连杆机构的设计~~~

平面四杆机构的设计一、平面连杆设计的基本问题1.平面连杆机构设计的基本任务1)根据给定的设计要求选定机构型式；2)确定各构件尺寸，并要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。2.平面连杆机构设计的三大类基本命题1)满足预定运动的规律要求2)满足预定的连杆位置要求3)满足预定的轨迹要求（1）满足预定运动的规律要求要求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。满足两连架杆转角的预定对应位置关系要求的机构示例——车门开闭机构设计时要求两连架杆的转角应大小相等，方向相反，以实现车门的起闭满足预定运动的规律要求机构示例——对数计算机构近似再现函数y=logx的平面四杆机构（2）满足预定的连杆位置要求设计时要求连杆能依次点据一系列的预定位置。(又称为导引机构的设计)机构示例——飞机起落架机构设计时要求机轮在放下和收起时连杆BC占据图示的两个共线位置。（3）满足预定的轨迹要求设计时要求在机构运动过程中，连杆上某点能实现预定的轨迹。(又称为轨迹生成机构的设计)机构示例——鹤式起重机机构示例——搅拌机机构3.设计方法:1）解析法2）图解法3）实验法二、用图解法设计四杆机构1.按给定的行程速比系数K设计四杆机构——实现给定运动要求2.按连杆预定位置设计四杆机构——实现给定连杆位置（轨迹）要求3.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构——实现给定连架杆位置（轨迹）要求1.按给定的行程速比系数K设计四杆机构◆曲柄摇杆机构设计要求：已知摇杆的长度CD、摆角及行程速比系数K。设计过程：1)计算极位夹角：11180KK2)选定机构比例尺，作出极位图：GF(除弧FG以外)IMN90º-C1C2DPB1B2A3)联C1C2，过C2作C1MC1C2；另过C1作C2C1N=90-射线C1N，交C1M于P点；4)以C1P为直径作圆I，则该圆上任一点均可作为A铰链，有无穷多解。abACabAC21设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:222121ACACbACACaC2B2B1IGFC1C2DB1B2A——错位不连续问题A铰链不能选定在FG弧段不连通域90º-PAE2aIIOaObIC1C2D欲得确定解，则需附加条件：(1)给定机架长度d；(2)给定曲柄长度a；(3)给定连杆长度b(1)给定机架长度d的解：(2)给定曲柄长度a的解：作图步骤：abACabAC21证明：aACAC22122ACAEAEOOACaa(3)给定连杆长度b的解：I90º-PIIIE2bAC1C2DOaOb作图步骤：abACabAC21证明：bACAC22122ACAEAEOOACbb◆曲柄滑块机构已知条件：滑块行程H、偏距e和行程速比系数K设计过程：IMN90º-PB1B2A11180KKC1C2有无穷多解abACabAC21设曲柄长度为a，连杆长度为b，则:222121ACACbACACa已知条件：滑块行程H、偏距e和行程速比系数K唯一解（1）曲柄摇杆机构AC1C290°-OB1B2（2）曲柄滑块机构（3）对于导杆机构和偏置曲柄滑块机构（），可Y用同样方法设计。(2)Ａ点愈靠近ＦＧ点，最小传动角将愈小。Ａ点不能选在FG和C1C2两弧段内。否则运动将不连续结束◆摆动导杆机构对于摆动导杆机构,由于其导杆的摆角φ刚好等于其极位夹角θ，因此，只要给定曲柄长度LAB(或给定机架长度LAD)和行程速比系数K就可以求得机构。分析：由于θ与导杆摆角φ相等，设计此机构时，仅需要确定曲柄a。i.计算θ＝180(K-1)/(K+1)；ii.任选D作∠mDn＝φ＝θiii.取A点，使得AD=d,则:a=dsin(φ/2)已知：机架长度d，K，设计此机构。φ=θmndADθφ=θBADB2.按连杆预定位置设计四杆机构1)已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）2)已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）i.