機械原理8連桿機構設計ppt課件

1、第八章第八章 平面連桿機構及其設計平面連桿機構及其設計81 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點82 平面四桿機構的類型和應用平面四桿機構的類型和應用83 有關平面四桿機構的一些基本知識有關平面四桿機構的一些基本知識84 平面四桿機構的設計平面四桿機構的設計應用實例：應用實例：特征：有一作平面運動的構件，稱為連桿。特征：有一作平面運動的構件，稱為連桿。特點：特點：采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損采用低副。面接觸、承載大、便于潤滑、不易磨損 形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。形狀簡單、易加工、容易獲得較高的制造精度。改變桿的相對長度，從動件運動規(guī)律不同。改變桿的相對長度，

2、從動件運動規(guī)律不同。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。連桿曲線豐富?？蓾M足不同要求。定義：由低副轉動、挪動連接組成的平面機構。定義：由低副轉動、挪動連接組成的平面機構。8 81 1 連桿機構及其傳動特點連桿機構及其傳動特點內燃機、鶴式吊、火車輪、手動沖床、牛頭刨床、橢內燃機、鶴式吊、火車輪、手動沖床、牛頭刨床、橢圓儀、機械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折圓儀、機械手爪、開窗戶支撐、公共汽車開關門、折疊傘、折疊床、疊傘、折疊床、 牙膏筒拔管機、單車制動操作機構等。牙膏筒拔管機、單車制動操作機構等。缺陷：缺陷：構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、效率低。構件和運動副多，累積誤差大、運動精度低、

3、效率低。產生動載荷慣性力），不適合高速。產生動載荷慣性力），不適合高速。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。設計復雜，難以實現(xiàn)精確的軌跡。分類分類:本章重點內容是介紹四桿機構。本章重點內容是介紹四桿機構。平面連桿機構平面連桿機構空間連桿機構空間連桿機構常以構件數(shù)命名：常以構件數(shù)命名：四桿機構、多桿機構。四桿機構、多桿機構?；拘褪姐q鏈四桿機構，其它四桿機構都是由它基本型式鉸鏈四桿機構，其它四桿機構都是由它演變得到的。演變得到的。名詞解釋：名詞解釋：曲柄曲柄作整周定軸回轉的構件；作整周定軸回轉的構件；共有三種基本型式：（1 1曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構特征：曲柄搖桿特征：曲柄搖桿作用：將曲柄的整周回轉轉

4、變?yōu)閾u桿的往復擺動。作用：將曲柄的整周回轉轉變?yōu)閾u桿的往復擺動。 如雷達天線。如雷達天線。連桿連桿作平面運動的構件；作平面運動的構件；連架桿連架桿與機架相聯(lián)的構件；與機架相聯(lián)的構件；搖桿搖桿作定軸擺動的構件；作定軸擺動的構件；周轉副周轉副能作能作360360相對回轉的運動副；相對回轉的運動副；擺轉副擺轉副只能作有限角度擺動的運動副。只能作有限角度擺動的運動副。曲柄曲柄連桿連桿搖桿搖桿8 82 2 平面四桿機構的類型和應用平面四桿機構的類型和應用1.平面四桿機構的基本型式平面四桿機構的基本型式潘存云教授潘存云教授ABC1243DABDC1243（2 2雙曲柄機構雙曲柄機構特征：兩個曲柄特征：兩個

5、曲柄作用：將等速回轉轉變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D。作用：將等速回轉轉變?yōu)榈人倩蜃兯倩剞D。雷達天線俯仰機構雷達天線俯仰機構曲柄主動曲柄主動縫紉機踏板機構縫紉機踏板機構應用實例：如葉片泵、慣性篩等。應用實例：如葉片泵、慣性篩等。2143搖桿主動搖桿主動3124潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 34 4旋轉式葉片泵旋轉式葉片泵潘存云教授A AD DC CB B1 12 23 3ABDC1234E6慣性篩機構慣性篩機構31潘存云教授ABCD耕地耕地料斗料斗DCAB潘存云教授耕地耕地料斗料斗DCAB實例：火車輪實例：火車輪特例：平行四邊形機構特例：平行四邊形機構AB = CD特征：兩連架桿等長且

6、平行，特征：兩連架桿等長且平行， 連桿作平動連桿作平動BC = ADABDC攝影平臺攝影平臺潘存云教授ADBC潘存云教授BC天平天平播種機料斗機構播種機料斗機構潘存云教授潘存云教授潘存云教授反平行四邊形機構反平行四邊形機構-車門開閉機構車門開閉機構反向反向FAEDGBCABEFDCG平行四邊形機構在共線位置出現(xiàn)運平行四邊形機構在共線位置出現(xiàn)運動不確定。動不確定。采用兩組機構錯開排列。采用兩組機構錯開排列?；疖囕喕疖囕喤舜嬖平淌谂舜嬖平淌谂舜嬖平淌贏BDCE（3 3雙搖桿機構雙搖桿機構特征：兩個搖桿特征：兩個搖桿應用舉例：鑄造翻箱機構應用舉例：鑄造翻箱機構特例：等腰梯形機構汽車轉向機構特例：等腰

