连杆机构设计.ppt

1、1，2，31概述32平面4杆机构的基本类型和进化33平面4杆机构中有曲柄的条件，以及几个茄子基本概念34平面连杆机构的运动分析35平面连杆机构的力分析和机械效率36平面4杆机构设计37机器人操作器开放式链机构及其运动分析，1，连杆机构的构成由通过低对(Lower-pair)的多个刚性构件组成。可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。牙齿章节主要介绍平面连杆机构，仅简要介绍空间机构的机器人机构。4，1，平面链接机构：平面链接机构：所有零部件在徐璐平行平面内移动的链接机构。5，是所有元件在徐璐平行平面内均不移动的连结机构。2，空间链接机制：平面链接机制广泛应用于多种(动力、轻型、中型)机械和仪表。例如

2、：活塞发动机的曲柄滑球机构，缝纫机的踏板曲柄摇杆机构，飞机起落架，车门开关机构，8，2，连杆机构的特性，1，低辅助机构，运动对表面接触，压力小，承载能力大，耐冲击。2、其运动部件大部分是平面或圆柱面，制造比较容易，其本身的几何封闭保证了零部件运动，结构简单，工作可靠。3、可以达到不同的运动规律和特定的轨迹要求。实现特定运动规律的惯性体、实现特定轨迹要求的搅拌机、力大的挖土机和研磨机等。9，3-1)力大的挖掘机，用于研磨机。挖掘机、破碎机、10，3-2)用于实现各种运动规则要求。惯性屏，11，3-3)能够实现给定轨迹要求的混合器机构和步进输送机、混合器机构、步进输送机机构，但是由于平面连杆机构的

3、缺点，应用范围有所限制。例如，为了满足实际生产的要求，必须增加组件和体育对。这样不仅机构复杂，而且累积误差大，会影响传动精度。另一个例子是，平面连杆机构的惯性力不均衡，不适合高速传动(高速时会产生大震动和动态载荷)。另外，平面连杆机构的设计方法也很复杂，很难准确满足各种运动规律和运动轨迹的要求。1，从单自由度四杆机构研究到多自由度多杆机构的分析和合成。从运动学范围内的研究到力学方面的研究。2.由于计算机的普及，有很多智能CAD软件，用于多功能、易于使用的连杆机构分析和设计，为平面连杆机构的设计和研究奠定了坚实的基础。连杆机构的应用前景非常广阔。在平面连杆机构中，结构最简单、应用最多的是四杆机构

4、，其他多杆机构都在此基础上进行了扩展，牙齿章节着重讨论四杆机构及其设计。连杆机构的研究动力学、1、平面4杆机构的基本类型以及将所有运动对作为旋转对应用的4杆机构称为铰链4杆机构。如图3-4a所示，是平面四杆机构的最基本形式。图3-4a，a曲柄：与机架连接并进行全主旋转的组件。b连杆：与机架无连接的平面运动组件；c摇杆：与机架连接并往复摆动的组件；d机架：加载a、c链路。16，铰链4杆机构可分为以下三种茄子类型1，曲柄摇杆机构，铰链4杆机构的两个连杆之一可以进行整个主转动，另一个只能进行往复摆动的机构。17，2，双曲柄机构，铰链4杆机构的两个连接杆都是一周都可以旋转的机构。在双曲柄机构中，如果两

5、个相对杆平行，则称为平行双曲柄机构(图39)。牙齿机制的特点是两个曲柄可以同时以相同的角速度旋转，链接平行移动。图310a所示的机车蟑螂驱动机构和图310b所示的照片平台提升机构都是应用实例。，在图39、图310、图311a所示的双曲柄机构中，其边长度也相同，但BC杆与AD杆不平行，两个曲柄AB和CD旋转方向也相反。这称为半平行四边形机构。图311b所示的门开闭机构是以使用半平行四边形机构移动时两个曲柄向相反方向旋转，同时打开或关闭两个门为目标的应用实例。图311，20，3，双摇杆机构，双摇杆机构3360铰链4杆机构中，有两个一周不能旋转。如图312所示，起重机的双摇杆机构ABCD将悬挂的重物

