第2章 平面連桿機(jī)構(gòu)X.ppt

第二章平面連桿機(jī)構(gòu) 本章內(nèi)容 1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其演化2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性3 用圖解法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的方法重點(diǎn) 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 平面連桿機(jī)構(gòu) 是由許多剛性構(gòu)件用低副 轉(zhuǎn)動(dòng)副 移動(dòng)副 聯(lián)接組成的機(jī)構(gòu) 故又稱平面低副機(jī)構(gòu) 常見(jiàn)的連桿機(jī)構(gòu)型式有以下三種 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 連桿 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 其共同特點(diǎn)是 原動(dòng)件1的運(yùn)動(dòng) 都要經(jīng)過(guò)不直接與機(jī)架相連的中間構(gòu)件2才能傳到輸出構(gòu)件 這個(gè)中間件稱為連桿 連桿 這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機(jī)構(gòu) 切換到 第二章連桿機(jī)構(gòu)2 3平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用 連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用十分廣泛 連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn) 1 有中間件 傳遞路線長(zhǎng) 會(huì)引起誤差積累 傳動(dòng)效率低 2 不宜用于高速運(yùn)動(dòng) 3 設(shè)計(jì)復(fù)雜 2 1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型及其演化機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 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) 是平面連桿機(jī)構(gòu)的基本型式 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu) 很多 如 含有一個(gè)移動(dòng)副 含有兩個(gè)移動(dòng)副和具有偏心輪的四桿機(jī)構(gòu) 平面四桿機(jī)構(gòu)可分為兩大類(lèi) 一 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 是指所有運(yùn)動(dòng)副全部是轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu) 稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 即不含移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成 由機(jī)架 連架桿和連桿組成 連架桿 連架桿 連桿 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 根據(jù)連架桿的不同可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分成三大類(lèi) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 雙曲柄機(jī)構(gòu) 雙遙桿機(jī)構(gòu) 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 指鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中 一個(gè)為曲柄 一個(gè)為搖桿 當(dāng)以曲柄為原動(dòng)件時(shí) 則曲柄整周轉(zhuǎn)動(dòng) 搖桿則往復(fù)擺動(dòng) 雷達(dá)天線俯仰機(jī)構(gòu) 當(dāng)以搖桿為原動(dòng)件時(shí) 則搖桿則往復(fù)擺動(dòng) 而曲柄整周轉(zhuǎn)動(dòng) 如縫紉機(jī)的踏腳板機(jī)構(gòu) 縫紉機(jī)動(dòng)畫(huà) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例 復(fù)擺式腭式破碎機(jī)鋼坯輸送機(jī) 2 雙曲柄機(jī)構(gòu) 兩個(gè)連架桿均能作360 的整周轉(zhuǎn)動(dòng) 即兩個(gè)連架桿都是曲柄 如沖床機(jī)構(gòu)ABCD中 當(dāng)主動(dòng)曲柄AB作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 從動(dòng)件CD作變速轉(zhuǎn)動(dòng) 從而可使滑塊F在沖壓行程時(shí)慢速前進(jìn) 而在空回行程時(shí)快速返回 雙曲柄機(jī)構(gòu)中的平行四邊形機(jī)構(gòu) 連桿作平動(dòng) 兩個(gè)曲柄轉(zhuǎn)速相等 機(jī)車(chē)車(chē)輪的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)為平行四邊形機(jī)構(gòu) 它利用了兩個(gè)曲柄速度相等的特性 各車(chē)輪速度相等 平行四邊形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 攝影平臺(tái)的升降機(jī)構(gòu) 播種機(jī)的料斗機(jī)構(gòu) 平動(dòng) 雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例 旋轉(zhuǎn)泵 3 雙搖桿機(jī)構(gòu) 兩個(gè)連架桿均為搖桿 如鑄造用的大型造型機(jī)的翻箱機(jī)構(gòu) 翻箱機(jī)構(gòu) 如果兩搖桿長(zhǎng)度相等 則形成等腰梯形機(jī)構(gòu) 汽車(chē) 拖拉機(jī)前輪的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu) 