四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課件.ppt

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1、設(shè) 計(jì) ： 潘 存 云E 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 C2P C1C2， 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 ， A C 2為 半 徑 作 弧 交 于 E,得 ： l

2、1 =EC1/ 2 l2 = A C1 EC1/ 2,A C2=l2- l1 = l1 =( A C1 A C2)/ 2 C2C1P=90 ,交 于 P; 90 -P A C 1= l1+l2 DA C1C2 設(shè) 計(jì) ： 潘 存 云 設(shè) 計(jì) ： 潘 存 云ADm n =D2) 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 A D = d , 則 : a=dsin( /2)。 =A d作 角 分 線 ;已 知 ： 機(jī) 架 長

3、 度 d， K ， 設(shè) 計(jì) 此 機(jī) 構(gòu) 。 設(shè) 計(jì) ： 潘 存 云E 2 2a e3) 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) H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 C2C1O=90 , 以 O為 圓 心 ， C1O為 半 徑 作 圓 。 以 A為 圓 心 ， A C 1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 。 C1 C290 -o90 -Al 1 =EC2/ 2 l2 = A C

4、2 EC2/ 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 。 B2 C2A D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 。 A DB 2 C2B3 C3A DB1 C1B 1 C1 剛化反轉(zhuǎn)法 以CD桿為機(jī)架時(shí)看到的四桿機(jī)構(gòu)ABCD的位置相當(dāng)于把以AD為機(jī)架時(shí)觀察到的ABCD的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過 得到的。21 低副可逆性；機(jī)

5、構(gòu)在某一瞬時(shí)，各構(gòu)件相對位置固定不變，相當(dāng)于一個(gè)剛體，其形狀不會(huì)隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。 第 1 步：選B點(diǎn)，以 I 位置為參考位置，DF1 為機(jī)架第 2 步：用剛化反轉(zhuǎn)法求出 B2、B3 的轉(zhuǎn)位點(diǎn)第 3 步：做中垂線，找C1 點(diǎn)第 4 步：聯(lián)接AB1C1D 教 學(xué) 基 本 要 求2. 能 根 據(jù) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 存 在 曲 柄 的 條 件 ， 熟 練 判 斷 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 基 本 類 型 。 1.了 解 組 成 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 各 構(gòu) 件 的 名 稱 ， 熟 悉 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 等 基 本 概 念 。3. 掌 握 按 行 程 速 比 系 數(shù) 和 給 定

6、 連 桿 位 置 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 作 圖 法 。 重 點(diǎn) 與 難 點(diǎn) 分 析本 章 重 點(diǎn) ： 平 面 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 基 本 特 性 及 其 設(shè) 計(jì) ；本 章 難 點(diǎn) ： 用 作 圖 法 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 。1.極 位 夾 角 ： 機(jī) 構(gòu) 中 從 動(dòng) 搖 桿 處 于 兩 極 限 位 置 時(shí) ，原 動(dòng) 曲 柄 的 相 應(yīng) 兩 位 置 之 間 所 夾 的 銳 角 。 0 ， 表 示 機(jī) 構(gòu) 具 有 急 回 特 性 ， 且 極 位 夾 角 愈大 ， 機(jī) 構(gòu) 的 急 回 運(yùn) 動(dòng) 就 愈 顯 著 ， 所 以 ， 要 判 斷 一個(gè) 機(jī) 構(gòu) 是 否 有 急 回 特 性 ， 就 要 找

7、 出 極 位 夾 角 。 例 如 ， 一 個(gè) 對 心 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) ， 因 其 極 位 夾 角機(jī) 構(gòu) 就 沒 有 急 回 特 性 ； 但 一 個(gè) 偏 置 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) ，因 其 極 位 夾 角 ， 機(jī) 構(gòu) 就 有 急 回 特 性 ； 擺 動(dòng) 導(dǎo)桿 機(jī) 構(gòu) 的 擺 角 與 其 極 位 夾 角 相 等 ， 它 有 急 回 特 性 ，但 轉(zhuǎn) 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 就 沒 有 急 回 特 性 。 002.壓 力 角 與 傳 動(dòng) 角 ： 在 四 桿 機(jī) 構(gòu) 中 ， 當(dāng) 不 計(jì) 摩 擦 時(shí) ，主 動(dòng) 件 通 過 連 桿 作 用 在 從 動(dòng) 件 上 的 力 的 作 用 線 與 其受 力 點(diǎn)

