平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì).ppt

第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),第一節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與基本型式第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),機(jī)械原理,2,一、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)二、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式三、四桿機(jī)構(gòu)的演化與變異四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,第一節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與基本型式,3,一、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、成本低廉,承載能力大,可實(shí)現(xiàn)多樣化的運(yùn)動規(guī)律,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的運(yùn)動和動力的傳遞,能實(shí)現(xiàn)特殊的運(yùn)動軌跡,4,二、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式,（一）全轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)（鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）（二）含有一個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)（三）含有兩個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu),5,（一）全轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)（鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)）,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu),6,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄連架桿中能作整周轉(zhuǎn)動的構(gòu)件搖桿連架桿中只能作往復(fù)擺動的構(gòu)件曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿中一為曲柄，一為搖桿連桿的機(jī)構(gòu),7,雙曲柄機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿均為曲柄的連桿機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿平行且相等,機(jī)架與連桿平行并相等,稱為平行四邊形機(jī)構(gòu)。,8,雙搖桿機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿均為搖桿的連桿機(jī)構(gòu),9,（二）含有一個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),10,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿為相對機(jī)架作往復(fù)移動的滑塊,11,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),定義：一連架桿為曲柄，而另一連架桿也作整周轉(zhuǎn)動且與塊狀連桿組成移動副,12,擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿作定軸往復(fù)擺動且與塊狀連桿組成移動副。,13,曲柄搖塊機(jī)構(gòu),一連架桿為曲柄，另一連架桿為塊狀，且只能作定軸往復(fù)擺動。,14,移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),導(dǎo)桿在固定滑塊中做往復(fù)直線移動，曲柄做往復(fù)擺動,15,（三）含有兩個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)正弦機(jī)構(gòu)正切機(jī)構(gòu),16,雙滑塊機(jī)構(gòu),兩個(gè)連架桿作成塊狀，且相對十字形機(jī)架作相對移動,17,雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu),兩塊狀連架桿均作定軸轉(zhuǎn)動,連桿為十字形構(gòu)件,18,正弦機(jī)構(gòu),位移量s=Lsin，與曲柄轉(zhuǎn)角成正弦函數(shù)關(guān)系,一個(gè)連架桿作定軸轉(zhuǎn)動，另一個(gè)連架桿作往復(fù)移動，且位移是曲柄轉(zhuǎn)角的正弦函數(shù)。,19,正切機(jī)構(gòu),構(gòu)件3的位移S=atan。,一個(gè)連架桿作往復(fù)擺動，另一個(gè)連架桿作往復(fù)移動、且位移是擺角的正切函數(shù)。,20,三、四桿機(jī)構(gòu)的演化與變異,（一）低副相對運(yùn)動的可逆性,低副所連接的兩個(gè)構(gòu)件之間的相對運(yùn)動關(guān)系不因其中哪個(gè)構(gòu)件作為參考坐標(biāo)而變化。,構(gòu)件1相對構(gòu)件2的運(yùn)動與構(gòu)件2相對構(gòu)件1的運(yùn)動相同。,21,構(gòu)件1相對構(gòu)件2的運(yùn)動軌跡為擺線,結(jié)論高副不具有相對運(yùn)動可逆性,高副沒有運(yùn)動的可逆性,構(gòu)件2相對構(gòu)件1的運(yùn)動軌跡為漸開線,22,（二）四桿機(jī)構(gòu)的演化與變異,1.全轉(zhuǎn)動副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化2全轉(zhuǎn)動副機(jī)構(gòu)向含有移動副機(jī)構(gòu)的演化3含有一個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)的演化4含有兩個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)的演化5運(yùn)動副的形狀變異6構(gòu)件形狀變異7構(gòu)件尺寸的變異,23,1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化,AD為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu),BC為機(jī)架曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，A、B為整轉(zhuǎn)副，D、C為擺轉(zhuǎn)副,A、B整轉(zhuǎn)副為雙曲柄機(jī)構(gòu),D、C為擺轉(zhuǎn)副為雙搖桿機(jī)構(gòu),24,2轉(zhuǎn)動副向移動副的演化,e=0,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),曲柄曲線滑塊機(jī)構(gòu),偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),25,3含有一個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)的演化,轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),曲柄搖塊機(jī)構(gòu),移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu),A、B為整轉(zhuǎn)副,26,4含有兩個(gè)移動副的四桿機(jī)構(gòu)的演化,正弦機(jī)構(gòu),雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu),雙滑塊機(jī)構(gòu),27,5運(yùn)動副的形狀變異,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),偏心盤機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)動副的銷釘擴(kuò)大,28,29,轉(zhuǎn)動副的銷釘擴(kuò)大實(shí)例,轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)變異,搖桿,連桿,30,移動副的擴(kuò)大與變異,剪床,31,6構(gòu)件形狀變異,曲柄搖塊機(jī)構(gòu),擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),桿塊變異,32,7構(gòu)件尺寸的變異,機(jī)架AB尺寸增大到某一范圍，轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)演化為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。,33,四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,應(yīng)用一,應(yīng)用二,牛頭刨床,小型牛頭刨床,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),擺動式油泵,插齒機(jī)床讓刀機(jī)構(gòu),自動卸料汽車,手搖唧筒,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),36,第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì),一、曲柄存在條件二、急回特性三、機(jī)構(gòu)壓力角與傳動角四、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,37,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)連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿。最短桿為連架桿或機(jī)架時(shí)。,一、曲柄存在條件,曲柄存在條件,38,構(gòu)件1為機(jī)架,取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)型式,構(gòu)件4為機(jī)架,構(gòu)件2為機(jī)架,構(gòu)件3為機(jī)架,39,二、急回特性,極位夾角當(dāng)從動搖桿處于左、右兩極限位置時(shí)，主動曲柄兩位置所夾的銳角搖桿的擺角從動搖桿兩極限位置間的夾角,急回特性當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動時(shí)，搖桿往復(fù)擺動的平均速度不同的運(yùn)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,傳動角壓力角的余角。,三、壓力角和傳動角,壓力角從動件受力點(diǎn)（C點(diǎn)）的受力方向與受力點(diǎn)的速度方向之間所夾的銳角。