機械設(shè)計基礎(chǔ)第2章平面連桿機構(gòu)比賽.ppt

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機械設(shè)計基礎(chǔ),武漢理工大學(xué)物流工程系工業(yè)工程研究所羅齊漢qhluo2004年3月,FoundationofMachineDesign,第2章平面連桿機構(gòu),鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的演變平面四桿機構(gòu)的設(shè)計,3,2020年4月28日星期二,平面連桿機構(gòu)的特點,平面連桿機構(gòu)是構(gòu)件全部由平面低副連接而構(gòu)成的機構(gòu)。優(yōu)點1.低副是面接觸，因此壓強小、耐磨損。適用于載荷較大的場合。2.低副的接觸面通常是容易加工的平面或圓柱面，容易獲得較高的制造精度。3.連桿可做得很長，可較長距離傳遞運動。適合于操縱機構(gòu)。4.低副的約束為幾何約束(靠形狀限制運動)，無需附加約束裝置。,4,2020年4月28日星期二,平面連桿機構(gòu)的特點,缺點1.低副存在間隙，會引起運動誤差積累。不宜用于高精度。2.連桿機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，難于實現(xiàn)復(fù)雜的運動規(guī)律。3.有相當部分構(gòu)件處于變速運動中，存在慣性力。不適合高速。由自由度計算公式可知，最簡單的單自由度平面連桿機構(gòu)是四桿機構(gòu)。四桿機構(gòu)工程上應(yīng)用最多，它也是構(gòu)成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)，本章著重討論四桿機構(gòu)。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),5,2020年4月28日星期二,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),全部運動副都是回轉(zhuǎn)副的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。如圖所示，固定桿4稱為機架，與機架相連的桿1、3稱為連架桿，不與機架直接連接的桿2稱為連桿，作整周回轉(zhuǎn)的連架桿1稱為曲柄，作往復(fù)擺動的連架桿3稱為搖桿。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),6,2020年4月28日星期二,鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件,圖示曲柄搖桿機構(gòu)來討論存在曲柄的條件。圖中給出了搖桿處于兩極限位置時的情況。根據(jù)三角形任意兩邊邊長之和必大于等于第三邊邊長的定理:,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),7,2020年4月28日星期二,鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件,上述關(guān)系說明,鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件：最短、最長桿長度之和另外兩桿的長度之和；連架桿或機架是最短桿。其中條件又稱為格拉肖夫(Grashof)判別式,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),8,2020年4月28日星期二,鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型判別,1、如果滿足格拉肖夫判別式以最短桿相鄰的桿作機架，得到曲柄搖桿機構(gòu)；以最短桿作機架，得到雙曲柄機構(gòu)；以最短桿相對的桿作機架，得到雙搖桿機構(gòu)。2、如果不滿足格拉肖夫判別式，則無論以哪個桿作機架，都只能得到雙搖桿機構(gòu)。,不滿足：雙搖桿機構(gòu)格拉肖夫判別式最短桿為連架桿：曲柄搖桿機構(gòu)滿足：最短桿為機架：雙曲柄機構(gòu)最短桿為連桿：雙搖桿機構(gòu),2-1鉸鏈四桿機構(gòu),9,2020年4月28日星期二,鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型和特性,曲柄搖桿機構(gòu)兩個連架桿中，一個是曲柄，一個是搖桿。通常曲柄主動，搖桿從動，但也有搖桿主動的情況。應(yīng)用例：縫紉機腳踏機構(gòu)、復(fù)擺式腭式破碎機、鋼坯輸送機等。,10,2020年4月28日星期二,雷達調(diào)整機構(gòu)和縫紉機腳踏機構(gòu),2-1鉸鏈四桿機構(gòu),11,2020年4月28日星期二,復(fù)擺式腭式破碎機,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),12,2020年4月28日星期二,鋼材輸送機,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),13,2020年4月28日星期二,曲柄搖桿機構(gòu)的急回特性,當曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，搖桿作變速擺動，而且往復(fù)擺動的平均速度是不同的。