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机械原理第三章

第三章
§3-1 概述
连杆机构分析和设计
§3-2 平面四杆机构的基本类型及演化
§3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念 §3-4 平面连杆机构的运动分析 §3-5 平面连杆机构的力分析和机械效率 §3-6 平面四杆机构设计
*§3-7 空间连杆机构与机器人机构
本章小结 返回
3-1 概述
一、定义与分类
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
一、平面四杆机构的基本类型及应用
连杆 周转副 连架杆 曲柄 周转副 机架
B
2
C
摆转副
3
连架杆 摇杆
1
A
D
摆转副
4
铰链四杆机构
平面四杆机构的基本类型是一个铰链四杆机构。
这个铰链四杆机构有三种基本形式。 1.曲柄摇杆机构
一个连架杆作整周转动;
一个连架杆作摆动;
连杆作平面运动。
双曲柄机构 曲柄摇杆机构
则没有整转副,获得双摇杆机构;
即无论取哪个为机架,均为双摇杆机构。
2、曲柄滑块机构有曲柄的条件
B1
B
a1
b
A
B2
2
3
e
C C C 2 1
曲柄滑块机构有曲柄的条件是:
构件1能通过AB1位置的条件是:
ae b
构件1能通过AB2位置的条件是:
ae b
ae b
3、导杆机构有曲柄的条件
max min
3 C
e
C1
C2
导杆机构的压力角
F
2
B
B1
a1
A
3
C
B2
α= 0° ;γ = 90°
具有良好的传力性能
三、急回运动和行程速比系数
1. 极位夹角
当机构从动件处于两极限位置时,主动件曲柄在两个相应 位置所夹的锐角
曲柄摇杆机构的极位夹角
C1
C
C
1
b B A
2

D
a
B1
2
2
B
B1
1
B
a
A
3
C
a
1
3
C
B1 B2
A
B2 d
d
ad
有曲柄,该机构是摆动导杆机构。
ad
有曲柄,该机构是转动导杆机构。
2
B
B1
a
3
1
C
A
B2


d
ad
有曲柄,该机构是转动导杆机构。
导杆机构总 是有曲柄的
转动导杆机构
4、偏置导杆机构有曲柄的条件
B
2
B1
B
C C 1
B1
a
1
3 C2
2
a
1
3
C2
AB与BC共线时 B 90 或者 B 0 机构有死点存在
曲柄滑块机构(曲柄为主动件)的死点
M A
B
vB
FB
M AB B 0
无死点存在
C F C C
vC e
FB
曲柄滑块机构(滑块为主动件)的死点
B v B
A
FB
B
有死点存在
e
vC C
C 0 FC
摆动导杆机构(导杆为主动件)的死点
ade
有曲柄,该机构是转动导杆机构。
a d e, a d e
二、压力角和传动角
F
V
S
W F S cos

