第2章 平面連桿機構(gòu)X.ppt

第二章平面連桿機構(gòu) 本章內(nèi)容 1 平面四桿機構(gòu)的基本形式及其演化2 平面四桿機構(gòu)的基本特性3 用圖解法設(shè)計平面四桿機構(gòu)的方法重點 平面四桿機構(gòu)的基本特性 平面連桿機構(gòu)的特點 平面連桿機構(gòu) 是由許多剛性構(gòu)件用低副 轉(zhuǎn)動副 移動副 聯(lián)接組成的機構(gòu) 故又稱平面低副機構(gòu) 常見的連桿機構(gòu)型式有以下三種 鉸鏈四桿機構(gòu) 連桿 曲柄滑塊機構(gòu) 導(dǎo)桿機構(gòu) 其共同特點是 原動件1的運動 都要經(jīng)過不直接與機架相連的中間構(gòu)件2才能傳到輸出構(gòu)件 這個中間件稱為連桿 連桿 這些機構(gòu)統(tǒng)稱為連桿機構(gòu) 切換到 第二章連桿機構(gòu)2 3平面連桿機構(gòu)的特點及應(yīng)用 連桿機構(gòu)應(yīng)用十分廣泛 連桿機構(gòu)的缺點 1 有中間件 傳遞路線長 會引起誤差積累 傳動效率低 2 不宜用于高速運動 3 設(shè)計復(fù)雜 2 1平面四桿機構(gòu)的基本類型及其演化機構(gòu) 平面四桿機構(gòu)的類型 鉸鏈四桿機構(gòu) 曲柄搖桿機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu) 是平面連桿機構(gòu)的基本型式 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu) 很多 如 含有一個移動副 含有兩個移動副和具有偏心輪的四桿機構(gòu) 平面四桿機構(gòu)可分為兩大類 一 鉸鏈四桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu) 是指所有運動副全部是轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu) 稱為鉸鏈四桿機構(gòu) 即不含移動副的四桿機構(gòu) 鉸鏈四桿機構(gòu)的組成 由機架 連架桿和連桿組成 連架桿 連架桿 連桿 鉸鏈四桿機構(gòu)的類型 根據(jù)連架桿的不同可將鉸鏈四桿機構(gòu)分成三大類 曲柄搖桿機構(gòu) 雙曲柄機構(gòu) 雙遙桿機構(gòu) 1 曲柄搖桿機構(gòu) 指鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿中 一個為曲柄 一個為搖桿 當(dāng)以曲柄為原動件時 則曲柄整周轉(zhuǎn)動 搖桿則往復(fù)擺動 雷達天線俯仰機構(gòu) 當(dāng)以搖桿為原動件時 則搖桿則往復(fù)擺動 而曲柄整周轉(zhuǎn)動 如縫紉機的踏腳板機構(gòu) 縫紉機動畫 曲柄搖桿機構(gòu)應(yīng)用實例 復(fù)擺式腭式破碎機鋼坯輸送機 2 雙曲柄機構(gòu) 兩個連架桿均能作360 的整周轉(zhuǎn)動 即兩個連架桿都是曲柄 如沖床機構(gòu)ABCD中 當(dāng)主動曲柄AB作勻速轉(zhuǎn)動時 從動件CD作變速轉(zhuǎn)動 從而可使滑塊F在沖壓行程時慢速前進 而在空回行程時快速返回 雙曲柄機構(gòu)中的平行四邊形機構(gòu) 連桿作平動 兩個曲柄轉(zhuǎn)速相等 機車車輪的聯(lián)動機構(gòu)為平行四邊形機構(gòu) 它利用了兩個曲柄速度相等的特性 各車輪速度相等 平行四邊形機構(gòu)的應(yīng)用 攝影平臺的升降機構(gòu) 播種機的料斗機構(gòu) 平動 雙曲柄機構(gòu)應(yīng)用實例 旋轉(zhuǎn)泵 3 雙搖桿機構(gòu) 兩個連架桿均為搖桿 如鑄造用的大型造型機的翻箱機構(gòu) 翻箱機構(gòu) 如果兩搖桿長度相等 則形成等腰梯形機構(gòu) 汽車 拖拉機前輪的轉(zhuǎn)彎機構(gòu) 汽車 拖拉機前輪的轉(zhuǎn)彎機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu)實例 鶴式起重機飛機起落架 二 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化機構(gòu) 含有一個移動副四桿機構(gòu)含有兩個移動副四桿機構(gòu)具有偏心輪的四桿機構(gòu) 