第2章-連桿機(jī)構(gòu)

1、精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所第第 2 章章 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)2.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的類型平面連桿機(jī)構(gòu)的類型2.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性2.3 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能2.4 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析2.5 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.6 空間連桿機(jī)構(gòu)簡介空間連桿機(jī)構(gòu)簡介精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所第第 2 章章 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu) 若干剛性構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，稱為連桿機(jī)構(gòu)若干剛性構(gòu)件通過低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，稱為連桿機(jī)構(gòu)。空間連桿

2、機(jī)構(gòu)空間連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)：各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均平面連桿機(jī)構(gòu)：各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.1 平面連桿機(jī)構(gòu)的類型平面連桿機(jī)構(gòu)的類型2.1.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式機(jī)架機(jī)架： AD連架桿連架桿： AB、CD連桿連桿： BC整轉(zhuǎn)副整轉(zhuǎn)副： A、B擺轉(zhuǎn)副擺轉(zhuǎn)副： C、D鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu):所有運(yùn)動(dòng)副所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)CD：搖桿搖桿AB：曲柄曲柄定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)平面一般運(yùn)動(dòng)平面一般運(yùn)動(dòng)ABDC精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)

3、計(jì)工程研究所雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平行四桿機(jī)構(gòu)平行四桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)搖桿搖桿?連桿？連桿？曲柄？曲柄？整轉(zhuǎn)副？整轉(zhuǎn)副？鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.1.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化平面四桿機(jī)構(gòu)的演化【1】轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副】轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所低副運(yùn)動(dòng)可逆性：運(yùn)動(dòng)副特性不變低副運(yùn)動(dòng)可逆性：運(yùn)動(dòng)副特性不變【2】取不同構(gòu)件作機(jī)架】取不同構(gòu)件作機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲

4、柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)【2】取不同構(gòu)件作機(jī)架】取不同構(gòu)件作機(jī)架曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)【3】變換構(gòu)件的形態(tài)變換構(gòu)件的形態(tài)塊桿互換搖塊與擺動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同嗎？搖塊與擺動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同嗎？精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所【4】擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副尺寸】擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副尺寸偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副尺寸擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)副尺寸取不同構(gòu)件作機(jī)架取

5、不同構(gòu)件作機(jī)架變換構(gòu)件的形態(tài)變換構(gòu)件的形態(tài)平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方法平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方法曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性平面連桿機(jī)構(gòu)的工作特性2.2.1 運(yùn)動(dòng)特性運(yùn)動(dòng)特性 【1】 具有整轉(zhuǎn)副的條件具有整轉(zhuǎn)副的條件 AB整周轉(zhuǎn)動(dòng)整周轉(zhuǎn)動(dòng)B1C1D和和B2C2D成立成立平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件：平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)整轉(zhuǎn)副存在條件：滿足

6、滿足桿長之和條件桿長之和條件: 最短桿與最長桿長最短桿與最長桿長度之和度之和 小于或等于小于或等于 其他兩桿之和其他兩桿之和. 最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副為最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副。此時(shí)，若以最短桿或其相鄰桿作機(jī)架，此時(shí)，若以最短桿或其相鄰桿作機(jī)架，機(jī)構(gòu)都存在曲柄。機(jī)構(gòu)都存在曲柄。不滿足桿長條件則沒有整轉(zhuǎn)副，不存在不滿足桿長條件則沒有整轉(zhuǎn)副，不存在曲柄，則是雙搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄，則是雙搖桿機(jī)構(gòu)。 以上為格拉霍夫定理以上為格拉霍夫定理 A精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)平行四桿機(jī)構(gòu)平行四桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿

7、機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)桿長條件不成立時(shí)桿長條件不成立時(shí)以最短桿以最短桿AB為機(jī)架為機(jī)架以最短桿以最短桿AB相鄰構(gòu)相鄰構(gòu)件件AD為機(jī)架為機(jī)架以最短桿以最短桿AB對(duì)面構(gòu)對(duì)面構(gòu)件件CD為機(jī)架為機(jī)架精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所a + e b曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件（自學(xué)）精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所 【2】急回特性：】急回特性：表示回程所用時(shí)間小于工作行程表示回程所用時(shí)間小于工作行程所用時(shí)間所用時(shí)間觀察：搖桿處于左右極限位置時(shí)，曲柄的位置？行程速比系數(shù)行程速比系數(shù) K：極位夾角極位夾角 q q（銳角）：搖桿處于銳角）：搖桿處于兩