压力角:力F的作用线与力作用点绝对速度V所夹的锐角 α称为压力角。 传动角:压力角的余角γ称为传动角
W F S cos
在其它条件不变的情况下压力角α越小,作功W越大 压力角是机构传力性能的一个重要指标,它是力的利用率大小 的衡量指标。
1
C
2
C
构件2为机架
2
2
构件1为机架
B
B
1
3
B
1
3
A
4
D
A
4
D
A
4
D
构件4为机架 曲柄摇杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构 构件3 为机架
C
2
2)改变机架——曲柄滑块机构演化 3)改变机架——双滑块机构演化
B
1
3
A
4
D
双摇杆机构
6、 改变运动副尺寸—— 曲柄演化为偏心轮
在曲柄摇杆机构中,若把曲柄端点的转动副半径扩大,使 它超过曲柄的长度,曲柄就演化成一个偏心轮,其偏心距为曲
2. 运动分析的基本方法 ◆图解法
◆解析法
◆实验法
二、用速度瞬心法对平面机构作速度分析 1. 什么是速度瞬心?
作平面运动的两个构件上瞬时相对速度等于零的点或绝对速度 相等的点(等速重合点),称为速度瞬心。 相对瞬心-重合点绝对速度不为零。
绝对瞬心-重合点绝对速度为零。
若机构中有m个构件,则
∵每两个构件就有一个瞬心
柄的长度。同样,曲柄滑块机构中曲柄端点的转动副半经扩大, 使它超过曲柄的长度,曲柄就演化成了一个偏心轮。
扩大转动副尺寸
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件 及几个基本概念
一、平面四杆机构有曲柄的条件
1、铰链四杆机构有曲柄的条件 2 b 1 Aa
C1
C
蓝色三角形成立 B1C1D
ad bc
C2
B
成立
必然成立
ac ab ad
a最短
最短杆与最长杆之和小于等于 其它两杆长度之和。 铰链四杆机 构有曲柄的 条件
◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和
◆最短杆是连架杆或机架
再看这个例子 a b d 构件a为什么不能整周回转?
c
a最短,d最长
a d ◆最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和 这是铰链四杆运动链有周转副的几何条件 b a d
DC1 DC2
C2
1
a
B2
b
a
c
B1
C1

b

D
c
时间: t 1


t1
A
2
d
DC2 DC1
t2
从动件c的平 均角速度:
DC1 DC2 : DC2 DC1 :
3 3


t1 t2
1 180 t1 1 1
t2
2 180 1 1
连杆机构中的构件多呈现杆的形状,故常称构件为杆。
连杆机构常用其所含的杆数而命名, 故有四杆机构、六杆机构等。
二、连杆机构的优点
• 承受载荷大,便于润滑 • 制造方便,易获得较高的精度
• 两构件之间的接触靠几何封闭实现
• 实现多种运动规律和轨迹要求
三、连杆机构的缺点
•惯性力不易平衡
•不易精确实现各种运动规律和轨迹要求
3 c
B2
b
D
B1
c
badc cadb
红色三角形成立 B2C2 D
a
d-a bc b d-a c c d-a b
d
ad
比较
ad bc d-a bc b adc b d-ac c adb c d-ab
ad bc d-a ad bc b d-ac adc b d-ac c d-a b a d b c d -a b ac ab ad
连杆作平面运动。
汽车转向机构 鹤式起重机
二、平面四杆机构的演化
平面四杆机构的演化方式
(1) 改变运动副类型
转动副 移动副
(2)
改变相对杆长
(3)
(4)
选不同构件作机架
改变运动副的尺寸
人们认为所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来的。
1、曲柄摇杆机构的演化
C 3
B
1
2
C
3
A
D
4
改变运动副类型 B 转动副变成移动副
(1)由若干刚性构件用低副联接而成的机构称为连杆机构 连杆机构又称为低副机构
(2)连杆机构可分为 空间连杆机构和 平面连杆机构 空间连杆机构
平面连杆机构
此类机构的共同特点:
机构的原动件1和从动件3的运动都需要经过连杆2来传动。
故此类机构统称为连杆机构。
机构中的运动副一般均为低副。故此类机构也称低副机构。
曲柄摇杆机构的压力角
BD a2 d 2 2adcos BD b c 2bccos
2 2 2 2
b 2 c 2 - a2 d 2 2adcos cos 2bc
δ max
b
Vc
Fn C γ
δ
c
α Ft
F
90

B a A d
δmin

3 t1 t 2 3
3. 行程速比系数K
通常把从动件往复运动平均速度的比 值(大于1)称为行程速比系数,用K表示。
K 从动件快速行程平均速度 3 从动件慢速行程平均速度 3
1 180 t1 1 1
3 3

C
1
3
D
4
改变构件 相对尺寸
3C
D
B
1
4
2
A
A
A
双转块机构
B
2
1
C
A
D
4
3
十字滑块联轴器
3、双摇杆机构的演化
B
1
B
1
2
C
2
C
B
1
2
C
改变运动副类型 3 转动副变成移动副
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