第7章連桿機構設計-2013

1、第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計一、應用一、應用原動機：原動機：內燃機內燃機工作機：工作機：鶴式吊、鶴式吊、急回沖床急回沖床、牛頭刨床牛頭刨床、翻箱機翻箱機、機械手爪機械手爪儀器：儀器：橢圓儀橢圓儀二、應用廣泛的原因二、應用廣泛的原因1 1、面接觸面接觸, ,壓應力小壓應力小, ,便于潤滑、摩損小便于潤滑、摩損小, ,壽命長；壽命長；2 2、加工比較方便、加工比較方便, ,精度易保證精度易保證, ,成本低。成本低。缺點：缺點： 不能完成所需要的任何運動不能完成所需要的任何運動, ,有的能完成有的能完成, ,但機構比較復

2、雜但機構比較復雜, ,設設計比較困難計比較困難, ,有有動載荷（慣性力），不適合高速；動載荷（慣性力），不適合高速；7 .1 概概 述述7.1.1 連桿機構的特點連桿機構的特點第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計一、一、鉸鏈四桿機構的基本型式鉸鏈四桿機構的基本型式2134ADBC機架機架連架桿連架桿連桿連桿連架桿連架桿曲柄曲柄搖桿搖桿整轉副整轉副擺轉副擺轉副7.1.2 連桿機構的類型和應用連桿機構的類型和應用第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計四桿機構的名稱用兩個連架桿的運動性質來的命名。四桿機構的名稱用兩個連架桿的運動性質來的命名。1 1、演化演化以曲柄為機架以曲柄為機架以曲柄為連桿以曲柄為

3、連桿通過更換機架而得到的機構稱為原機構的倒置機構通過更換機架而得到的機構稱為原機構的倒置機構第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計二、二、平面四桿機構的演化型式平面四桿機構的演化型式(1) (1) 改變構件的形狀和運動尺寸改變構件的形狀和運動尺寸偏心曲柄滑塊機構偏心曲柄滑塊機構曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構對心曲柄滑塊機構雙滑塊機構雙滑塊機構 正弦機構正弦機構ss=l sin 第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計(2)(2)改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸偏心輪機構偏心輪機構(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架導桿機構導桿機構314A2BC314A2

4、BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構擺動導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構轉動導桿機構第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計應用實例應用實例小型刨床小型刨床ABDCE123456牛頭刨床牛頭刨床ABDC1243C2C1第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計ACB1234應用實例應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構自卸卡車舉升機構應用實例應用實例B34C1A2應用實例應用實例4A1B23C應用實例應用實例13C4AB2應用實例應用實例A1C234B第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計314A2BCBC3214AABC3214運動副元素的可逆性：運動副元素的可逆性：將低副兩運動副元素的包容關系進行將低副兩運動

5、副元素的包容關系進行逆換，不影響兩構件之間的相對運動。逆換，不影響兩構件之間的相對運動。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.1.3 連桿機構設計的基本問題和方法連桿機構設計的基本問題和方法連桿機構設計通常包括選型、運動設計、承載能力計連桿機構設計通常包括選型、運動設計、承載能力計算、結構設計和繪制機構裝配圖與零件工作圖等內容算、結構設計和繪制機構裝配圖與零件工作圖等內容(1)選型選型是確定連桿機構的結構組成是確定連桿機構的結構組成, 包括構件數目以包括構件數目以及運動副的類型和數目及運動副的類型和數目; (2)運動設計運動設計是確定機構運動簡圖的參數是確定機構運動簡圖的參數, 包括各運動包

6、括各運動副之間的相對位置尺寸以及描繪連桿曲線的點的位置副之間的相對位置尺寸以及描繪連桿曲線的點的位置尺寸等等尺寸等等;(3) 承載能力承載能力計算是基于強度理論計算是基于強度理論, 確定關鍵零件的主確定關鍵零件的主要結構參數要結構參數; (4)結構設計結構設計是在運動設計、承載能力計算的基礎上是在運動設計、承載能力計算的基礎上, 綜合考慮安裝、調整、加工工藝性等因素綜合考慮安裝、調整、加工工藝性等因素, 對各零部對各零部件結構參數的全面細化。件結構參數的全面細化。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計平面連桿機構的運動設計是本章的主要研究內容平面連桿機構的運動設計是本章的主要研究內容, 它一般可

