機(jī)械原理課件5

1、5平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)5.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式及其演化 5.1 概述概述5.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本概念與傳動(dòng)特征平面四桿機(jī)構(gòu)的基本概念與傳動(dòng)特征5.4 按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)5.5 平面四桿機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計(jì)5.6 近似等速比機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征近似等速比機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征 5.7 高階停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征高階停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征 5.8 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述 5.9 平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用平面連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用5平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)近似等速比機(jī)

2、構(gòu)、高階停歇機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)；近似等速比機(jī)構(gòu)、高階停歇機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)； Chapter 5 Planar Linkage Mechanisms and Design提要提要5.1概概 述述平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件通過低副連接且各構(gòu)件都在相互平行的平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件通過低副連接且各構(gòu)件都在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的一類機(jī)構(gòu)，又稱為平面低副機(jī)構(gòu)。平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的一類機(jī)構(gòu)，又稱為平面低副機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿平面四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中的基本機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中的基本機(jī)構(gòu)。本章主要介紹連桿機(jī)構(gòu)中最基本的平面四桿機(jī)構(gòu)的類本章主要介紹連桿機(jī)構(gòu)中最基本的平面四桿機(jī)構(gòu)的類型、傳動(dòng)特性與簡單條件下的機(jī)構(gòu)

3、設(shè)計(jì)方法，同時(shí)介紹近似等速比機(jī)構(gòu)、型、傳動(dòng)特性與簡單條件下的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)介紹近似等速比機(jī)構(gòu)、高階停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般方法高階停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一般方法 。平平面面機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的動(dòng)動(dòng)畫畫展展示示1平平面面機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的動(dòng)動(dòng)畫畫展展示示2平平面面機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)的的動(dòng)動(dòng)畫畫展展示示3注：雙擊任意一個(gè)動(dòng)畫，進(jìn)入單個(gè)動(dòng)畫播放；再雙擊返回主界面注：雙擊任意一個(gè)動(dòng)畫，進(jìn)入單個(gè)動(dòng)畫播放；再雙擊返回主界面 ABCD124313ABCD124313、和和 ABCD124313A0B0ABadcb142313A0B0AB143213 ABA0B0143213A0B0143213ALABBR

4、ARBL圖圖5.7、圖、圖5.8中的部分機(jī)構(gòu)中的部分機(jī)構(gòu)l22134AB1432AB11324BAC圖圖5.7(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖圖5.8(b)雙滑塊機(jī)構(gòu)雙滑塊機(jī)構(gòu) 圖圖5.8(d)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)圖圖5.10圖圖5.10偏心輪對(duì)應(yīng)的平面四桿機(jī)構(gòu)偏心輪對(duì)應(yīng)的平面四桿機(jī)構(gòu) 2134ABCACB1342圖圖5.11偏心輪對(duì)應(yīng)的平面四桿機(jī)構(gòu)偏心輪對(duì)應(yīng)的平面四桿機(jī)構(gòu)ACB1342423CAB1圖圖5.11acdbABCD124313A0B0ABadcb142313A0B0AB143213ABA0B0143213A0B0AB131432AA0B14321V3AA01432e1BV313

5、4B0A0A2A0B0A1324A0B0A1324A142BA0e31V4A0142BA31V41432A0AS31S3 A0Asin1eAA012341S3S3 e tan11432AB1l22134ABx2, y2Pacdb1423A0B0AB1313acdb1423ABB1B2CC2C1D1。 acdb1423ABB1B2CC2C1D1 acdb1423ABB1B2CC2C1D1 acdb1423ABB1B2CC2C1D1acd2ABCD1b34 A0B0AB131432acdb1423ABB1B2CC2C1D1acd2ABCD1b3424 位置位置acdb1423ABB1B2CC2C1

6、D1acdb1423ABB1B2CC2C1D1acdb1423ABB1B2CC2C1D1 (5.5)acdb1423ABB1B2CC2C1D15.3.3 壓力角、傳動(dòng)角和死點(diǎn)位置壓力角、傳動(dòng)角和死點(diǎn)位置 acdb423ABB1B2CC2C1D11VCF23在連桿機(jī)構(gòu)中，壓力角在連桿機(jī)構(gòu)中，壓力角=90或傳動(dòng)角或傳動(dòng)角=0的位置稱為機(jī)構(gòu)的的位置稱為機(jī)構(gòu)的死死點(diǎn)位置點(diǎn)位置。圖圖5.13機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置在圖在圖13所示的機(jī)構(gòu)中，若所示的機(jī)構(gòu)中，若搖桿搖桿3為主動(dòng)件，則存在死點(diǎn)位置，在為主動(dòng)件，則存在死點(diǎn)位置，在B1、B2位置位置。acdb423ABB1B2CC2C1D11M3VB2F32

