連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析ppt課件

1、第三章第三章 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析 sinABls 分析：分析：構(gòu)件構(gòu)件AB要為曲柄，則要為曲柄，則轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)動(dòng)副A應(yīng)為周轉(zhuǎn)副；應(yīng)為周轉(zhuǎn)副；為此為此AB桿應(yīng)能占據(jù)整桿應(yīng)能占據(jù)整周中的任何位置；周中的任何位置；因此因此AB桿應(yīng)能占據(jù)與桿應(yīng)能占據(jù)與AD共線的位置共線的位置AB及及AB。由由DB C由由 DBCcbdacadb)(badc)(cdbabdcadabaca兩兩相加兩兩相加連架桿。連架桿。 90 5040 min bcadcb2)(arccos2221 )90(2)(arccos222222 DCBbcadcb )DCB(bc)ad(cbarccos 90218022222

2、2 ),min(min21 180121DCDC 180121DCDC121t2t2v1v 00212112122112180180ttt/CCt/CCvvK二、解析法設(shè)計(jì)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)二、解析法設(shè)計(jì)剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu) 002121MiiiAMiiiAy)sin(ksinayx)cos(kcosax 0 iiiiOMMBABOA0222222222 )sin()yy(k)cos()xx(kyyxx/ )akyxyx(iMiAiMiAMiAMiAAAMiMi 0222222222 )sin()yy(k)cos()xx(kyyxx/)akyxyx(iMiAiMiAMiAMiAAAMiMi 0322110

3、iiiAXAXAX MiAMiAAAMiMiiiMiAiMiAiiMiAiMiAiyyxx/ )yxyx(Asin)xx(cos)yy(Asin)yy(cos)xx(A222223222221 sinkXcoskX/ )ak(X212202 210222212X/XtgXkaXXk )sin(kyy)cos(kxxiMiBiiMiBi22 2222)yy()xx(d)yy()xx(bDADAciBiciBini),(fii、 2113 321 、 )sin()sin(nsinm)cos()cos(nlcosmiiiiii0103201032 ) l/()mnl ()cos() l /n()co

4、s(n)cos(iiii2122201030301 20103103001)cos()cos()cos(PPPiiii 20103103001P)cos(P)cos(P)cos(iiii 2001000200100020010001351101101359080809045505045 P)cos(PcosPcosP)cos(PcosPcosP)cos(PcosPcos ) l/()mnl (P) l /n(PnP212223102100/)m)/(2i(2)cos180 xx( -)/2xx(xommi ADmn=D=Adi i 151515151515219.517.815.214.512

5、.810.A1 A2A3A4A5A6A7AB1B7B6B5B4B3B2DD1 D2D3D4D5D6D7CK7K6K1K2K3K5K4D222222222asin)yy(e)xx(fcos)yy(f)xx(efe)yy()xx(AAAAAA 222222222csin)yy(g)xx(fcos)yy(f)xx(gfg)yy()xx(DDDDDD 222222222asin)yy( e)xx(fcos)yy(f)xx( efe)yy()xx(AAAAAA 222222222csin)yy(g)xx(fcos)yy(f)xx(gfg)yy()xx(DDDDDD 設(shè)計(jì)任何新的機(jī)械，都必須進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析工

6、作。以確定機(jī)械是否滿足工作要求。CBBCvvv m/spcvVC m/sbcvVCB ECCEBBEvvvvv CBCBl/v 2 bAE(E5 , E6 )363DB2256C4xxAF2 ABBlv 5656EEEEvvv s/radCDpclvlvCDC 4s/radlpelvEFvEFE 666 /sradBC lbcvlBCvCB3=E(E5 , E6 )363DB2256C4xxAFc3_ 已知擺式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、各構(gòu)件尺寸、已知擺式運(yùn)輸機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖、各構(gòu)件尺寸、2，求：，求：解：解： 速度分析速度分析 vBlAB2 ， vvB /pb vC vB+ vCB ABCDEF123456

7、b vF、3、4、5 構(gòu)件構(gòu)件3、4、5中任一速度為中任一速度為vx的點(diǎn)的點(diǎn)X3、X4、X5的位的位置置 構(gòu)件構(gòu)件3、5上速度為零的點(diǎn)上速度為零的點(diǎn)I3、I52大?。捍笮。?? 方向：方向：CD p ?BCe從圖解上量得：從圖解上量得： vCB v bc vcvpc 方向：方向：bc方向：方向：CW 4 v C /lCD方向：方向：CCWABCDEF123456234cb利用速度影象與構(gòu)件相似的原理，利用速度影象與構(gòu)件相似的原理，可求得影象點(diǎn)可求得影象點(diǎn)e。圖解上式得圖解上式得pef：vFvE+ vFE 求構(gòu)件求構(gòu)件6的速度：的速度： vFE v ef e f 方向：方向：pf 5vFE /l