7、歸納為以下三類基本問題它一般可歸納為以下三類基本問題:(1)實現(xiàn)構件給定位置實現(xiàn)構件給定位置(亦稱剛體導引亦稱剛體導引) , 即要求連桿即要求連桿機構能引導某構件按規(guī)定順序精確或近似地經過機構能引導某構件按規(guī)定順序精確或近似地經過給定的若干位置。給定的若干位置。(2) 實現(xiàn)已知運動規(guī)律實現(xiàn)已知運動規(guī)律(亦稱函數生成亦稱函數生成) , 即要求原、即要求原、從動件滿足已知的若干組對應位置關系從動件滿足已知的若干組對應位置關系,包括滿包括滿足一定的急回特性要求足一定的急回特性要求, 或者在原動件運動規(guī)律或者在原動件運動規(guī)律一定時一定時, 從動件能精確或近似地按給定規(guī)律運動。從動件能精確或近似地按給定

8、規(guī)律運動。(3) 實現(xiàn)已知運動軌跡實現(xiàn)已知運動軌跡(亦稱軌跡生成亦稱軌跡生成) , 即要求連桿即要求連桿機構中作平面運動的構件上某一點精確或近似地機構中作平面運動的構件上某一點精確或近似地沿著給定的軌跡運動。沿著給定的軌跡運動。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計 1.連桿機構設計的基本問題連桿機構設計的基本問題 機構選型機構選型根據給定的運動要求選擇機構的類型；根據給定的運動要求選擇機構的類型；尺度綜合尺度綜合確定各構件的尺度參數確定各構件的尺度參數(長度尺寸長度尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：同時要滿足其他輔助條件：a)結構條件結構條件（如要求有曲柄、

9、桿長比恰當、運動副結構合理等）（如要求有曲柄、桿長比恰當、運動副結構合理等）;b)動力條件（如動力條件（如minmin）;c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。三類設計要求：三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如，兩連架桿轉角對應，如起落架起落架、牛頭刨牛頭刨。2)滿足預定的連桿位置要求，如滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構鑄造翻箱機構。3)滿足預定的軌跡要求，如滿足預定的軌跡要求，如鶴式起重機鶴式起重機、攪拌機攪拌機等。等。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計飛機起落架飛機起落架函數機構函數機構ADCBBC要求兩連架桿轉角對應要求兩連架桿轉角對應要

10、求兩連架桿的轉角要求兩連架桿的轉角滿足函數滿足函數 y=logxxy=logxABCD第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計鶴式起重機鶴式起重機攪拌機構攪拌機構要求連桿上要求連桿上E點的軌點的軌跡為一條卵形曲線跡為一條卵形曲線要求連桿上要求連桿上E點的軌點的軌跡為一條水平直線跡為一條水平直線QABCDEQCBADE第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計平面連桿機構運動設計的方法主要是幾何法和解析法平面連桿機構運動設計的方法主要是幾何法和解析法, 此外還有圖譜法和模型實驗法。此外還有圖譜法和模型實驗法。(1)幾何法是利用機構運動過程中各運動副位置之間的幾何法是利用機構運動過程中各運動副位置之間的幾何

11、關系幾何關系, 通過作圖獲得有關運動尺寸通過作圖獲得有關運動尺寸, 所以幾何法直所以幾何法直觀形象觀形象, 幾何關系清晰幾何關系清晰, 對于一些簡單設計問題的處理對于一些簡單設計問題的處理是有效而快捷的是有效而快捷的, 但由于作圖誤差的存在但由于作圖誤差的存在,所以設計精所以設計精度較低。度較低。(2)解析法是將運動設計問題用數學方程加以描述解析法是將運動設計問題用數學方程加以描述, 通過通過方程的求解獲得有關運動尺寸方程的求解獲得有關運動尺寸, 故其直觀性差故其直觀性差, 但設計但設計精度高。精度高。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計連架桿若連架桿若能整周回轉，必有兩次與機架共線能整周回轉

12、，必有兩次與機架共線abdcC/B/ADB/C/cbd-a則由則由B/C/D可得：可得：a+db+c則由則由B/C/D可得：可得：b(d-a)+c即即: a+bd+cc(d-a)+ b即即: a+cd+b將以上三式兩兩相加得將以上三式兩兩相加得： ab, ac, ad AB為最短桿為最短桿若設若設adad，同理有：，同理有： da, db, dcAD為最短桿為最短桿7 .2 平面連桿機構的工作特性平面連桿機構的工作特性7.2.1 轉動副為整轉副的充分必要條件轉動副為整轉副的充分必要條件第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計曲柄存在的條件：曲柄存在的條件：1. 最長桿與最短桿的長度之和應最長桿與最