7、 903M1acdb1423ABB1B2CC2C1D1Pb + aB2b -aC2C1DcB1dAC1C2DPNMbbC2bC1bCfdAB2C1C2DPNMEaCf2aC1abB1B2minCBPb + aB2b -aC2C1DcB1dA圖圖5.7(a)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)He1324BACC1C21He1324BACC1C21eAC1 = baAC2 = baB2B1PC1C2HAB1AC1 = baAC2 = baB2APC1C2HB1eAC1 = baAC2 = baB2AC3B3min5.5平面四桿機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計(jì)5.5.1按許用傳動(dòng)角設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)按許

8、用傳動(dòng)角設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)已知從動(dòng)搖桿的擺角設(shè)已知從動(dòng)搖桿的擺角、行程速比系數(shù)、行程速比系數(shù)K，機(jī)架的桿長，機(jī)架的桿長d1，許，許用傳動(dòng)角用傳動(dòng)角，設(shè)曲柄的桿長，設(shè)曲柄的桿長a為參變量，用解析法為參變量，用解析法23確定連桿的桿長確定連桿的桿長b以及搖桿的桿長以及搖桿的桿長c。 圖圖5.20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABA0B01432A1B2A2A3B3B1由行程速比系數(shù)由行程速比系數(shù)K求出極位夾求出極位夾角角，即，即180(K1)/(K1)。在。在圖圖5.20中，由中，由B1B0B2得得B1B22c sin(0.5)，對(duì)，對(duì)A0B1B2應(yīng)用余弦定應(yīng)用余弦定理得理得由此得由此得a、b、c 與與

9、的函數(shù)關(guān)系的函數(shù)關(guān)系 )12. 5(cos)(2)()()(22221ababababBB)13. 5()5 . 0(sin2cos)(222222ababc圖圖5.20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABA0B01432A1B2A2A3B3B1對(duì)對(duì)A3B3B0應(yīng)用余弦定理得應(yīng)用余弦定理得 )14. 5(cos2)1 (222cbcba將將式式(5.13)代入代入式式(5.14)，得以，得以 a 為為設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)方程為設(shè)計(jì)變量的設(shè)計(jì)方程為 )15. 5(cos)()5 . 0sin(cos2)1 ()5 . 0(sin2cos)(22222222222ababbaababb將將式式(5.15)兩端平

10、方，令兩端平方，令L1、M1、N1和和S1分別為分別為 )5 . 0(sin)1 (2)cos1 (2221aaL)5 . 0(sin2cos121M)cos1(cos)5 . 0(sin8221N2221)cos1(cos)5 . 0(sin8aS得以得以 a 為參變量、為參變量、b 為設(shè)計(jì)變量的方程為為設(shè)計(jì)變量的方程為 )16. 5(0)2()(2121114121LbSMLbNM圖圖5.20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABA0B01432A1B2A2A3B3B1b的一個(gè)實(shí)數(shù)解為的一個(gè)實(shí)數(shù)解為 )17. 5()(2)(4)2()2(121211212111111NMLNMSMLSMLb由由式式

11、(5.13)得得 c 為為 )18. 5()5 . 0(sin2cos)(22222ababc圖圖5.20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABA0B01432A1B2A2A3B3B1解解由由式式(5.17)計(jì)算連桿的桿長計(jì)算連桿的桿長b1.025 1，由由式式(5.18)計(jì)算搖桿的桿長計(jì)算搖桿的桿長c0.570 6。 例例5.1已知已知K1.1，機(jī)架的桿長，機(jī)架的桿長d1，許用傳動(dòng)角許用傳動(dòng)角53，搖桿的擺角，搖桿的擺角40，曲柄的桿長曲柄的桿長a取取0.18，試用解析法確定連桿，試用解析法確定連桿的桿長的桿長b以及搖桿的桿長以及搖桿的桿長c。設(shè)已知從動(dòng)搖桿的擺角設(shè)已知從動(dòng)搖桿的擺角、若、若0，K1，