7、梯形機構汽車轉向機構、風扇搖頭機構、風扇搖頭機構CBABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDCEABDCE電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿電機電機ABDC風扇座風扇座蝸輪蝸輪蝸桿蝸桿ABDC潘存云教授(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對心曲柄滑塊機構對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雙滑塊機構雙滑塊機構 正弦機構正弦機構s=l sin l2.2.平面四桿機構的演化型式平面四桿機構的演化型式潘存云教授(2)(2)改變運動副的尺寸改變運動副的尺寸(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構

8、件為機架偏心輪機構偏心輪機構導桿機構導桿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314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC牛頭刨床牛頭刨床應用實例應用實例:潘存云教授ABDC1243C2C1小型刨床小型刨床潘存云教授ABDCE123456牛頭刨床牛頭刨床2潘存云教授應用實例應用實例B234C1A自卸卡車舉升機構自卸卡車舉升機構(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架ACB1234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導桿機構導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC

9、搖塊機構搖塊機構314A2BC潘存云教授(3)(3)選不同的構件為機架選不同的構件為機架314A2BC直動滑桿機構直動滑桿機構手搖唧筒手搖唧筒這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的這種通過選擇不同構件作為機架以獲得不同機構的方法稱為：方法稱為：機構的倒置機構的倒置BC3214A導桿機構導桿機構314A2BC曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構314A2BC搖塊機構搖塊機構314A2BCABC3214橢圓儀機構橢圓儀機構實例實例( (補充補充) )：選擇雙滑塊機構中的不同構件：選擇雙滑塊機構中的不同構件 作為機架可得不同的機構作為機架可得不同的機構潘存云教授1234正弦機構正弦機構3214(4)(4)

10、運動副元素的逆換運動副元素的逆換將低副兩運動副元素的包容關系進行逆換，不影響兩將低副兩運動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。構件之間的相對運動。導桿機構導桿機構4321搖塊機構搖塊機構3214潘存云教授abdcCBAD平面四桿機構具有整轉副平面四桿機構具有整轉副可能存在曲柄?？赡艽嬖谇(d a)+ c則由則由BCDBCD可得：可得：則由則由B BC CD D可得：可得：a+d b + cc(d a)+ bAB為最短桿為最短桿最長桿與最短桿的長度之和其他兩桿長度之和 a+b c + d8 83 3 有關平面四桿機構的一些基本知識有關平面四桿機構的一些基本知識1.1.平面

11、四桿機構有曲柄的條件平面四桿機構有曲柄的條件C”abdcADd- a設設ad,at2 V2 V1t1 t2 V2 V1搖桿的這種特性稱為急回運動。用以下比值表搖桿的這種特性稱為急回運動。用以下比值表示急回程度示急回程度稱稱K為行程速比系數(shù)。為行程速比系數(shù)。12VVK 18018021tt且且越大，越大，K值越大，急回性質越明顯。值越大，急回性質越明顯。 只需只需 0 0 ， 就有就有 K1K1所以可通過分析機構中是否存在以及的大小來判斷機構是否有急回運動或運動的程度。11180KK設計新機械時，往往先給定設計新機械時，往往先給定K值，于是值，于是: 2212tCCV)180/(21CC1212

12、21tCCtCC潘存云教授潘存云教授曲柄滑塊機構的急回特性曲柄滑塊機構的急回特性運用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨、往復式輸送機等。運用：節(jié)省返程時間，如牛頭刨、往復式輸送機等。180180180180-導桿機構的急回特性導桿機構的急回特性 180180180180-思考題：思考題： 對心曲柄滑塊機構的急回特性如何？對心曲柄滑塊機構的急回特性如何？對于需要有急回運動的機構，常常是根據(jù)需要的行程速比系數(shù)K, 先求出 ，然后在設計各構件的尺寸。潘存云教授FF F”當當BCD90BCD90時，時， BCDBCD3.四桿機構的傳動角和死點四桿機構的傳動角和死點3.1 3.1 壓力角和傳動角：壓力角和傳動角：