8、 出 的 速 度 方 向 之 間 所 夾 的 銳 角 ， 稱 為 機(jī) 構(gòu) 在此 位 置 的 壓 力 角 ， 而 把 壓 力 角 的 余 角 ， 即 連 桿 與 從動(dòng) 搖 桿 所 夾 的 銳 角 ， 稱 為 傳 動(dòng) 角 。 它 們 常 用 來 衡 量 機(jī) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 性 能 。 傳 動(dòng) 角 愈 大 ，即 壓 力 角 愈 小 ， 機(jī) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 性 能 愈 好 ， 效 率 愈 高 。 多 數(shù) 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 中 的 傳 動(dòng) 角 是 變 化 的 。 為 了 使 機(jī) 構(gòu)傳 動(dòng) 質(zhì) 量 良 好 ， 一 般 規(guī) 定 機(jī) 構(gòu) 的 最 小 傳 動(dòng) 角 。為 了 檢 查 機(jī) 構(gòu) 的 最 小 傳 動(dòng) 角

9、， 需 要 確 定 最 小 傳 動(dòng) 角 的位 置 。 通 過 分 析 可 知 ： 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 的 最 小 傳 動(dòng) 角 出現(xiàn) 在 曲 柄 與 機(jī) 架 共 線 的 兩 位 置 之 一 ； 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 的最 小 傳 動(dòng) 角 出 現(xiàn) 在 曲 柄 與 導(dǎo) 路 垂 直 的 位 置 ； 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu)在 任 何 位 置 最 小 傳 動(dòng) 角 都 等 于 90 o。 40min 3. 死 點(diǎn) ： 當(dāng) 機(jī) 構(gòu) 出 現(xiàn) 傳 動(dòng) 角 時(shí) ， 其 壓 力 角 =90o，作 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 原 動(dòng) 件 通 過 連 桿 作 用 于 從 動(dòng) 曲 柄 上 的 力恰 好 通 過 從 動(dòng) 件 的 轉(zhuǎn) 動(dòng)

10、 副 中 心 ， 致 使 從 動(dòng) 件 不 能 轉(zhuǎn) 動(dòng) ，機(jī) 構(gòu) 的 這 種 位 置 ， 稱 為 死 點(diǎn) 位 置 。 在 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 或曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 中 ， 若 以 搖 桿 或 滑 塊 為 主 動(dòng) 件 ， 則 曲 柄與 連 桿 共 線 的 位 置 ， 就 是 死 點(diǎn) 位 置 。0注 意 ： 死 點(diǎn) 、 自 鎖 與 機(jī) 構(gòu) 自 由 度 小 于 等 于 零 的 區(qū) 別 。自 由 度 小 于 等 于 零 ， 表 明 機(jī) 構(gòu) 中 各 構(gòu) 件 間 不 可 作 相 對運(yùn) 動(dòng) ； 死 點(diǎn) 是 指 不 計(jì) 摩 擦 時(shí) 機(jī) 構(gòu) 所 處 的 特 殊 位 置 ， 可 借 助 慣 性 或 采 用