12、機(jī)架的桿長，機(jī)架的桿長d1，許用傳，許用傳動(dòng)角動(dòng)角。用解析法用解析法確定曲柄的桿長確定曲柄的桿長a、連桿的桿長、連桿的桿長b以及搖桿的桿長以及搖桿的桿長c。4AA4A3A2B4B1B2B3BA0B0圖圖5.210的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)A1在在圖圖5.21中，中，K1，搖桿在，搖桿在B3B0、B4B0位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角且兩個(gè)最位置出現(xiàn)最小傳動(dòng)角且兩個(gè)最小傳動(dòng)角相等，對(duì)小傳動(dòng)角相等，對(duì)A1B1B0、A1B2B0應(yīng)用余弦定理應(yīng)用余弦定理 )19. 5()(2)(1)(2)(1)cos(2222001abcababcabBAB化簡上式得機(jī)構(gòu)桿長之間的約束方程為化簡上式得機(jī)構(gòu)桿長之間的約束方程為

13、)20. 5(1222cba對(duì)對(duì)A4B4B0、A3B3B0 應(yīng)用余弦定理得應(yīng)用余弦定理得 )21. 5(2)1 (2)1 (cos222222cbcbacbcba化簡上式得化簡上式得 )22. 5()cos/(cab4AA4A3A2B4B1B2B3BA0B0圖圖5.210的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)A1令式令式(5.13)中的中的0，得桿長，得桿長c的函數(shù)式為的函數(shù)式為 )23. 5()5 . 0sin(/ac 聯(lián)聯(lián)立式立式(5.20)(5.23)得曲柄的桿長得曲柄的桿長 a、連桿的桿長、連桿的桿長 b 以及搖桿以及搖桿的桿長的桿長 c 的設(shè)計(jì)方程為的設(shè)計(jì)方程為 )24. 5()cos2/()

14、cos1 (2b)25. 5()cos1/()1 (222bbc)26. 5(2/ )cos1 ( ca曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)動(dòng)畫曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)動(dòng)畫4AA4A3A2B4B1B2B3BA0B0圖圖5.210的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)A1QjP1Q1OyxPjQ j1j剛體從初始位置剛體從初始位置P1 Q1到達(dá)任意位置到達(dá)任意位置Pj Qj1jQjPjQ jP1Q1OyxPjQ j1j剛體從初始位置剛體從初始位置P1 Q1到達(dá)任意位置到達(dá)任意位置Pj QjQjQjPjQ j1j QjP1Q1OyxPjQ j1j剛體從初始位置剛體從初始位置P1 Q1到達(dá)任意位置到達(dá)任意位置Pj QjQjPjQ j

15、1j(qjxqjy1)T= D1j(q1xq1y1)T)27. 5(cossinsincos1111j1j1j1j1jjjjyyxxyyxxpqpqpqpq)28. 5(1100cossincossinsincossincos111j11j11jj1j1j11j11jj1j1jjyxyxyyxxyxqqppppppqq)29. 5(100cossincossinsincossincosj11j11jj1j1j11j11jj1j1j1yxyyxxppppppDQ1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxlQ1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y

16、)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxl( ajx - a0 x )2 + ( ajy - a0y )2 = ( a1x- a0 x )2 + ( a1y - a0y )2 ajxajy1T= D1ja1xa1y1Tj = 2,3,，n (5.30) j =2,3,，n (5.31) Q1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxl Q1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxlOxyBjSjPjQjB1S1Q1P1B2S22P2Q2P2j) OxyBjSjPjQjB1S1Q

17、1P1B2S22P2Q2P2jjOxyBjSjPjQjB1S1Q1P1B2S22P2Q2P2j 。Axyl44D00l1l3l2123BC圖圖5.25鉸鏈四桿鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)Axyl44D00l1l3l2123BC圖圖5.25鉸鏈四桿鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)函數(shù)生成機(jī)構(gòu))40. 5(n,.,3 , 2 , 1)2180180cos(1 20m0j jnjnxxxx2n1ii2n1igi)()(min)(minminiixfxgEAxyl44D00l1l3l2123BC圖圖5.25鉸鏈四桿鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)圖圖5.25鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

18、Axyl44D00l1l3l2123BC)sin()cos(01B01Blylx)sin()cos(03C014Clyllx222BC2BC)()(lyyxx圖圖5.25鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)Axyl44D00l1l3l2123BC)35. 5()cos()cos()cos(0030201KKK圖圖5.25鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)Axyl44D00l1l3l2123BC )cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos(030330320310202302202101013012011KKKKKK

19、KKK)2/()(/31242322213142341llllllKllKllK33124232121431242/KllllllKlllKlAxyl44D00l1l3l2123BC圖圖5.25鉸鏈四桿鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)Axyl44D00l1l3l2123BC圖圖5.25鉸鏈四桿鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)2121)()(min)(minminniiiniigixfxgE圖圖5.25鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)Axyl44D00l1l3l2123BC)36. 5()cos()cos()cos(210030201niiiiiKKKE)365()cos()

