連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

關(guān)于連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月§8-4平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一、平面連桿設(shè)計(jì)的基本問題1.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)根據(jù)給定的設(shè)計(jì)要求選定機(jī)構(gòu)型式；確定各構(gòu)件尺寸，并要滿足結(jié)構(gòu)條件、動(dòng)力條件和運(yùn)動(dòng)連續(xù)條件等。2.平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的三大類基本命題滿足預(yù)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)律要求滿足預(yù)定的連桿位置要求滿足預(yù)定的軌跡要求第2頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）滿足預(yù)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)律要求要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預(yù)定的對應(yīng)位置關(guān)系；要求在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定的條件下，從動(dòng)件能夠準(zhǔn)確地或近似地滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求。滿足兩連架桿轉(zhuǎn)角的預(yù)定對應(yīng)位置關(guān)系要求的機(jī)構(gòu)示例——車門開閉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角應(yīng)大小相等，方向相反，以實(shí)現(xiàn)車門的起閉第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月滿足預(yù)定運(yùn)動(dòng)的規(guī)律要求機(jī)構(gòu)示例——對數(shù)計(jì)算機(jī)構(gòu)近似再現(xiàn)函數(shù)y=logx的平面四桿機(jī)構(gòu)（2）滿足預(yù)定的連桿位置要求設(shè)計(jì)時(shí)要求連桿能依次點(diǎn)據(jù)一系列的預(yù)定位置。(又稱為導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

)機(jī)構(gòu)示例——飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要求機(jī)輪在放下和收起時(shí)連桿BC占據(jù)圖示的兩個(gè)共線位置。

第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）滿足預(yù)定的軌跡要求設(shè)計(jì)時(shí)要求在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，連桿上某點(diǎn)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡。(又稱為軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì))機(jī)構(gòu)示例——鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)示例——攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)3.設(shè)計(jì)方法:1）解析法2）圖解法

3）實(shí)驗(yàn)法第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月二、用圖解法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

1.按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)——實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)要求2.按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)——實(shí)現(xiàn)給定連桿位置（軌跡）要求3.按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)——實(shí)現(xiàn)給定連架桿位置（軌跡）要求

1.

按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)◆曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：已知搖桿的長度CD、擺角及行程速比系數(shù)K。

設(shè)計(jì)過程：計(jì)算極位夾角：選定機(jī)構(gòu)比例尺，作出極位圖：第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月GF(除弧FG以外)IMN90o-C1C2DPB1B2A聯(lián)C1C2，過C2

作C1M

C1C2

；另過C1作C2C1N=90-

射線C1N，交C1M于P點(diǎn)；以C1P

為直徑作圓I，則該圓上任一點(diǎn)均可作為A鉸鏈，有無窮多解。設(shè)曲柄長度為a，連桿長度為b，則:第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月C2B2C1B1IGFC1C2DB1B2A——錯(cuò)位不連續(xù)問題A鉸鏈不能選定在FG弧段不連通域第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月90o-PAE2aIIOaObIC1C2D欲得確定解，則需附加條件：(1)給定機(jī)架長度d；(2)給定曲柄長度a；(3)給定連桿長度b(1)給定機(jī)架長度d的解：(2)給定曲柄長度a的解：作圖步驟：證明：第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)給定連桿長度b的解：I90o-PIIIE2bAC1C2DOaOb作圖步驟：證明：第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月◆曲柄滑塊機(jī)構(gòu)已知條件：滑塊行程H、偏距e和行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)過程：IMN90o-PB1B2AC1C2有無窮多解設(shè)曲柄長度為a，連桿長度為b，則:第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月◆擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對于擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),由于其導(dǎo)桿的擺角φ

剛好等于其極位夾角θ，因此，只要給定曲柄長度LAB

(或給定機(jī)架長度LAD)和行程速比系數(shù)K就可以求得機(jī)構(gòu)。分析：由于θ與導(dǎo)桿擺角φ相等，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄a。計(jì)算θ＝180(K-1)/(K+1)；任選D作∠mDn＝φ＝θ取A點(diǎn)，使得AD=d,則:a=dsin(φ/2)已知：機(jī)架長度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。φ=θmndADθφ=θBADB第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月2.