13、短桿的長度之和應其他兩桿長度之和；其他兩桿長度之和；稱為桿長條件。稱為桿長條件。2.連架桿或機架之一為最短桿。連架桿或機架之一為最短桿。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計鉸鏈四桿機構類型的判斷條件鉸鏈四桿機構類型的判斷條件：2 2）（1 1）以最短桿的相鄰構件為機架，則最短桿為曲柄，另）以最短桿的相鄰構件為機架，則最短桿為曲柄，另一連架桿為搖桿，即該機構為一連架桿為搖桿，即該機構為；（2 2）以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，）以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，（3 3）以最短桿的對邊構件為機架，均無曲柄存在，即該）以最短桿的對邊構件為機架，均無曲柄存在，即該機構機構。1）滿足桿長條件時：）

14、滿足桿長條件時：注意：鉸鏈四桿機構必須滿足四構件組成的封閉多邊形注意：鉸鏈四桿機構必須滿足四構件組成的封閉多邊形條件：條件：最長桿的桿長最長桿的桿長其余三桿長度之和。其余三桿長度之和。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計曲柄滑塊機構有曲柄的條件曲柄滑塊機構有曲柄的條件1 1）a a為最短桿為最短桿2) a+eb.2) a+eb.C”C”CC第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計導桿機構有曲柄的條件導桿機構有曲柄的條件ACBa ad de e1)a1)a為最短桿，為最短桿，a+ +e d2)d2)d為最短桿，且滿足為最短桿，且滿足d+ +e a擺動導桿機構擺動導桿機構轉動導桿機構轉動導桿機構第第7

15、章章 連桿機構設計連桿機構設計 此時曲柄兩位置所夾此時曲柄兩位置所夾的銳角的銳角 稱為稱為極位夾角極位夾角。 在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩在曲柄搖桿機構中，當曲柄與連桿兩次共線時，搖桿位于兩個極限位置，簡稱極位，其擺角用個極限位置，簡稱極位，其擺角用表示。表示。A AB BC CD DB B1 1C C1 1A AD DC C2 2B B2 2180180曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構平均速度：平均速度：21180180VkV行程速度變化系數行程速度變化系數K K：11180KK或或180122122122cccctccV180211211211cccctccV7.2.2 行

16、程速度變化系數行程速度變化系數第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計曲柄滑塊機構的急回特性：曲柄滑塊機構的急回特性：180180180180-導桿機構的急回特性：導桿機構的急回特性：180180180180-設計時，一般通常給定設計時，一般通常給定K K，然后算出，然后算出，作為，作為已知的運動條件。已知的運動條件。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.2.3 壓力角和傳動角壓力角和傳動角 有效分力有效分力 F Fcos Fsin 徑向壓力徑向壓力 F Fsin = =Fcos 角越大，角越大， F 越大，越大， F 越小，對機構的傳動越有利。越小，對機構的傳動越有利。連桿機構中，常用傳動角的

17、大小及變化情況來衡量機構連桿機構中，常用傳動角的大小及變化情況來衡量機構傳力性能的優(yōu)劣。傳力性能的優(yōu)劣。 F F F 壓力角壓力角 作用在作用在從動件上的力的方向與從動件上的力的方向與著力點速度方向所夾銳著力點速度方向所夾銳角。角。傳動角傳動角 壓力角的壓力角的余角。余角。ABDC第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計傳動角傳動角 出現(xiàn)極值的位置及計算出現(xiàn)極值的位置及計算C1B1abcdDA 1 2bcadcb2)(arccos2221 bcadcb2)(arccos1802222 min為為 1和和 2中的較小值者。中的較小值者。為保證機構具有良好的傳力性能，設計時通常為保證機構具有良好的傳力

18、性能，設計時通常 mi n 40；高速和大功率傳動機械，；高速和大功率傳動機械， min 50。傳動角總取銳角傳動角總取銳角B2C2第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計F FA AB BC C1 12 23 3v vB3B3F Fv vB B3 3A AB BC C1 12 23 3= 0= 0 = 90= 90nv vF F v vB3B3F FA AB BC C2 23 31 1v vF F第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計F =0 連桿與曲柄在兩個共線位置時，連桿與曲柄在兩個共線位置時，原動件搖桿原動件搖桿通過連桿作通過連桿作用于用于從動件曲柄從動件曲柄上的力上的力F通過其回轉中心，通