20、cos()cos(210030201niiiiiKKKE)39. 5(0)cos()cos()cos(2)38. 5(0)cos()cos()cos()cos(2)37. 5(0)cos()cos()cos()cos(2001302010001302010001302011iiniiiiiiniiiiiiniiiKKKKEKKKKEKKKKE)39. 5()cos(1)cos()cos()38. 5()cos()cos()cos()(cos)cos()cos()37. 5()cos()cos()cos()cos()cos()(cos1001113020110001110302200110001

21、1103002021niiinininiiiniiiinininiiiiiniiiinininiiiiiKKKKKKKKKyxabcd00ABCD圖圖5.25鉸鏈四桿鉸鏈四桿函數(shù)生成機(jī)構(gòu)函數(shù)生成機(jī)構(gòu)例例設(shè)連架桿設(shè)連架桿a的變化區(qū)間為的變化區(qū)間為090，初始角位移，初始角位移0140；連架；連架桿桿c的初始角位移的初始角位移090，對(duì)，對(duì)的變化的變化區(qū)間劃分區(qū)間劃分10份，連架桿份，連架桿c與連架桿與連架桿a的的函數(shù)關(guān)系為，試用解析法確定連架桿函數(shù)關(guān)系為，試用解析法確定連架桿a、連架桿連架桿c與連桿與連桿b的桿長。的桿長。 2)曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) yS2AA0B

22、圖圖5.26曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)134abeS00 x在在圖圖5.26所示的坐標(biāo)系中，設(shè)所示的坐標(biāo)系中，設(shè)a，b，e為設(shè)計(jì)變量，為設(shè)計(jì)變量，0，S0為預(yù)先選擇的為預(yù)先選擇的參數(shù)，參數(shù)，A、B兩點(diǎn)之間的定長約束方程為兩點(diǎn)之間的定長約束方程為)41. 5()sin()cos(220200baeaSSiii令令K1、K2和和K3分別為分別為 2221ebaKaK22aeK23 曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)與與分析分析動(dòng)畫動(dòng)畫 于是，式于是，式(5.41)簡化為簡化為 )42. 5(2)sin()cos()(0202030021iiiiiSSSSKSSKK與

23、式與式(5.36)式式(5.39)相同的處理方法，求得相同的處理方法，求得K1、K2和和K3，然后，然后，再求得再求得a，b，e。于是，得機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸。于是，得機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸。 yS2AA0B圖圖5.26曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)134abeS00 x例例5.3設(shè)曲柄設(shè)曲柄1的角位移的角位移i、初始角位移、初始角位移0、滑塊、滑塊3的位移的位移Si與初始位移與初始位移S0如如表表1.1所示。試用解析法確定曲柄所示。試用解析法確定曲柄 a、連桿、連桿 b 與偏心距與偏心距 e 的桿長，判斷的桿長，判斷該機(jī)構(gòu)是否為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，給出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。該機(jī)構(gòu)是否為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，給

24、出該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。 圖圖5.26曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線曲柄滑塊函數(shù)生成機(jī)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線 yS2AA0B134abeS00 xS3VL3aL3qL302表表1.1機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)(長度的單位為米長度的單位為米)1401251109580655035205151098765432100.03750.03550.0330.0300.0270.02350.0200.0160.0120.0080.079S10S9S8S7S6S5S4S3S2S1S0解曲柄解曲柄 a14.859 mm，連桿，連桿 b57.373 mm，偏心距，偏心距 e7.289 mm。 ：APOyxr4A

25、0r1rr3r2BB0r5r6APOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)47. 5(ii3i2i1reererer)48. 5(ii6i5i4reerererAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)cos(2)()cos(2)cos(221221222321rrrrrrrrrr)cos(2)()cos(2)cos(264226242564rrrrrrrrrr5.51)52. 5(,6482624257664521421222332211rrKrrrKrKrKrrKrrrKrKrKAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6APOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)cos(

26、2)cos(2)cos(242321KrKrKrK)cos(2)cos(2)cos(282765KrKrKrK5.53 APOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)54. 5(4333222111qKmqlKmqlKmqlK)53. 5()cos(2)cos(2)cos(242321KrKrKrK)56. 5()cos(2)cos(22321rlrlrl)57. 5()cos(2)cos(2)cos(2321mrmrm)53. 5()cos(2)()cos(2)()cos(2)(2332211qrmqlrmqlrmql)54. 5(4333222111qKmqlKmqlKmqlK)58.

