平面連桿機構及其設計.ppt

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第五章平面連桿機構及其設計,第一節(jié)平面連桿機構的特點與基本型式第二節(jié)平面連桿機構的基本性質第三節(jié)平面連桿機構的設計,《機械原理》,,,2,一、平面連桿機構的特點二、平面連桿機構的基本型式三、四桿機構的演化與變異四、平面連桿機構的應用,第一節(jié)平面連桿機構的特點與基本型式,3,,一、平面連桿機構的特點,結構簡單、易于制造、成本低廉,承載能力大,可實現(xiàn)多樣化的運動規(guī)律,可實現(xiàn)遠距離的運動和動力的傳遞,能實現(xiàn)特殊的運動軌跡,4,二、平面連桿機構的基本型式,（一）全轉動副的四桿機構（鉸鏈四桿機構）（二）含有一個移動副的四桿機構（三）含有兩個移動副的四桿機構,5,（一）全轉動副的四桿機構（鉸鏈四桿機構）,曲柄搖桿機構雙曲柄機構雙搖桿機構,6,曲柄搖桿機構,曲柄——連架桿中能作整周轉動的構件搖桿——連架桿中只能作往復擺動的構件曲柄搖桿機構——兩個連架桿中一為曲柄，一為搖桿連桿的機構,7,雙曲柄機構,兩個連架桿均為曲柄的連桿機構,兩個連架桿平行且相等,機架與連桿平行并相等,稱為平行四邊形機構。,8,雙搖桿機構,兩個連架桿均為搖桿的連桿機構,9,（二）含有一個移動副的四桿機構,,,,,,曲柄滑塊機構轉動導桿機構擺動導桿機構曲柄搖塊機構移動導桿機構,10,,,,,,曲柄滑塊機構,一連架桿為曲柄，另一連架桿為相對機架作往復移動的滑塊,11,轉動導桿機構,定義：一連架桿為曲柄，而另一連架桿也作整周轉動且與塊狀連桿組成移動副,12,擺動導桿機構,一連架桿為曲柄，另一連架桿作定軸往復擺動且與塊狀連桿組成移動副。,13,曲柄搖塊機構,,一連架桿為曲柄，另一連架桿為塊狀，且只能作定軸往復擺動。,14,移動導桿機構,導桿在固定滑塊中做往復直線移動，曲柄做往復擺動,15,（三）含有兩個移動副的四桿機構,雙滑塊機構雙轉塊機構正弦機構正切機構,16,,雙滑塊機構,兩個連架桿作成塊狀，且相對十字形機架作相對移動,17,雙轉塊機構,兩塊狀連架桿均作定軸轉動,連桿為十字形構件,18,正弦機構,,位移量s=Lsinφ，與曲柄轉角φ成正弦函數(shù)關系,一個連架桿作定軸轉動，另一個連架桿作往復移動，且位移是曲柄轉角的正弦函數(shù)。,19,正切機構,構件3的位移S=atanφ。,一個連架桿作往復擺動，另一個連架桿作往復移動、且位移是擺角的正切函數(shù)。,20,三、四桿機構的演化與變異,（一）低副相對運動的可逆性,低副所連接的兩個構件之間的相對運動關系不因其中哪個構件作為參考坐標而變化。,構件1相對構件2的運動與構件2相對構件1的運動相同。,21,構件1相對構件2的運動軌跡為擺線,結論——高副不具有相對運動可逆性,高副沒有運動的可逆性,構件2相對構件1的運動軌跡為漸開線,22,（二）四桿機構的演化與變異,1.全轉動副的鉸鏈四桿機構演化2．全轉動副機構向含有移動副機構的演化3．含有一個移動副的四桿機構的演化4．含有兩個移動副的四桿機構的演化5．運動副的形狀變異6．構件形狀變異7．構件尺寸的變異,23,1．鉸鏈四桿機構的演化,,,AD為機架曲柄搖桿機構,BC為機架曲柄搖桿機構,曲柄搖桿機構ABCD中，A、B為整轉副，D、C為擺轉副,A、B整轉副為雙曲柄機構,D、C為擺轉副為雙搖桿機構,24,2．轉動副向移動副的演化,,???,e=0,曲柄搖桿機構,?,曲柄曲線滑塊機構,偏置曲柄滑塊機構,對心曲柄滑塊機構,25,3．含有一個移動副的四桿機構的演化,轉動導桿機構,曲柄搖塊機構,移動導桿機構,曲柄滑塊機構,,,,A、B為整轉副,26,4．含有兩個移動副的四桿機構的演化,,,,,,正弦機構,雙轉塊機構,雙滑塊機構,27,5．運動副的形狀變異,曲柄滑塊機構,偏心盤機構,,轉動副的銷釘擴大,28,29,轉動副的銷釘擴大實例,轉動副的結構變異,搖桿,連桿,30,移動副的擴大與變異,剪床,31,6．