機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第2版.ppt

書名 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第2版ISBN 978 7 111 08526 3作者 胡家秀出版社 機(jī)械工業(yè)出版社本書配有電子課件 高等職業(yè)教育機(jī)械類專業(yè)核心技術(shù)課程 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三章平面連桿機(jī)構(gòu) 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院陳峰鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐剛濤 教學(xué)課件編創(chuàng)制作 第三章平面連桿機(jī)構(gòu) 第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化 第三節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件和幾個(gè)基本概念 第四節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第一節(jié)概述 第一節(jié)概述 機(jī)構(gòu)實(shí)例 內(nèi)燃機(jī) 鶴式吊 火車輪 手動(dòng)沖床 牛頭刨床 橢圓儀 機(jī)械手爪等 特征 有一作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件 稱為連桿 特點(diǎn) 采用低副 面接觸 承載大 便于潤滑 不易磨損形狀簡單 易加工 容易獲得較高的制造精度 改變桿的相對長度 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同 連桿曲線豐富 可滿足不同要求 定義 由低副 轉(zhuǎn)動(dòng) 移動(dòng) 連接組成的平面機(jī)構(gòu) 缺點(diǎn) 構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多 累積誤差大 運(yùn)動(dòng)精度低 效率低 產(chǎn)生動(dòng)載荷 慣性力 不適合高速 設(shè)計(jì)復(fù)雜 難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡 分類 平面連桿機(jī)構(gòu) 空間連桿機(jī)構(gòu) 常以構(gòu)件數(shù)命名 如四桿機(jī)構(gòu) 多桿機(jī)構(gòu) 本章重點(diǎn)內(nèi)容是介紹四桿機(jī)構(gòu) 一 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 基本型式 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 構(gòu)件間聯(lián)接都是轉(zhuǎn)動(dòng)副 名詞解釋 曲柄 整周定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件 三種基本型式 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 特征 曲柄 搖桿 作用 將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng) 如雷達(dá)天線 縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)等 連桿 作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件 連架桿 與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件 搖桿 作定軸擺動(dòng)的構(gòu)件 曲柄 連桿 搖桿 第二節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化 設(shè)計(jì) 潘存云 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 特征 兩個(gè)曲柄 1 3 作用 將等速回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D(zhuǎn) 雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu) 應(yīng)用實(shí)例 如葉片泵 慣性篩等 曲柄主動(dòng) 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 旋轉(zhuǎn)式葉片泵 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 實(shí)例 火車輪 特例 平行四邊形機(jī)構(gòu) 特征 兩連架桿等長且平行 連桿作平動(dòng) 攝影平臺(tái) 天平 播種機(jī)料斗機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 反平行四邊形機(jī)構(gòu) 車門開閉機(jī)構(gòu) 平行四邊形機(jī)構(gòu)在共線位置出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定 采用兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 特征 兩個(gè)搖桿 應(yīng)用舉例 鑄造翻箱機(jī)構(gòu) 特例 等腰梯形機(jī)構(gòu) 汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu) 飛機(jī)起落架 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 1 改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸 二 四桿機(jī)構(gòu)的演化形式 偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 雙滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu) lsin 設(shè)計(jì) 潘存云 2 改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸 3 選不同的構(gòu)件為機(jī)架 偏心輪機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 牛頭刨床 應(yīng)用實(shí)例 小型插床 3 選不同的構(gòu)件為機(jī)架 3 選不同的構(gòu)件為機(jī)架 設(shè)計(jì) 潘存云 手搖唧筒 平面四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副 可能存在曲柄 第三節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件和幾個(gè)基本概念 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個(gè)曲柄 曲柄存在的條件 最長桿與最短桿的長度之和應(yīng) 其他兩桿長度之和 連架桿桿與機(jī)架中必有一桿為最短桿 1 構(gòu)件和條件 2 最短桿條件 一 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件 作者 潘存云教授 當(dāng)滿足構(gòu)件和條件時(shí) 說明存在整轉(zhuǎn)副 當(dāng)選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架時(shí) 