27、5(0) 1()(211221221llqmlmlqmm)(2211mqlmqlqAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)58. 5(0) 1()(211221221llqmlmlqmm)(2)(4) 1() 1(212121212211221mmllmmmlmlmlmlq2122332211rrKrKrKrAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)53. 5()cos(2)()cos(2)()cos(2)(2776655srmslrmslrmsl)53. 5()cos(2)cos(2)cos(282765KrKrKrK)53. 5()cos(2)cos(22765arlrlrl

28、)55. 5(8777666555sKmslKmslKmslK)53. 5()cos(2)cos(2)cos(2765bmrmrm6645,rKrK)(6655mslmsls0) 1()(655665265llsmlmlsmm)(2)(4) 1() 1(656565256655665mmllmmmlmlmlmls)52. 5(,64826242576645rrKrrrKrKrK54Kr 66Kr 262475rrKr)55. 5(8777666555sKmslKmslKmslKAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)60. 5()(11ii)59. 5()coscoscos(/ )si

29、nsinsinarctan(2121iiiiiirrrrrrAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6以上論述了以上論述了三三個(gè)精確點(diǎn)個(gè)精確點(diǎn)的尺寸設(shè)計(jì)方法。如果精確點(diǎn)的數(shù)目超的尺寸設(shè)計(jì)方法。如果精確點(diǎn)的數(shù)目超過三個(gè)，設(shè)計(jì)工作量顯著增大。由于只有過三個(gè)，設(shè)計(jì)工作量顯著增大。由于只有九個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)九個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)(r1、r2、r3、r4、r5、r6、)，當(dāng)精確點(diǎn)的數(shù)目超過當(dāng)精確點(diǎn)的數(shù)目超過九個(gè)九個(gè)時(shí)，只能采用數(shù)值時(shí)，只能采用數(shù)值方法予以求解。若采用數(shù)值方法設(shè)計(jì)軌跡機(jī)構(gòu)，可由方法予以求解。若采用數(shù)值方法設(shè)計(jì)軌跡機(jī)構(gòu)，可由式式 (5.56) 、式、式 (5.57)構(gòu)造構(gòu)造最小二乘偏差的表達(dá)式最小二乘偏

30、差的表達(dá)式E1、E2，即，即2123211)cos(2)cos(2niiiirlrlrlE231212)cos(2)cos(2)cos(2mrmrmEniiiOXY15432678大腿大腿小腿小腿踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡1y1x1x2y2O1ABCDEFGHO85.6近似等速比機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征近似等速比機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征 近似等速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論中的重要分支之一，近似等速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理論是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論中的重要分支之一，數(shù)學(xué)分析表明，若兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的組合機(jī)構(gòu)的位移函數(shù)在同一時(shí)數(shù)學(xué)分析表明，若兩個(gè)基本機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的組合機(jī)構(gòu)的位移函數(shù)在同一時(shí)刻的一階導(dǎo)數(shù)等于常數(shù)，二階、三階導(dǎo)數(shù)

31、在對(duì)應(yīng)時(shí)刻等于零，則該組合刻的一階導(dǎo)數(shù)等于常數(shù)，二階、三階導(dǎo)數(shù)在對(duì)應(yīng)時(shí)刻等于零，則該組合機(jī)構(gòu)具有近似等速比的傳動(dòng)特征。此原理建立了近似等速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)機(jī)構(gòu)具有近似等速比的傳動(dòng)特征。此原理建立了近似等速比傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的新方法計(jì)的新方法 設(shè)一類平面六桿機(jī)構(gòu)輸入端子機(jī)構(gòu)的速度函數(shù)為設(shè)一類平面六桿機(jī)構(gòu)輸入端子機(jī)構(gòu)的速度函數(shù)為i1，輸出端子機(jī)構(gòu)，輸出端子機(jī)構(gòu)的速度函數(shù)為的速度函數(shù)為i2，則該平面六桿機(jī)構(gòu)的速度函數(shù)為，則該平面六桿機(jī)構(gòu)的速度函數(shù)為i為為 )61. 5(21iii對(duì)對(duì)i求關(guān)于輸入位移的求關(guān)于輸入位移的13階導(dǎo)數(shù)得階導(dǎo)數(shù)得)62. 5(12212iiiii )63. 5(312112312ii

32、iiiiii )64. 5(436)3(12112212211241)3(2)3(iiiiiiiiiiiii 若若i在機(jī)構(gòu)某一位置的數(shù)值不等于零，令在該位置的數(shù)值等于零，在機(jī)構(gòu)某一位置的數(shù)值不等于零，令在該位置的數(shù)值等于零，則機(jī)構(gòu)在該位置的鄰域內(nèi)作近似等速比的傳動(dòng)。則機(jī)構(gòu)在該位置的鄰域內(nèi)作近似等速比的傳動(dòng)。 5.6.1曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)123421S52i3i4i0圖圖5.28 曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu) 圖圖5.29 曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六

