機(jī)械原理平面連桿機(jī)構(gòu)及設(shè)計(jì).ppt

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第二章 平面連桿機(jī)構(gòu) 及其設(shè)計(jì),主要內(nèi)容,2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)基本形式、演變及其應(yīng)用 2.2 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問題 2.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),若干個(gè)構(gòu)件全用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。,一、 連桿機(jī)構(gòu),二、連桿機(jī)構(gòu)的分類,1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為： 平面連桿機(jī)構(gòu) 空間連桿機(jī)構(gòu),2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分,四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)、…,四桿機(jī)構(gòu),六桿機(jī)構(gòu),三、平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),適用于傳遞較大的動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械 依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度 能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程上常用來作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 不足之處： 不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng) 可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差,機(jī)械手,四、平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用,舉升,汽車中那些部位用到連桿機(jī)構(gòu),飛機(jī)起落架,火車頭,內(nèi)燃機(jī),起重裝置,礦山顎式碎礦機(jī) 將大石頭壓成小石頭,機(jī)器馬,機(jī)架,連桿,在連架桿中，能繞其軸線回轉(zhuǎn)360°者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復(fù)擺動(dòng)者稱為搖桿。,一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式,1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)為搖桿。 2）雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為曲柄。 3）雙搖桿機(jī)構(gòu)：兩連架桿均為搖桿。,§2-1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變及其應(yīng)用,1、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副,二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演變,,,,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),2) 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu),1) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),正弦機(jī)構(gòu),曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),,1,,,B,C,3,,,2、取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）,1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的倒置,直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu) （定塊機(jī)構(gòu)）,曲柄搖塊機(jī)構(gòu),2）單滑塊機(jī)構(gòu)的倒置,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡圖,搖塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺動(dòng)式內(nèi)燃機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)裝置內(nèi)。如圖所示自卸卡車翻斗機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡圖。在該機(jī)構(gòu)中，因?yàn)橐簤河透?繞鉸鏈C擺動(dòng)，故稱為搖塊。,抽水唧筒機(jī)構(gòu),直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu),曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)及應(yīng)用,3）其他機(jī)構(gòu)的倒置…,?,3、擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副,將轉(zhuǎn)動(dòng)副B加大，直至把轉(zhuǎn)動(dòng)副A包括進(jìn)去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動(dòng)中心為A的偏心圓盤。,§2-2 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問題,一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性 三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn) 四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性,一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,為什么關(guān)注有曲柄條件？,欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，,三角形 任意兩邊之和必大于第三邊 任意兩邊之差小于第三邊 即必須滿足 a+d ≤ b+c (2-1) |d-a| ≥ |b-c| (2-2),欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，即必須滿足 a+d≤b+c (1) |d-a|≥|b-c| (2),結(jié)論（平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件）： 1）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿； 2）最短桿與最長桿之和應(yīng) ≤ 其余兩桿的桿長之和。（桿長和條件）,(2) 若d≤a 則可得,,1、若滿足桿長和條件： 以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； 以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)； 以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，則無曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 2、若不滿足桿長和條件，該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)。,注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：最長桿的桿長 其余三桿長度之和。