8、FE方向：方向：CW 大?。捍笮。??方向：方向：/DFcb3 vCB /lCB方向：方向：pcf ?EFvF v pf p5I5I3I3x3ABCDEF1234562cbfpx4利用速度影象求特殊點(diǎn)的速度：利用速度影象求特殊點(diǎn)的速度： 求構(gòu)件求構(gòu)件3、4、5中任一速度為中任一速度為 vx的的X3、X4、X5點(diǎn)的位置。點(diǎn)的位置。x5x 利用影象法求特殊點(diǎn)的運(yùn)利用影象法求特殊點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：動(dòng)參數(shù)：求作求作bcxBCX3 得得X3 構(gòu)件構(gòu)件3、5上速度為零的點(diǎn)上速度為零的點(diǎn)I3、I5 cexCEX4 得得X4 efxEFX5 得得X5求作求作bcpBCI3 得得I3efpEFI5 得得I5x3x4

9、x5I5ABCDGH4、解題關(guān)鍵：、解題關(guān)鍵：(1) 以作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件為突以作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件為突破口，基準(zhǔn)點(diǎn)和破口，基準(zhǔn)點(diǎn)和 重合點(diǎn)都應(yīng)重合點(diǎn)都應(yīng)選取該構(gòu)件上的鉸接點(diǎn)，否選取該構(gòu)件上的鉸接點(diǎn)，否 則已知條件不足而使無法求則已知條件不足而使無法求解。解。EF 如：如： vE=vF+vEF 如選取鉸鏈點(diǎn)作為基點(diǎn)時(shí)，所列方程仍不能求解，如選取鉸鏈點(diǎn)作為基點(diǎn)時(shí)，所列方程仍不能求解，則此時(shí)應(yīng)聯(lián)立方程求解。則此時(shí)應(yīng)聯(lián)立方程求解。 如：如： vG = vB+ vGB 大?。捍笮。? ? 方向：方向：? vC=vB+vCB ? ? vC + vGC = vG ? ? ? 大小大小: ? ? ? 方向：方向：

10、? ? ABCD4321ABCD1234(2) 重合點(diǎn)的選取原則，選已知參數(shù)重合點(diǎn)的選取原則，選已知參數(shù)較多的點(diǎn)一般為鉸鏈點(diǎn)）較多的點(diǎn)一般為鉸鏈點(diǎn)）應(yīng)將構(gòu)件擴(kuò)大至包含應(yīng)將構(gòu)件擴(kuò)大至包含B點(diǎn)！點(diǎn)！如 選如 選 B 點(diǎn) ：點(diǎn) ： v B 4 = vB3+vB4B3如選如選C點(diǎn)：點(diǎn)： vC3 = vC4+vC3C4圖圖(b)中取中取C為重合點(diǎn)為重合點(diǎn),有有: vC3= vC4+vC3C4大小：大?。?? ？ ? 方向：方向： ? tt不可解！不可解！不可解！不可解！可解！可解！大?。捍笮。?? 方向：方向： ? ? ? 大小：大?。?? 方向：方向： ? (a)(b)1ABC234ABCD4321t

11、t(b)(b)圖圖(C)所示機(jī)構(gòu)，重合點(diǎn)應(yīng)選在何處？所示機(jī)構(gòu)，重合點(diǎn)應(yīng)選在何處？B點(diǎn)點(diǎn)!當(dāng)取當(dāng)取B點(diǎn)為重合點(diǎn)時(shí)點(diǎn)為重合點(diǎn)時(shí): vB4 = vB3 + vB4B3 ABCD1234tt(a)(a)構(gòu)件構(gòu)件3上上C、B的關(guān)系：的關(guān)系： v C 3 = v B 3 + vC3B3大?。捍笮。? ?方向：方向：? 不可解！不可解！大?。捍笮。?? 方向：方向： 方程可解方程可解 ? 解解 : AB為曲柄，則為曲柄，則AB最短，且應(yīng)滿足桿長(zhǎng)條件，最短，且應(yīng)滿足桿長(zhǎng)條件， 即即 lAB+lBClCD+lAD lABlCD+lADlBC=350+300500=150因此此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)因此此機(jī)構(gòu)為曲柄

12、搖桿機(jī)構(gòu)時(shí) 的最大值為的最大值為150mm。例例1 圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，知圖示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，知 lBC =500mm，lCD= 350mm，lAD=300mm，AD為機(jī)架。為機(jī)架。 若此機(jī)構(gòu)為曲若此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB為曲柄，求為曲柄，求lAB的最大值；的最大值； 若此若此機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求lAB的范圍；的范圍； 若此機(jī)構(gòu)為雙若此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求搖桿機(jī)構(gòu)，求lAB的范圍。的范圍。BADC雙曲柄機(jī)構(gòu)，則機(jī)架雙曲柄機(jī)構(gòu)，則機(jī)架AD最短。最短。 當(dāng)當(dāng)AB最長(zhǎng)時(shí)最長(zhǎng)時(shí), 根據(jù)桿長(zhǎng)條件根據(jù)桿長(zhǎng)條件, 有有 lAD+lABlBC+lCD lABlBC+lCDlA