可得不同的機(jī)構(gòu) 如曲柄搖桿1 曲柄搖桿2 雙曲柄 雙搖桿機(jī)構(gòu) 1 平面四桿機(jī)構(gòu)的極位 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 當(dāng)曲柄與連桿兩次共線時(shí) 搖桿位于兩個(gè)極限位置 簡稱極位 此兩處曲柄之間的夾角 稱為極位夾角 二 平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性 兩個(gè)極位間的夾角 稱為最大擺角 2 急回特性 當(dāng)曲柄以 逆時(shí)針轉(zhuǎn)過180 時(shí) 搖桿從C1D位置擺到C2D 所花時(shí)間為t1 平均速度為V1 那么有 當(dāng)曲柄以 繼續(xù)轉(zhuǎn)過180 時(shí) 搖桿從C2D 置擺到C1D 所花時(shí)間為t2 平均速度為V2 那么有 顯然 t1 t2V2 V1 搖桿的這種特性稱為急回運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì) 潘存云 180 K稱為行程速比系數(shù) 且 越大 K值越大 急回性質(zhì)越明顯 只要 0 就有K 1 設(shè)計(jì)新機(jī)械時(shí) 往往先給定K值 于是 1 壓力角和傳動(dòng)角 從動(dòng)件上受力點(diǎn)的速度方向與所受作用力方向之間所夾的銳角 稱為機(jī)構(gòu)的壓力角 用 表示 切向分力 F Fcos 法向分力 F Fsin F 對傳動(dòng)有利 Fsin 稱 為傳動(dòng)角 可用 的大小來表示機(jī)構(gòu)傳動(dòng)力性能的好壞 三 平面四桿機(jī)構(gòu)的傳力特性 Fcos 當(dāng) 90 時(shí) 設(shè)計(jì)時(shí)要求 min 50 min出現(xiàn)的位置 當(dāng) 90 時(shí) 180 此位置一定是 主動(dòng)件與機(jī)架共線兩處之一 當(dāng) 最小或最大時(shí) 都有可能出現(xiàn) min 設(shè)計(jì) 潘存云 2 止點(diǎn)位置 搖桿為主動(dòng)件 且連桿與曲柄兩次共線時(shí) 有 此時(shí)機(jī)構(gòu)不能運(yùn)動(dòng) 避免措施 兩組機(jī)構(gòu)錯(cuò)開排列 如火車輪機(jī)構(gòu) 稱此位置為 止點(diǎn) 0 靠飛輪的慣性 如內(nèi)燃機(jī) 縫紉機(jī)等 0 0 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 鉆孔夾具 飛機(jī)起落架 也可以利用死點(diǎn)進(jìn)行工作 飛機(jī)起落架 鉆夾具等 第四節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 機(jī)構(gòu)選型 根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求選擇機(jī)構(gòu)的類型 尺度綜合 確定各構(gòu)件的尺度參數(shù) 長度尺寸 設(shè)計(jì)方法 圖解法 解析法 實(shí)驗(yàn)法 設(shè)計(jì) 潘存云 三類設(shè)計(jì)要求 1 滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng) 如 2 滿足預(yù)定的連桿位置要求 如鑄造翻箱機(jī)構(gòu) 要求連桿在兩個(gè)位置垂直地面且相差180 飛機(jī)起落架 函數(shù)機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 鶴式起重機(jī) 攪拌機(jī)構(gòu) 要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條卵形曲線 要求連桿上E點(diǎn)的軌跡為一條水平直線 三類設(shè)計(jì)要求 1 滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 兩連架桿轉(zhuǎn)角對應(yīng) 如 飛機(jī)起落架 函數(shù)機(jī)構(gòu) 2 滿足預(yù)定的連桿位置要求 如鑄造翻箱機(jī)構(gòu) 3 滿足預(yù)定的軌跡要求 如 鶴式起重機(jī) 攪拌機(jī)等 1 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 PC1C2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 AC2為半徑作弧交于E 得 l1 EC1 2l2 AC1 EC1 2 AC2 l2 l1 l1 AC1 AC2 2 C2C1P 90 交于P AC1 l1 l2 設(shè)計(jì) 潘存云 一 圖解法 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 2 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AD d 則 a dsin 2 作角分線 已知 機(jī)架長度d K 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 已知K 滑塊行程H 偏距e 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 潘存云 2 按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 1 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(jì)要求 2 給定連桿上鉸鏈BC的三組位置 有無窮多組解 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 攪拌機(jī)構(gòu) 二 實(shí)驗(yàn)法 設(shè)計(jì) 潘存云 連桿作平面運(yùn)動(dòng) 其上各點(diǎn)的軌跡均不相同 B C點(diǎn)的軌跡為圓弧 其余各點(diǎn)的軌跡為一條封閉曲線 設(shè)計(jì)目標(biāo) 就是要確定一組桿長參數(shù) 使連桿上某點(diǎn)的軌跡滿足設(shè)計(jì)要求 連桿曲線 設(shè)計(jì) 潘存云 設(shè)計(jì) 潘存云 三 解析法 給定連架桿對應(yīng)位置 構(gòu)件3和構(gòu)件1滿足以下位置關(guān)系 建立坐標(biāo)系 設(shè)構(gòu)件長度為 l1 l2 l3 l4 在x y軸上投影可得 機(jī)構(gòu)尺寸比例放大時(shí) 不影響各構(gòu)件相對轉(zhuǎn)角 l1coc l2cos l3cos l4 l1sin l2sin l3sin i f i i 1 2 3 n設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu) 求各構(gòu)件長度 令 l1 1 代入移項(xiàng)得 l2cos l4 l3cos cos 則化簡為 coc P0cos P1cos P2 代入兩連架桿的三組對應(yīng)轉(zhuǎn)角參數(shù) 得方程組 l2sin l3sin sin coc 1 P0cos 1 P1cos 1 1 P2 coc 2 P0cos 2 P1cos 2 2 P2 coc 3 P0cos 3 P1cos 3 3 P2 可求系數(shù) P0 P1 P2 以及 l2 l3 l4 將相對桿長乘以任意比例系數(shù) 所得機(jī)構(gòu)都能滿足轉(zhuǎn)角要求 若給定兩組對應(yīng)位置 則有無窮多組解 舉例 設(shè)計(jì)一四桿機(jī)構(gòu)滿足連架桿三組對應(yīng)位置 代入方程得 cos90 P0cos80 P1cos 80 90 P2 cos135 P0cos110 P1c