国家精品课程机械原理-06-平面连杆机构

第六章平面连杆机构(PlanarLinkageMechanisms)第一节概述第二节连杆机构的运动特性*第三节机构综合的位移矩阵法*第五节受控五杆机构的简介第四节机构综合的代数式法本章内容*平面连杆机构——由低副连接而成的平面机构转动副、移动副第一节概述一、平面连杆机构的特点*1）实现远距离传动或增力;构件能够做成较长的杆第一节概述一、平面连杆机构的特点颚式破碎机AVI6-1-01颚式破碎机PPT6-1-01*2）可完成某种轨迹;第一节概述一、平面连杆机构的特点搅拌机构AVI6-1-02搅拌机构PPT6-1-02*3）寿命较长，适于传递较大的动力;用于动力机械、冲床等低副为面接触，压力较小。雷达天线俯仰机构AVI6-1-03第一节概述一、平面连杆机构的特点*4）便于制造。运动副元素为圆柱面或平面。第一节概述一、平面连杆机构的特点缺点:2.多数构件作变速运动，其惯性力难以平衡1.设计困难，一般只能近似地满足运动要求第一节概述一、平面连杆机构的特点二、平面连杆机构设计的基本问题四杆机构的机构简图*机构运动简图参数:各杆尺寸及机架、某点的位置尺寸独立参数：xA,yA,l1,l2,e,r22,4共8个；实现M点轨迹M(xM,yM)XYABCD4l1l2eM(xM,yM)r22(xA,yA)*设计的基本问题——根据工艺要求来确定机构运动简图的参数。第一节概述二、设计的基本问题*设计的两类基本问题：1.实现已知的运动规律；2.实现已知的轨迹。1.实现已知的运动规律按剪切瞬时,刀刃与钢材速度同步设计飞剪的连杆机构。根据震实台的三位置设计连杆机构第一节概述二、设计的基本问题演示AVI6-1-04演示AVI6-1-052．实现已知的轨迹*使机构的构件上某一点沿着已知的轨迹运动港口起重机变幅机构直线轨迹步进式搬运机连杆曲线第一节概述二、设计的基本问题演示AVI6-1-07演示AVI6-1-06机构综合方法：位移矩阵法代数式法优化方法第一节概述三、机构综合方法第二节连杆机构的运动特性*机构的运动特性————机构的运动学和传力性能有曲柄条件、传动角、急回运动、止点。一、有曲柄条件1342第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：1.基本名称4*机架——相对固定的构件31*连架杆：与机架相连的构件2*连杆：作一般平面运动的构件*曲柄——整周转动的连架杆*摇（摆）杆——往复摆动的连架杆曲柄摇杆机构PPT6-2-01第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：2.曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构AVI6-1-02双摇杆机构PPT6-2-02*摇（摆）杆——往复摆动的连架杆第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：3.双摇杆机构ACDB*全转副—整周转动的转动副*摆动副—作摆动的转动副曲柄存在条件的观察PPT6-2-03第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：4.曲柄存在条件的观察ACDB具有两个全转副的条件adcb各杆长a,b,c,d.第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：4.曲柄存在条件的推导DACDBadcba+bc+d第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：4.曲柄存在条件的推导ACDBadcbcd+b-adc+b-aa+cd+ba+dc+b第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：4.曲柄存在条件的推导a+bc+d第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：4.曲柄存在条件的推导adcbadcb以上各式两两相加得：ab；ac；ad。a+cd+ba+dc+ba+bc+d第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：4.曲柄存在条件的推导adcbadcb以上各式两两相加得：ab；ac；ad。a+cd+ba+dc+ba+bc+d1).具有两个全转副的构件为运动链中的最短杆；2).最短杆与最长杆之和小于或等于其它两杆之和。第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链具有两个全转副的条件1.具有两个全转副的构件为最短杆；2.最短杆与最长杆之和(或=)其它两杆之和(称为杆长之和条件）。ADCBabcd第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链的演化以BC为机架PPT6-2-04*运动副的性质不随机架变更而改变：低副运动的可逆性。*最短杆的邻杆为机架得曲柄摇杆机构第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链的演化最短(曲柄)满足：杆长之和条件摇杆*最短杆的邻杆为机架得曲柄摇杆机构第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链的演化满足：杆长之和条件摇杆最短(曲柄)*最短杆为机架得双曲柄机构第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链的演化最短满足：杆长之和条件曲柄曲柄*最短杆的对杆为机架得双摇杆机构第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链的演化最短满足：杆长之和条件摇杆摇杆*不论何构件为机架得双摇杆机构第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：5.四杆运动链的演化不满足：杆长之和条件*有曲柄条件：1）满足杆长之和条件；2）最短杆或者最短杆的邻杆为机架。第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：6.结论*推论：不满足杆长之和条件时，得到双摇杆机构。铰链四杆机构型式判别表杆长关系机架条件机构型式最短杆+最长杆≤其余两杆之和最短杆为连架杆曲柄摇杆机构最短杆为机架双曲柄机构最短杆为连杆双摇杆机构最短杆+最长杆≥其余两杆之和任一杆为机架双摇杆机构第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：7.