《连杆机构》PPT课件.ppt

第 2 章 连杆机构,2.1 平面连杆机构的类型 2.2 平面连杆机构的工作特性 2.3 平面连杆机构的特点及功能 2.4 平面连杆机构的运动分析 2.5 平面连杆机构的运动设计 2.6 空间连杆机构简介,第 2 章 连杆机构,若干刚性构件通过低副联接而成的机构，称为连杆机构。,空间连杆机构,平面连杆机构：各运动构件均在相互平行的平面内运动,2.1 平面连杆机构的类型,2.1.1 平面四杆机构的基本形式,机架： AD 连架杆： AB、CD 连杆： BC,整转副： A、B 摆转副： C、D,铰链四杆机构:所有运动副均为转动副,曲柄摇杆机构,CD：摇杆,AB：曲柄,定轴转动,平面一般运动,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,平行四杆机构,双摇杆机构,摇杆? 连杆？ 曲柄？ 整转副？,铰链四杆机构,2.1.2 平面四杆机构的演化,【1】转动副转化为移动副,曲柄摇杆机构,低副运动可逆性：运动副特性不变,【2】取不同构件作机架,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,双摇杆机构,曲柄摇块机构,摆动导杆机构,【2】取不同构件作机架,曲柄滑块机构,【3】变换构件的形态,块杆互换,摇块与摆动导杆运动规律相同吗？,【4】扩大运动副尺寸,偏心轮机构,转动副转化为移动副 扩大运动副尺寸 取不同构件作机架 变换构件的形态,平面四杆机构的演化方法,曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构 曲柄滑块机构 摆动导杆机构 转动导杆机构 曲柄摇块机构 移动导杆机构 偏心轮机构,2.2 平面连杆机构的工作特性,2.2.1 运动特性,【1】 具有整转副的条件,AB整周转动 B1C1D和B2C2D成立,平面铰链四杆机构整转副存在条件：,满足杆长之和条件: 最短杆与最长杆长度之和 小于或等于 其他两杆之和. 最短杆两端的转动副为整转副。 此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存在曲柄。 不满足杆长条件则没有整转副，不存在曲柄，则是双摇杆机构。 以上为格拉霍夫定理,A,双曲柄机构,曲柄摇杆机构,平行四杆机构,双摇杆机构,铰链四杆机构,杆长条件不成立时,以最短杆AB为机架,以最短杆AB相邻构件AD为机架,以最短杆AB对面构件CD为机架,a + e b,曲柄滑块机构具有整转副的条件（自学）,【2】急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间,观察：摇杆处于左右极限位置时，曲柄的位置？,行程速比系数 K：,极位夹角 q（锐角）：摇杆处于两极限位置时曲柄两位置所夹的锐角。,下述机构是否有急回特性: 是否有极位夹角？,无急回特性的2机构，组合后？,【3】运动连续性,运动连续性：主动件连续运动时，从动件也能连续占据各个预期的位置。,从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。 从动件在哪个可行域内运动，取决于机构的初始位置。,2.2.2 传力特性,压力角与传动角,铰链四杆机构中，曲柄与机架拉直共线和重叠共线的两位置处出现的传动角中，必有一出为最小传动角,最小传动角的确定？,或,?,死点：传动角0，即有效分力等于零的位置,摇杆作原动件，出现“顶死”现象,a = 90,四杆机构是否有死点的判断：从动件是否与连杆共线,利用构件惯性,A：如何通过死点位置？,多套机构交错排列,B：利用死点位置工作,利用死点夹紧工件,飞机起落架,2.3 平面连杆机构的特点及功能,运动副形状简单、易制造 面接触，可以承受冲击力 从动件运动形式多样,惯性力不易平衡,实现位置、运动规律要求 实现远距离传动 .,实现多种运动轨迹,功能,特点,2.4 平面连杆机构的运动分析 位移分析：轨迹、位置要求，从动件的运动空间，运动干涉判断、确定机器尺寸 速度分析：为了分析机器动能和功率，从动件速度的变化，工作行程与空回行程，以及是加速度分析的基础 加速度分析：构件的惯性力/强度/振动/动力性能与加速度有关,2.4 平面连杆机构的运动分析,1. 图解法 速度瞬心法 矢量方程图解法 2. 解析法 杆组法：将一个复杂的机构按照机构组成原理分解为单杆构件和若干个比较简单的基本杆组；调用单杆构件和基本杆组的运动分析程序进行运动分析。 多体运动分析,2.4.1 速度瞬心及其应用,1）速度瞬心的概念：两个刚体上相对速度为零的重合点。 如果两刚体之一是静止的，其瞬心为绝对速度瞬心。 如果两刚体都是运动的，其瞬心为相对速度瞬心。 