若將平均速度小的行程作為工作行程(正行程)，將平均速度大的行程作為非工作行程(反行程)，那麼，我們把曲柄搖桿機構(gòu)這種正、反行程平均速度不等的特性稱為急回特性。急回特性很有用，牛頭刨床、往復(fù)式運輸機等機械就常常利用急回特性來縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),14,2020年4月28日星期二,行程速比系數(shù),急回特性常用行程速比系數(shù)(搖桿反、正行程平均速度之比)來度量。如圖所示，曲柄順時針勻速轉(zhuǎn)動，搖桿左右擺動(順時針為正行程，逆時針為反行程)。我們把搖桿處于兩極限位置時連桿對應(yīng)位置所夾的銳角稱為極位夾角，用表示。根據(jù)行程速比系數(shù)的定義有：,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),15,2020年4月28日星期二,曲柄搖桿機構(gòu)的死點,搖桿為主動件的曲柄搖桿機構(gòu)，當曲柄與連桿兩次共線時，機構(gòu)就會出現(xiàn)卡死或運動不確定的現(xiàn)象。這種機構(gòu)出現(xiàn)卡死或運動不確定的位置點稱為死點。死點通常有害，應(yīng)設(shè)法消除。消除方法有：對從動曲柄施加附加力矩。利用構(gòu)件自身或飛輪的慣性。多組相同機構(gòu)錯開一定角度布置?？p紉機腳踏板機構(gòu)就存在死點。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),16,2020年4月28日星期二,死點的應(yīng)用,如圖所示為利用死點夾緊工件，當卸去夾緊驅(qū)動力P后，由于BCD三點共線，工件對壓頭(桿1)的反作用力不能使桿轉(zhuǎn)動，因而工件不會松。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),17,2020年4月28日星期二,飛機起落架是利用死點工作的又一個典型實例,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),18,2020年4月28日星期二,曲柄搖桿機構(gòu)的傳動角,定義：作用力和力作用點運動線速度方向之間所夾的銳角稱為壓力角，常用表示；壓力角的余角稱為傳動角，常用表示。曲柄搖桿機構(gòu)的傳動角隨曲柄的轉(zhuǎn)動而變。傳動角越大則機械效率越高，動力傳動中一般要求傳動角最小值應(yīng)大于40。因此設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)時有必要檢驗min值。不難看出，對于曲柄主動的曲柄搖桿機構(gòu)，最小傳動角就是連桿和搖桿所夾的最小銳角。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),19,2020年4月28日星期二,雙曲柄機構(gòu),兩連架桿都作整周轉(zhuǎn)動的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙曲柄機構(gòu)。通常，主動曲柄勻速轉(zhuǎn)動，從動曲柄變速轉(zhuǎn)動。無死點。,2-1鉸鏈四桿機構(gòu),20,2020年4月28日星期二,雙搖桿機構(gòu),兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)稱為雙搖桿機構(gòu)。,2-2鉸鏈四桿機構(gòu)的演變,21,2020年4月28日星期二,2-2鉸鏈四桿機構(gòu)的演變,一、曲柄滑塊機構(gòu),22,2020年4月28日星期二,二、曲柄滑塊機構(gòu)的演變,2-2鉸鏈四桿機構(gòu)的演變,23,2020年4月28日星期二,1.導(dǎo)桿機構(gòu),導(dǎo)桿機構(gòu)中，通常曲柄整周轉(zhuǎn)動，滑塊在導(dǎo)桿上滑動并跟隨導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動或擺動。由圖容易知道，若l2l1，則得到轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)；若l2l1，則得到擺動導(dǎo)桿機構(gòu)?？梢钥闯觯簩?dǎo)桿機構(gòu)的傳動角始終等于90，具有很好的傳力性能，因此常用于牛頭刨床、插床和回轉(zhuǎn)式油泵中。擺動導(dǎo)桿機構(gòu)也存在急回特性。,2-2鉸鏈四桿機構(gòu)的演變,24,2020年4月28日星期二,2.搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu),搖塊機構(gòu)廣泛應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機和液壓驅(qū)動裝置中，自卸貨車就是很典型的應(yīng)用。定塊機構(gòu)常用于抽水唧筒和抽油泵中。,2-2鉸鏈四桿機構(gòu)的演變,25,2020年4月28日星期二,3、雙滑塊機構(gòu),將鉸鏈四桿機構(gòu)的其中兩桿桿長增至無窮可演化為具有兩個移動副的四桿機構(gòu)雙滑塊機構(gòu)。按照兩個移動副所處的位置不同，雙滑塊機構(gòu)可分為四種形式：(1)兩移動副不相鄰。例如圖a)所示的正切機構(gòu)(其從動件3的位移與主動件1轉(zhuǎn)角的正切成正比)。(2)兩移動件相鄰且其中一個與機架相連。例如圖b的正弦機構(gòu)(從動件3的位移與曲柄1轉(zhuǎn)角的正弦成正比)。(3)兩移動件相鄰但都不與機架相連。下面所示的十字滑塊機構(gòu)就是這種機構(gòu)。十字滑塊機構(gòu)常用作聯(lián)軸器，它可以自動補償主、從動軸由于對中不良而產(chǎn)生的位置誤差。(4)兩移動副相鄰且都與機架相連。下面所示的橢圓儀就是這種機構(gòu)。當兩個滑塊在機架的滑槽中移動時，連桿上的各點的軌跡是長短半徑不同的橢圓。,2-2鉸鏈四桿機構(gòu)的演變,26,2020年4月28日星期二,三、偏心輪機構(gòu),下圖所示為兩種偏心輪機構(gòu)。構(gòu)件為圓盤，其幾何中心。因運動時該圓盤繞軸轉(zhuǎn)動，故稱為偏心輪。、之間的距離e稱為偏心距。按照相對運動關(guān)系，可畫出機構(gòu)運動簡圖如圖中紅線所示。由圖可知，偏心輪是將回轉(zhuǎn)副擴大到包括回轉(zhuǎn)副而形成的，偏心距e即為曲柄的長度。當曲柄長度很小或傳遞很大的動力時，通常都把曲柄做成偏心輪。這樣一方面提高了偏心軸的強度和剛度(因軸頸的直徑增大了)；另一方面當軸頸位于中部時也便于安裝整體式連桿，使結(jié)構(gòu)簡化。因此，偏心輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、顎式破碎機、內(nèi)燃機等機械中。,27,2020年4月28日星期二,2-3鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計,四桿機構(gòu)的設(shè)計，就是根據(jù)給定的運動條件來確定機構(gòu)運動簡圖的尺寸參數(shù)。有時為使設(shè)計更加合理、可靠，還應(yīng)考慮幾何條件和動力學(xué)條件(如最小傳動角要求)等。設(shè)計問題分類1、按照給定從動件的位置設(shè)計四桿機構(gòu)，稱為位置設(shè)計。2、按照給定點的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)，稱為軌跡設(shè)計。設(shè)計方法圖解法簡便直觀，同時也是解析法的基礎(chǔ)，應(yīng)用較多。但由于其設(shè)計精度低，一般用于求解初始值。解析法精度高，應(yīng)用最為廣泛，其缺點是不太直觀。實驗法較為煩瑣，而且精度也低，是不得已時才使用的方法。,28,2020年4月28日星期二,一、按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu),下圖為鑄造車間振實造型機的翻轉(zhuǎn)機構(gòu)。它利用一個鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)翻臺的兩個工作位置。,29,2020年4月28日星期二,二、按給定行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計已知條件：搖桿長度l3，擺角和行程速比系數(shù)K。設(shè)計關(guān)鍵是確定鉸鏈A的位置，從而確定其余三桿長l1、l2和l4。,30,2020年4月28日星期二,二、按給定行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu),擺動導(dǎo)桿機構(gòu)設(shè)計已知條件：機架長度l4、行程速比系數(shù)。由右圖知，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角等于導(dǎo)桿的擺角，需要確定的尺寸是曲柄長度。設(shè)計步驟如下：1）根據(jù)行程速比系數(shù)求極位夾角。2）任選固定鉸鏈中心C，以夾角作出導(dǎo)桿兩極限位置cm、cn。3）作擺角的角平分線，并在線上取AC=l4，得鉸鏈A的位置。4）過A點作導(dǎo)桿極限位置的垂線AB1(或AB2)，得l1=AB1。,31,2020年4月28日星期二,三、給定連架桿的三對對應(yīng)位置,在給定主、從動連架桿三對對應(yīng)位置條件下設(shè)計鉸鏈四桿機構(gòu)時，可用圖解的反轉(zhuǎn)機架法。設(shè)計一個鉸鏈四桿機構(gòu)，使其能實現(xiàn)左下圖所示的連架桿AB、CD的三對對應(yīng)位置。,32,2020年4月28日星期二,小結(jié),