曲柄搖桿機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu) 課件 CH2連桿機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)的類型 2 1 2演化方式 曲柄滑塊機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu) 以AB為機架 導(dǎo)桿 得到導(dǎo)桿機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)取不同構(gòu)件為機架時 曲柄滑塊機構(gòu) 當(dāng)L1 L2時為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿4作整周轉(zhuǎn)動 360 回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu) 擺動導(dǎo)桿機構(gòu) 擺桿機構(gòu) 當(dāng)L1 L2時為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿4轉(zhuǎn)角 360 導(dǎo)桿機構(gòu) 例如 小型刨床機構(gòu) CA為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿 當(dāng)L1 L2時為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿4作整周轉(zhuǎn)動 360 當(dāng)L1 L2時為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)導(dǎo)桿4轉(zhuǎn)角 360 牛頭刨床的導(dǎo)桿機構(gòu) 當(dāng)取BC桿為機架時 演化成曲柄搖塊機構(gòu) 如自卸汽車車廂的舉升機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu) 搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu) 如抽水唧筒 如以滑塊3為機架得到移動導(dǎo)桿 定滑塊機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu) 正弦機構(gòu) 演化成正弦機構(gòu) 雙滑塊機構(gòu) 指含有兩個移動副的機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu)演化成正切機構(gòu) 曲柄滑塊機構(gòu) 雙滑塊機構(gòu) H 具有兩個移動副的滑塊聯(lián)軸器 十字滑塊聯(lián)軸器 曲柄滑塊機構(gòu)演化成 偏心輪機構(gòu) CH2連桿機構(gòu) 2 3 演化方式 擴大轉(zhuǎn)動副尺寸 偏心輪機構(gòu)的運動簡圖 2 2平面四桿機構(gòu)的基本特性 平面四桿機構(gòu)的基本特性包括運動特性和傳力特性兩方面 下面以鉸鏈四桿機構(gòu)為主來介紹這些特性 一 鉸鏈四桿機構(gòu)的有整轉(zhuǎn)副的條件 整轉(zhuǎn)副 兩構(gòu)件相對轉(zhuǎn)動 360 的轉(zhuǎn)動副 鉸鏈四桿機構(gòu)是否具有整轉(zhuǎn)副 主要取決于四根桿的相對長度關(guān)系 假設(shè)個桿長分別為 a b c d d a b c a b c d 以曲柄搖桿機構(gòu)為例 來分析具有整轉(zhuǎn)副的條件 AB桿要通過與AD桿拉直共線的位置B1AD BD最長 要使轉(zhuǎn)動副A成為整周轉(zhuǎn)動 成為曲柄 AB桿必須順利通過在整周轉(zhuǎn)動的任何位置 同時AB桿要通過與AD桿重合共線的位置AB2D BD最短 其中有兩個關(guān)鍵位置 AB桿與AD桿兩次共線的位置 鉸鏈四桿機構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件 在左圖 B1C1D中 根據(jù)三角形邊長關(guān)系得 在右圖 B2C2D中 根據(jù)三角形邊長關(guān)系得 由 式得 由 式得 由 式得 結(jié)論 要使轉(zhuǎn)動副A為整轉(zhuǎn)副 AB必須是最短桿 即組成整轉(zhuǎn)副的兩個桿件中 必有一根桿為最短 或整轉(zhuǎn)副存在于最短桿的兩端 