構件形狀變異,曲柄搖塊機構,擺動導桿機構,,桿塊變異,32,7．構件尺寸的變異,機架AB尺寸增大到某一范圍，轉動導桿機構演化為擺動導桿機構。,33,四、平面連桿機構的應用,應用一,應用二,牛頭刨床,小型牛頭刨床,第五章平面連桿機構及其設計,,擺動式油泵,插齒機床讓刀機構,自動卸料汽車,手搖唧筒,第五章平面連桿機構及其設計,,36,第二節(jié)平面連桿機構的基本性質,一、曲柄存在條件二、急回特性三、機構壓力角與傳動角四、機構的死點位置,37,①最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和;(桿長條件)②連架桿與機架中必有一桿為最短桿。最短桿為連架桿或機架時。,一、曲柄存在條件,曲柄存在條件,38,構件1為機架,取不同構件為機架時的鉸鏈四桿機構型式,構件4為機架,構件2為機架,構件3為機架,39,二、急回特性,,,極位夾角——當從動搖桿處于左、右兩極限位置時，主動曲柄兩位置所夾的銳角θ搖桿的擺角——從動搖桿兩極限位置間的夾角ψ,急回特性——當曲柄等速轉動時，搖桿往復擺動的平均速度不同的運動特性。急回特性的相對程度，通常用v2與v1的比值K來衡量，K稱為行程速比系數(shù)。,40,行程速比系數(shù)K,,41,傳動角γ——壓力角的余角。,三、壓力角和傳動角,壓力角α——從動件受力點（C點）的受力方向與受力點的速度方向之間所夾的銳角。,設計條件,如何確定γmin？,?與構件位置角?的關系,42,最小傳動角?min出現(xiàn)的位置,對于曲柄搖桿機構，?min出現(xiàn)在曲柄與機架共線的兩位置之一。,?min=?min,?1=?min，?2=180??max?min為?1、?2中的較小者。,?min,?max,?max,,?min,?max為銳角,?max為鈍角,,,,,,γmin可能發(fā)生在主動曲柄與機架兩次共線（AB′，AB″）的位置之一處，即處。,△ABD△BCD,,,結論,第五章平面連桿機構及其設計,,44,四、死點位置,死點位置——在搖桿CD為主動件的曲柄搖桿機構中，連桿BC與從動曲柄AB出現(xiàn)兩次共線的位置。,特征——γ=0（α=90）,死點的缺陷,死點的利用,45,死點的缺陷,順利通過死點位置的措施：①利用系統(tǒng)的慣性；②利用特殊機構,蒸汽機車驅動輪聯(lián)動機構——利用機構錯位排列,縫紉機踏板機構——利用慣性,46,死點的利用,快速夾具,飛機起落架,47,第三節(jié)平面連桿機構的設計,一、平面連桿機構設計的基本問題二、圖解設計法三、解析設計法,48,一、平面連桿機構設計的基本問題,按照給定的運動軌跡設計四桿機構,（一）按照給定的連桿一系列位置設計四桿機構（二）按照連架桿的一系列位置設計四桿機構（三）按照行程速比系數(shù)設計四桿機構,按照給定的運動規(guī)律設計四桿機構,49,（一）按照給定連桿一系列位置設計四桿機構,剛體導引機構的設計,鑄造車間翻轉臺,50,（二）按照連架桿的一系列位置設計四桿機構,,實現(xiàn)函數(shù)關系的機構設計,51,（三）按照行程速比系數(shù)設計四桿機構,按照連架桿的兩個極限位置和機構的急回特性設計四桿機構,52,按照給定的運動軌跡設計四桿機構,53,二、圖解設計法,（一）按照連桿的一系列位置設計四桿機構,1．按照連桿的二個位置設計四桿機構,2．按照連桿的三個對應位置設計鉸鏈四桿機構,（二）按照連架桿的一系列對應位置設計四桿機構,（三）按行程速比系數(shù)設計四桿機構,（四）按照連桿曲線設計四桿機構,54,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,B1,C1,B2,C2,b12,c12,A,D,,,,,,,,,,,,1．按照連桿的二個位置設計四桿機構,無窮多解,55,2．