13、壓力角壓力角: :從動件驅動力從動件驅動力F F與力作用點絕對速度之間所夾與力作用點絕對速度之間所夾銳角銳角 設計時要求設計時要求: min50: min50minmin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：當當BCD90BCD90時，時， 180- BCD切向分力切向分力: F= Fcos: F= Fcos法向分力法向分力: F”= Fcos: F”= Fcos F F 對傳動有利。對傳動有利。=Fsin=Fsin稱稱為傳動角為傳動角( (壓力角的余角壓力角的余角) )。此位置一定是：此位置一定是：為了保證機構良好的傳力性能ABCDCDBAFF”F可用可用的大小來表示機構傳力性能的好壞的大小來表示機構傳力

14、性能的好壞, ,當當BCDBCD最小或最大時，都有可能出現(xiàn)最小或最大時，都有可能出現(xiàn)minmin主動件與機架共線兩處之一主動件與機架共線兩處之一潘存云教授C1B1abcdDA由余弦定律有：由余弦定律有： B1C1DB1C1Darccosb2+c2-(d-a)2/2bcarccosb2+c2-(d-a)2/2bc B2C2Darccosb2+c2-(d+a)2/2bc假設假設B1C1D90B1C1D90, ,那么那么假設假設B2C2D90B2C2D90, , 那么那么11B1C1DB1C1D22180180-B2C2D-B2C2D注：機構的傳動角一般在運注：機構的傳動角一般在運動鏈最終一個從動件

15、上度量。動鏈最終一個從動件上度量。11 m i n m i n B 1 C 1 D , 1 8 0 B 1 C 1 D , 1 8 0 - -B2C2DminB2C2DminC2B222潘存云教授F3.2 3.2 死點死點搖桿為主動件，且連桿搖桿為主動件，且連桿與曲柄兩次共線時，有：與曲柄兩次共線時，有：此時機構不能運動此時機構不能運動. .避免措施：避免措施： 1)1)兩組機構錯開排列，如火車輪機構兩組機構錯開排列，如火車輪機構; ;稱此位置為：稱此位置為： “死點死點”0 02)2)靠飛輪的慣性如內燃機、縫紉機等）?？匡w輪的慣性如內燃機、縫紉機等）。FAEDGBCABEFDCG0 0F0

16、0潘存云教授潘存云教授工件工件ABCD1234PABCD1234工件工件P鉆孔夾具鉆孔夾具=0=0TABDC飛機起落架飛機起落架ABCD=0=0F也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等。也可以利用死點進行工作：飛機起落架、鉆夾具等。作業(yè)：作業(yè)：8-5, 8-6, 8-88 84 4 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 機構選型根據(jù)給定的運動要求選擇機機構選型根據(jù)給定的運動要求選擇機 構的類型；構的類型；尺度綜合確定各構件的尺度參數(shù)尺度綜合確定各構件的尺度參數(shù)(長度長度 尺寸尺寸)。 同時要滿足其他輔助條件：同時要滿足其他輔助條件：a)

17、結構條件如要求有曲柄、桿長比恰當、結構條件如要求有曲柄、桿長比恰當、 運動副結構合理等）運動副結構合理等）;b)動力條件如動力條件如min）;c)運動連續(xù)性條件等。運動連續(xù)性條件等。潘存云教授潘存云教授ADCB飛機起落架飛機起落架BCv三類設計要求：三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如: 飛機起落架、函數(shù)機構。飛機起落架、函數(shù)機構。函數(shù)機構函數(shù)機構要求兩連架桿的轉角要求兩連架桿的轉角滿足函數(shù)滿足函數(shù) y=logxxy=logxABCD潘存云教授v三類設計要求：三類設計要求：1)滿足預定的運動規(guī)律，兩連架桿轉角對應，如滿足預定的運動規(guī)

18、律，兩連架桿轉角對應，如: 飛機起落架、函數(shù)機構。前者要求兩連架桿轉角對飛機起落架、函數(shù)機構。前者要求兩連架桿轉角對應，后者要求急回運動應，后者要求急回運動2)滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構。滿足預定的連桿位置要求，如鑄造翻箱機構。要求連桿在兩個位置要求連桿在兩個位置垂直地面且相差垂直地面且相差180 CBABDC給定的設計條件：給定的設計條件：1)幾何條件給定連架桿或連桿的位置）幾何條件給定連架桿或連桿的位置）2)運動條件給定運動條件給定K）3)動力條件給定動力條件給定min）設計方法：圖解法、解析法、實驗法設計方法：圖解法、解析法、實驗法3. 用解析法設計四桿機構用解析法設計四桿機

