平面連桿機構以及其設計

1、關于平面連桿機構及其設計第一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月特征：有一作平面運動的構件（中間構件），稱為連桿。定義：由若干剛性構件用低副聯(lián)接而成的機構稱為連桿機構；連桿機構又稱為低副機構。應用實例：內燃機、火車輪、牛頭刨床、橢圓儀、公共汽車開關門、開窗戶支撐、折疊傘、折疊床、 單車制動操作機構等。開窗支撐(avi)鉗物機構(avi)第二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2特點：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，從動件運動規(guī)律不同。連桿曲線豐富，可滿足不同要求。缺點：構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、

2、效率低。產生動載荷（慣性力），不適合高速。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。第三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3分類:本章重點內容是介紹四桿機構。1、平面連桿機構，如：2、空間連桿機構，如：常以構件數(shù)命名：四桿機構、多桿機構。第四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月4(avi)曲柄作整周回轉的構件；連桿作平面運動的構件連架桿(與機架相連的構件)搖桿作擺動的構件；曲柄搖桿5.1 平面四桿機構的基本類型及其演化5.1.1 平面四桿機構的基本型式機架機架固定件鉸鏈四桿機構組成:連桿第五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月5（1）曲柄搖桿機構鉸鏈四桿機構的基本型式(類型)（2）雙曲

3、柄機構（3）雙搖桿機構第六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月61）曲柄搖桿機構作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動。 如雷達天線、攪拌機、碎石機。第七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月72）雙曲柄機構特征：兩個曲柄作用：將等速回轉轉變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D。應用實例：如慣性篩，火車輪等。第八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月8ABCD實例：火車輪特例：平行四邊形機構AB = CD特征：兩連架桿等長且平行， 連桿作平動BC = ADABDC攝影平臺作者：潘存云教授ADBC作者：潘存云教授BC天平第九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月9反平行四邊形機構-車門開閉機構

4、反向第十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月103、雙搖桿機構特征：兩個搖桿應用舉例：飛機起落架、吊車、夾具等。第十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月111）改變構件的形狀和運動尺寸偏置曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構雙滑塊機構 正弦機構s=l sin l5.1.2 平面四桿機構的演化形式第十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月122）改變運動副的尺寸3）選不同的構件為機架偏心輪機構導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC第十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月13牛頭刨床應用實例:ABDC1243C2C1小型

5、刨床ABDCE123456第十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月14應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構應用實例B34C1A2應用實例4A1B23C應用實例13C4AB2應用實例A1C234BACB1234導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構314A2BC第十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月15314A2BC直動滑桿機構手搖唧筒這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的方法稱為：機構的倒置BC3214AABC3214第十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月16雙曲柄機構(avi)雙搖桿機構(avi)曲柄搖桿機構(avi)5.2 平面四桿機構

6、的基本知識5.2.1 鉸鏈四桿機構有曲柄的條件第十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月17曲柄搖桿機構運動特點的觀察特點：曲柄與連桿出現(xiàn)一次共線、一次重合(avi)第十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月18特點：1. 曲柄與連桿均未出現(xiàn)重合(或共線)現(xiàn)象；2. 固定鉸鏈均為整周回轉鉸鏈；連桿上兩活動鉸鏈均為非整周回轉鉸鏈。雙曲柄機構運動特點的觀察(avi)第十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月19特點：搖桿與連桿均出現(xiàn)重合或共線連桿與左搖桿重合連桿與右搖桿共線連桿與右搖桿重合 連桿與左搖桿共線雙搖桿機構運動特點的觀察第二十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2

7、0 結論： 若要連架桿能整周回轉(即成為曲柄)，則另一連架桿與連桿不能出現(xiàn)重合或共線 (平行四邊形機構除外） 。第二十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月21fABCDdabcCBBCDminBCBCDmaxfminfmax 若要使AB桿成為曲柄，必須有 BCD存在，cos BCD=b2 + c2 - f22bc亦即 0 BCD 180為使此式成立，須有： 0 BCDmin， BCDmax 40 + 55 該機構為雙搖桿機構。 對圖(b)，有： 20 + 80 40 + 70， 且最短桿為連架桿， 該機構為曲柄搖桿機構。30704055(a)20804070(b)第二十五張，PPT共四

8、十五頁，創(chuàng)作于2022年6月25 b. 確定構件尺寸 例：若要求該機構為曲柄搖桿機構，問AB桿尺寸應為多少？B1107060ACD解：1. 設AB為最短桿即 LAB + 110 60 + 70LAB 20 2. 設AB為最長桿即 LAB + 60 110 + 70LAB 120 3. 設AB為之間桿即 110 + 60 LAB + 70100 LAB所以AB桿的取值范圍為： 0t2 V2 V1搖桿的這種特性稱為急回運動。用以下比值表示急回程度稱K為行程速比系數(shù)。且越大，K值越大，急回性質越明顯。 只要 0 ， 就有 K1設計新機械時，往往先給定K值，于是: B1C1ADC2B2第二十八張，PP

9、T共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月28曲柄滑塊機構的急回特性應用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨、往復式輸送機等。180180-導桿機構的急回特性？ 180180-思考題： 對心曲柄滑塊機構的急回特性如何？第二十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月29FF F”當BCD90時， BCD5.23 壓力角和傳動角壓力角：從動件驅動力F與力作用點絕對速度之間所夾銳角。設計時要求: min40min出現(xiàn)的位置：當BCD90時， 180- BCD切向分力: F= Fcos法向分力: F”= Fcos F對傳動有利。=Fsin稱為傳動角。此位置一定是：主動件與機架共線兩處之一。ABCDCDBAFF”F可用

10、的大小來表示機構傳動力性能的好壞,當BCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)min第三十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月30車門C1B1abcdDA由余弦定律有： B1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bc B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc若B1C1D90,則若B2C2D90, 則1B1C1D2180-B2C2D機構的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件上度量。v1minB1C1D, 180-B2C2DminC2B22F2第三十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月31F5.2.4 機構的死點位置搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：此時機構不能運動.

