《四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計》PPT課件.ppt

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1、設(shè)計：潘存云,,,,,,,一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),計算180(K-1)/(K+1);,已知：CD桿長，擺角及K， 設(shè)計此機(jī)構(gòu)。步驟如下：,任取一點D，作等腰三角形 腰長為CD，夾角為;,作C2PC1C2，作C1P使,作P C1C2的外接圓，則A點必在此圓上。,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則:,以A為圓心，A C2為半徑作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,,A C2=l2- l1,= l1 =( A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C1= l1+l2,,設(shè)計：潘存云,設(shè)計：潘存云,,2)

2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),分析： 由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計此 機(jī)構(gòu)時，僅需要確定曲柄 a。,計算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn，,取A點，使得AD=d, 則: a=dsin(/2)。,作角分線;,已知：機(jī)架長度d，K，設(shè)計此機(jī)構(gòu)。,設(shè)計：潘存云,,,,3) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計此機(jī)構(gòu) 。,計算: 180(K-1)/(K+1);,作C1 C2 H,作射線C1O 使C2C1O=90,,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。,以A為圓心，A C1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。,l1 =EC2/ 2,l2 = A C2

3、EC2/ 2,設(shè)計：潘存云,二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),a)給定連桿兩組位置,有唯一解。,,,,,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)計要求。,b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置,有無窮多組解。,剛化反轉(zhuǎn)法,以CD桿為機(jī)架時看到的四桿機(jī)構(gòu)ABCD的位置相當(dāng)于把以AD為機(jī)架時觀察到的ABCD的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過 得到的。,低副可逆性； 機(jī)構(gòu)在某一瞬時，各構(gòu)件相對位置固定不變，相當(dāng)于一個剛體，其形狀不會隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。,第 1 步：選B點，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,第

4、3 步：做中垂線，找C1 點,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)和給定連桿位置設(shè)計四桿機(jī) 構(gòu)的作圖法 。,重點與難點分析,本章重點：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其設(shè)計； 本章難點：用作圖法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu) 。,1.極位夾角：機(jī)構(gòu)中從動搖桿處于兩極限位置時，原動曲柄的相應(yīng)兩位置之間所夾的銳角。,，表示機(jī)構(gòu)具有急回特性，且極位夾角愈大，機(jī)構(gòu)的急回運動就愈顯著，所以，要判斷一個機(jī)構(gòu)是否有急回特性，就要找出極位夾角。,例如，一

5、個對心曲柄滑塊機(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)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就沒有急回特性 。,2.壓力角與傳動角：在四桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)不計摩擦?xí)r，主動件通過連桿作用在從動件上的力的作用線與其受力點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，即連桿與從動搖桿所夾的銳角，稱為傳動角。,它們常用來衡量機(jī)構(gòu)的傳動性能。傳動角愈大，即壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳動性能愈好，效率愈高。,多數(shù)機(jī)構(gòu)運動中的傳動角是變化的。為了使機(jī)構(gòu)傳動質(zhì)量良好，一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動角 。為了檢查機(jī)構(gòu)

6、的最小傳動角，需要確定最小傳動角的位置。通過分析可知：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動角出現(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角都等于90o。,3. 死點：當(dāng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)傳動角 時，其壓力角=90o，作往復(fù)運動的原動件通過連桿作用于從動曲柄上的力恰好通過從動件的轉(zhuǎn)動副中心，致使從動件不能轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)的這種位置，稱為死點位置。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件，則曲柄與連桿共線的位置，就是死點位置。,注意：死點、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)件間不可作相對運動；死點是指不計摩擦?xí)r機(jī)

7、構(gòu)所處的特殊位置，可,借助慣性或采用機(jī)構(gòu)錯位排列的方法，使機(jī)構(gòu)能順利通過死點位置而正常運轉(zhuǎn)；而自鎖是指機(jī)構(gòu)在考慮摩擦的情況下，當(dāng)驅(qū)動力的作用方向滿足一定的幾何條件時，雖然機(jī)構(gòu)的自由度大于零，但機(jī)構(gòu)仍無法運動的現(xiàn)象。,4. 平面四桿機(jī)構(gòu)的作圖法：用作圖法設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)是根據(jù)設(shè)計要求及各鉸鏈之間相對運動的幾何關(guān)系通過作圖來確定四個鉸鏈的位置。,根據(jù)不同的設(shè)計要求，作圖法設(shè)計四桿機(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)計四桿機(jī)構(gòu) （重點）,已知：行程速比系數(shù)K，搖桿CD的長度lCD ，搖桿的 擺角，設(shè)計此四桿機(jī)構(gòu)。,設(shè)計的實質(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

8、度。,設(shè)計方法是：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極限位置C1D和C2D；由C1、C2點各作與C1C2 連線夾角為 的直線相交于O點；以O(shè)點為圓心，OC1為半徑畫圓，A 點即在此圓上，可由其它附加條件確定。,2）用作圖法按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置 設(shè)計四桿機(jī)構(gòu),設(shè)計方法是：此類問題剛固反轉(zhuǎn)法進(jìn)行設(shè)計 （重點）,3）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)：,設(shè)計方法是：此類問題可用求圓心法來解決，即作鉸鏈B各位置點連線B1B2 、B2B3的中垂線，兩中垂線的交點即為固定鉸鏈中心A。同理，作鉸鏈C各位置點連線C1C2、 C2C3的中垂線，兩中垂線的交點即為固定鉸

