第二章 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計理論與算法

第二章

平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計二、連桿機(jī)構(gòu)的分類1、根據(jù)構(gòu)件之間的相對運動分為：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)是若干個構(gòu)件全用低副（轉(zhuǎn)動副、移動副、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1）適用于傳遞較大的動力，常用于動力機(jī)械。2）依靠運動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)多種運動軌跡曲線和運動規(guī)律，工程上常用來作為直接完成某種軌跡要求的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。4）可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳遞的操縱機(jī)構(gòu)。不足之處：1）不易于傳遞高速運動。2）可能產(chǎn)生較大的運動累積誤差。3）平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計較為繁難?！?-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，一個為曲柄，而另一個為搖桿。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)計中的共性問題一、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)的壓力角和傳動角、死點四、運動的連續(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）最短桿與最長桿之和應(yīng)小于或等于其余兩桿的桿長之和。（桿長和條件）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：最長桿的桿長<其余三桿長度之和。1）在滿足桿長和的條件下：（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）以最短桿的對邊構(gòu)件為機(jī)架，均無曲柄存在，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擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動導(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）原動件等角速整周轉(zhuǎn)動；2）輸出件具有正、反行程的往復(fù)運動；3）極位夾角θ>0。BACB1B2C2C1B1C2AC1BB2CθθAB1DC∞B2=AB三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動角、死點CDαγδFvcF1F2F1=FcosαF2=Fsinα1、機(jī)構(gòu)壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條件下，機(jī)構(gòu)中驅(qū)使輸出件運動的力的方向線與輸出件上受力點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傳動角：壓力角的余角。機(jī)構(gòu)的傳動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)械傳動效率，應(yīng)使其最小傳動角處于工作阻力較小的空回行程中。3機(jī)構(gòu)的死點位置

在不計構(gòu)件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下，當(dāng)機(jī)構(gòu)處于傳動角γ=0°（或α=90°）的位置下，無論給機(jī)構(gòu)主動件的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩有多大，均不能使機(jī)構(gòu)運動，這個位置稱為機(jī)構(gòu)的死點位置。F1=FcosαF2=FsinαBDACFDABCFαv四、運動的連續(xù)性連桿機(jī)構(gòu)的運動連續(xù)性：指該機(jī)構(gòu)在運動中能夠連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。連桿機(jī)構(gòu)的運動不連續(xù)的問題：錯位不連續(xù)；錯序不連續(xù)。A(B’)BCC1C2C’1C’C’212DB1B3B2C1C3C2AD2–3、平面四桿機(jī)構(gòu)的運動設(shè)計1、基本問題根據(jù)機(jī)構(gòu)所提出的運動條件，確定機(jī)構(gòu)的運動學(xué)尺寸，畫出機(jī)構(gòu)運動簡圖。1）根據(jù)給定的運動規(guī)律（位移、速度和加速度）設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；a實現(xiàn)連桿的幾個位置c實現(xiàn)兩連架桿的對應(yīng)角位移、角速度和角加速度（顎式碎礦機(jī)、慣性篩）b實現(xiàn)輸出構(gòu)件的急回特性2）根據(jù)給定的運動軌跡設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)；3)綜合功能一根據(jù)給定的連桿位置設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)B1B2B3C2C3C1DAc23c12b23b12二按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計四桿機(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,過三點作圓，A即在圓周上。三根據(jù)給定兩連架桿的位置

設(shè)計四桿機(jī)構(gòu)1、剛化反轉(zhuǎn)法如果把機(jī)構(gòu)的第i個位置AiBiCiDi看成一剛體(即剛化)，并繞點D轉(zhuǎn)過(-1i)角度(即反轉(zhuǎn))，使輸出連架桿CiD與C1D重合，稱之為“剛化