8、極限位置時(shí)曲柄兩位置所夾的兩極限位置時(shí)曲柄兩位置所夾的銳角。銳角。2112180 180mmKqq1111122222, /, /mmtttt 12180,=180q q精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所下述機(jī)構(gòu)是否有急回特性: 是否有極位夾角？無急回特性的2機(jī)構(gòu)，組合后？精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所 【3】運(yùn)動(dòng)連續(xù)性】運(yùn)動(dòng)連續(xù)性 運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)占據(jù)各個(gè)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)占據(jù)各個(gè)預(yù)期的位置。預(yù)期的位置。 從動(dòng)件只能在某一可行域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而不能相互跨越。從動(dòng)件只能在某一可行

9、域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，而不能相互跨越。從動(dòng)件在哪個(gè)可行域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，取決于機(jī)構(gòu)的初始位置。從動(dòng)件在哪個(gè)可行域內(nèi)運(yùn)動(dòng)，取決于機(jī)構(gòu)的初始位置。精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.2.2 傳力特性傳力特性sincosFFFFnt壓力角壓力角 ：在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的情況下在不計(jì)摩擦力、重力、慣性力的情況下, 從動(dòng)件受力方向從動(dòng)件受力方向與力作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。與力作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。傳動(dòng)角傳動(dòng)角 g g ：壓力角的余角，壓力角的余角，g90傳動(dòng)角傳動(dòng)角 g g 越大，對(duì)機(jī)構(gòu)工作越有利。越大，對(duì)機(jī)構(gòu)工作越有利。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使g g g gminmaxmin

10、gg40g一般壓力角與傳動(dòng)角壓力角與傳動(dòng)角 精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，曲柄與機(jī)架拉直共線鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，曲柄與機(jī)架拉直共線和重疊共線的兩位置處出現(xiàn)的傳動(dòng)角中，和重疊共線的兩位置處出現(xiàn)的傳動(dòng)角中，必有一出為最小傳動(dòng)角必有一出為最小傳動(dòng)角bcadcb2)(arccos2221g最小傳動(dòng)角的確定？最小傳動(dòng)角的確定？bcadcb2)(arccos2222gbcadcb2)(arccos1802222g或?精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所死點(diǎn)：傳動(dòng)角死點(diǎn)：傳動(dòng)角0，即，即有效分力等于零的位置有效分力等于零的位置搖桿

11、作原動(dòng)件，出現(xiàn)“頂死”現(xiàn)象0g0g = 90sincosFFFFnt四桿機(jī)構(gòu)是否有死點(diǎn)的判斷：從動(dòng)件是否與連桿共線精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所 利用構(gòu)件慣性利用構(gòu)件慣性A：如何通過死點(diǎn)位置？ 多套機(jī)構(gòu)交錯(cuò)排列多套機(jī)構(gòu)交錯(cuò)排列精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所B：利用死點(diǎn)位置工作利用死點(diǎn)夾緊工件利用死點(diǎn)夾緊工件飛機(jī)起落架飛機(jī)起落架精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.3 平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及功能 運(yùn)動(dòng)副形狀簡單、易制造運(yùn)動(dòng)副形狀簡單、易制造 面接觸，可以承受沖擊力面接觸，

12、可以承受沖擊力 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式多樣從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式多樣慣性力不易平衡慣性力不易平衡 實(shí)現(xiàn)位置、運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求實(shí)現(xiàn)位置、運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng) . 實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡功能功能特點(diǎn)特點(diǎn)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.4 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析p位移分析：位移分析：軌跡、位置要求，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)空間，軌跡、位置要求，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)空間，運(yùn)動(dòng)干涉判斷、確定機(jī)器尺寸運(yùn)動(dòng)干涉判斷、確定機(jī)器尺寸p速度分析：速度分析：為了分析機(jī)器動(dòng)能和功率，從動(dòng)件速為了分析機(jī)器動(dòng)能和功率，從動(dòng)件速度的變化，工作行程與空回行程，以及是加速度度