6、靠近地平线移动，防止不必要的上升并消耗能量。在双控制杆机构中，如果两个操纵杆的长度等于等腰梯形机构，则是图313中的汽车前轮转向机构。22，前面介绍的三个茄子铰链四杆机构远远不能满足实际工作机器的要求。实际应用中经常使用具有多种形状、结构和特性的四杆机构。这种类型的四杆机构可以看作是铰链四杆机构通过多种方法进化而来的。这些进化机构扩大了平面连杆机构的应用，丰富了其内涵。2，平面连杆机构的演化，23，1，改变相对杆长度，将旋转对演化为移动对，在曲柄摇杆机构中，当操纵杆的杆长度无限增加时，将与连杆相关联的旋转对转换为移动对。曲柄滑球机构，24，曲柄滑球机构偏心轮机构，曲柄的实际尺寸非常短，传递大功

7、率时，可以使曲柄成为几何中心和旋转中心距离等于曲柄长度的圆盘。牙齿机构通常称为偏心轮机构。25，双滑球机构，在图314b的中心曲柄滑球机构中继续改变杆2的长度，可以将辅助C转换成移动对，并演化成双滑球机构(图315)。这种仪器经常适用于仪表和解算装置。26，原理：每个组件之间的相对运动保持不变。(1)变化铰链4杆机构的机架是图3-4所示的3茄子铰链4杆机构，各个构件之间的相对运动和长度保持不变，但是选择不同的构件作为机架，演变为具有不同的结构风格、运动特性和用途的下三个茄子机构。2，选择其他组件作为机架，图3-4，27，(2)变更单个移动辅助机构的机架，将图314b所示的相反曲柄滑球机构重新选

8、择为机架，可以演变为具有以下各种运动特性和用途的机构：图314b，图316，在选定组件1牙齿机架(图316a)中，每个组件的外观和相对运动关系保持不变，但在可沿块3旋转(或摆动)的组件4(称为导向)中相对移动。图314b所示的曲柄滑球机构演化为旋转。差异？摆动杠杆机构，摆动杠杆机构能否恢复到曲柄滑球机构？-嗯？可用于旋转油泵、牛头刨床、插入机等机器的摆动杠杆机构。图317中所示的小刨子和图318中的牛头刨子分别是旋转导向机构和摆动杠杆机构的应用实例。图317，图318，如果可选组件2是机架，则滑球3可以围绕机架的铰链C摆动，此时演变为曲柄摆动机构(图316B)。图319广泛用于机器、液压驱动和

9、气动装置。图319示出了驱动Y54插齿刀的插齿刀的机构，以及图320所示的自卸车的翻转机构。都是曲柄摆动机构的应用实例。图316b，图319，图320，选择曲柄滑球机构的滑球3作为机架(图3-16c)，演化为移动杠杆机构(或块机构)。它适用于手摇动桶(图321)和双作用式泵等机器。，在图3-16c、图321，33、(3)变更双移动附属机构的机架、图3-15和图3-22a所示的具有两个移动副的四杆机构中，选择滑球4作为机架。这称为正弦机制。如果选择印刷机、图322、图3-15、组件1作为机架(图322b、图322b、图3-22e、组件3作为机架(图322c)，则牙齿机制将演变为双滑球机制，并经常

10、用作椭圆系统(图3222 c)，图322，摘要：平面连杆机构的演化，37，1，铰链4杆机构具有曲柄的条件，图324所示的饺子链4杆机构中组件1，2，3，4的杆长度分别为A，B，C，D，以及根据前曲柄定义的杆1牙齿杆1和杆4共线。在图324、B2C2D中， adbc(3l)可以从B1C1D中获得， b(da)c或c(da)b可以获得abdc (32) acdb (33)。集成解析式(3l)表达式(36)和图324可以获得铰链4杆机构具有曲柄(包括完整旋转对)的条件。l)最短杆和最长杆长度之和小于或等于其他两个杆长度之和。2)最短的拉杆是连杆或机架。41，铰链4杆机构有曲柄的另一种证明方法。在牙齿

11、章节中，当最短的杆是连接杆时，牙齿铰链4杆机构成为曲柄摇杆机构(图325a，B)。在牙齿时刻，在最短条AB的整个周旋转过程中，与链接BC的相对旋转也是整个周(即360)，图325a，B，力的作用线和力的作用点C点绝对速度VC夹紧的锐角称为压力角。正如力的分解一样，速度方向的有效分力FtFcos、垂直Ft的分力FnFsin、力Fn只能产生铰链C、D的压力。越小越好。换句话说，Ft越大越好。这样传动就灵活高效。总之，希望压力角越小越好。图326，46，2，传动角，图3-26中的压力角的剩余角度由传动角定义。上述分析表明，传动角越大(越小)，对传动有利。因此，为了确保设计的机构具有良好的传动性能，通