19、構思緒：首先建立包含機構的各尺度參數(shù)和運動變量在思緒：首先建立包含機構的各尺度參數(shù)和運動變量在內的解析關系式，然后根據(jù)已知的運動變量求解所需內的解析關系式，然后根據(jù)已知的運動變量求解所需的機構尺度參數(shù)。的機構尺度參數(shù)。(1)按預定連桿位置設計四桿機構按預定連桿位置設計四桿機構a)給定連桿兩組位置給定連桿兩組位置有唯一解。有唯一解。B2C2AD將鉸鏈將鉸鏈A、D分別選在分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設計要求。位置都能滿足設計要求。b)給定連桿上鉸鏈給定連桿上鉸鏈BC的三組位置的三組位置有無窮多組解。有無窮多組解。ADB2C2B3C3DB1C12

20、. 用作圖法設計四桿機構用作圖法設計四桿機構AB1C11)已知活動鉸鏈中心位置已知活動鉸鏈中心位置潘存云教授ADB1C1知知: 固定鉸鏈固定鉸鏈A、D和連架桿位置，確定活動鉸鏈和連架桿位置，確定活動鉸鏈 B、C的位置。的位置。（2按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構按兩連架桿預定的對應位置設計四桿機構機構的轉化原理機構的轉化原理潘存云教授B22B22E21B11E11按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構任意選定構件任意選定構件ABAB的長度的長度連接連接B2 E2B2 E2、DB2DB2的得的得B2 E2DB2 E2D繞繞D D 將將B2 E2DB2 E2D旋轉

21、旋轉1 -21 -2得得B2B2點點知知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。AdDB333E3設計步驟：設計步驟： 潘存云教授連接連接B3 E3B3 E3、DB3DB3得得 B3 E3DB3 E3D將將B3E3DB3E3D繞繞D D旋旋 轉轉1 -31 -3得得B3B3點點1按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構知知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。2B22E21B11E1AdDB333E3B2B3任意選定構件任意選定構件ABAB的長度的長度連接連接B2 E2B2 E2、DB2DB2的得的得B2 E

22、2DB2 E2D繞繞D D 將將B2 E2DB2 E2D旋轉旋轉1 -21 -2得得B2B2點點設計步驟：設計步驟： 潘存云教授2B22E21B11E1AdDB333E3B2B3由由B1 B2 B3 B1 B2 B3 三點三點 求圓心求圓心C3 C3 。1按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構按兩連架桿三組對應位置設計四桿機構知知:機架長度機架長度d和兩連架桿三組對應位置。和兩連架桿三組對應位置。C1B2C2B3C3連接連接B3 E3B3 E3、DB3DB3得得 B3 E3DB3 E3D將將B3E3DB3E3D繞繞D D旋旋 轉轉1 -31 -3得得B3B3點點任意選定構件任意選定構件ABAB的長

23、度的長度連接連接B2 E2B2 E2、DB2DB2的得的得B2 E2DB2 E2D繞繞D D 將將B2 E2DB2 E2D旋轉旋轉1 -21 -2得得B2B2點點設計步驟：設計步驟： 潘存云教授E （4 ）按給定的行程速比系數(shù)）按給定的行程速比系數(shù)K設計四桿機構設計四桿機構1) 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構計算計算180(K-1)/(K+1);知：知：CD桿長，擺角桿長，擺角及及K， 設計此機構。步驟如下：設計此機構。步驟如下：任取一點任取一點D，作等腰三角，作等腰三角形形 腰長為腰長為CD，夾角為，夾角為;作作C2PC1C2，作，作C1P使使作作P C1C2的外接圓，則的外接圓，則A點必在此圓上

24、。點必在此圓上。 C2C1P=90,交于交于P; 90-PDAC1C2選定選定A，設曲柄長度為，設曲柄長度為a ，連桿長度為，連桿長度為b ，那么，那么:以以A為圓心，為圓心，A C2為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,得：得： a =EC1/ 2 b = A C1EC1/ 2,A C2=b- a,A C2=b- a = a =( A C1= a =( A C1A C2)/ 2A C2)/ 2 A C1= a+b A C1= a+b潘存云教授E222ae(2) 曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構H已知已知K K，滑塊行程，滑塊行程H H，偏距偏距e e，設計此機構，設計此機構 。計算計算: 180(K-1)/(K+1);作作C1 C2 H作射線作射線C1O 使使C2C1O=90, 以以O為圓心，為圓心，C1O為半徑作圓。為半徑作圓。以以A為圓心，為圓心，A C1為半徑作弧交于為半徑作弧交于E,得：得：作射線作射線C2OC2O使使C1C2 O=90C1C2 O=90。 作偏距線作偏距線e，交圓弧于，交圓弧于A，即為所求。，即為所求。C1C29090-o9090-Al1 =EC2/ 2l2 = A C2EC2/ 2潘存云教授潘存云教授ADmn=D(3) 導桿機構導桿機構分析：分析： 由于由于與導桿擺角與導桿擺角相等，設計