,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件,,,顯然，需滿足: a+e ≤ b,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,,,,C”,B”,a,b,B,C,,C’,B’,,,,,,,,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,a,,,,d,e ≤ d-a,a,,,,d,d+e ≤ a,轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件,,二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性,,擺角,極位夾角,CD左行耗時(shí): t2 = ?2 / ?,?1=180°+θ, ?2=180°-θ,CD右行耗時(shí): t1 = ?1 / ?,顯然：若θ≠0，則：t1 t2,問: 是否存在無急回特性的四桿機(jī)構(gòu)?,= v2 / v1 =（C1C2 / t2 ）/ （ C1C2 / t1 ） = t1 / t2 = ?1 / ?2 = ( 180°+θ) / ( 180°-θ ),輸出件空回行程的平均速度 ————————————— 輸出件工作行程的平均速度,k =,θ= 180°（k-1）/（k+1）,行程速度變化系數(shù),連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件： 1）原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng) 2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng) 3）極位夾角θ?0,C2,C2,,B,B1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C1,B2,C,,θ,曲柄滑塊機(jī)構(gòu),問: 是否存在無急回特性的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)?,A,導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的急回,問: 是否存在無急回特性的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)?,F1 = Fcosα F2 = Fsinα,,1、機(jī)構(gòu)壓力角:在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用α表示。,三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn),傳動(dòng)角：壓力角的余角。,機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定： γmin≥[γ]；[γ]= 30?60°； αmax≤[α]。 [γ]、[α]分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。,通常用γ表示.,,,α= 0° γ= 90°,δ= arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos?]/2bc}.,? = 0?, δmin= arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc},,γ=δ,或γ = 180?-δ,? = 180?, δmax= arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc},γmin=[δmin , 180?-δmax]min,2、最小傳動(dòng)角的確定,,,B’,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,,,e,a,b,,,?,,?,?min= ?’=arccos（a+e)/b,為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。,cos?=（asin?+e)/b,,,,在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角γ=0°（α=90°）的位置下，無論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。,,F1 = Fcosα F2 = Fsinα,3、機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置,連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。,錯(cuò)位不連續(xù)：在左圖中，當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿不可能從CD位置轉(zhuǎn)到C‘D位置，把連桿機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)不連續(xù)稱為錯(cuò)位不連續(xù)。即：不可能要求從動(dòng)件在兩個(gè)不連通的可行域內(nèi)（C1DC2，C’1DC‘2）連續(xù)運(yùn)動(dòng)。 錯(cuò)序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當(dāng)AB沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)可以滿足要求，但沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則不能滿足連桿預(yù)期的次序要求，把機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動(dòng)不連續(xù)問題稱為錯(cuò)序不連續(xù)。,,四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性,可行域：當(dāng)曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿CD可以在其擺角φ或φ'范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，稱此兩個(gè)范圍為機(jī)構(gòu)的可行域。,四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性判據(jù)?,機(jī)構(gòu)類型與有曲柄 急回特性原則 最大壓力角原則 注意”死點(diǎn)” 連續(xù)性問題,§2–3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),一、基本問題 根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。 根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位移、速度和加速度）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 綜合功能,1）實(shí)現(xiàn)剛體的給定位置,舉例： 自動(dòng)送機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),,自動(dòng)送料機(jī)構(gòu),,,,,翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),已知：2個(gè)位置B1-C1、B2-C2，及鉸鏈安裝平面AD,,,,,,,2）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的設(shè)計(jì),汽車雨刮,實(shí)現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性,實(shí)現(xiàn)兩連架桿的對(duì)應(yīng)角位移、角速度和角加速度,3）實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì),演示軟件,4) 實(shí)現(xiàn)綜合功能,實(shí)現(xiàn)連桿位置:上、剪下比須連續(xù)通過確定位置 實(shí)現(xiàn)軌跡：刀刃按一定軌跡運(yùn)動(dòng) 實(shí)現(xiàn)速度要求：在剪切區(qū)的水平速度有要求,二、平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)方法 幾何法 解析法 實(shí)驗(yàn)法,,,,,,,,,,,,,,,,,1、給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),2、給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過程 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過程 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過程,B1,AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-AB AC2=BC+AB,確定比例尺,,,,,,,,C1,D,,C2,B2,,,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過程,步驟：,,,已知：C1 、C2位置（行程H），K,e,,,,A,曲柄滑塊機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過程,確定比例尺ml 畫出C1、C2及偏心距e; 已知K，求θ 以90o-?為底邊角，C1-C2為底邊作等腰三角形C1oC2 以三角形頂點(diǎn)o為圓心作輔助圓 圓與偏心距交點(diǎn)即為A點(diǎn) 以公式：AB=(AC2-AC1)/2；得桿長lAB 以公式：BC=(AC1+AC2)/2；得桿長lBC 結(jié)束,已知：,曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)-設(shè)計(jì)過程,平行四邊形機(jī)構(gòu),反平行四邊形機(jī)構(gòu),平行四邊形機(jī)構(gòu),