13、的變化，工作行程與空回行程，以及是加速度分析的基礎(chǔ)分析的基礎(chǔ)p加速度分析：加速度分析：構(gòu)件的慣性力構(gòu)件的慣性力/強(qiáng)度強(qiáng)度/振動(dòng)振動(dòng)/動(dòng)力性能動(dòng)力性能與加速度有關(guān)與加速度有關(guān)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.4 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1. 圖解法圖解法速度瞬心法速度瞬心法矢量方程圖解法矢量方程圖解法2. 解析法解析法 桿組法：桿組法：將一個(gè)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)按照機(jī)構(gòu)組成原理分解為單桿構(gòu)將一個(gè)復(fù)雜的機(jī)構(gòu)按照機(jī)構(gòu)組成原理分解為單桿構(gòu)件和若干個(gè)比較簡單的基本桿組；調(diào)用單桿構(gòu)件和基本桿組的運(yùn)動(dòng)分件和若干個(gè)比較簡單的基本桿組；調(diào)用單桿構(gòu)件和基本桿組的運(yùn)動(dòng)分

14、析程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。析程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。 多體運(yùn)動(dòng)分析多體運(yùn)動(dòng)分析精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.4.1 2.4.1 速度瞬心及其應(yīng)用速度瞬心及其應(yīng)用 1）速度瞬心的概念：兩個(gè)剛體上相速度瞬心的概念：兩個(gè)剛體上相對(duì)速度為零的重合點(diǎn)。對(duì)速度為零的重合點(diǎn)。l如果兩剛體之一是靜止的，其如果兩剛體之一是靜止的，其瞬心為絕對(duì)速度瞬心。瞬心為絕對(duì)速度瞬心。l如果兩剛體都是運(yùn)動(dòng)的，其瞬如果兩剛體都是運(yùn)動(dòng)的，其瞬心為相對(duì)速度瞬心。心為相對(duì)速度瞬心。 2）速度瞬心數(shù)目：）速度瞬心數(shù)目：l如果一個(gè)機(jī)構(gòu)由如果一個(gè)機(jī)構(gòu)由k個(gè)構(gòu)件所組個(gè)構(gòu)件所組成，則它的瞬心總數(shù)為：成，則它的瞬心總

15、數(shù)為：N=k(k-1)/2 精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所3）速度瞬心的位置）速度瞬心的位置:兩構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動(dòng)副直接相連兩構(gòu)件通過轉(zhuǎn)動(dòng)副直接相連精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所兩構(gòu)件通過移動(dòng)副直接相連兩構(gòu)件通過移動(dòng)副直接相連3）速度瞬心的位置）速度瞬心的位置:精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所兩構(gòu)件通過高副直接相連兩構(gòu)件通過高副直接相連3）速度瞬心的位置）速度瞬心的位置:精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所不直接連接的兩構(gòu)件的瞬心：三心定理:作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有

16、三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上。作平面運(yùn)動(dòng)的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直線上。 精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所 速度瞬心法速度瞬心法小結(jié)：小結(jié)：常用在構(gòu)件較少的機(jī)構(gòu)中，不適用多桿機(jī)常用在構(gòu)件較少的機(jī)構(gòu)中，不適用多桿機(jī)構(gòu)構(gòu)找瞬心時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況找所用的瞬心找瞬心時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況找所用的瞬心只適用于速度分析，不適用加速度分析只適用于速度分析，不適用加速度分析只適用一個(gè)或幾個(gè)位置的求解，不適于多只適用一個(gè)或幾個(gè)位置的求解，不適于多位置或一個(gè)周期內(nèi)的速度、加速度分析位置或一個(gè)周期內(nèi)的速度、加速度分析（1 1）（2 2）（3 3）（3 3）P P1313P