19、過其回轉中心， 0，曲柄不能轉，曲柄不能轉動。動。F = 0不管在主動件上作用多大的驅動力，都不能在從動件上不管在主動件上作用多大的驅動力，都不能在從動件上產生有效分力的機構位置，稱為機構的死點位置。產生有效分力的機構位置，稱為機構的死點位置。7 .2 .4 死點位置死點位置第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計如何使機構順利通過死點位置？如何使機構順利通過死點位置？利用飛輪慣性利用飛輪慣性機構錯位排列機構錯位排列第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計也可以利用死點進行工作也可以利用死點進行工作： 起落架、夾具等。起落架、夾具等。ABDC飛機起落架飛機起落架ABCDF=0=0ABCD1234P鉆孔

20、夾具鉆孔夾具工件工件ABCD1234工件工件P=0=0T第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.2.5. .鉸鏈四桿機構的運動連續(xù)性鉸鏈四桿機構的運動連續(xù)性指連桿機構能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。指連桿機構能否連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置?？尚杏颍嚎尚杏颍簱u桿的運動范圍。搖桿的運動范圍。 不可行域：不可行域：搖桿不能達到的區(qū)域。搖桿不能達到的區(qū)域。設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另一個可行域。設計時不能要求從一個可行域跳過不可行域進入另一個可行域。稱此為稱此為錯位不連續(xù)錯位不連續(xù)。錯序不連續(xù)錯序不連續(xù)設計連桿機構時，應滿足運動連續(xù)性條件。設計連桿機構時，應滿足運動連續(xù)性條件。DAB1C1B2

21、C2B3C3DAB1C1B3C3B2C2CC1C2C1C2CADB第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計a)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈B、C的兩組位置的兩組位置B1C1B2C2ADA/D/ 將固定鉸鏈將固定鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2、C1C2連線的垂直平分線上任意位置都連線的垂直平分線上任意位置都能滿足能滿足設計設計要求。要求。有無窮多組解。有無窮多組解。7.3 剛體導引機構的運動設計剛體導引機構的運動設計1 .連桿位置用動鉸鏈中心連桿位置用動鉸鏈中心B、C 兩點表示兩點表示7.3.1 幾何法幾何法第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計有唯一解。有唯一解。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈

22、BC的三組位置的三組位置B1C1B2C2B3C3AD作作B B1 1B B2 2的垂直平分線的垂直平分線作作B B2 2B B3 3的垂直平分線的垂直平分線得交點得交點A A作作C C1 1C C2 2的垂直平分線的垂直平分線作作C C1 1C C2 2的垂直平分線的垂直平分線得交點得交點D DA A、D D即為所求；即為所求；則：則：LABABl1LCDDCl1LADADl第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計 按連桿上任意標志線按連桿上任意標志線MN的三組對應位置設計四桿機構的三組對應位置設計四桿機構B1C1M1N1ADB2C2M2N2C3M3N3B3鉸鏈鉸鏈B相對于鉸鏈相對于鉸鏈A的運動的

23、運動軌跡為一圓弧，反之，鉸軌跡為一圓弧，反之，鉸鏈鏈A相對于鉸鏈相對于鉸鏈B的運動軌的運動軌跡也是一個圓?。慧E也是一個圓??；同理：同理：鉸鏈鉸鏈C相對于鉸鏈相對于鉸鏈D的運動軌跡為一圓弧的運動軌跡為一圓弧,鉸鏈鉸鏈D相對于鉸鏈相對于鉸鏈C的運動軌跡也是一圓弧。的運動軌跡也是一圓弧。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計已知已知:機架長度機架長度d和連桿上某一標志線的三組對應位置和連桿上某一標志線的三組對應位置M1N1、 M2N2 、 M3N3 ，求鉸鏈，求鉸鏈B、C的位置。的位置。ADM1N1M2M3N2N3B1A/A/分析分析:鉸鏈鉸鏈A、D相對于鉸相對于鉸鏈鏈B、C的運動軌跡各為的運動軌跡各