11、機(jī) 構(gòu) 錯(cuò) 位 排 列 的 方 法 ， 使 機(jī) 構(gòu) 能 順利 通 過 死 點(diǎn) 位 置 而 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) ； 而 自 鎖 是 指 機(jī) 構(gòu) 在 考慮 摩 擦 的 情 況 下 ， 當(dāng) 驅(qū) 動(dòng) 力 的 作 用 方 向 滿 足 一 定 的幾 何 條 件 時(shí) ， 雖 然 機(jī) 構(gòu) 的 自 由 度 大 于 零 ， 但 機(jī) 構(gòu) 仍無 法 運(yùn) 動(dòng) 的 現(xiàn) 象 。4. 平 面 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 作 圖 法 ： 用 作 圖 法 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu)是 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 及 各 鉸 鏈 之 間 相 對 運(yùn) 動(dòng) 的 幾 何 關(guān) 系通 過 作 圖 來 確 定 四 個(gè) 鉸 鏈 的 位 置 。 根 據(jù) 不 同 的

12、設(shè) 計(jì) 要 求 ， 作 圖 法 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 可分 為 三 種 類 型 。 1） 按 給 定 的 行 程 速 比 系 數(shù) K設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) （ 重 點(diǎn) ） 已 知 ： 行 程 速 比 系 數(shù) K， 搖 桿 CD的 長 度 lCD ， 搖 桿 的 擺 角 ， 設(shè) 計(jì) 此 四 桿 機(jī) 構(gòu) 。設(shè) 計(jì) 的 實(shí) 質(zhì) 是 ： 確 定 曲 柄 的 固 定 鉸 鏈 中 心 A 的 位 置 ，進(jìn) 而 定 出 其 余 三 桿 長 度 。 設(shè) 計(jì) 方 法 是 ： 先 根 據(jù) 行 程 速 比 系 數(shù) K 由 公 式 求 出 極 位 夾 角 ， 根 據(jù) 幾 何 條 件 作 出 搖 桿 的 兩 個(gè) 極

13、限 位置 C1D和 C2D； 由 C1、 C2點(diǎn) 各 作 與 C1C2 連 線 夾 角 為 的 直 線 相 交 于 O點(diǎn) ； 以 O點(diǎn) 為 圓 心 ， OC 1為 半徑 畫 圓 ， A 點(diǎn) 即 在 此 圓 上 ， 可 由 其 它 附 加 條 件 確 定 。 11180 KK)90( 2） 用 作 圖 法 按 兩 連 架 桿 預(yù) 定 的 對 應(yīng) 位 置 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 法 是 ： 此 類 問 題 剛 固 反 轉(zhuǎn) 法 進(jìn) 行 設(shè) 計(jì) （ 重 點(diǎn) ） 3） 按 預(yù) 定 的 連 桿 位 置 設(shè) 計(jì) 四 桿 機(jī) 構(gòu) ： 設(shè) 計(jì) 方 法 是 ： 此 類 問 題 可 用 求 圓 心 法

14、來 解 決 ， 即 作鉸 鏈 B各 位 置 點(diǎn) 連 線 B1B2 、 B2B3的 中 垂 線 ， 兩 中垂 線 的 交 點(diǎn) 即 為 固 定 鉸 鏈 中 心 A。 同 理 ， 作 鉸 鏈 C各 位 置 點(diǎn) 連 線 C1C2、 C2C3的 中 垂 線 ， 兩 中 垂 線 的交 點(diǎn) 即 為 固 定 鉸 鏈 中 心 D。已 知 ： 連 桿 BC的 三 個(gè) 預(yù) 定 位 置 B1C1、 B2C2和 B3C3設(shè) 計(jì) 的 實(shí) 質(zhì) 是 ： 求 固 定 鉸 鏈 中 心 的 位 置若 僅 給 定 連 桿 BC的 兩 個(gè) 預(yù) 定 位 置 ， 則 設(shè) 計(jì) 的 四 桿機(jī) 構(gòu) 有 無 窮 多 解 。 典 型 例 題 分 析