,設(shè)計(jì)條件,如何確定min？,與構(gòu)件位置角的關(guān)系,42,最小傳動角min出現(xiàn)的位置,對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，min出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一。,min=min,1=min，2=180maxmin為1、2中的較小者。,min,max,max,min,max為銳角,max為鈍角,min可能發(fā)生在主動曲柄與機(jī)架兩次共線（AB，AB）的位置之一處，即處。,ABDBCD,結(jié)論,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),44,四、死點(diǎn)位置,死點(diǎn)位置在搖桿CD為主動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，連桿BC與從動曲柄AB出現(xiàn)兩次共線的位置。,特征=0（=90）,死點(diǎn)的缺陷,死點(diǎn)的利用,45,死點(diǎn)的缺陷,順利通過死點(diǎn)位置的措施：利用系統(tǒng)的慣性；利用特殊機(jī)構(gòu),蒸汽機(jī)車驅(qū)動輪聯(lián)動機(jī)構(gòu)利用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列,縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)利用慣性,46,死點(diǎn)的利用,快速夾具,飛機(jī)起落架,47,第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),一、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題二、圖解設(shè)計(jì)法三、解析設(shè)計(jì)法,48,一、平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題,按照給定的運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（一）按照給定的連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（二）按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（三）按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),按照給定的運(yùn)動規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),49,（一）按照給定連桿一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),鑄造車間翻轉(zhuǎn)臺,50,（二）按照連架桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)函數(shù)關(guān)系的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),51,（三）按照行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),按照連架桿的兩個(gè)極限位置和機(jī)構(gòu)的急回特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),52,按照給定的運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),53,二、圖解設(shè)計(jì)法,（一）按照連桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1按照連桿的二個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),2按照連桿的三個(gè)對應(yīng)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),（二）按照連架桿的一系列對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（三）按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),（四）按照連桿曲線設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),54,B1,C1,B2,C2,b12,c12,A,D,1按照連桿的二個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),無窮多解,55,2按照連桿的三個(gè)對應(yīng)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),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(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),反轉(zhuǎn)法的原理,按照連架桿的三組對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),57,反轉(zhuǎn)法的原理,按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),58,反轉(zhuǎn)法的原理,機(jī)構(gòu)的兩個(gè)位置為：AB1C1D，AB2C2D剛化AB2C2D，繞D點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使DC2重合DC1。把連架桿對應(yīng)位置問題轉(zhuǎn)化為以連架桿DC1為機(jī)架，連桿BC為連架桿的設(shè)計(jì)問題。,59,2,2,B2,反轉(zhuǎn)法的過程,A,1,1,60,按照連架桿的三組對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),61,按照連架桿的三組對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),已知連架桿三組對應(yīng)角度，一連架桿和機(jī)架尺寸,注意：從不知長度的連架桿轉(zhuǎn)動中心處，任選半徑畫弧，然后連接B1E1、B2E2、B3E3，得到三個(gè)四邊形，再進(jìn)行反轉(zhuǎn)。,62,作圖過程,(已知三組對應(yīng)位置,機(jī)架和一連架桿尺寸),AB1C1DE1為所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu),第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),給定連架桿的對應(yīng)位置已知曲柄長度,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),HIGHEDUCATIONPRESS,給定連架桿的對應(yīng)位置已知滑塊的三個(gè)位置,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),HIGHEDUCATIONPRESS,第五章平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì),67,（三）按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),常用設(shè)計(jì)步驟：,1.按實(shí)際需要給定行程速比K的數(shù)值2.算出極位夾角3.根據(jù)機(jī)構(gòu)在極限位置時(shí)的幾何關(guān)系，結(jié)合有關(guān)輔助條件來確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的尺寸參數(shù)。,68,曲柄搖桿機(jī)構(gòu),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(jī)構(gòu)(已知k,和搖桿尺寸c）,注意：k=1如何設(shè)計(jì)？,AC2=a+b,AC2-AC1=2a,AC1=b-a,a=C2E/2,70,B,B,1、驗(yàn)算最小傳動角min,設(shè)計(jì)后的驗(yàn)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(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的二個(gè)位置。,1、計(jì)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(diǎn)A，連接AC1和AC2,72,已知k,和搖桿尺寸c,已知機(jī)架尺寸d,90-,以D為圓心，d為半徑畫弧，交圓于A點(diǎn)。連AC1、AC2，可求a、b尺寸。,73,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),74,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（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(diǎn),5、連接AC1和AC2,6、EC2為2倍曲柄，B1C1為連桿尺寸,75,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),76,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（已知k，機(jī)架尺寸d）,5、AC1D，AC2D即為所設(shè)計(jì)之機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極限位置。,4、過A點(diǎn)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(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),圖譜法實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)作圖結(jié)合法,實(shí)驗(yàn)法,78,（一）解析法的基本原理（二）按連桿的一系列位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（三）按照連架桿的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)（四）按預(yù)定軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),三、解析設(shè)計(jì)法,79,本章總結(jié),重點(diǎn)：1、平面四桿機(jī)構(gòu)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(diǎn)）2、按連桿對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3、按連架桿對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)4、按急回特性設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),