33、桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征比平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征 HO1AA1A2S5O3123456B1B2Bd1d2RLBLR1xy圖圖5.28為曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)。令為曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)。令qO1A/O1O3a/d1，于是，導(dǎo)桿，于是，導(dǎo)桿3的半擺角的半擺角Barctanq/(1q2)0.5。 5.6.1曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)當(dāng)已知從動(dòng)件當(dāng)已知從動(dòng)件5的工作行程的工作行程H時(shí)，從動(dòng)件時(shí)，從動(dòng)件5關(guān)于關(guān)于O3點(diǎn)的距離點(diǎn)的距離d20.5H/tanB ，當(dāng)已知曲柄，當(dāng)已知曲柄1的桿長的桿長a時(shí)，時(shí)，O1、O3之間的距

34、離之間的距離d1a/sinB 。該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)。該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K(2B )/(2B )，最小傳動(dòng)，最小傳動(dòng)角角min /2B。 )cos21/(12qqc令令)cos1/(sinarctanqq)65. 5()cos(d/d)(1qqci123421S52i3i4i0HO1AA1A2S5O3123456B1B2Bd1d2RLBLR1xy圖圖5.28 曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu) 圖圖5.29曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似曲柄與移動(dòng)從動(dòng)件型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征等速比平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征 5.6.2曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面

35、六桿機(jī)構(gòu)曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)圖圖5.30為曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)。桿為曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)。桿1、2、3和和6組成輸入端的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，桿組成輸入端的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，桿3、4、5和和6組成輸出端的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，組成輸出端的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，設(shè)曲柄設(shè)曲柄1的桿長為的桿長為a，以，以1勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，O1O3d1，O3O5d2，擺桿，擺桿5的桿的桿長為長為b，作往復(fù)擺動(dòng)。令，作往復(fù)擺動(dòng)。令a/d11。 )73. 5()cos1/(sinarctan)cos/(sinarctan1ada圖圖5.30 曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似

36、等速比平面六桿機(jī)構(gòu) O5O3O1AB123456ab15BA2bA1A2B1B22b1234520圖圖5.31曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征 5.6.2曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu))74. 5(cos21)cos(dd21i53BOO對(duì)應(yīng)用正弦定理得對(duì)應(yīng)用正弦定理得b/sind2/sin，sin(d2/b)sin，令，令N2d2/b1，于是，于是sinN2sin，為此，輔助角度變量，為此，輔助角度變量為為)78. 5()sin(1/sinarctan(222NN79).(5圖圖5.

37、30 曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu) O5O3O1AB123456ab15BA2bA1A2B1B22b1234520圖圖5.31曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比曲柄與擺動(dòng)導(dǎo)桿型近似等速比平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征平面六桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特征 5.7高階停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征高階停歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與傳動(dòng)特征 高階停歇機(jī)構(gòu)是指一類機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件在極限位置作直到高階停歇機(jī)構(gòu)是指一類機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件在極限位置作直到3階或直到階或直到5階停歇的一類組合機(jī)構(gòu)階停歇的一類組合機(jī)構(gòu)45-51。其設(shè)計(jì)原理為，若復(fù)合函數(shù)表示一類組其設(shè)計(jì)原理為，若復(fù)合函數(shù)表示一類組合機(jī)構(gòu)的位移傳動(dòng)函數(shù)，當(dāng)復(fù)合

38、函數(shù)的底層函數(shù)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上的合機(jī)構(gòu)的位移傳動(dòng)函數(shù)，當(dāng)復(fù)合函數(shù)的底層函數(shù)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上的1階階導(dǎo)數(shù)為零，高層函數(shù)在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的導(dǎo)數(shù)為零，高層函數(shù)在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的1階導(dǎo)數(shù)為零時(shí)，則復(fù)合函數(shù)在該點(diǎn)階導(dǎo)數(shù)為零時(shí)，則復(fù)合函數(shù)在該點(diǎn)上存在直到上存在直到3階零點(diǎn)，于是組合機(jī)構(gòu)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具有直到階零點(diǎn)，于是組合機(jī)構(gòu)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具有直到3階停歇。階停歇。若復(fù)合函數(shù)的底層函數(shù)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具有直到若復(fù)合函數(shù)的底層函數(shù)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具有直到3階導(dǎo)數(shù)為零，高層函階導(dǎo)數(shù)為零，高層函數(shù)為線性函數(shù)，則復(fù)合函數(shù)在該點(diǎn)上存在直到數(shù)為線性函數(shù)，則復(fù)合函數(shù)在該點(diǎn)上存在直到3階零點(diǎn)，于是組合機(jī)構(gòu)階零點(diǎn)，于是組合機(jī)構(gòu)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具