12、常需要创建最小传动角min400，如果传动力矩较大，则需要创建min500。具体设计铰链4杆机构时，应确保满足最小传动角min牙齿要求。如图3-26所示，在连接2和控制杆3之间的角度为锐印的情况下，钝角为1800-。如图326所示，角随曲柄角的变化而变化。当机构位于任何位置时，可以从图326中的两个三角形ABD和BCD中获得以下关系：在上述两个表达式中，如(3-7)分析公式(37)所示，角度根据每个杆长度和导引角而变化。(锐角)；或1800-(钝角)，因此只有在曲柄旋转一周时(03600)，最小传动角为min或max时才会出现。通过，(38)，公式(38)求出可能出现最小传动角的两个位置，比较

13、上述两个表达式，找出其中的较小角度。、)具体的计算过程参照1032。，(3-9)，51，3，急回运动和行程速度比率系数，单极角度对应于图327所示的曲柄摇杆机构中曲柄AB逆时针转动一周时的两个极限位置C1D和C2D。在牙齿情况下，曲柄和连杆位于两个共线位置，通常放入曲柄。图327，52，2急回运动，如图所示，曲柄逆时针转动1角(AB1AB2)时，操纵杆逆时针转动角度(C1DC2D)，并将时间设置为t1。曲柄旋转继续2角(AB2AB1)时，游戏杆顺时针旋转相同大小的角度(C2DC1D)，然后设置为T2。通常推1的运动角度，2称为往复运动角度。如图所示，控制杆往返摆动的平均角速度分别为和。可以看到

14、：曲柄等速旋转时，通常摇杆往返摆动速度慢的其他运动称为急回运动。54，问题讨论：曲柄摇杆机构极顶角为0的条件，55，3，移动速度比系数，4杆机构从动轮移动平均速度与操作移动平均速度的比率为移动速度比系数，K表示(K1)，移动速度比系数K与极上角度的关系为3360，用公式分析，偏移曲柄滑球机构和导向机构为许多机器利用机构的突然特性，节约空行程的时间，节约动力，提高生产率。像牛头刨床采用的导向机制一样起了这样的作用。图328，57，牛头刨床导向机构的快回过程模拟，58，4，机构的死点位置，1，死点位置，返回位置死点位置，从动件的传动角指向零点机构的位置。在图3-29中，当活动控制杆CD处于两个极限

15、位置时，从动轮曲柄AB的传动角为0，机构位于当前四点位置。如果曲柄AB是主动的，则游戏杆在牙齿时的两个极限位置称为返回点位置。图3-29，59，2，说明了该机构中四点位置的作用，当驱动机构处于四点位置时，驱动从动机构的有效转动力矩为零，该机构的四点对传动不利。在实际设计中，必须采取措施，确保顺利通过死点位置。例如，对于连续工作的机器，惯性大的飞轮，1，单缸四冲程内燃机可以通过飞轮的惯性通过死点位置。2、缝纫机根据皮带轮的惯性通过四点。此外，还可以错误地定位机构的四点位置，例如图330所示的蒸汽机车蟑螂联动机构。在两组左右蟑螂的曲柄滑球机构中，曲柄AB和AB位置交错900。双摇杆机构也有死点位置

16、，在实际设计中，为了避免死点位置，经常使用限制摆动条的角度。图330，在双曲柄机构中，从动轮连续旋转没有极限位置，则没有死点位置。但是，需要注意的是，在平行双曲柄机构中，当两个曲柄与机架(长杆)共线时(图331)，驱动曲柄CD可以正向和反向旋转，机构运动不确定。也就是说，平行双曲柄机构可以是反向双曲柄机构。为了消除这种可能性，在实际设计中，通常将质量附加到从动轮曲柄上，使用惯性导向装置，或将辅助曲柄EF安装在平行双曲柄机构ABCD上(图330)。图331，图330，机构的死点位置并不总是起到否定的作用。工程实际中也经常利用死点位置达到一定的工作要求。例如飞机的起降机构(图332)，飞机着陆时机构处于死点位置，可以承受着陆冲击。另外，钻头夹具(图333)是使用死点位置夹紧工件，此时，即使工件的反力再大，也可以确保钻孔时工件不松动。图332，图333，1，研究机构运动分析的目的和方法的机构的运动分析是对机构的变位、速度和加速度的分析。牙齿部分不考虑机构外力和零部件的弹性变形等影响，仅在已知先导运动规律的条件下分析机构其馀零部件