《四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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1、設(shè)計(jì)：潘存云,,,,,,,一、按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),1) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu),計(jì)算180(K-1)/(K+1);,已知：CD桿長(zhǎng)，擺角及K， 設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。步驟如下：,任取一點(diǎn)D，作等腰三角形 腰長(zhǎng)為CD，夾角為;,作C2PC1C2，作C1P使,作P C1C2的外接圓，則A點(diǎn)必在此圓上。,選定A，設(shè)曲柄為l1 ，連桿為l2 ，則:,以A為圓心，A C2為半徑作弧交于E,得： l1 =EC1/ 2 l2 = A C1EC1/ 2,,A C2=l2- l1,= l1 =( A C1A C2)/ 2,C2C1P=90,交于P;,A C1= l1+l2,,設(shè)計(jì)：潘存云,設(shè)計(jì)：潘存云,,2)

2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),分析： 由于與導(dǎo)桿擺角相等，設(shè)計(jì)此 機(jī)構(gòu)時(shí)，僅需要確定曲柄 a。,計(jì)算180(K-1)/(K+1);,任選D作mDn，,取A點(diǎn)，使得AD=d, 則: a=dsin(/2)。,作角分線;,已知：機(jī)架長(zhǎng)度d，K，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)。,設(shè)計(jì)：潘存云,,,,3) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu),已知K，滑塊行程H，偏距e，設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu) 。,計(jì)算: 180(K-1)/(K+1);,作C1 C2 H,作射線C1O 使C2C1O=90,,以O(shè)為圓心，C1O為半徑作圓。,以A為圓心，A C1為半徑作弧交于E,得：,作射線C2O使C1C2 O=90。,作偏距線e，交圓弧于A，即為所求。,l1 =EC2/ 2,l2 = A C2

3、EC2/ 2,設(shè)計(jì)：潘存云,二、按預(yù)定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),a)給定連桿兩組位置,有唯一解。,,,,,將鉸鏈A、D分別選在B1B2，C1C2連線的垂直平分線上任意位置都能滿足設(shè)計(jì)要求。,b)給定連桿上鉸鏈BC的三組位置,有無(wú)窮多組解。,剛化反轉(zhuǎn)法,以CD桿為機(jī)架時(shí)看到的四桿機(jī)構(gòu)ABCD的位置相當(dāng)于把以AD為機(jī)架時(shí)觀察到的ABCD的位置剛化，以D軸為中心轉(zhuǎn)過(guò) 得到的。,低副可逆性； 機(jī)構(gòu)在某一瞬時(shí)，各構(gòu)件相對(duì)位置固定不變，相當(dāng)于一個(gè)剛體，其形狀不會(huì)隨著參考坐標(biāo)系不同而改變。,第 1 步：選B點(diǎn)，以 I 位置為參考位置，DF1 為機(jī)架,第 2 步：用剛化反轉(zhuǎn)法求出 B2、B3 的轉(zhuǎn)位點(diǎn),第

4、3 步：做中垂線，找C1 點(diǎn),第 4 步：聯(lián)接AB1C1D,教學(xué)基本要求,2. 能根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件，熟練判斷鉸鏈 四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型。,1.了解組成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件的名稱，熟悉鉸 鏈四桿機(jī)構(gòu)的等基本概念。,3. 掌握按行程速比系數(shù)和給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī) 構(gòu)的作圖法 。,重點(diǎn)與難點(diǎn)分析,本章重點(diǎn)：平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性及其設(shè)計(jì)； 本章難點(diǎn)：用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 。,1.極位夾角：機(jī)構(gòu)中從動(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，原動(dòng)曲柄的相應(yīng)兩位置之間所夾的銳角。,，表示機(jī)構(gòu)具有急回特性，且極位夾角愈大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)就愈顯著，所以，要判斷一個(gè)機(jī)構(gòu)是否有急回特性，就要找出極位夾角。,例如，一

5、個(gè)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其極位夾角 機(jī)構(gòu)就沒(méi)有急回特性；但一個(gè)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，因其極位夾角 ，機(jī)構(gòu)就有急回特性；擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的擺角與其極位夾角相等，它有急回特性，但轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就沒(méi)有急回特性 。,2.壓力角與傳動(dòng)角：在四桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)不計(jì)摩擦?xí)r，主動(dòng)件通過(guò)連桿作用在從動(dòng)件上的力的作用線與其受力點(diǎn)出的速度方向之間所夾的銳角，稱為機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角，而把壓力角的余角，即連桿與從動(dòng)搖桿所夾的銳角，稱為傳動(dòng)角。,它們常用來(lái)衡量機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。傳動(dòng)角愈大，即壓力角愈小，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能愈好，效率愈高。,多數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的傳動(dòng)角是變化的。為了使機(jī)構(gòu)傳動(dòng)質(zhì)量良好，一般規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 。為了檢查機(jī)構(gòu)