39、有直到在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具有直到3階停歇。階停歇。若復(fù)合函數(shù)的底層函數(shù)在一點(diǎn)或兩若復(fù)合函數(shù)的底層函數(shù)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上的點(diǎn)上的1階、階、2階導(dǎo)數(shù)都為零，高層函數(shù)在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的階導(dǎo)數(shù)都為零，高層函數(shù)在對(duì)應(yīng)點(diǎn)上的1階導(dǎo)數(shù)為零，則階導(dǎo)數(shù)為零，則復(fù)合函數(shù)在該點(diǎn)上存在直到復(fù)合函數(shù)在該點(diǎn)上存在直到5階零點(diǎn)，于是組合機(jī)構(gòu)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具階零點(diǎn)，于是組合機(jī)構(gòu)在一點(diǎn)或兩點(diǎn)上具有直到有直到5階停歇。階停歇。 設(shè)復(fù)合函數(shù)設(shè)復(fù)合函數(shù)()表示一類組合機(jī)構(gòu)輸入角位移表示一類組合機(jī)構(gòu)輸入角位移到中間角到中間角位移位移再到輸出角位移再到輸出角位移的位移傳動(dòng)函數(shù)的位移傳動(dòng)函數(shù) )93. 5(ddddddddtt)94. 5()dd(dd

40、dd)dd(dddd22222222tt)95. 5()dd(dddddddddd3)dd(dddd333222233333ttj)96. 5()dd(dddd)dd(dd3dddddd4)dd(dddd6)dd(dddd4442222233222223344444ttj dd)dd(dd15dd)dd(dd10)dd(dddd222332234455555tj)97. 5()dd(dddddddddd10dddddd5)dd(dddd10555223322442223333t5.7.1型串聯(lián)導(dǎo)桿的擺桿雙極位作直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu)型串聯(lián)導(dǎo)桿的擺桿雙極位作直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu)圖圖5.

41、32表示表示型串聯(lián)導(dǎo)桿的擺桿雙極位作直到三階停歇的平面六型串聯(lián)導(dǎo)桿的擺桿雙極位作直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu)桿機(jī)構(gòu)46-47。 O5O3O1AB312456d1d2A1A2B1B2S5S3r3r1bbS1圖圖5.32 型串聯(lián)導(dǎo)桿的擺桿雙極位作直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu)型串聯(lián)導(dǎo)桿的擺桿雙極位作直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu) )100. 5()cos/(sin 2arctan111drr)101. 5()cos()sin(211213drrS)116. 5()cos/()sin(2arctan233drr)117. 5(cos/ )cos(325rdS5.7.2基于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的移動(dòng)件單極位直到三階停歇

42、的平面六桿機(jī)構(gòu)基于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的移動(dòng)件單極位直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu) 圖圖5.34 基于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的移動(dòng)件基于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的移動(dòng)件單極位直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu)單極位直到三階停歇的平面六桿機(jī)構(gòu)sinAKcos/BadKcos)/()2/()(2222CabacabcdK)134. 5()/()arctan(2CB2C2B2AAKKKKKK在在圖圖5.34中，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如下。中，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如下。 移動(dòng)從動(dòng)件移動(dòng)從動(dòng)件6的的運(yùn)動(dòng)分析如下。的的運(yùn)動(dòng)分析如下。 RO1A2A1AB2B1BO3xyC2C1CB0123456BRARminL4S6H6)135. 5()cosc

43、os/()sinsinarctan(acdac)142. 5(cos)()cos()(BL6hchcS5.8機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)概述 社會(huì)需求是創(chuàng)新的源泉，問題意識(shí)是創(chuàng)新的種子，知識(shí)結(jié)構(gòu)是創(chuàng)社會(huì)需求是創(chuàng)新的源泉，問題意識(shí)是創(chuàng)新的種子，知識(shí)結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，靈活運(yùn)用合適的方法是創(chuàng)新的關(guān)鍵。新的基礎(chǔ)，靈活運(yùn)用合適的方法是創(chuàng)新的關(guān)鍵。 5.8.1輥式破碎機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)輥式破碎機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 12a(t)物料物料1234圖圖5.36輥式破碎機(jī)的局部結(jié)構(gòu)簡圖輥式破碎機(jī)的局部結(jié)構(gòu)簡圖 圖圖5.37 型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖abc12345 6O1O4a(t)ABde輥式