已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构ii.已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2、B3C3，设计四杆机构。i.已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构ii.已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计四杆机构1)已知连杆上两活动铰链的中心B、C位置（即已知LBC）i.已知连杆在运动过程中的两个位置B1C1、B2C2，设计四杆机构c12设计步骤：b12设计分析：铰链Ｂ和Ｃ位置已知，固定铰链Ａ和Ｄ未知。铰链Ｂ和Ｃ轨迹为圆弧，其圆心分别为点Ａ和Ｄ。Ａ和Ｄ分别在B1B２和C1C２的垂直平分线上。DAB1C1C2B2a)联B1B２，作垂直平分线b12铰链Ａb)联C1C２，作垂直平分线c12铰链D有无穷多解ADLDCLABLlllADCDAB11c23b23ii.已知连杆上在运动过程中的三个位置B1C1、B2C2、B3C3，设计四杆机构。b12c12AB1C1B3C3D唯一解ADLDCLABLlllADCDAB112)已知机架上固定铰链的中心A、D位置（即已知LAD）i.已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构ADE1F1E2F2设计方法——采用转化机构法(或反转法)转化机构法或反转法——根据机构的倒置理论，通过取不同构件为机架，将活动铰链位置的求解转化为固定铰链的求解设计四杆机构的方法。C2B2B2C21212AB1C1DAB1C1D1212A´D´转化机构法(或反转法)原理：其原理与取不同构件为机架的演化方法（称为“机构倒置”原理）完全相同，即相对运动不变原理。当给整个机构加一个共同的运动时，虽然各构件的绝对运动改变了，但是各构件之间的相对运动并不发生变化，亦即各构件的相对尺寸不发生改变。对转化后的机构进行设计与对原机构设计的结果是完全一样的，这样就可以将活动铰链位置的求解问题转化为固定铰链的求解问题。以连杆为相对机架的情况A´D´B2C2E2F2以连杆上任一线为相对机架的情况所得结果与以连杆为相对机架时相同，故设计时可以连杆上任意线为相对机架进行，结果相同。AB1C1DA´D´1212C1B1ADE1F1E2F2A´D´已知连杆在运动过程中的两个位置E1F1、E2F2，设计四杆机构——转化机构法(或反转法)的应用有无穷多解1111CBLDCLABLlllBCCDABADE1F1ii.已知连杆上在运动过程中的三个位置E1F1、E2F2、E3F3，设计四杆机构E2F2E3F3A’2D’2A’3D’3C1B1唯一解1111CBLDCLABLlllBCCDAB反转法或转化机构法的具体作图方法——为了不改变反转前后机构的相对运动，作图时将原机构每一位置的各构件之间的相对位置视为刚性体；用作全等四边形或全等三角形的方法，求出转化后机构的各构件的相对位置。这一方法又称为“刚化——反转法”。反转作图法只限于求解两位置或三位置的设计问题3.按两连架杆预定的对应位置设计四杆机构设计方法——采用转化机构法(或反转法)B2C2AB1C1D1212以连架杆为相对机架1)按两连架杆两个对应位置设计四杆机构2)按两连架杆三个对应位置设计四杆机构设计问题：12B2A1)按两连架杆两个对应位置设计四杆机构已知：机架长度LAD=d两连架杆对应转角12、12。设计：四杆机构12ld12121221B1B2C1B2´-12ADd有无穷多解1111CBLDCLABLlllBCCDAB2)按两连架杆三个对应位置设计四杆机构C1B3'13_B2'B1ADC1C2C312131213请求出B1讨论：1、哪个构件应成为相对机架？2、反转角为哪个？12_E3E212131213B1ADB2B3E1已知：机架长度LAD、一连架杆长度LAB及其起始位置、两连架杆对应转角12、12、13、13。设计四杆机构四杆机构及其特点平面四杆机构的类型平面四杆机构的基本性质平面四杆机构有曲柄的条件急回运动四杆机构传动角及压力角铰链四杆机构的运动连续性平面四杆机构的设计▲平面连杆机构设计的基本问题▲设计方法：解析法、图解法、实验法基本型式演化型式小结重点