汽車(chē) 拖拉機(jī)前輪的轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)構(gòu) 雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)例 鶴式起重機(jī)飛機(jī)起落架 二 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化機(jī)構(gòu) 含有一個(gè)移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)含有兩個(gè)移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)具有偏心輪的四桿機(jī)構(gòu) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 課件 CH2連桿機(jī)構(gòu) 平面連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 2 1 2演化方式 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 以AB為機(jī)架 導(dǎo)桿 得到導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)取不同構(gòu)件為機(jī)架時(shí) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 當(dāng)L1 L2時(shí)為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿4作整周轉(zhuǎn)動(dòng) 360 回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 擺桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)L1 L2時(shí)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿4轉(zhuǎn)角 360 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 例如 小型刨床機(jī)構(gòu) CA為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿 當(dāng)L1 L2時(shí)為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿4作整周轉(zhuǎn)動(dòng) 360 當(dāng)L1 L2時(shí)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿4轉(zhuǎn)角 360 牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 當(dāng)取BC桿為機(jī)架時(shí) 演化成曲柄搖塊機(jī)構(gòu) 如自卸汽車(chē)車(chē)廂的舉升機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu) 如抽水唧筒 如以滑塊3為機(jī)架得到移動(dòng)導(dǎo)桿 定滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 正弦機(jī)構(gòu) 演化成正弦機(jī)構(gòu) 雙滑塊機(jī)構(gòu) 指含有兩個(gè)移動(dòng)副的機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成正切機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 雙滑塊機(jī)構(gòu) H 具有兩個(gè)移動(dòng)副的滑塊聯(lián)軸器 十字滑塊聯(lián)軸器 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成 偏心輪機(jī)構(gòu) CH2連桿機(jī)構(gòu) 2 3 演化方式 擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副尺寸 偏心輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 2 2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性包括運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性兩方面 下面以鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為主來(lái)介紹這些特性 一 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的有整轉(zhuǎn)副的條件 整轉(zhuǎn)副 兩構(gòu)件相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 360 的轉(zhuǎn)動(dòng)副 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否具有整轉(zhuǎn)副 主要取決于四根桿的相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系 假設(shè)個(gè)桿長(zhǎng)分別為 a b c d d a b c a b c d 以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例 來(lái)分析具有整轉(zhuǎn)副的條件 AB桿要通過(guò)與AD桿拉直共線的位置B1AD BD最長(zhǎng) 要使轉(zhuǎn)動(dòng)副A成為整周轉(zhuǎn)動(dòng) 成為曲柄 AB桿必須順利通過(guò)在整周轉(zhuǎn)動(dòng)的任何位置 同時(shí)AB桿要通過(guò)與AD桿重合共線的位置AB2D BD最短 其中有兩個(gè)關(guān)鍵位置 AB桿與AD桿兩次共線的位置 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件 在左圖 B1C1D中 根據(jù)三角形邊長(zhǎng)關(guān)系得 在右圖 B2C2D中 