11、避免措施： 兩組機構錯開排列，如火車輪機構;稱此位置為：“死點”0靠飛輪的慣性（如內燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG0F0第三十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月32工件ABCD1234PABCD1234工件P鉆孔夾具=0TABDC飛機起落架ABCD=0F也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆孔夾具等。第三十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月335.3 平面四桿機構的設計 1.連桿機構設計的基本問題2. 用作圖法設計四桿機構3.用解析法設計四桿機構第三十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月34 5.3.1 連桿機構設計的基本問題 機構選型根據給定的運動

12、要求選擇機 構的類型；尺度綜合確定各構件的尺度參數(shù)(長度 尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：a)結構條件（如要求有曲柄、桿長比恰當、 運動副結構合理等）;b)動力條件（如min）;c)運動連續(xù)性條件等。第三十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月35給定的設計條件：1)幾何條件（給定連架桿或連桿的位置）2)運動條件（給定K）3)動力條件（給定min）設計方法：作圖法、解析法連桿設計的三類問題：1)剛體引導問題2)函數(shù)生成問題3)軌跡生成問題第三十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月361）按連桿預定的位置設計四桿機構a)給定連桿兩組位置有唯一解。B2C2AD將鉸鏈A、D分別選在B

13、1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置有無窮多組解。ADB3C3DB1C15.3.2 用作圖法設計四桿機構AB1C1B2C2第三十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月37E 2）按給定的急回要求設計四桿機構(1) 曲柄搖桿機構計算180(K-1)/(K+1);已知：CD桿長，擺角及K， 設計此機構。步驟如下：任取一點D，作等腰三角形 腰長為CD，夾角為;作C2PC1C2，作C1P使作P C1C2的外接圓，則A點必在此圓上。 C2C1P=90,交于P; 90-PDAC1C2選定A，設曲柄為a ，連桿為b ，則:以A為圓心，A C2為半

14、徑作弧交于E,得： a =EC1/ 2 b = A C1EC1/ 2,A C2=b- a= a =( A C1A C2)/ 2 A C1= a+b第三十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月38E22ae(2) 曲柄滑塊機構H已知K，滑塊行程H，偏距e，設計此機構 。計算: 180(K-1)/(K+1);作C1 C2 H作射線C1O 使C2C1O=90, 以O為圓心，C1O為半徑作圓。以A為圓心，A C1為半徑作弧交于E,得：作射線C2O使C1C2 O=90。 作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。C1C290-o90-Al1 =EC2/ 2l2 = A C2EC2/ 2第三十九張，PPT共

15、四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月39ADmn=D(3) 導桿機構分析： 由于與導桿擺角相等，設計此 機構時，僅需要確定曲柄 a。計算180(K-1)/(K+1);任選D作mDn， 在mDn的平分線上取A點，使得AD=d, 則: a=dsin(/2)=Ad作角平分線;已知：機架長度d，K，設計此機構。第四十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月405.3.3 用解析法設計四桿機構思路：首先建立包含機構的各尺度參數(shù)和運動變量在內的解析關系式，然后根據已知的運動變量求解所需的機構尺度參數(shù)。重點：按預定的運動規(guī)律設計四桿機構第四十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月41xyABCD1234給

16、定連架桿對應位置：構件3和構件1滿足以下位置關系：abcd建立坐標系,設構件長度為：a 、b、c、d在x,y軸上投影可得：a+b= c+d機構尺寸比例縮放時，不影響各構件相對轉角. a coc1i + bcos2i =c cos3i + d a sin1i + b sin2i = c sin3i 3if (1i ) i =1, 2, 3n設計此四桿機構(求各構件長度)。1i3i2i 令： a/a=1 b/a= l c/a= m d/a= n第四十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月42P1P2令: P0消去2i整理得：cos(1i)m cos(3i)-(m/n)cos(3i-1i )

17、+(m2+n2+1-l2)/(2n)代入移項得： lcos2 i= n+mcos(3i)cos(1i)lsin2 i= msin(3i )sin(1i)則上式簡化為：coc(1i )P0cos(3i ) P1 cos(3i-1i )+ P2式中包含有p0，p1，p2三個待定參數(shù),故四桿機構最多可按兩連架桿的三組對應位置精確求解。當i3時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。當i3時，可預定部分參數(shù)，有無窮多組解。第四十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月43舉例：設計一四桿機構滿足連架桿三組對應位置： 1 1 2 2 3 345 50 90 80 135 1101133代入方程得： cos90=P0cos80+P1cos(80-90)+P2 cos1