24、為一圓弧，根據轉化原理，一圓弧，根據轉化原理，將連桿固定作為機架，得將連桿固定作為機架，得一轉化機構，在轉化機構一轉化機構，在轉化機構中，中，AD成為連桿。只要求成為連桿。只要求出原機架出原機架AD相對于標志線相對于標志線的三組對應位置，原問題的三組對應位置，原問題就轉化為按連桿三組位置設計四桿機構的問題。就轉化為按連桿三組位置設計四桿機構的問題。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計已知已知:機架長度機架長度d和連桿上某一標志線的三組對應位置和連桿上某一標志線的三組對應位置M1N1、 M2N2 、 M3N3 ，求鉸鏈，求鉸鏈B、C的位置。的位置。分析分析:鉸鏈鉸鏈A、D相對于鉸相對于鉸鏈鏈B、

25、C的運動軌跡各為的運動軌跡各為一圓弧，根據轉化原理，一圓弧，根據轉化原理，將連桿固定作為機架，得將連桿固定作為機架，得一轉化機構，在轉化機構一轉化機構，在轉化機構中，中，AD成為連桿。只要求成為連桿。只要求出原機架出原機架AD相對于標志線相對于標志線的三組對應位置，原問題的三組對應位置，原問題就轉化為按連桿三組位置設計四桿機構的問題。就轉化為按連桿三組位置設計四桿機構的問題。B1ADM1N1M2M3N2A/A/D/D/N3C1第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.3.2 解析法解析法在機架上建立固定坐標系在機架上建立固定坐標系Oxy，已知連桿平面上兩點，已知連桿平面上兩點M、N在該在該坐標系

26、中的位置坐標序列為坐標系中的位置坐標序列為Mi(xMi,yMi)，Ni(xNi,yNi)(i=1,2,.,n)。以以M為原點在連桿上建立動坐標系為原點在連桿上建立動坐標系Mxy，其中，其中x軸正向為軸正向為MN的指向。的指向。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計設設B、C兩點在動坐標系中的位置坐標為兩點在動坐標系中的位置坐標為(xB，yB)、(xC，yC)，在固定坐標系中與在固定坐標系中與Mi、Ni相對應的位置坐標為相對應的位置坐標為(xBi，yBi)、(xCi，yCi)，則，則B、C兩點分別在固定坐標系和動坐標系中的坐標變兩點分別在固定坐標系和動坐標系中的坐標變換關系為換關系為 其中其中i

27、為為x 軸正向至軸正向至x軸正向沿逆時軸正向沿逆時針方向的夾角針方向的夾角cossinsincoscossinsincosBiMiBiBiBiMiBiBiCiMiCiCiCiMiCiCixxxyyyxyxxxyyyxyarctanMiNiiMiNiyyxx第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計若固定鉸鏈中心若固定鉸鏈中心A、D 在固定坐標系中的位置坐標記為在固定坐標系中的位置坐標記為( xA , yA ) 和和( xD , yD ) , 則根據機構運動過程中兩連架桿長度不變的則根據機構運動過程中兩連架桿長度不變的條件可得條件可得式中式中222211222211()()()()()()()()Bi

28、ABiABABACiDCiDCDCDxxyyxxyyxxyyxxyy0iBiBiE xF yG111111111111222211(coscos)(sinsin)(coscos)(sinsin)(sinsin)(coscos)(sinsin)(coscos)()/ 2()/ 2(iMiiMMiiMAiAiiMiiMMiiMAiAiiMiMiMMAMiExxyyxyFxxyyxyGxyxyxx11)()MAMiMxyyy第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計 當當A、D 位置未給定時位置未給定時,上式含有四個未知量上式含有四個未知量xB 、yB 和和xA、yA ,共有共有( n - 1)個方程個方

29、程,其有解的條件為其有解的條件為n5 , 即四桿機構最多即四桿機構最多能精確實現(xiàn)連桿五個給定位置。當能精確實現(xiàn)連桿五個給定位置。當n 5i5時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。時，一般不能求得精確解，只能用最小二乘法近似求解。當當i5i5時，可預定部分參數，有無窮多組解。時，可預定部分參數，有無窮多組解。msin2 i= nsin(3i+0 )sin(1i+0 )第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計11 11 3131 12 12 3232 13 13 33334545 50 50 90 90 80 80 135 135 110 110B3C3B2C211113131121232

