第二章 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與算法

第二章

平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)分為：平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)。2、根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目分為：四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)等。一、連桿機(jī)構(gòu)是若干個(gè)構(gòu)件全用低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、球面副、球銷副、圓柱副及螺旋副）聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。三．平面連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)1）適用于傳遞較大的動(dòng)力，常用于動(dòng)力機(jī)械。2）依靠運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形面保持構(gòu)件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度3）能夠?qū)崿F(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)軌跡曲線和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，工程上常用來(lái)作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4）可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞的操縱機(jī)構(gòu)。不足之處：1）不易于傳遞高速運(yùn)動(dòng)。2）可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差。3）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為繁難。§2-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變

及其應(yīng)用機(jī)架連架桿連架桿連桿在連架桿中，能繞其軸線回轉(zhuǎn)360°者稱為曲柄；僅能繞其軸線往復(fù)擺動(dòng)者稱為搖桿。一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu):兩連架桿中，一個(gè)為曲柄，而另一個(gè)為搖桿。2）雙曲柄機(jī)構(gòu)

兩連架桿均為曲柄。3）雙搖桿機(jī)構(gòu)

兩連架桿均為搖桿。4123§2-2平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的共性問(wèn)題一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件BDAC1234abcdB2ACB1DE’F’GFEG’d+a|d-a||b-c|b+c平面連桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件：1）連架桿與機(jī)架中必有一桿為四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿；2）最短桿與最長(zhǎng)桿之和應(yīng)小于或等于其余兩桿的桿長(zhǎng)之和。（桿長(zhǎng)和條件）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類型的判斷條件：2）若不滿足桿長(zhǎng)和條件，該機(jī)構(gòu)只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。注意：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)必須滿足四構(gòu)件組成的封閉多邊形條件：最長(zhǎng)桿的桿長(zhǎng)<其余三桿長(zhǎng)度之和。1）在滿足桿長(zhǎng)和的條件下：（1）以最短桿的相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）以最短桿為機(jī)架，則兩連架桿為曲柄，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）以最短桿的對(duì)邊構(gòu)件為機(jī)架，均無(wú)曲柄存在，即該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件1）a為最短桿2)a+e≤b.C”eabbbABCD∞B’’B’E導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件ACBade1)a為最短桿，a+ed2)d為最短桿，且滿足d+ea擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)二、平面四桿機(jī)構(gòu)輸出件的急回特性擺角θψC1C2DAB1B2B1C2∵:1>2,∴:t1>t2,

v1<v2極位夾角⌒v2=C1C2/t21=180°+θ,2=180°-θ⌒v1=C1C2/t1

=v2/v1=（C1C2/t2）/

（C1C2/t1）=t1/t2=1/2=（180°+θ）/（180°-θ）

輸出件空回行程的平均速度—————————————

輸出件工作行程的平均速度K=θ=180°（K-1）/（K+1）行程速比系數(shù)連桿機(jī)構(gòu)輸出件具有急回特性的條件1）原動(dòng)件等角速整周轉(zhuǎn)動(dòng)；2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；3）極位夾角θ>0。BACB1B2C2C1B1C2AC1BB2CθθAB1DC∞B2=AB三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)CDαγδFvcF1F2F1=FcosαF2=Fsinα1、機(jī)構(gòu)壓力角:在不計(jì)摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運(yùn)動(dòng)的力的方向線與輸出件上受力點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)壓力角，通常用α表示。,F1傳動(dòng)角：壓力角的余角。機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角和壓力角作出如下規(guī)定：γmin≥[γ]；[γ]=30°∽60°；αmax≤[α]。[γ]、[α]分別為許用傳動(dòng)角和許用壓力角。vcABCDαγδFF1F2通常用γ表示.γF1vB3ABCF123ααvFvB3ABCF123α=0°γ=90°ABCF231vB3αnαvFδ=arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.=0,

δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}=180,δmax=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}γmin=[δmin,180-δmax]min2、最小傳動(dòng)角的確定F2F2ABCDγδFvcF1B’B’’C’’C’δmaxδminabcdγBACB’B’’C’C’’minB’C’’AC’BB’’C’’’min=’=arccos（a+e)/b為提高機(jī)械傳動(dòng)效率，應(yīng)使其最小傳動(dòng)角處于工作阻力較小的空回行程中。3機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置

在不計(jì)構(gòu)件的重力、慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動(dòng)角γ=0°（或α=90°）的位置下，無(wú)論給機(jī)構(gòu)主動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這個(gè)位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。F1=FcosαF2=FsinαBDACFDABCFαv四、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中能夠連續(xù)實(shí)現(xiàn)給定的各個(gè)位置。連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不連續(xù)的問(wèn)題：錯(cuò)位不連續(xù)；錯(cuò)序不連續(xù)。A(B’)BCC1C2C’1C’C’212DB1B3B2C1C3C2AD2–3、平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)1、基本問(wèn)題根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運(yùn)動(dòng)條件，確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)尺寸，畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。1）根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位移、速度和加速度）設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；a實(shí)現(xiàn)連桿的幾個(gè)位置c實(shí)現(xiàn)兩連架桿的對(duì)應(yīng)角位移、角速度和角加速度（顎式碎礦機(jī)、慣性篩）b實(shí)現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性2）根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；3)綜合功能一根據(jù)給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)B1B2B3C2C3C1DAc23c12b23b12二按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)C1DB1C2B2O90-AAB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC2=BC+AB180°（K-1）（K+1）θ=確定比例尺已知:lCD,,K∞B2θAB1DC=B1C2AC1BB2CθP900-e曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知：C1、C2位置（行程H），K導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)已知：作直角C1C2P,過(guò)三點(diǎn)作圓，A即在圓周上。三根據(jù)給定兩連架桿的位置

設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)1、剛化反轉(zhuǎn)法如果把機(jī)構(gòu)的第i個(gè)位置AiBiCiDi看成一剛體(即剛化)，并繞點(diǎn)D轉(zhuǎn)過(guò)(-1i)角度(即反轉(zhuǎn))，使輸出連架桿CiD與C1D重合，稱之為“剛化