根據(jù)三角形邊長(zhǎng)關(guān)系得 由 式得 由 式得 由 式得 結(jié)論 要使轉(zhuǎn)動(dòng)副A為整轉(zhuǎn)副 AB必須是最短桿 即組成整轉(zhuǎn)副的兩個(gè)桿件中 必有一根桿為最短 或整轉(zhuǎn)副存在于最短桿的兩端 最短桿 最長(zhǎng)桿 其余桿長(zhǎng)之和 此條件稱為桿長(zhǎng)和條件 結(jié)論 1 當(dāng)同時(shí)滿足下列兩個(gè)條件時(shí) 機(jī)構(gòu)有整轉(zhuǎn)副 最短桿 最長(zhǎng)桿 其余桿長(zhǎng)之和 桿長(zhǎng)和條件 組成整轉(zhuǎn)副的兩個(gè)桿件中 必有一根桿為最短 或整轉(zhuǎn)副存在于最短桿的兩端 由于最短桿有兩個(gè)鄰邊 故必有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副 2 曲柄存在的條件 前提條件是上述兩個(gè)條件均滿足 是否存在曲柄 還應(yīng)根據(jù)選擇什么桿為機(jī)架來(lái)判斷 若取最短桿為機(jī)架 雙曲柄機(jī)構(gòu)有兩個(gè)曲柄 若取最短桿的鄰邊為機(jī)架 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在一個(gè)曲柄 若取最短桿的對(duì)邊為機(jī)架 雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄不存在但有整轉(zhuǎn)副屬于搖桿第一種 3 當(dāng)上述條件1中桿長(zhǎng)之和條件不滿足 即最短桿 最長(zhǎng)桿 其余桿長(zhǎng)之和 機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副 機(jī)構(gòu)不存在曲柄 無(wú)論取那個(gè)構(gòu)件為機(jī)架 只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu) 例題 已知四桿機(jī)構(gòu)a 50mm b 120mm c 90mm 試討論 若機(jī)架d為變值 d在什么范圍內(nèi)取值時(shí) 分別成為雙曲柄 曲柄和雙搖桿機(jī)構(gòu) 解 成為雙曲柄機(jī)構(gòu)的條件滿足桿長(zhǎng)之和條件且機(jī)架為最短 d a 50 d b a c 0 d 20mm d b 120a d b c 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件 a 50 d 120 a b c d a 50mm b 120mm c 90mm 80 d 120 A 假設(shè)a最短 b為最長(zhǎng) 則 桿長(zhǎng)和條件最短桿的鄰邊為機(jī)架 B 假設(shè)a最短 d為最長(zhǎng)桿 則 120 d 160 結(jié)論 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件是 80 d 160 d b 120a d b c 雙搖桿機(jī)構(gòu)的條件 d b a c a 50mm b 120mm c 90mm 20 d 50 最短桿的對(duì)邊為機(jī)架 不可能 且滿足桿長(zhǎng)和條件 B 假設(shè)a最短 d為最長(zhǎng)桿 則 160 d 260 成為雙搖桿的另外一個(gè)條件是什么 桿長(zhǎng)之和條件不滿足 A 假設(shè)d最短 d a 50 d a b c 260 隱含條件 否則不是機(jī)構(gòu) 有三種情況 C 假設(shè)a最短 b最長(zhǎng) 結(jié)論 雙搖桿機(jī)構(gòu)的條件是 a 50mm b 120mm c 90mm 50 d 120 a b c d 50 d 80 20 d 50 或160 d 260 或50 d 80 綜上所述 20 d 80 或160 d 260 二 行程速度變化系數(shù)與急回特性 以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為主 來(lái)介紹四桿機(jī)構(gòu)的特性 其它鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性相似 課件CH2 2 2 1運(yùn)動(dòng)特性 急回特性 二 行程速度變化系數(shù)與急回特性 1 極限位置 擺角 和極位夾角 極限位置 當(dāng)曲柄AB作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的一周的過(guò)程中 有兩次與連桿BC共線 D D 搖桿CD處于右極限位置 搖桿CD處于左極限位置 AB2 B2C2拉直共線 AB1 B1C1重合共線 擺角 搖桿CD在左極限C1D與右極限位置C2D之間的夾角 稱為擺角 D 極位夾角 當(dāng)搖桿分別處于左極限和右極限位置時(shí) 所對(duì)應(yīng)的曲柄AB所夾銳角 結(jié)論 曲柄與連桿共線時(shí) 搖桿對(duì)應(yīng)的位置就是極限位置 2 急回特性 急回特性是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特征之一 如果已知行程速度變化系數(shù)K 則構(gòu)件 式可推出 設(shè)計(jì)時(shí) 一般是已知k 再求出 最后求出各桿尺寸 2 5 有急回特性 極位夾角 為 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有急回特性嗎 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有急回特性嗎 無(wú)急回特性極位夾角 0 急回特性的優(yōu)點(diǎn) 注意 只要極限夾角 0 則四桿機(jī)構(gòu)必有急回特性 另外 工作行程速度慢 有利于減少?zèng)_擊 提高機(jī)器的工作穩(wěn)定性 牛頭刨床 沖床等很多機(jī)械都具有急回特性 空回行程速度快 所花時(shí)間短 提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率 三 壓力角與傳動(dòng)角 如果不考慮構(gòu)件慣性力和摩擦力的影響 因?yàn)锽C桿是二力桿件 故作用在從動(dòng)件CD上的驅(qū)動(dòng)力方向必定沿著B(niǎo)C方向 作用點(diǎn)在C點(diǎn) 將力F分解為 徑向載荷Fn和有效分力Ft 壓力角 壓力角a 在不計(jì)摩擦的情況下 從動(dòng)件CD在C點(diǎn)處的所受的力F與C點(diǎn)處的絕對(duì)速度Vc之間所夾銳角 