30、3213133333設預選參數設預選參數0、00，帶入方程得：帶入方程得： cos90cos90= = P P0 0cos80cos80+ +P P1 1cos(80cos(80-90-90)+ )+ P P2 2 cos135cos135= = P P0 0cos110cos110+ +P P1 1cos(110cos(110-135-135)+ )+ P P2 2解得相對長度解得相對長度: : P P0 0 =1.533, =1.533, P P1 1=-1.0628, =-1.0628, P P2 2=0.7805=0.7805各桿相對長度為：各桿相對長度為： n= P0 =1.553,

31、 l=-n/ P1 =1.442, m m =(=(l2+n2+1-2lP P2 2 )1/2 =1.783 =1.783 選定構件選定構件a的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。的長度之后，可求得其余桿的絕對長度。 cos45cos45= = P P0 0cos50cos50+ +P P1 1cos(50cos(50-45-45)+)+P P2 2B1C1AD第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計2 .按給定從動件行程和行程速度變化系數設計四桿機構按給定從動件行程和行程速度變化系數設計四桿機構給定曲柄搖桿機構中搖桿給定曲柄搖桿機構中搖桿CD 的的長度長度c、擺角、擺角 以及行程速度變以及行程速度

32、變化系數化系數K, 算出極位夾角算出極位夾角并可作并可作圓圓, 圓的半徑為圓的半徑為以以= AC2C1 表示表示A 點在圓點在圓上的位置上的位置, 并引入符號系數并引入符號系數, 即即當當/2 時時= + 1 , 當當 /2時時= - 1 , 則對于則對于 90并按并按型型曲柄搖桿機構進行設計時曲柄搖桿機構進行設計時1sin(/ 2)sinOCcrl第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計若附加條件為給定機架若附加條件為給定機架AD 的長度的長度d, 則由式則由式(7.24)可求得可求得角角, 將其代入式將其代入式( 7.22)和式和式(7.23)便可求得曲柄便可求得曲柄AB 和連和連桿桿BC 的

33、長度的長度a 和和b。1 211 2222sin (/ 2)sin2 sin2 sinsin()/sinsin2sin()2 sin()2 sin()sin()/sinsin2sin()sin()sin/sin2sin()sin()sin/sin22ODC CACC CACglcllbarcllbarcacbcdrgrg cos(2)第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計將式將式(7.22)至至( 7.24)代入上式代入上式, 得未知量僅為得未知量僅為的方程的方程cos min = f ()。采用數值方法求解此式。采用數值方法求解此式,便可確定最小傳動便可確定最小傳動角為給定值時的角為給定值時的

34、角及角及A 點的位置點的位置, 將將值代入式值代入式(7.22) 至式至式( 7.24 )即可求得即可求得a、b、d。又若附加條件為給定最小傳動角又若附加條件為給定最小傳動角min , 則對于則對于型曲柄型曲柄搖桿機構搖桿機構, 有有222min()cos2bcdabc第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計MNEABCD7 .5 軌跡生成機構的運動設計軌跡生成機構的運動設計第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計連桿曲線生成器ABCD7.5.1 圖譜法圖譜法第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計連桿曲線圖譜連桿曲線圖譜第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計 設計一個四桿機構，使得機構上設計一個四桿機構，

35、使得機構上 M 點實現(xiàn)給定軌跡點實現(xiàn)給定軌跡7.5.2 解析法解析法第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計M（x，y）a, c, d, e, f, g, h, 0 0第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.5.3 實驗法實驗法:軌跡生成機構的設計軌跡生成機構的設計第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.5.3 羅培茲定理羅培茲定理羅培茲定理可表述為羅培茲定理可表述為: 鉸鏈四桿機構鉸鏈四桿機構連桿上任一點的軌跡可以由三個不連桿上任一點的軌跡可以由三個不同的鉸鏈四桿機構來實現(xiàn)。當實現(xiàn)同的鉸鏈四桿機構來實現(xiàn)。當實現(xiàn)已知軌跡的第一個鉸鏈四桿機構求已知軌跡的第一個鉸鏈四桿機構求得后得后, 另外兩個機構的

36、作法如下述。另外兩個機構的作法如下述。若已求得鉸鏈四桿機構若已求得鉸鏈四桿機構ABCD 的連的連桿上某一點桿上某一點M 能實現(xiàn)已知軌跡能實現(xiàn)已知軌跡, 則其則其余兩個能實現(xiàn)相同軌跡的鉸鏈四桿余兩個能實現(xiàn)相同軌跡的鉸鏈四桿機構可用鉸鏈四桿機構機構可用鉸鏈四桿機構ABCD 為基為基礎礎, 先作兩個平行四邊形先作兩個平行四邊形ABME 和和CDFM第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.5.3 羅培茲定理羅培茲定理再作再作GEM MBC HMF , 最后最后作平行四邊形作平行四邊形GMHK。這樣形成。這樣形成的十桿機構其自由度不變。且當的十桿機構其自由度不變。且當機構運動時機構運動時, 鉸鏈鉸鏈K