2）速度瞬心数目： 如果一个机构由k个构件所组成，则它的瞬心总数为：N=k(k-1)/2,3）速度瞬心的位置:,两构件通过转动副直接相连,两构件通过移动副直接相连,3）速度瞬心的位置:,两构件通过高副直接相连,3）速度瞬心的位置:,不直接连接的两构件的瞬心：,三心定理:作平面运动的三个构件共有三个瞬心，它们位于同一直线上。,速度瞬心法,小结： 常用在构件较少的机构中，不适用多杆机构 找瞬心时，可根据实际情况找所用的瞬心 只适用于速度分析，不适用加速度分析 只适用一个或几个位置的求解，不适于多位置或一个周期内的速度、加速度分析,拆杆组,2.4.2 杆组法及其应用,杆组运动分析,计算流程图,杆组运动分析综合,布置免试题目1：复杂机构计算机模拟 题目1为认定免试资格题。 上交报告截止时间：10月25日（第7周星期一） 过截止日期提交报告不再批改，以0分计。,2.5 平面连杆机构的设计,问题一：刚体导引机构设计 引导一个刚体实现一系列给定位置（连杆）,2.5.1 平面连杆机构设计的基本问题,问题二：函数生成机构设计 主、从动连架杆运动规律具有给定的函数关系,问题三：轨迹生成机构设计 机构中某点可以实现预期的运动轨迹（连杆）,平面连杆机构设计方法： 图解法(直观简单、设计精度低） 解析法（精度高、计算量大） 实验法（复杂连杆机构、初步设计）,2.5.2 刚体导引机构的设计,要求：设计四杆机构，使得连杆通过 I、II、III三个位置,第 1 步：选定 B、C 点位置 第 2 步：找 A、D 点位置 第 3 步：联接 A、B1、C1、D，获得四杆机构,三点唯一确定一个圆，B、C确定后，A、D是确定的； B、C的位置可以根据实际情况确定，满足设计要求的四杆机构有无穷多个。,2.5.3 函数生成机构的设计,已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系,刚化反转改变机架,以CD杆为机架时，看到四杆机构ABCD的位置相当于把以AD为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以D轴为中心转过 得到的。,低副可逆性 机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形状不会随着参考坐标系不同而改变。,函数生成机构的设计,第 1 步：选B点，以 I 位置为参考位置，DF1 为机架,第 2 步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点,第 3 步：做中垂线，找C1 点,第 4 步：联接AB1C1D,思考？,函数生成机构设计 解析法,对应角位置需要连续的对应关系，只能近似满足,2.5.4 急回机构的设计(函数生成机构设计特例）,已知行程速比系数 K，以及从动件两个极限位置，设计四杆机构,急回机构的设计,思考：A点可以在FG弧上选取吗？,第 1 步：确定D、C1、C2点，计算 q,第 2 步：找 A 点,第 3 步：找 B 点,2.5.5 轨迹生成机构的设计,设计一个四杆机构，使得机构上 M 点的轨迹与给定轨迹近似,解析法,关键：建立连杆上M点的位置方程连杆曲线方程,1.建立坐标系,a, c, d, e, f, g,6个待定系数:,增加待定参数：g, h, j0,2.5.5 轨迹生成机构的设计,设计一个四杆机构，使得机构上 M 点实现给定轨迹,M（x，y）,a, c, d, e, f, g,解析法,精确实现9点,关键：建立M点的位置方程,连杆上点的位置方程连杆曲线方程,轨迹生成机构的设计 实验法,平面连杆机构设计小结,一、刚体导引机构设计：实现连杆3个预定位置（找圆心）,有关平面连杆机构设计的参考资料 张世民. 平面连杆机构设计. 高等教育出版社，1983：书中介绍了平面连杆机构的设计方法，及给出了应用实例。 陈立周. 机械优化设计. 上海科学技术出版社, 1982: 设定目标函数，如连杆上标志点的轨迹误差最小；根据所给的约束条件，如存在曲柄、传动角在许用范围内等，采用优化算法，对设计变量进行优化，得到目标函数的最优解。 曹惟庆. 连杆机构的分析与综合. 科学出版社, 2002：介绍了平面连杆机构解析法尺度综合和优化设计方法。,2.6 空间连杆机构,RSSR机构,RSSP机构,球面4R机构,CRSR机构,典型机构及命名,有关空间连杆机构设计的参考资料 张启先. 空间连杆机构的分析与综合（上）. 机械工业出版社，1984：书中介绍了空间连杆机构的设计方法。 谢存禧等. 空间机构设计. 上海科学技术出版社, 1996: 介绍了空间连杆机构的组成原理、运动分析、受力分析和设计方法。,本章重点小结,三、平面四杆机构的