Vc 傳動(dòng)角g 傳動(dòng)角 的定義有三個(gè) A 壓力角的余角 B 力F與Fn之間的夾角 C BC桿與CD桿所夾銳角 設(shè)計(jì)中 傳動(dòng)角的最小值為 這樣才能保證機(jī)構(gòu)運(yùn)行良好 設(shè)計(jì)中 習(xí)慣用傳動(dòng)角來(lái)判斷四桿機(jī)構(gòu)的傳力性能 90 a 傳力越好 傳力越差 效率越低 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角 壓力角a 在不計(jì)摩擦的情況下 從動(dòng)件在C點(diǎn)處所受的力F與C點(diǎn)處的絕對(duì)速度Vc之間所夾銳角 F3 3 V3 a g 傳動(dòng)角 壓力角a的余角 f e 壓力角a大小 擺桿機(jī)構(gòu)具有急回特性嗎 傳動(dòng)角怎樣 有急回特性 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的壓力角 傳動(dòng)角 由于擺桿3的受力方向和速度方向相同 故壓力角a 0 傳動(dòng)角 90 F V3 3 擺桿3的受力方向?yàn)?擺桿3的速度方向?yàn)?四 死點(diǎn)位置 在如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 如果搖桿CD為原動(dòng)件 則當(dāng)連桿與從動(dòng)曲柄兩次共線時(shí) 主動(dòng)件CD通過(guò)連桿作用于從動(dòng)件AB上的力F 剛好通過(guò)AB桿的回轉(zhuǎn)中心A點(diǎn) 就出現(xiàn)了不能使AB桿轉(zhuǎn)動(dòng)的 頂死 現(xiàn)象 機(jī)構(gòu)的這種位置 稱為死點(diǎn)位置 如縫紉機(jī) 死點(diǎn)位置的傳動(dòng)角 0 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置 如圖 當(dāng)曲柄AB和連桿BC共線的兩個(gè)位置將出現(xiàn)死點(diǎn)位置 F F 當(dāng)以滑塊3為原動(dòng)件時(shí) 則存在死點(diǎn)位置 通過(guò)死點(diǎn)位置的主要措施 安裝飛輪 利用慣性闖過(guò)死點(diǎn)位置 比如 內(nèi)燃機(jī)曲軸上的安裝的飛輪 采用兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)的組合 從而使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開(kāi)排列 如機(jī)車(chē)車(chē)輪的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 摩擦力F V 由于B C D三點(diǎn)保持在一條直線上 C點(diǎn)是死點(diǎn)位置 故管起落架輪子的摩擦力有多大 均不能使CD轉(zhuǎn)動(dòng) 飛機(jī)的起落架 死點(diǎn)位置有效利用 死點(diǎn)位置 當(dāng)要收起起落架時(shí) 將搖桿CD順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)即可 飛機(jī)的起落架 死點(diǎn)的應(yīng)用 夾緊機(jī)構(gòu) 一 已知連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 2 3平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄 三 按給定兩連架桿兩組對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 二 按給定從動(dòng)件行程H和行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 2 2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 2 3平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法有三種 作圖法 直觀 可滿足工程要求解析法 精確實(shí)驗(yàn)法 一 已知連桿位置設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu) 1 已知連桿的長(zhǎng)度和三個(gè)位置 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 先想像設(shè)計(jì)出來(lái)后的產(chǎn)品是什么樣 2 3平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) B1 B2 B3 A D C1 C2 C3 例題 已知連桿的長(zhǎng)度和三個(gè)位置 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 解 找鉸鏈A點(diǎn) 采用已知B1 B2 B3三點(diǎn)求圓心的方法 找鉸鏈D點(diǎn) 聯(lián)接AB1C1D 就是滿足題目要求的四桿機(jī)構(gòu) 二 按給定從動(dòng)件行程H和行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 已知條件 搖桿CD長(zhǎng)度 擺角為 行程速度變化系數(shù)為K 試設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)過(guò)程分為四步 第一步 計(jì)算極位夾角 第二步 確定D C1 C2的位置任意選取一點(diǎn)D 任意畫(huà)出DC1 再按擺角 畫(huà)出DC2 第三步 求鉸鏈A的位置 以C2P為直徑畫(huà)圓 聯(lián)接C1C2 過(guò)C1作C1C2的垂線C1N 過(guò)C2作直線C2M 夾角為90 得交點(diǎn)P 則鉸鏈A可在C1F和C2F上任意選取 均可滿足極位夾角 的要求 為什么 因?yàn)橥宜鶎?duì)圓周角相等 但FG段不能作為鉸鏈A 為什么 因?yàn)椴荒軡M足擺角要求 90 D P A N M 第四步 求曲柄AB的長(zhǎng)度 當(dāng)鉸鏈中心A確定以后 就可計(jì)算a b d的長(zhǎng)度 B1 B2 AD可以從圖上直接量取 所設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演示 例如 已知機(jī)架d