最短桿 最長桿 其余桿長之和 此條件稱為桿長和條件 結(jié)論 1 當(dāng)同時滿足下列兩個條件時 機構(gòu)有整轉(zhuǎn)副 最短桿 最長桿 其余桿長之和 桿長和條件 組成整轉(zhuǎn)副的兩個桿件中 必有一根桿為最短 或整轉(zhuǎn)副存在于最短桿的兩端 由于最短桿有兩個鄰邊 故必有兩個整轉(zhuǎn)副 2 曲柄存在的條件 前提條件是上述兩個條件均滿足 是否存在曲柄 還應(yīng)根據(jù)選擇什么桿為機架來判斷 若取最短桿為機架 雙曲柄機構(gòu)有兩個曲柄 若取最短桿的鄰邊為機架 曲柄搖桿機構(gòu)存在一個曲柄 若取最短桿的對邊為機架 雙搖桿機構(gòu)曲柄不存在但有整轉(zhuǎn)副屬于搖桿第一種 3 當(dāng)上述條件1中桿長之和條件不滿足 即最短桿 最長桿 其余桿長之和 機構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副 機構(gòu)不存在曲柄 無論取那個構(gòu)件為機架 只能得到雙搖桿機構(gòu) 例題 已知四桿機構(gòu)a 50mm b 120mm c 90mm 試討論 若機架d為變值 d在什么范圍內(nèi)取值時 分別成為雙曲柄 曲柄和雙搖桿機構(gòu) 解 成為雙曲柄機構(gòu)的條件滿足桿長之和條件且機架為最短 d a 50 d b a c 0 d 20mm d b 120a d b c 曲柄搖桿機構(gòu)的條件 a 50 d 120 a b c d a 50mm b 120mm c 90mm 80 d 120 A 假設(shè)a最短 b為最長 則 桿長和條件最短桿的鄰邊為機架 B 假設(shè)a最短 d為最長桿 則 120 d 160 結(jié)論 曲柄搖桿機構(gòu)的條件是 80 d 160 d b 120a d b c 雙搖桿機構(gòu)的條件 d b a c a 50mm b 120mm c 90mm 20 d 50 最短桿的對邊為機架 不可能 且滿足桿長和條件 B 假設(shè)a最短 d為最長桿 則 160 d 260 成為雙搖桿的另外一個條件是什么 桿長之和條件不滿足 A 假設(shè)d最短 d a 50 d a b c 260 隱含條件 否則不是機構(gòu) 有三種情況 C 假設(shè)a最短 b最長 結(jié)論 雙搖桿機構(gòu)的條件是 a 50mm b 120mm c 90mm 50 d 120 a b c d 50 d 80 20 d 50 或160 d 260 或50 d 80 綜上所述 20 d 80 或160 d 260 二 行程速度變化系數(shù)與急回特性 以曲柄搖桿機構(gòu)為主 來介紹四桿機構(gòu)的特性 其它鉸鏈四桿機構(gòu)的特性相似 課件CH2 2 2 1運動特性 急回特性 二 行程速度變化系數(shù)與急回特性 1 極限位置 擺角 和極位夾角 極限位置 當(dāng)曲柄AB作勻速轉(zhuǎn)動的一周的過程中 有兩次與連桿BC共線 D D 搖桿CD處于右極限位置 搖桿CD處于左極限位置 AB2 B2C2拉直共線 AB1 B1C1重合共線 擺角 搖桿CD在左極限C1D與右極限位置C2D之間的夾角 稱為擺角 D 極位夾角 當(dāng)搖桿分別處于左極限和右極限位置時 所對應(yīng)的曲柄AB所夾銳角 結(jié)論 曲柄與連桿共線時 搖桿對應(yīng)的位置就是極限位置 2 急回特性 急回特性是曲柄搖桿機構(gòu)的主要特征之一 如果已知行程速度變化系數(shù)K 則構(gòu)件 式可推出 設(shè)計時 一般是已知k 再求出 最后求出各桿尺寸 2 5 有急回特性 極位夾角 為 偏置曲柄滑塊機構(gòu)具有急回特性嗎 對心曲柄滑塊機構(gòu)有急回特性嗎 無急回特性極位夾角 0 急回特性的優(yōu)點 注意 只要極限夾角 0 則四桿機構(gòu)必有急回特性 另外 工作行程速度慢 有利于減少沖擊 提高機器的工作穩(wěn)定性 牛頭刨床 沖床等很多機械都具有急回特性 空回行程速度快 所花時間短 提高了勞動生產(chǎn)率 三 壓力角與傳動角 如果不考慮構(gòu)件慣性力和摩擦力的影響 因為BC桿是二力桿件 故作用在從動件CD上的驅(qū)動力方向必定沿著BC方向 作用點在C點 將力F分解為 徑向載荷Fn和有效分力Ft 壓力角 壓力角a 在不計摩擦的情況下 從動件CD在C點處的所受的力F與C點處的絕對速度Vc之間所夾銳角 Vc 傳動角g 傳動角 的定義有三個 A 壓力角的余角 