機械原理平面連桿機構及設計

機械原理平面連桿機構及設計第二章平面連桿機構

及其設計主要內(nèi)容2.1平面四桿機構基本形式、演變及其應用2.2平面四桿機構設計中的共性問題2.3平面四桿機構的設計

若干個構件全用低副聯(lián)接而成的機構，也稱之為低副機構。一、連桿機構二、連桿機構的分類1、根據(jù)構件之間的相對運動分為：平面連桿機構空間連桿機構2、根據(jù)機構中構件數(shù)目分四桿機構、五桿機構、六桿機構、…四桿機構六桿機構三、平面連桿機構的特點適用于傳遞較大的動力，常用于動力機械依靠運動副元素的幾何形面保持構件間的相互接觸，且易于制造，易于保證所要求的制造精度能夠?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)行機構不足之處：不宜于傳遞高速運動可能產(chǎn)生較大的運動累積誤差機械手四、平面連桿機構的應用舉升汽車中那些部位用到連桿機構飛機起落架火車頭內(nèi)燃機起重裝置礦山顎式碎礦機

將大石頭壓成小石頭機器馬機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；僅能繞其軸線往復擺動者稱為搖桿。一、平面四桿機構的基本形式1）曲柄搖桿機構：一個連架桿為曲柄，另一個為搖桿。2）雙曲柄機構：兩連架桿均為曲柄。3）雙搖桿機構：兩連架桿均為搖桿。§2-1平面四桿機構的基本形式、演變及其應用41231、轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為移動副二、平面四桿機構的演變41234123曲柄滑塊機構鉸鏈四桿機構2)對心曲柄滑塊機構1)偏置曲柄滑塊機構eABC321ABC321曲柄滑塊機構2s

2AB1正弦機構曲柄移動導桿機構

1BC3A32、取不同構件為機架（機構倒置）1）鉸鏈四桿機構的倒置直動滑桿機構（定塊機構）曲柄搖塊機構2）單滑塊機構的倒置曲柄滑塊機構曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖

搖塊機構廣泛應用于擺動式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動裝置內(nèi)。如圖所示自卸卡車翻斗機構及其運動簡圖。在該機構中，因為液壓油缸3繞鉸鏈C擺動，故稱為搖塊。抽水唧筒機構直動滑桿機構曲柄擺動導桿機構及應用3）其他機構的倒置…?3、擴大轉(zhuǎn)動副將轉(zhuǎn)動副B加大，直至把轉(zhuǎn)動副A包括進去，成為幾何中心是B，轉(zhuǎn)動中心為A的偏心圓盤。§2-2平面四桿機構設計中的共性問題一、平面四桿機構有曲柄的條件二、平面四桿機構輸出件的急回特性三、平面機構的壓力角和傳動角、死點四、運動的連續(xù)性BDAC1234abcdB2ACB1DE’F’GFEG’d+a|d-a||b-c|b+c一、平面四桿機構有曲柄的條件為什么關注有曲柄條件？欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過與機架共線的兩個位置，三角形任意兩邊之和必大于第三邊任意兩邊之差小于第三邊

即必須滿足

a+d≤b+c(2-1)|d-a|≥|b-c|(2-2)欲使連架桿AB成為曲柄，則必須使AB通過與機架共線的兩個位置，即必須滿足 a+d≤b+c(1)|d-a|≥|b-c|(2)a≤ba≤ca≤d從而可得(1)若d≥a，則可得a+b≤c+d(若b>c)a+c≤b+d(若c>b) a+d≤b+c結論（平面鉸鏈四桿機構有曲柄的條件）：1）連架桿與機架中必有一桿為四桿機構中的最短桿；2）最短桿與最長桿之和應≤

其余兩桿的桿長之和。（桿長和條件）(2)若d≤a則可得1、若滿足桿長和條件：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，即該機構為曲柄搖桿機構；以最短桿為機架，則兩連架桿為曲柄，該機構為雙曲柄機構；以最短桿的對邊構件為機架，則無曲柄存在，即該機構為雙搖桿機構。2、若不滿足桿長和條件，該機構是雙搖桿機構。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：最長桿的桿長<其余三桿長度之和。鉸鏈四桿機構類型的判斷條件babaeA顯然，需滿足:

a+e≤b曲柄滑塊機構有曲柄的條件BCC’B’eC”B”abBCC’B’A導桿機構有曲柄的條件擺動導桿機構有曲柄的條件Eed-aaCABdB’E’e≤d-aEed+eaCABdd+e≤a轉(zhuǎn)動導桿機構有曲柄的條件二、平面四桿機構輸出件的急回特性θψC1B1C2B2DABC

1

2擺角極位夾角CD左行耗時:t2=

2

/

1=180°+θ,

2=180°-θCD右行耗時:t1=

1/

顯然：若θ≠0，則：t1>t2

問:

