西南科大-機(jī)械原理課件PPT第二章

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。若干個(gè)構(gòu)件全用低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，也稱之為低副機(jī)構(gòu)。一、連桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)待定三、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)不足之處：1）不宜于傳遞高速運(yùn)動(dòng)。2）可能產(chǎn)生較大的運(yùn)動(dòng)累積誤差?！?-1平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、演變

及其應(yīng)用在連架桿中，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。機(jī)架連架桿連架桿連桿4123

321DCBA

二平面四桿機(jī)構(gòu)的演變1轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副

321DCBA

BAC321

ABCe321BAC21

3A3s

BC21

2取不同構(gòu)件為機(jī)架（機(jī)構(gòu)倒置）直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)3擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副CBAC1C2ABC§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欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過(guò)與機(jī)架共線的兩個(gè)位置，即必須滿足

a+d≤b+c(4-1)|d-a|≥|b-c|(4-2)(1)若d≥a，則可得a+b≤c+d(若b>c)a+c≤b+d(若c>b)

從而可得a≤ba≤ca≤d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）(2)若d≤a則可得鉸鏈四桿機(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”abABCB’’B’eC’導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件ACBade1)a為最短桿，a+e

d2)d為最短桿，且滿足d+e

a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θψC1C2DAB1B2B

1C

2∵:

1>

2,∴:t1>t2,

v1<v2極位夾角⌒v2=C1C2/t2

1=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。BACB1B2C2C1C2BB1AC1B2CθθAB1DC∞B2

=三、平面機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)F1=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。ABCDαγδFvcF1F2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.FABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αnαvF

vB3FABC231αvFδ=arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.

=0,

δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}2、最小傳動(dòng)角的確定B’C’δminF2ABCD

γδFvcF1

abcd

δγFVcγ

=δ或γ

=180-

δB’’C’’δmax

γ

=180

,

δmax=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/2bc}γmin=[δmin,180

-δmax]minBACB’B’’C’C’’

min

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。B’C’’AC’BB’’C

’

’’eab3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=FsinαDABCFαvBFDACvα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’2

1

2DB1B3B2C1C3C2AD2–3、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)；A0A1B3A3A2B2B1B0E2E1E3

2

13)綜合功能1）實(shí)驗(yàn)法3）解析法2）幾何法2、設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)連桿位置；實(shí)現(xiàn)軌跡；實(shí)現(xiàn)速度要求一根據(jù)給定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)B1B2B3C2C3C1ADc23c12b23b12二按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：求：A的位置，并定出C1DB1C2B2

A

O90

-

90

-

(>1)二按給定行程速度變化系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC2=BC+AB180°（K-1）（K+1）θ=確定比例尺C1DB1C2B2

A

O90

-

90

-

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：B1C2AC1BB2Cθo900-

e900-

θAB1DC∞B2

=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ABiCiD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“剛化反轉(zhuǎn)法”。DACiB1BiC1

1i

1

1

1iB’iA’

1iB1DB2B3E1E3AADB3E3A3’DB3’E3，C1給定兩連架桿上三對(duì)對(duì)應(yīng)位置的設(shè)計(jì)問(wèn)題E2

1

1

2

3

2

3B1DE1AB2’E2’A2’2封閉矢量四邊形法把三組對(duì)應(yīng)角位置帶入,可得關(guān)于的三元一次方程組ABCDc