15、 例 2-1 在 圖 2-1a 所 示 的 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 中 ， 已 知 各 桿 長度 為 lAB =20mm， lBC=60mm， lCD=85mm， lAD=50mm ， 1、 試 判 斷 該 機(jī) 構(gòu) 是 否 有 曲 柄 ； 2、 判 斷 此 機(jī) 構(gòu) 是 否 存 在 急 回特 性 ？ 若 存 在 ， 試 確 定 其 極 位夾 角 ， 并 估 算 行 程 速 比 系 數(shù) ； 3、 若 以 構(gòu) 件 AB為 主 動(dòng) 件 ， 畫出 機(jī) 構(gòu) 的 最 小 傳 動(dòng) 角 的 位 置 ； 4、 在 什 么 情 況 下 機(jī) 構(gòu) 存 在 死點(diǎn) 位 置 ？ 圖 2-1 解 ： 1、 因 為 lAB+lC

16、D=20+85=105mm0 的 四 桿 機(jī) 構(gòu) ， 一 定 有 急 回 特 性 。 7.在 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 中 ， 只 有 當(dāng) 曲 柄 與 滑 塊 導(dǎo) 路 垂 直 時(shí) ，傳 動(dòng) 角 才 可 能 出 現(xiàn) 最 小 值 。 8.傳 動(dòng) 角 就 是 連 桿 與 從 動(dòng) 件 的 夾 角 。 9.連 桿 機(jī) 構(gòu) 任 一 位 置 的 傳 動(dòng) 角 與 壓 力 角 之 和 恒 等 于90o。 10.從 傳 力 效 果 來 看 ， 傳 動(dòng) 角 越 大 越 好 ， 壓 力 角 越 小越 好 。 答 案 二 、 填 空 題1.平 面 連 桿 機(jī) 構(gòu) 是 構(gòu) 件 用 _連 接 而 成 的 機(jī) 構(gòu) ，當(dāng) 平 面

17、 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 副 都 是 _ ， 則 稱 為 鉸 鏈四 桿 機(jī) 構(gòu) 。2.鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 三 種 基 本 形 式 是 _、 _和_ 。 它 們 是 按 照 _來 確 定 的 。3.鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 中 ， 固 定 不 動(dòng) 的 桿 稱 為 _ _ ， 不與 機(jī) 架 直 接 連 接 的 桿 稱 為 _ ， 用 轉(zhuǎn) 動(dòng) 副 與 機(jī) 架 連接 的 桿 稱 為 _。4.機(jī) 構(gòu) 處 于 死 點(diǎn) 位 置 時(shí) ， 其 傳 動(dòng) 角 等 于 _， 壓 力 角 等于 _。 5.平 行 四 邊 形 機(jī) 構(gòu) 的 極 位 夾 角 =_ ,它 的 行 程 速 比 系數(shù) K_。6.鉸 鏈 四

18、 桿 機(jī) 構(gòu) 演 化 成 其 它 形 式 的 四 桿 機(jī) 構(gòu) 常 有 三 種方 法 ， 它 們 是 _、 _和 _。7.一 對 心 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) ， 若 以 滑 塊 為 機(jī) 架 ， 則 將 演 化成 _機(jī) 構(gòu) 。8.曲 柄 為 主 動(dòng) 件 的 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 中 ， 當(dāng) 從 動(dòng) 搖 桿 處 于兩 極 限 位 置 時(shí) ， _在 該 位 置 所 夾 的 銳 角 ， 稱 為極 位 夾 角 。9.鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 中 ， _角 越 大 ， 對 機(jī) 構(gòu) 的 傳 動(dòng) 越有 利 。 10.死 點(diǎn) 是 指 不 計(jì) 摩 擦 時(shí) 機(jī) 構(gòu) 所 處 的 特 殊 位 置 ， 可 借助 _或 采