6、的最小傳動(dòng)角，需要確定最小傳動(dòng)角的位置。通過(guò)分析可知：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一；曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路垂直的位置；導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在任何位置最小傳動(dòng)角都等于90o。,3. 死點(diǎn)：當(dāng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)傳動(dòng)角 時(shí)，其壓力角=90o，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的原動(dòng)件通過(guò)連桿作用于從動(dòng)曲柄上的力恰好通過(guò)從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)副中心，致使從動(dòng)件不能轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的這種位置，稱為死點(diǎn)位置。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若以搖桿或滑塊為主動(dòng)件，則曲柄與連桿共線的位置，就是死點(diǎn)位置。,注意：死點(diǎn)、自鎖與機(jī)構(gòu)自由度小于等于零的區(qū)別。自由度小于等于零，表明機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件間不可作相對(duì)運(yùn)動(dòng)；死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)

7、構(gòu)所處的特殊位置，可,借助慣性或采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法，使機(jī)構(gòu)能順利通過(guò)死點(diǎn)位置而正常運(yùn)轉(zhuǎn)；而自鎖是指機(jī)構(gòu)在考慮摩擦的情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的作用方向滿足一定的幾何條件時(shí)，雖然機(jī)構(gòu)的自由度大于零，但機(jī)構(gòu)仍無(wú)法運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。,4. 平面四桿機(jī)構(gòu)的作圖法：用作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)是根據(jù)設(shè)計(jì)要求及各鉸鏈之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幾何關(guān)系通過(guò)作圖來(lái)確定四個(gè)鉸鏈的位置。,根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)可分為三種類(lèi)型。,1）按給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) （重點(diǎn)）,已知：行程速比系數(shù)K，搖桿CD的長(zhǎng)度lCD ，搖桿的 擺角，設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。,設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是：確定曲柄的固定鉸鏈中心A 的位置，進(jìn)而定出其余三桿長(zhǎng)

8、度。,設(shè)計(jì)方法是：先根據(jù)行程速比系數(shù)K 由公式 求出極位夾角，根據(jù)幾何條件作出搖桿的兩個(gè)極限位置C1D和C2D；由C1、C2點(diǎn)各作與C1C2 連線夾角為 的直線相交于O點(diǎn)；以O(shè)點(diǎn)為圓心，OC1為半徑畫(huà)圓，A 點(diǎn)即在此圓上，可由其它附加條件確定。,2）用作圖法按兩連架桿預(yù)定的對(duì)應(yīng)位置 設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì)方法是：此類(lèi)問(wèn)題剛固反轉(zhuǎn)法進(jìn)行設(shè)計(jì) （重點(diǎn)）,3）按預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)：,設(shè)計(jì)方法是：此類(lèi)問(wèn)題可用求圓心法來(lái)解決，即作鉸鏈B各位置點(diǎn)連線B1B2 、B2B3的中垂線，兩中垂線的交點(diǎn)即為固定鉸鏈中心A。同理，作鉸鏈C各位置點(diǎn)連線C1C2、 C2C3的中垂線，兩中垂線的交點(diǎn)即為固定鉸

9、鏈中心D。,已知：連桿BC的三個(gè)預(yù)定位置B1C1、B2C2和B3C3,設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是：求固定鉸鏈中心的位置,若僅給定連桿BC的兩個(gè)預(yù)定位置，則設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)有無(wú)窮多解。,典型例題分析,例2-1 在圖2-1a 所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，已知各桿長(zhǎng)度為lAB =20mm，lBC=60mm，lCD=85mm， lAD=50mm ，,1、試判斷該機(jī)構(gòu)是否有曲柄； 2、判斷此機(jī)構(gòu)是否存在急回特性？若存在，試確定其極位夾角，并估算行程速比系數(shù) ； 3、若以構(gòu)件AB為主動(dòng)件，畫(huà)出機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角的位置； 4、在什么情況下機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)位置？,圖2-1,解：1、因?yàn)閘AB+lCD=20+85=105mm< lBC+l

10、AD=60+50=110mm 且連架桿AB為最短桿,故，AB桿就是曲柄，該機(jī)構(gòu)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu),2、取比例尺=1mm/mm ，作搖桿CD處在兩個(gè)極限位置時(shí)的機(jī)構(gòu)位置圖 AB1C1D 和 AB2C2D ，如圖 b 所示。圖中，C1 AC2 為極位夾角。,由圖中量得：=59o,故該機(jī)構(gòu)有急回特性。,故，可求得：K= ( 180o+ ) / ( 180o ) = ( 180o + 59o) / ( 180o - 59o) = 1.98,3、若以曲柄AB為主動(dòng)件，則機(jī)構(gòu)在曲柄AB與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置之一存在最小傳動(dòng)角min,由圖可得：min= BCD =15o,4、當(dāng)以搖桿CD為

11、主動(dòng)件，則從動(dòng)件AB與連桿BC共線的兩個(gè)位置AB1C1D和AB2C2D，即為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。,自 測(cè) 試 題,一、 判斷題（正確：T，錯(cuò)誤：F）,1.平面連桿機(jī)構(gòu)是低副機(jī)構(gòu)，其接觸處壓強(qiáng)較小，因此適用于受力較大的場(chǎng)合。,2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過(guò)機(jī)架的轉(zhuǎn)換，就一定可以得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。,3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如有曲柄存在，則曲柄必為最短構(gòu)件 。,4.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)沒(méi)有死點(diǎn) 。,答 案,5.在擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，曲柄在任何位置時(shí)其傳動(dòng)角均相同 。,6.極位夾角 0 的四桿機(jī)構(gòu)，一定有急回特性。,7.在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，只有當(dāng)曲柄與滑塊導(dǎo)路垂直時(shí)，