按照連桿的三個對應位置設計鉸鏈四桿機構,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,A,D,B1,C1,B2,C2,B3,C3,b12,c12,b23,c23,,,,唯一解,56,（二）按照連架桿的一系列對應位置設計四桿機構,反轉法的原理,按照連架桿的三組對應位置設計四桿機構,57,反轉法的原理,按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構,按連桿預定位置設計四桿機構,,58,反轉法的原理,機構的兩個位置為：□AB1C1D，□AB2C2D剛化□AB2C2D，繞D點旋轉，使DC2重合DC1。把連架桿對應位置問題轉化為以連架桿DC1為機架，連桿BC為連架桿的設計問題。,59,,?2,?2,,,B’2,反轉法的過程,A,,?1,?1,,,,,,60,按照連架桿的三組對應位置設計四桿機構,,鉸鏈四桿機構,61,按照連架桿的三組對應位置設計四桿機構,,已知連架桿三組對應角度，一連架桿和機架尺寸,注意：從不知長度的連架桿轉動中心處，任選半徑畫弧，然后連接B1E1、B2E2、B3E3，得到三個四邊形，再進行反轉。,62,,,,,,,作圖過程,(已知三組對應位置,機架和一連架桿尺寸),,,,,AB1C1DE1為所設計的機構,第五章平面連桿機構及其設計,,,①給定連架桿的對應位置已知曲柄長度,曲柄滑塊機構,第五章平面連桿機構及其設計,,HIGHEDUCATIONPRESS,②給定連架桿的對應位置已知滑塊的三個位置,曲柄滑塊機構,第五章平面連桿機構及其設計,,HIGHEDUCATIONPRESS,第五章平面連桿機構及其設計,,67,（三）按行程速比系數(shù)設計四桿機構,曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構導桿機構,常用設計步驟：,1.按實際需要給定行程速比K的數(shù)值2.算出極位夾角θ3.根據(jù)機構在極限位置時的幾何關系，結合有關輔助條件來確定機構運動簡圖的尺寸參數(shù)。,68,曲柄搖桿機構,,AC1=a+b,AC1-AC2=2a,AC2=b-a,a=C1E/2,69,,,,,,,C1,C2,,,,A,B2,B1,P,,?,,90-?,,,,,E,鉸鏈四桿機構(已知k,?和搖桿尺寸c）,注意：k=1如何設計？,AC2=a+b,AC2-AC1=2a,AC1=b-a,a=C2E/2,,,,,,,70,B’,B’’,1、驗算最小傳動角?min,設計后的驗算工作,2、判斷有無曲柄存在,71,作圖步驟(已知k,?和搖桿尺寸c）,7、以A為圓心，（AC2-AC1）/2為半徑畫圓，AB1C1和AB2C2即為所設計機構的二個位置。,1、計算極位夾角,2、作?DC1C2,3、作?C1C2P，?C1C2P=90?-?,4、作直角?C1C2P的外接圓,5、在?C1C2P的外接圓上任選一點A，連接AC1和AC2,72,已知k,?和搖桿尺寸c,已知機架尺寸d,,90-?,以D為圓心，d為半徑畫弧，交圓于A點。連AC1、AC2，可求a、b尺寸。,73,曲柄滑塊機構,74,曲柄滑塊機構（已知k，滑塊行程和偏距e）,1、選比例尺，作C1C2=H,2、作?C1C2P，?C1C2P=90?-?,3、作直角?C1C2P的外接圓,4、作C1C2平行線，交圓A點,5、連接AC1和AC2,6、EC2為2倍曲柄，B1C1為連桿尺寸,75,導桿機構,76,導桿機構（已知k，機架尺寸d）,5、AC1D，AC2D即為所設計之機構的兩個極限位置。,4、過A點作mD與nD的垂線,3、在?mDn的平分線上取AD=d,2、作?mDn=?,1、,77,（四）按照連桿曲線設計四桿機構,圖譜法實驗法實驗作圖結合法,實驗法,78,（一）解析法的基本原理（二）按連桿的一系列位置設計四桿機構（三）按照連架桿的對應位置設計四桿機構（四）按預定軌跡設計四桿機構,三、解析設計法,79,本章總結,重點：1、平面四桿機構的基本概念（曲柄存在條件、壓力角、傳動角，極位夾角與急回特性，死點）2、按連桿對應位置設計四桿機構3、按連架桿對應位置設計四桿機構4、按急回特性設計四桿機構,