn)，使E與連升科成的視第和它項(xiàng)深內(nèi)成的雙角相等,則連桿曲線會(huì)有交點(diǎn)。當(dāng)連