9、鏈中心D。,已知：連桿BC的三個預(yù)定位置B1C1、B2C2和B3C3,設(shè)計的實質(zhì)是：求固定鉸鏈中心的位置,若僅給定連桿BC的兩個預(yù)定位置，則設(shè)計的四桿機(jī)構(gòu)有無窮多解。,典型例題分析,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為主動件，畫出機(jī)構(gòu)的最小傳動角的位置； 4、在什么情況下機(jī)構(gòu)存在死點位置？,圖2-1,解：1、因為lAB+lCD=20+85=105mm< lBC+l

10、AD=60+50=110mm 且連架桿AB為最短桿,故，AB桿就是曲柄，該機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu),2、取比例尺=1mm/mm ，作搖桿CD處在兩個極限位置時的機(jī)構(gòu)位置圖 AB1C1D 和 AB2C2D ，如圖 b 所示。圖中，C1 AC2 為極位夾角。,由圖中量得：=59o,故該機(jī)構(gòu)有急回特性。,故，可求得：K= ( 180o+ ) / ( 180o ) = ( 180o + 59o) / ( 180o - 59o) = 1.98,3、若以曲柄AB為主動件，則機(jī)構(gòu)在曲柄AB與機(jī)架AD共線的兩個位置之一存在最小傳動角min,由圖可得：min= BCD =15o,4、當(dāng)以搖桿CD為

11、主動件，則從動件AB與連桿BC共線的兩個位置AB1C1D和AB2C2D，即為機(jī)構(gòu)的死點位置。,自 測 試 題,一、 判斷題（正確：T，錯誤：F）,1.平面連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，其接觸處壓強(qiáng)較小，因此適用于受力較大的場合。,2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過機(jī)架的轉(zhuǎn)換，就一定可以得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。,3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如有曲柄存在，則曲柄必為最短構(gòu)件 。,4.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動件時，機(jī)構(gòu)沒有死點 。,答 案,5.在擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動件時，曲柄在任何位置時其傳動角均相同 。,6.極位夾角 0 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，

12、傳動角才可能出現(xiàn)最小值。,8.傳動角就是連桿與從動件的夾角。,9.連桿機(jī)構(gòu)任一位置的傳動角與壓力角之和恒等于90o。,10.從傳力效果來看，傳動角越大越好，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)平面四桿機(jī)構(gòu)的運動副都是______ ，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，固定不動的桿稱為_ ___ ，不與機(jī)架直接連接的桿稱為____ ，用轉(zhuǎn)動副與機(jī)架連接的桿稱為_____。,4.機(jī)構(gòu)處于死點位置時，其傳動角等于__，壓力角等于___。,5.

13、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.曲柄為主動件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動搖桿處于兩極限位置時，________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)的傳動越有利。,10.死點是指不計摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置，可借助_____或采用_____的方法使機(jī)構(gòu)能順利通過死點位置而正常運轉(zhuǎn)。,三、選擇題,1.下面 不是平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點

14、。,A. 運動副是面接觸，故壓強(qiáng)小、耐磨損； B. 運動副制造簡單，容易獲得較高的制造精度； C. 容易實現(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換； D. 容易精確地實現(xiàn)預(yù)定的運動規(guī)律。,答 案,2.四桿長度不等的雙曲柄機(jī)構(gòu)，若主動曲柄作連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動則從動曲柄將________。,A. 勻速轉(zhuǎn)動 B. 間歇轉(zhuǎn)動 C. 周期變速轉(zhuǎn)動 D. 往復(fù)擺動,3.平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動曲柄作勻速轉(zhuǎn)動，則從動曲柄將______。,A. 勻速轉(zhuǎn)動 B. 間歇轉(zhuǎn)動 C. 周期變速轉(zhuǎn)動 D. 往復(fù)擺動,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.

15、 改變曲柄轉(zhuǎn)速,4.改變擺動導(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)的原動曲柄位于_______時，機(jī)構(gòu)的傳動角最小。,A. 曲柄與連桿共線的兩個位置之一 B. 曲柄與機(jī)架相垂直的位置 C. 曲柄與機(jī)架共線的兩個位置之一 D. 搖桿與機(jī)架相垂直時對應(yīng)的曲柄位置,7.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的壓力角是指，在不計摩擦情況下，連桿作用于______上的力與該力作用點的速度間所夾的銳角。,A. 主動件 B. 從動件 C. 機(jī)

16、架 D. 連架桿,答 案,A. 2 個 B. 3 個 C. 4 個 D. 5 個,A. 90 B. 45 C. 60 D. 30,10.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) 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、5) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)原動件均為曲柄時，上述_____機(jī)構(gòu)有急回運動特性。,9.擺動導(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,,,,,,,,