按連桿預(yù)定位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C位置（即已知LBC）已知機(jī)架上固定鉸鏈的中心A、D位置（即已知LAD）已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置B1C1、B2C2

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置B1C1、B2C2

、B3C3，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置E1F1

、

E2F2

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置E1F1、E2F2、E3F3

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月已知連桿上兩活動(dòng)鉸鏈的中心B、C位置（即已知LBC）已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置B1C1、B2C2

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)c12設(shè)計(jì)步驟：b12設(shè)計(jì)分析：鉸鏈Ｂ和Ｃ位置已知，固定鉸鏈Ａ和Ｄ未知。鉸鏈Ｂ和Ｃ軌跡為圓弧，其圓心分別為點(diǎn)Ａ和Ｄ。Ａ和Ｄ分別在B1B２和C1C２的垂直平分線上。DAB1C1C2B2聯(lián)B1B２，作垂直平分線b12鉸鏈Ａ聯(lián)C1C２，作垂直平分線c12鉸鏈D有無窮多解第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月c23b23已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置B1C1、B2C2

、B3C3，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。b12c12AB1C1C2B2B3C3D唯一解第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月已知機(jī)架上固定鉸鏈的中心A、D位置（即已知LAD）已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置E1F1

、

E2F2

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)ADE1F1E2F2設(shè)計(jì)方法——采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法或反轉(zhuǎn)法——根據(jù)機(jī)構(gòu)的倒置理論，通過取不同構(gòu)件為機(jī)架，將活動(dòng)鉸鏈位置的求解轉(zhuǎn)化為固定鉸鏈的求解設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的方法。第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月C2B2B2C21212AB1C1DAB1C1D1212A′D′轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)原理：其原理與取不同構(gòu)件為機(jī)架的演化方法（稱為“機(jī)構(gòu)倒置”原理）完全相同，即相對運(yùn)動(dòng)不變原理。當(dāng)給整個(gè)機(jī)構(gòu)加一個(gè)共同的運(yùn)動(dòng)時(shí)，雖然各構(gòu)件的絕對運(yùn)動(dòng)改變了，但是各構(gòu)件之間的相對運(yùn)動(dòng)并不發(fā)生變化，亦即各構(gòu)件的相對尺寸不發(fā)生改變。

對轉(zhuǎn)化后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與對原機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果是完全一樣的，這樣就可以將活動(dòng)鉸鏈位置的求解問題轉(zhuǎn)化為固定鉸鏈的求解問題。

以連桿為相對機(jī)架的情況第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月A′D′B2C2E2F2以連桿上任一線為相對機(jī)架的情況所得結(jié)果與以連桿為相對機(jī)架時(shí)相同，故設(shè)計(jì)時(shí)可以連桿上任意線為相對機(jī)架進(jìn)行，結(jié)果相同。AB1C1DA′D′第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1212C1B1ADE1F1E2F2A′D′已知連桿在運(yùn)動(dòng)過程中的兩個(gè)位置E1F1

、

E2F2

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)——轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)的應(yīng)用有無窮多解第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月ADE1F1已知連桿上在運(yùn)動(dòng)過程中的三個(gè)位置E1F1、E2F2、E3F3

，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)E2F2E3F3A’2D’2A’3D’3C1B1唯一解第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月反轉(zhuǎn)法或轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法的具體作圖方法——為了不改變反轉(zhuǎn)前后機(jī)構(gòu)的相對運(yùn)動(dòng)，作圖時(shí)將原機(jī)構(gòu)每一位置的各構(gòu)件之間的相對位置視為剛性體；用作全等四邊形或全等三角形的方法，求出轉(zhuǎn)化后機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的相對位置。這一方法又稱為“剛化——反轉(zhuǎn)法”。反轉(zhuǎn)作圖法只限于求解兩位置或三位置的設(shè)計(jì)問題

第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月3.

按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法——采用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法(或反轉(zhuǎn)法)B2C2AB1C1D1212以連架桿為相對機(jī)架按兩連架桿兩個(gè)對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按兩連架桿三個(gè)對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題：12B2A第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月按兩連架桿兩個(gè)對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)已知：機(jī)架長度LAD=d

兩連架桿對應(yīng)轉(zhuǎn)角12、12

。設(shè)計(jì)：四桿機(jī)構(gòu)12ld12121221B1B2C1B2′-12ADd有無窮多解第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月按兩連架桿三個(gè)對應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)C1B3'_B2'B1ADC