12、傳動(dòng)角才可能出現(xiàn)最小值。,8.傳動(dòng)角就是連桿與從動(dòng)件的夾角。,9.連桿機(jī)構(gòu)任一位置的傳動(dòng)角與壓力角之和恒等于90o。,10.從傳力效果來(lái)看，傳動(dòng)角越大越好，壓力角越小越好。,答 案,二、填空題,1.平面連桿機(jī)構(gòu)是構(gòu)件用______連接而成的機(jī)構(gòu)，當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副都是______ ，則稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。,2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式是____、 ____和___ 。它們是按照______來(lái)確定的。,3.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的桿稱為_(kāi) ___ ，不與機(jī)架直接連接的桿稱為_(kāi)___ ，用轉(zhuǎn)動(dòng)副與機(jī)架連接的桿稱為_(kāi)____。,4.機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置時(shí)，其傳動(dòng)角等于__，壓力角等于___。,5.

13、平行四邊形機(jī)構(gòu)的極位夾角=___ ,它的行程速比系數(shù)K____。,6.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化成其它形式的四桿機(jī)構(gòu)常有三種方法，它們是______、________和_______。,7.一對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若以滑塊為機(jī)架，則將演化成___________機(jī)構(gòu)。,8.曲柄為主動(dòng)件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)從動(dòng)搖桿處于兩極限位置時(shí)，________在該位置所夾的銳角，稱為極位夾角。,9.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，_____角越大，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利。,10.死點(diǎn)是指不計(jì)摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)所處的特殊位置，可借助_____或采用_____的方法使機(jī)構(gòu)能順利通過(guò)死點(diǎn)位置而正常運(yùn)轉(zhuǎn)。,三、選擇題,1.下面 不是平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

14、。,A. 運(yùn)動(dòng)副是面接觸，故壓強(qiáng)小、耐磨損； B. 運(yùn)動(dòng)副制造簡(jiǎn)單，容易獲得較高的制造精度； C. 容易實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換； D. 容易精確地實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。,答 案,2.四桿長(zhǎng)度不等的雙曲柄機(jī)構(gòu)，若主動(dòng)曲柄作連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)則從動(dòng)曲柄將________。,A. 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) B. 間歇轉(zhuǎn)動(dòng) C. 周期變速轉(zhuǎn)動(dòng) D. 往復(fù)擺動(dòng),3.平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)曲柄作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則從動(dòng)曲柄將______。,A. 勻速轉(zhuǎn)動(dòng) B. 間歇轉(zhuǎn)動(dòng) C. 周期變速轉(zhuǎn)動(dòng) D. 往復(fù)擺動(dòng),答 案,A. 改變導(dǎo)桿長(zhǎng)度 B. 改變曲柄長(zhǎng)度 C. 改變機(jī)架長(zhǎng)度 D.

15、 改變曲柄轉(zhuǎn)速,4.改變擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿擺角的有效方法是_____。,5.桿長(zhǎng)不等的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，若以最短桿為機(jī)架，則是___機(jī)構(gòu)。,A. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) B. 雙曲柄機(jī)構(gòu) C. 雙搖桿機(jī)構(gòu) D. 雙曲柄機(jī)構(gòu)或雙搖桿機(jī)構(gòu),答 案,6.當(dāng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)曲柄位于_______時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角最小。,A. 曲柄與連桿共線的兩個(gè)位置之一 B. 曲柄與機(jī)架相垂直的位置 C. 曲柄與機(jī)架共線的兩個(gè)位置之一 D. 搖桿與機(jī)架相垂直時(shí)對(duì)應(yīng)的曲柄位置,7.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的壓力角是指，在不計(jì)摩擦情況下，連桿作用于______上的力與該力作用點(diǎn)的速度間所夾的銳角。,A. 主動(dòng)件 B. 從動(dòng)件 C. 機(jī)

16、架 D. 連架桿,答 案,A. 2 個(gè) B. 3 個(gè) C. 4 個(gè) D. 5 個(gè),A. 90 B. 45 C. 60 D. 30,10.下列機(jī)構(gòu)中：1) 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、2) 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、3) 平行雙曲柄機(jī)構(gòu)、4) 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、5) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)原動(dòng)件均為曲柄時(shí)，上述_____機(jī)構(gòu)有急回運(yùn)動(dòng)特性。,9.擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=2， 則該機(jī)構(gòu)的擺角為_(kāi)_。,8. 有一對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄長(zhǎng)為100mm，則滑塊的行程是__________。,A. 50mm B. 100mm C. 200mm D. 400mm,答 案,一、判斷題 T、F、F、T、 T 、6T 、7F 、8F 、9T 、10T,答 案,三、選擇題 1D、 C、A、 B、D 、 6C 、7B 、 8C 、9C 、10B,,,,,,,,