17、P1212P P2323精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所拆桿組2.4.2 2.4.2 桿組法及其應(yīng)用桿組法及其應(yīng)用B精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所桿組運(yùn)動(dòng)分析精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所計(jì)算流程圖計(jì)算流程圖桿組運(yùn)動(dòng)分析綜合精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所布置免試題目布置免試題目1：復(fù)雜機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)模擬：復(fù)雜機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)模擬 題目1為認(rèn)定免試資格題。 上交報(bào)告截止時(shí)間：10月25日（第7周星期一） 過截止日期提交報(bào)告不再批改，以0分計(jì)。精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀

18、器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.5 平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題一：剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題一：剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)引導(dǎo)一個(gè)剛體實(shí)現(xiàn)一系列給定位置（引導(dǎo)一個(gè)剛體實(shí)現(xiàn)一系列給定位置（連桿連桿）2.5.1 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題問題二：函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題二：函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主、從動(dòng)主、從動(dòng)連架桿連架桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有給定的函數(shù)關(guān)系運(yùn)動(dòng)規(guī)律具有給定的函數(shù)關(guān)系問題三：軌跡生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題三：軌跡生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)中某點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)軌跡（連桿）平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法： 圖解法圖解法( (直觀簡單、設(shè)計(jì)精度低）直觀簡單、設(shè)計(jì)精度低） 解

19、析法（精度高、計(jì)算量大）解析法（精度高、計(jì)算量大） 實(shí)驗(yàn)法（復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)、初步設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)法（復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)、初步設(shè)計(jì)）精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.5.2 剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，使得連桿通過要求：設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，使得連桿通過 I、II、III三個(gè)位置三個(gè)位置第第 1 步：選定步：選定 B、C 點(diǎn)位置點(diǎn)位置第第 2 步：找步：找 A、D 點(diǎn)位置點(diǎn)位置第第 3 步：聯(lián)接步：聯(lián)接 A、B1、C1、D，獲得獲得四桿機(jī)構(gòu)四桿機(jī)構(gòu) 三點(diǎn)唯一確定一個(gè)圓，三點(diǎn)唯一確定一個(gè)圓，B B、C C確定后，確定后，A A、D D是確定的；是確定的；

20、B B、C C的位置可以根據(jù)實(shí)際情的位置可以根據(jù)實(shí)際情況確定，滿足設(shè)計(jì)要求的四況確定，滿足設(shè)計(jì)要求的四桿機(jī)構(gòu)有無窮多個(gè)。桿機(jī)構(gòu)有無窮多個(gè)。精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.5.3 函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 已知固定鉸鏈點(diǎn)已知固定鉸鏈點(diǎn)A、D，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，使得兩個(gè)連架桿可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)，使得兩個(gè)連架桿可以實(shí)現(xiàn)三組對(duì)應(yīng)關(guān)系三組對(duì)應(yīng)關(guān)系 函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)？精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所剛化反轉(zhuǎn)改變機(jī)架剛化反轉(zhuǎn)改變機(jī)架 以以CD桿為機(jī)架時(shí)，看到四桿機(jī)構(gòu)桿為機(jī)架時(shí)，

21、看到四桿機(jī)構(gòu)ABCD的位置相當(dāng)于把以的位置相當(dāng)于把以AD為為機(jī)架時(shí)觀察到的機(jī)架時(shí)觀察到的ABCD的位置剛化，以的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過軸為中心轉(zhuǎn)過 得得到的。到的。21低副可逆性低副可逆性 機(jī)構(gòu)在某一瞬時(shí)，各構(gòu)件相對(duì)位置固定不變，相當(dāng)于一個(gè)剛體，其形狀不機(jī)構(gòu)在某一瞬時(shí)，各構(gòu)件相對(duì)位置固定不變，相當(dāng)于一個(gè)剛體，其形狀不會(huì)隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。會(huì)隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第第 1 步：選步：選B點(diǎn)，以點(diǎn)，以 I 位置為參考位置，位置為參考位置，DF1 為機(jī)架為機(jī)架第第 2 步：用剛化反轉(zhuǎn)法

22、求出步：用剛化反轉(zhuǎn)法求出 B2、B3 的轉(zhuǎn)位點(diǎn)的轉(zhuǎn)位點(diǎn)第第 3 步：做中垂線，找步：做中垂線，找C1 點(diǎn)點(diǎn)第第 4 步：聯(lián)接步：聯(lián)接AB1C1D精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所思考？精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 解析法解析法對(duì)應(yīng)角位置需要連續(xù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能近似滿足精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.5.4 急回機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)急回機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特例）函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特例） 已知行程速比系數(shù)已知行程速比系數(shù) K，以及從動(dòng)件兩個(gè)極限位置，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)以