37、相對于機架相對于機架永遠保持靜止不動。因此可將永遠保持靜止不動。因此可將K 固定于機架上而不影響機構的運固定于機架上而不影響機構的運動。動。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7.5.3 羅培茲定理羅培茲定理這樣原來的平面十桿機構就變?yōu)檫@樣原來的平面十桿機構就變?yōu)槿齻€以點三個以點M 為公共點的鉸鏈四桿為公共點的鉸鏈四桿機構機構: ABCD、AEGK 及及DFHK。它們在點它們在點M 處具有相同的軌跡。處具有相同的軌跡。因此因此, 當原設計的鉸鏈四桿機構當原設計的鉸鏈四桿機構ABCD 不能滿足要求時不能滿足要求時, 可從另可從另外兩個鉸鏈四桿機構外兩個鉸鏈四桿機構AEGK 和和DFHK 中選擇一

38、個較好的方案。中選擇一個較好的方案。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計7 .6 連桿機構的材料、承載分析和結構設計連桿機構的材料、承載分析和結構設計7 .6 .1 連桿機構的材料及承載分析連桿機構的材料及承載分析連桿機構中各零件的材料主要采用連桿機構中各零件的材料主要采用碳素鋼和合金鋼碳素鋼和合金鋼。碳素鋼有碳素鋼有3050 鋼鋼, 尤以尤以45 鋼經調質處理最常用。鋼經調質處理最常用。合金鋼有合金鋼有:12CrNi2、12CrNi3、20Cr、40Cr、8SiMnMo 等。等。連桿機構中的桿件也可采用連桿機構中的桿件也可采用球墨鑄鐵或鑄鋁球墨鑄鐵或鑄鋁等材料。等材料。第第7章章 連桿機構設

39、計連桿機構設計連桿機構中連桿機構中轉動副常采用轉動副常采用滑動軸承或滾動軸承滑動軸承或滾動軸承結構結構;移動副常采用移動副常采用直線導軌直線導軌結構。結構。所以對于直接接觸組成運動副的零件所以對于直接接觸組成運動副的零件, 其所用材料與相應軸承其所用材料與相應軸承或導軌類似?；驅к夘愃啤Ｔ斐蛇B桿機構造成連桿機構失效的原因失效的原因主要有主要有: 運動副失效運動副失效, 如接觸表面的壓潰、磨損等如接觸表面的壓潰、磨損等; 構件失效構件失效, 如因強度、剛度不足或振動造成零件的損壞、過如因強度、剛度不足或振動造成零件的損壞、過度變形或運動精度降低等。度變形或運動精度降低等。第第7章章 連桿機構設計

40、連桿機構設計轉動副和移動副的承載能力計算可歸結為相應結構的軸承轉動副和移動副的承載能力計算可歸結為相應結構的軸承和導軌的工作能力計算問題。和導軌的工作能力計算問題。構件的承載能力計算構件的承載能力計算, 主要是考慮主要是考慮強度問題和剛度問題強度問題和剛度問題。強度設計的首要任務是根據各種內力分量分布狀況強度設計的首要任務是根據各種內力分量分布狀況, 確定確定可能最先發(fā)生強度失效的危險截面?？赡茏钕劝l(fā)生強度失效的危險截面。第第7章章 連桿機構設計連桿機構設計桿類構件橫截面上的桿類構件橫截面上的應力分布也是非均勻應力分布也是非均勻的的, 因此因此, 在確定在確定危險截面之后危險截面之后, 還應根據各個內力分量引起的正應力與切還應根據各個內力分量引起的正應力與切應力分布應力分布, 確定危險截面上可能最先發(fā)生強度失效的危險確定危險截面上可能最先發(fā)生強度失效的危險點。點。構件的承載能力計算應綜合考慮由軸力、剪力和彎矩產生構件的承載能力計算應綜合考慮由軸力、剪力和彎矩產生的應力分布的應力分布, 其強度條件與軸的強度計算類似。在強度計其強度條件與軸的強度計算類似。