13、D=(500+350300) mm=550 mm 當(dāng)當(dāng)AB介于最長(zhǎng)與最短之間時(shí)，即介于最長(zhǎng)與最短之間時(shí)，即300mmlCD+lAD lABlCD+lADlBC=350+300500=150當(dāng)當(dāng)AB介于最長(zhǎng)與最短之間時(shí)，有介于最長(zhǎng)與最短之間時(shí)，有: lAD+lBClAB+lCD lABlBC+lCD lABlBC+lCDlAD=500+350300=550另外，應(yīng)保證構(gòu)件長(zhǎng)度能組成四桿機(jī)構(gòu)，即有另外，應(yīng)保證構(gòu)件長(zhǎng)度能組成四桿機(jī)構(gòu)，即有: lABlAD+lBC+lCD=(300+500+350)mm=1150mm 綜合以上情況，得此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)綜合以上情況，得此機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)lAB的的取

14、值范圍為取值范圍為: 150mmlAB450mm 或或 550mmlAB1150mm.例例2 如圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的長(zhǎng)度分別如圖所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，已知各構(gòu)件的長(zhǎng)度分別 為：為：a=lAB=30mm , b=lBC=55mm , c=lCD=40mm， d=lAD=50mm , AD為機(jī)架，為機(jī)架， AB為原動(dòng)件。為原動(dòng)件。 試說明此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中試說明此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中A、B為整為整轉(zhuǎn)副，轉(zhuǎn)副，C、D為擺動(dòng)副；為擺動(dòng)副； 建立極位夾角建立極位夾角與各構(gòu)件長(zhǎng)度之間的關(guān)系式，并與各構(gòu)件長(zhǎng)度之間的關(guān)系式，并求出求出值；值； 建立機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角建立機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角min與各

15、構(gòu)件長(zhǎng)度之間的與各構(gòu)件長(zhǎng)度之間的關(guān)系式，并求出關(guān)系式，并求出min 值。值。 CBAD解解 因因 lAB+lBC=85mmlCD+lAD=90mm 滿足桿長(zhǎng)滿足桿長(zhǎng)條件條件 且連架桿且連架桿AB最短最短, 故為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。故為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 因因 a2+d2=3400b2+c2=4625 mm， 所以為所以為I型型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。如下圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。如下圖 I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的min出現(xiàn)出現(xiàn) 在曲柄與機(jī)架重在曲柄與機(jī)架重疊共線位置，即疊共線位置，即例例3 圖示偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖示偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 知：知：lAB=100mm, e=20mm, 1=100rad/s (曲柄曲柄1

16、作等速轉(zhuǎn)動(dòng)作等速轉(zhuǎn)動(dòng))；當(dāng)；當(dāng)=45時(shí)滑塊時(shí)滑塊3的移動(dòng)速度為的移動(dòng)速度為vC=8m/s。試求連桿。試求連桿2的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lBC。31A2BC4e1解解 ： 利用速度瞬心利用速度瞬心P13并采用解析法進(jìn)行求解。并采用解析法進(jìn)行求解。 因因所以所以例例4 設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD。已知搖桿。已知搖桿CD的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lCD=290mm, 搖桿兩極位置間的夾角搖桿兩極位置間的夾角=32，行程，行程速度變化系數(shù)速度變化系數(shù)K=1.25，連桿，連桿BC的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lBC=260mm。 試求曲柄試求曲柄AB的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lAB和機(jī)架和機(jī)架AD的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度lAD。解解 ：作圖步驟：作圖步驟:作作C1C2O=C2C1O=90o任取其中一任取其中一A點(diǎn)，點(diǎn)，當(dāng)當(dāng)A點(diǎn)位置確定后，即得機(jī)架點(diǎn)位置確定后，即得機(jī)架AD的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度d。 同時(shí)，同時(shí)，由由lAC1=ba, lAC2=b+a ，可求得連桿可求得連桿BC的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度b和曲柄和曲柄AB的長(zhǎng)度。的長(zhǎng)度。任選任選D，作，作DC1、DC2 和和計(jì)算計(jì)算=180(K-1)/(K+1)=20得得O。以。以O(shè)為圓心和為圓心和OC1為半徑作圓，為半徑作圓，則該圓上除劣弧則該圓上除劣弧C1C2以外的各點(diǎn)對(duì)以外的各點(diǎn)對(duì)弦弦C1C2所張的圓周角均為所張的圓周角均為。解析法：解析法：因因 B1C1=B2