23、及從動(dòng)件兩個(gè)極限位置，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2112180 180mmKqqK-1 =180K+1q精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所急回機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)急回機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思考：思考：A點(diǎn)可以在點(diǎn)可以在FG弧上選取嗎？弧上選取嗎？第第 1 步：確定步：確定D、C1、C2點(diǎn)，計(jì)算點(diǎn)，計(jì)算 q q 第第 2 步：找步：找 A 點(diǎn)點(diǎn)第第 3 步：找步：找 B 點(diǎn)點(diǎn)精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.5.5 軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，使

24、得機(jī)構(gòu)上 M 點(diǎn)的軌跡與給定軌跡近似點(diǎn)的軌跡與給定軌跡近似解析法解析法關(guān)鍵：建立連桿上關(guān)鍵：建立連桿上M M點(diǎn)的位置方點(diǎn)的位置方程連桿曲線方程程連桿曲線方程1.建立坐標(biāo)系建立坐標(biāo)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所a, c, d, e, f, g g 6個(gè)待定系數(shù)個(gè)待定系數(shù): 精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所增加待定參數(shù)增加待定參數(shù)：g, h, 0 0精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所2.5.5 軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)上設(shè)計(jì)一個(gè)四桿機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)上 M 點(diǎn)實(shí)

25、現(xiàn)給定軌跡點(diǎn)實(shí)現(xiàn)給定軌跡M（x，y）a, c, d, e, f, g gg, h, 0 0解析法解析法精確實(shí)現(xiàn)9點(diǎn)關(guān)鍵：建立M點(diǎn)的位置方程連桿上點(diǎn)的位置方程連桿上點(diǎn)的位置方程連桿曲線方程連桿曲線方程精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)法實(shí)驗(yàn)法連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)自由度少、約束多自由度少、約束多設(shè)計(jì)靈活度受到限制設(shè)計(jì)靈活度受到限制減少約束減少約束 增加自由度增加自由度 精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)小結(jié)一、剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)連桿一、剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)

26、連桿3個(gè)預(yù)定位置（找圓心）個(gè)預(yù)定位置（找圓心）二、函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)連架桿對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律二、函數(shù)生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)連架桿對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律 作圖法：剛化反轉(zhuǎn)法作圖法：剛化反轉(zhuǎn)法 解析法：可以精確實(shí)現(xiàn)解析法：可以精確實(shí)現(xiàn)5組對(duì)應(yīng)關(guān)系組對(duì)應(yīng)關(guān)系三、急回機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)三、急回機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu) 問題關(guān)鍵：問題關(guān)鍵：A 點(diǎn)的確定方法點(diǎn)的確定方法四、軌跡生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡四、軌跡生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)預(yù)期軌跡 解析法：解析法：9個(gè)精確點(diǎn)位置個(gè)精確點(diǎn)位置 實(shí)驗(yàn)法：增加自由度或者減少約束，增加設(shè)計(jì)靈活度實(shí)驗(yàn)法：增加自由度或者減少約束，增加設(shè)計(jì)靈活度精密儀器與機(jī)械學(xué)系精密儀器與機(jī)械學(xué)系 設(shè)計(jì)工程研究所設(shè)計(jì)工程研究所有關(guān)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的參考資料張世民. 平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì). 高等教育出版社，1983：書中介紹了平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，及給出了應(yīng)用實(shí)例。陳立周. 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì). 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1982: 設(shè)定目標(biāo)函數(shù)，如連桿上標(biāo)志點(diǎn)的軌跡誤差最??；根據(jù)所給的約束條件，如存在曲柄、傳動(dòng)角在許用范圍內(nèi)等，采用優(yōu)化算法，對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行優(yōu)化，得到目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。1.曹惟慶. 連桿機(jī)構(gòu)的分析與綜合. 科學(xué)出版社, 2002：介紹了平面連桿機(jī)構(gòu)解析法尺