B 力F與Fn之間的夾角 C BC桿與CD桿所夾銳角 設(shè)計中 傳動角的最小值為 這樣才能保證機構(gòu)運行良好 設(shè)計中 習(xí)慣用傳動角來判斷四桿機構(gòu)的傳力性能 90 a 傳力越好 傳力越差 效率越低 曲柄滑塊機構(gòu)的傳動角 壓力角a 在不計摩擦的情況下 從動件在C點處所受的力F與C點處的絕對速度Vc之間所夾銳角 F3 3 V3 a g 傳動角 壓力角a的余角 f e 壓力角a大小 擺桿機構(gòu)具有急回特性嗎 傳動角怎樣 有急回特性 擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的壓力角 傳動角 由于擺桿3的受力方向和速度方向相同 故壓力角a 0 傳動角 90 F V3 3 擺桿3的受力方向為 擺桿3的速度方向為 四 死點位置 在如圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)中 如果搖桿CD為原動件 則當(dāng)連桿與從動曲柄兩次共線時 主動件CD通過連桿作用于從動件AB上的力F 剛好通過AB桿的回轉(zhuǎn)中心A點 就出現(xiàn)了不能使AB桿轉(zhuǎn)動的 頂死 現(xiàn)象 機構(gòu)的這種位置 稱為死點位置 如縫紉機 死點位置的傳動角 0 曲柄滑塊機構(gòu)的死點位置 如圖 當(dāng)曲柄AB和連桿BC共線的兩個位置將出現(xiàn)死點位置 F F 當(dāng)以滑塊3為原動件時 則存在死點位置 通過死點位置的主要措施 安裝飛輪 利用慣性闖過死點位置 比如 內(nèi)燃機曲軸上的安裝的飛輪 采用兩組以上的同樣機構(gòu)的組合 從而使各組機構(gòu)的死點相互錯開排列 如機車車輪的聯(lián)動機構(gòu) 摩擦力F V 由于B C D三點保持在一條直線上 C點是死點位置 故管起落架輪子的摩擦力有多大 均不能使CD轉(zhuǎn)動 飛機的起落架 死點位置有效利用 死點位置 當(dāng)要收起起落架時 將搖桿CD順時針轉(zhuǎn)動即可 飛機的起落架 死點的應(yīng)用 夾緊機構(gòu) 一 已知連桿位置設(shè)計平面四桿機構(gòu) 2 3平面四桿機構(gòu)設(shè)計 目錄 三 按給定兩連架桿兩組對應(yīng)角位移設(shè)計四桿機構(gòu) 二 按給定從動件行程H和行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu) 2 2平面四桿機構(gòu)的基本特性 2 3平面四桿機構(gòu)設(shè)計 平面四桿機構(gòu)設(shè)計的方法有三種 作圖法 直觀 可滿足工程要求解析法 精確實驗法 一 已知連桿位置設(shè)計平面四桿機構(gòu) 1 已知連桿的長度和三個位置 設(shè)計此機構(gòu) 先想像設(shè)計出來后的產(chǎn)品是什么樣 2 3平面四桿機構(gòu)設(shè)計 B1 B2 B3 A D C1 C2 C3 例題 已知連桿的長度和三個位置 設(shè)計此機構(gòu) 解 找鉸鏈A點 采用已知B1 B2 B3三點求圓心的方法 找鉸鏈D點 聯(lián)接AB1C1D 就是滿足題目要求的四桿機構(gòu) 二 按給定從動件行程H和行程速度變化系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu) 1 曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計 已知條件 搖桿CD長度 擺角為 行程速度變化系數(shù)為K 試設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu) 設(shè)計過程分為四步 第一步 計算極位夾角 第二步 確定D C1 C2的位置任意選取一點D 任意畫出DC1 再按擺角 畫出DC2 第三步 求鉸鏈A的位置 以C2P為直徑畫圓 聯(lián)接C1C2 過C1作C1C2的垂線C1N 過C2作直線C2M 夾角為90 得交點P 則鉸鏈A可在C1F和C2F上任意選取 均可滿足極位夾角 的要求 為什么 因為同弦所對圓周角相等 但FG段不能作為鉸鏈A 為什么 因為不能滿足擺角要求 90 D P A N M 第四步 求曲柄AB的長度 當(dāng)鉸鏈中心A確定以后 就可計算a b d的長度 B1 B2 AD可以從圖上直接量取 所設(shè)計的曲柄搖桿機構(gòu)演示 例如 已知機架d