是否存在無急回特性的四桿機構?=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）行程速度變化系數(shù)連桿機構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、反行程的往復運動3）極位夾角θ

0C2C2BB1C1B2Cθ曲柄滑塊機構問:

是否存在無急回特性的曲柄滑塊機構?AC1B2B1BCAθAB1DC∞B2

=導桿機構的急回問:

是否存在無急回特性的導桿機構?F1=FcosαF2=FsinαABCDαγδFvcF1F21、機構壓力角:在不計摩擦力、慣性力和重力的條件下，機構中驅(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，稱為機構壓力角，通常用α表示。三、平面機構的壓力角和傳動角、死點傳動角：壓力角的余角。機構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.Fα

vFABC123vB3αFvB3ABC123α=0°γ=90°αnnvB3FABC231αvFδ=arccos{[b2+c2-d2-a2+2adcos]/2bc}.

=0,δmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/2bc}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]min2、最小傳動角的確定B’ABCC’

’eab

min=

’=arccos（a+e)/b為提高機械傳動效率，應使其最小傳動角處于工作阻力較小的空回行程中。cos

=（asin

+e)/babB’’BACB’C’C’’

min

在不計構件的重力、慣性力和運動副中的摩擦阻力的條件下，當機構處于傳動角γ=0°（α=90°）的位置下，無論給機構主動件的驅(qū)動力或驅(qū)動力矩有多大，均不能使機構運動，這個位置稱為機構的死點位置。F1=FcosαF2=FsinαDABCFαvBFDACvα3、機構的死點位置連桿機構的運動連續(xù)性：指該機構在運動中能夠連續(xù)實現(xiàn)給定的各個位置。錯位不連續(xù)：在左圖中，當曲柄轉(zhuǎn)動時，搖桿不可能從CD位置轉(zhuǎn)到C‘D位置，把連桿機構的這種運動不連續(xù)稱為錯位不連續(xù)。即：不可能要求從動件在兩個不連通的可行域內(nèi)（C1DC2，C’1DC‘2）連續(xù)運動。錯序不連續(xù)：在右圖中，要求連桿依次占據(jù)B1C1、B2C2、B3C3，當AB沿逆時針轉(zhuǎn)動可以滿足要求，但沿順時針轉(zhuǎn)動，則不能滿足連桿預期的次序要求，把機構的這種運動不連續(xù)問題稱為錯序不連續(xù)。A(B’)BCC1C2C’1C’C’2

1

2DB1B3B2C1C3C2AD四、運動的連續(xù)性可行域：當曲柄AB連續(xù)轉(zhuǎn)動時，搖桿CD可以在其擺角φ或φ'范圍內(nèi)往復擺動，稱此兩個范圍為機構的可行域。

四桿機構的設計合理性判據(jù)?機構類型與有曲柄急回特性原則最大壓力角原則注意”死點”連續(xù)性問題§2–3平面四桿機構的設計一、基本問題

根據(jù)機構所提出的運動條件，確定機構的運動學尺寸，畫出機構運動簡圖。根據(jù)給定的運動規(guī)律（位移、速度和加速度）設計四桿機構根據(jù)給定的運動軌跡設計四桿機構綜合功能1）實現(xiàn)剛體的給定位置舉例：自動送機構翻轉(zhuǎn)機構A0A1B1B0B3A3A2B2E2E1E3

2

1自動送料機構翻轉(zhuǎn)機構已知：2個位置B1-C1、B2-C2，及鉸鏈安裝平面AD2）實現(xiàn)預定運動規(guī)律的設計汽車雨刮實現(xiàn)輸出構件的急回特性實現(xiàn)兩連架桿的對應角位移、角速度和角加速度3）實現(xiàn)預定運動軌跡的設計演示軟件4)實現(xiàn)綜合功能實現(xiàn)連桿位置:上、剪下比須連續(xù)通過確定位置實現(xiàn)軌跡：刀刃按一定軌跡運動實現(xiàn)速度要求：在剪切區(qū)的水平速度有要求二、平面四桿機構的設計設計方法幾何法解析法實驗法1、給定連桿位置設計四桿機構ADB2C2B3C3B1C12、給定行程速度變化系數(shù)設計四桿機構鉸鏈四桿機構-設計過程曲柄滑塊機構-設計過程導桿機構-設計過程

B1AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2AC1=BC-ABAC2=BC+AB確定比例尺C1DC2B2

O90

-

90

-

鉸鏈四桿機構-設計過程A步驟：已知：C1、C2位置（行程H），K,eAC1B1B2BCθoeC2900-

900-

曲柄滑塊機構-設計過程確定比例尺ml畫出C1、C2及偏心距e;已知K，求θ以9