19、用 _的 方 法 使 機(jī) 構(gòu) 能 順 利 通 過 死 點(diǎn)位 置 而 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) 。 三 、 選 擇 題1.下 面 不 是 平 面 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 優(yōu) 點(diǎn) 。A. 運(yùn) 動(dòng) 副 是 面 接 觸 ， 故 壓 強(qiáng) 小 、 耐 磨 損 ；B. 運(yùn) 動(dòng) 副 制 造 簡 單 ， 容 易 獲 得 較 高 的 制 造 精 度 ；C. 容 易 實(shí) 現(xiàn) 多 種 運(yùn) 動(dòng) 形 式 的 轉(zhuǎn) 換 ；D. 容 易 精 確 地 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 定 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 。 答 案 2.四 桿 長 度 不 等 的 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) ， 若 主 動(dòng) 曲 柄 作 連 續(xù)勻 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) 則 從 動(dòng) 曲 柄 將 _。A. 勻 速 轉(zhuǎn)

20、 動(dòng) B. 間 歇 轉(zhuǎn) 動(dòng) C. 周 期 變 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) D. 往 復(fù) 擺 動(dòng)3.平 行 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) ， 當(dāng) 主 動(dòng) 曲 柄 作 勻 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 則 從動(dòng) 曲 柄 將 _。A. 勻 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) B. 間 歇 轉(zhuǎn) 動(dòng) C. 周 期 變 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) D. 往 復(fù) 擺 動(dòng) 答 案 A. 改 變 導(dǎo) 桿 長 度 B. 改 變 曲 柄 長 度C. 改 變 機(jī) 架 長 度 D. 改 變 曲 柄 轉(zhuǎn) 速4.改 變 擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 導(dǎo) 桿 擺 角 的 有 效 方 法 是 _。5.桿 長 不 等 的 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) ， 若 以 最 短 桿 為 機(jī) 架 ，則 是 _機(jī) 構(gòu) 。A. 曲

21、柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) B. 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu)C. 雙 搖 桿 機(jī) 構(gòu) D. 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) 或 雙 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 答 案 6.當(dāng) 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 的 原 動(dòng) 曲 柄 位 于 _時(shí) ， 機(jī) 構(gòu)的 傳 動(dòng) 角 最 小 。A. 曲 柄 與 連 桿 共 線 的 兩 個(gè) 位 置 之 一B. 曲 柄 與 機(jī) 架 相 垂 直 的 位 置C. 曲 柄 與 機(jī) 架 共 線 的 兩 個(gè) 位 置 之 一D. 搖 桿 與 機(jī) 架 相 垂 直 時(shí) 對 應(yīng) 的 曲 柄 位 置7.鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 的 壓 力 角 是 指 ， 在 不 計(jì) 摩 擦 情 況 下 ，連 桿 作 用 于 _上 的 力 與 該 力

22、 作 用 點(diǎn) 的 速 度 間 所夾 的 銳 角 。A. 主 動(dòng) 件 B. 從 動(dòng) 件 C. 機(jī) 架 D. 連 架 桿 答 案 A. 2 個(gè) B. 3 個(gè) C. 4 個(gè) D. 5 個(gè)A. 90 B. 45 C. 60 D. 3010.下 列 機(jī) 構(gòu) 中 ： 1) 對 心 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 、 2) 偏 置 曲 柄滑 塊 機(jī) 構(gòu) 、 3) 平 行 雙 曲 柄 機(jī) 構(gòu) 、 4) 擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 、5) 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) ， 當(dāng) 原 動(dòng) 件 均 為 曲 柄 時(shí) ， 上 述 _機(jī) 構(gòu) 有 急 回 運(yùn) 動(dòng) 特 性 。9.擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 的 行 程 速 比 系 數(shù) K=2， 則 該 機(jī) 構(gòu) 的擺 角 為 _。8. 有 一 對 心 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) ， 曲 柄 長 為 100mm， 則滑 塊 的 行 程 是 _。 A. 50mm B. 100mm C. 200mm D. 400mm 答 案 一 、 判 斷 題 T、 F、 F、 T、 T 、 6T 、 7F 、 8F 、 9T 、 10T 答 案三 、 選 擇 題 1D、 C、 A、 B、 D 、 6C 、 7B 、 8C 、 9C 、 10B