44、破碎機(jī)用于塊狀物料的破碎。輥式破碎機(jī)用于塊狀物料的破碎。圖圖5.37所示的設(shè)計(jì)方案被提了所示的設(shè)計(jì)方案被提了出來出來27-28，稱為，稱為型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 圖圖5.38所示的設(shè)計(jì)方案又被設(shè)計(jì)出來所示的設(shè)計(jì)方案又被設(shè)計(jì)出來29-30，稱為，稱為型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 a(t)acdb1b2O1O4ABCO4123b1ef12a(t)物料物料1234圖圖5.36輥式破碎機(jī)的局部結(jié)構(gòu)簡圖輥式破碎機(jī)的局部結(jié)構(gòu)簡圖 圖圖5.38型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖圖圖5.38所示的設(shè)計(jì)方案相對(duì)于圖所示的設(shè)計(jì)方案相對(duì)于圖5.37所示的設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)之處，在所示的設(shè)計(jì)方案的改進(jìn)

45、之處，在于采用平行四邊形機(jī)構(gòu)而不是扇形齒輪副來確保等腰梯形的存在。于采用平行四邊形機(jī)構(gòu)而不是扇形齒輪副來確保等腰梯形的存在。 圖圖5.38所示組合機(jī)構(gòu)不但實(shí)現(xiàn)了時(shí)變軸距等速比傳動(dòng)，所能允許的所示組合機(jī)構(gòu)不但實(shí)現(xiàn)了時(shí)變軸距等速比傳動(dòng)，所能允許的中心距變化量可以達(dá)到正常工作狀態(tài)下的中心距，而且可以實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度中心距變化量可以達(dá)到正常工作狀態(tài)下的中心距，而且可以實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，從而大大地提高使用壽命。設(shè)計(jì)，從而大大地提高使用壽命。 5.8.1輥式破碎機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)輥式破碎機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)12a(t)物料物料1234圖圖5.36輥式破碎機(jī)的局部結(jié)構(gòu)簡圖輥式破碎機(jī)的局部結(jié)構(gòu)簡圖 圖圖5.37型組

46、合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖abc12345 6O1O4a(t)ABdea(t)acdb1b2O1O4ABCO4123b1ef圖圖5.38型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖型組合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡圖5.8.2二分之奇數(shù)轉(zhuǎn)主軸快速緩沖定位裝置的設(shè)計(jì)二分之奇數(shù)轉(zhuǎn)主軸快速緩沖定位裝置的設(shè)計(jì) 菱形金屬網(wǎng)編織機(jī)的成型導(dǎo)板在將連續(xù)的直鋼絲成型為連續(xù)的扁螺菱形金屬網(wǎng)編織機(jī)的成型導(dǎo)板在將連續(xù)的直鋼絲成型為連續(xù)的扁螺旋體后旋體后31，成型導(dǎo)板應(yīng)當(dāng)停歇一段時(shí)間，以便剪切裝置按定長切斷扁螺，成型導(dǎo)板應(yīng)當(dāng)停歇一段時(shí)間，以便剪切裝置按定長切斷扁螺旋鋼絲。旋鋼絲。 由于這是一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)多、轉(zhuǎn)數(shù)可設(shè)置、由于這是一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)多、轉(zhuǎn)數(shù)可設(shè)置、雙位

47、定位的問題，所以，需要采用機(jī)電雙位定位的問題，所以，需要采用機(jī)電一體化的系統(tǒng)一體化的系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)。予以實(shí)現(xiàn)。 1.曲柄曲柄2.連桿連桿3.電磁鐵推桿電磁鐵推桿4,6,11,13.螺栓聯(lián)接螺栓聯(lián)接5,12.油口油口配件配件7,14. 間隙調(diào)節(jié)件間隙調(diào)節(jié)件8.油油缸缸9. 油箱油箱10. 油缸蓋油缸蓋15. 活塞桿活塞桿16.電磁鐵的推桿電磁鐵的推桿17.油面油面C1.上油口上油口J1.上端節(jié)流上端節(jié)流口口C2.下油口下油口J2.下端節(jié)流口下端節(jié)流口36接電磁鐵接電磁鐵A1接電磁鐵接電磁鐵A27814J2J145C19C21113Dd1012Hd1d121151617圖圖5.40主軸雙位緩沖定位裝置的部分結(jié)構(gòu)簡圖置的設(shè)計(jì)