正/反平行四边形及应用adbc13adbc13演示PPT6-2-05演示PPT6-2-06演示PPT6-2-07ABCabeB1B2C2C1b-aea+be*曲柄滑块机构的有曲柄条件：be+a第二节连杆机构的运动特性一、有曲柄条件：7.曲柄滑块机构曲柄滑块机构曲柄存在条件PPT6-2-08课堂练习练习1：1)判断该机构有无整转副?2)分别以AB、BC、DC、AD为机架,能得到什么类型的机构?407090110ABCD练习2：如图，已知：a=70,b=90,d=40;问c取何值时，该机构为双曲柄机构?(根据双曲柄机构存在条件)adcbABCD二、压力角和传动角VcFtFnF压力角：从动件受力方向与受力点速度方向所夹的锐角。*与压力角互余的角:称为传动角。传力性能？第二节连杆机构的运动特性二、压力角和传动角：1.含义CADBbacdB'C'ADd'maxabc'C''B''ADd''minabc''外共线内共线*最小传动角出现在曲柄与机架共线的两位置之一第二节连杆机构的运动特性二、压力角和传动角：2.最小传动角演示PPT6-2-09max=arccos{[b2+c2-(d+a)2]/(2bc)}′=1800-maxmin=arccos{[b2+c2-(d-a)2]/(2bc)}″=minmin=，minA*机构的最小传动角发生在曲柄垂直于导路且远离偏心一边的位置。abe=900min*min=arccos{(e+a)/b}a+e第二节连杆机构的运动特性二、压力角和传动角：3.曲柄滑块机构最小传动角演示PPT6-2-10机构的最小传动角通常：min40高速、大功率机械：min50第二节连杆机构的运动特性二、压力角和传动角：4.最小传动角许用值三、行程速度变化系数ADC2V22V11B2B1机构的近极位机构的远极位C1第二节连杆机构的运动特性三、行程速度变化系数：1.极位夹角*机构在两极位处，一曲柄与另一曲柄反向线间的夹角——极位夹角演示PPT6-2-11ADC2V22V11B2B1C1第二节连杆机构的运动特性三、行程速度变化系数：2.行程速比系数K1(t1)2(t2)V2V1K=V2/V1=（s/t2）/（s/t1）=t1/t2=(1800+)/(1800-)*K——行程速比系数表示从动件的空行程与工作行程平均速度之比=1800(K-1)/(K+1)=1800(K-1)/(K+1)给定K值，算出角*K=1，0机构无急回特性*K1，机构有急回特性*K=3，90K3,为钝角一般K3常为锐角第二节连杆机构的运动特性三、行程速度变化系数：3.行程速比系数分析四、止点位置ADBC第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：1.止点的含义及特点CD为主动件!FVB压力角和传动角的定义没有差别!ADBCFVB=0*当连杆与从动件共线时(=900、=0)，机构不能运动，此位置称为止点位置。CD为主动件!第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：1.止点的含义及特点ADBCFVB在止点位置时，其从动件运动方向不定!第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：1.止点的含义及特点CD为主动件!CBDDBCDD机构位于两个止点位置。靠轮的惯性或手动脱离止点位置演示PPT6-2-12D第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：2.缝纫机脚踏板机构－止点及消除止点位置的功能分合闸机构——搬动手柄使触头接上。FACBD弹簧拉力第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：3.分合闸机构－止点及利用触头ABCD弹簧拉力FFQFB在力的作用下手柄不会自动松脱。第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：3.分合闸机构－止点及利用第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：4.平行四边形机构－运动不确定位置adbc13运动不确定位置a=c,b=d;平行双曲柄机构3).加一辅助连杆第二节连杆机构的运动特性四、止点位置：4.平行四边形机构－消除运动不确定1).靠本身质量或附加质量的惯性2).加一辅助曲柄4).平行双曲柄机构多以短杆为机架，且不整周转动。演示PPT6-2-13第四节机构综合的代数式法列出运动参数与尺寸参数间的关系式，可人工计算出尺寸参数。*代数式法的优点：可以用人工计算完成；可考虑机构的某种运动和传力方面的特殊要求。*使用场合：实现的点位数较少或要求实现某些性能。一、按连杆给定位置的机构综合根据震实台的三位置设计四杆机构已知连杆上两转动副P、K的三位置第四节机构综合的代数式法一、按连杆给定位置的机构综合－演示a)给定连杆两组位置有唯一解。B2C2AD将铰链A、D分别选在B1B2，C1C2连线的垂直平分线上任意位置都能满足设计要求。b)给定连杆上铰链BC的三组位置有无穷多组解。A’D’B2C2B3C3DB1C1*用作图法设计四杆机构AB1C1B3C3B2C2第四节机构综合的代数式法一、按连杆给定位置的机构综合－推导B1C1AD已知带铰链B、C的连杆的三位置，设计四杆机构支座铰链(x,y)设动铰链(x1,y1);(x2,y2);(x3,y3)(x1-x)2+(y1-y)2=(x2-x)2+(y2-y)2(x1-x)2+(y1-y)2=(x3-x)2+(y3-y)213121213212221221321232123122yyxxyyxxxxyyyyxxyyyyx121212212221222yyxxxyyxxyyy代入B的坐标值xA=x;yA=y代入C的坐标值xD=x;yD=y二、按两连架杆的对应位置设计四杆机构1．铰链四杆机构XYiiDACB初位角*已知i=f(i),初位角、.AB+BC=AD+DCXYiiDACBad=1cbi为什么可取d=1？XYiiDACBad=1cbacos(+i)+bcosi=1+ccos(+i)iasin(+i)+bsini=csin(+i)DAad=1YiiCBcbiX未知参数a、b、c的非线性方程bcosi=1+ccos(+i)-acos(+i)bsini=csin(+i)-asin(+i)以上两式平方后相加，消去i。acos(+i)+bcosi=1+ccos(+i)asin(+i)+bsini=csin(+i)2a[c/acos(+i)-ccos(i-i+