滑块的行程.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章,平面连杆机构,第五章 平面连杆机构,参考文献,张策主编，,机械原理与机械设计,（下册），机械工业出版社，,2004,濮良贵主编，,机械设计,，高等教育出版社，,2006,其他机械设计的相关书籍,平面铰链四杆机构的基本形式及其演化。,平面四杆机构的若干基本知识。,平面四杆机构的基本设计方法。,本章重点,主要内容,第一节 概述,第二节 平面四杆机构的分类,第三节 平面四杆机构曲柄存在的条件,和几个基本概念,第四节 平面四杆机构的设计,第一节 概述,一、平面连杆机构,由若干刚性构件用,低副,联接而成的一种平面机构。,作用：,传递运动、放大位移、改变位移的性质。,送料机构,搅拌机构,二、平面连杆机构的特点,优点,结构简单，工作可靠，能实现多种运动规律和运动轨迹的要求；杆与杆间是低副联接，接触面积大、压强小、磨损小；制造容易。,缺点,各构件因是低副联接，存在间隙，传动精度低；不适用于高速传动。,三、,四连杆机构,是最基本的平面连杆机构,第二节 平面四杆机构的分类,机架,4,连杆,2,根据两连架杆运动形式的不同进行分类五种基本类型,1,2,3,4,1,连架杆,1&3,一、,曲柄摇杆机构,一个连架杆能作整周回转运动,-,曲柄,。,另一连架杆仅在一定角度范围内摆动,-,摇杆,。,曲柄原动件，摇杆从动件,曲柄的连续转动 摇杆的往复摆动,雷达天线的俯仰机构,摇杆原动件，曲柄从动件,摇杆的往复摆动 曲柄的整周转动,缝纫机踏板机构,压力,P,1,、,P,2,分别作用在两个波纹管上，推动与波纹管固联的轴,1,向右移动，驱动摆杆,2,，再经过曲柄摇杆机构,ABCD,，将摇杆,AB,的小转角传动放大为曲柄,CD,的大转角。,双波纹管差压计,二、,双曲柄机构,两连架杆均为曲柄，可作整周回转运动。,惯性筛,平行四边形机构,：相对两杆平行且相等,两曲柄以相同的角速度同向转动，连杆作平移运动。,机车车轮联动机构,平行机构,1,平行机构,2,三、,双摇杆机构,两连架杆均为摇杆，只能在有限范围内径往复摆动。,飞机起落架机构,鹤式起重机,E,点走出一近似直线轨迹,四、曲柄滑块机构,由曲柄摇杆机构演化而成。,演化过程,曲柄滑块机构型式,:,对心曲柄滑块机构 偏置曲柄滑块机构,应用,弹簧管压力表,内燃机,机械压力机工作原理图,五、,导杆机构,由曲柄滑块机构演变而来,曲柄为机架,导杆,类型,a.,转动导杆机构（杆,1,长度小于杆,2,）,b.,摆动导杆机构（杆,1,长度大于杆,2,）,1,2,4,3,摆杆,导杆,导杆小型刨床,应用 牛头刨床传动机构,A,B,C,D,E,第三节 平面四杆机构曲柄存在条件 和几个基本概念,一、,曲柄存在的条件,取决于机构各杆件的相对长度及机架的选择,四杆机构曲柄存在的,必要条件,为：1,）曲柄、机架之一是最短杆,2,）最短杆与最长杆的长度之和小于或等于 其余两杆长度之和（杆长条件）,必须同时满足，首先检查第二个条件：,如果不满足杆长条件，机构中不可能有曲柄，不管以哪个杆件为机架，只能构成双摇杆机构。,在满足杆长条件的前提下：,1.,若以最短杆为机架，则构成双曲柄机构,2.,若以最短杆任一相邻杆为机架，则构成曲柄摇杆机构。,3.,若以最短杆相对的杆为机架，则构成双摇杆机构。,二、压力角与传动角,压力角,：从动件,CD,上,C,点所受作用力的方向与该点速度方向之间所夹的锐角。,越小，传动效率越高。,传动角,：连杆与从动件所夹的锐角，压力角的余角。,90-,，,越小，越大，,传动效率越高。,一般,min,40,驱动力,1-,主动件,曲柄摇杆机构的最小传动角将出现在曲柄与机架两次共线的位置，比较即得,min,。,三、死点位置,机构运转时，,摇杆为主动件,，当连杆与,从动件,处于共线位置时，经连杆作用于从动件上的力,F,通过从动件的铰链中心，使驱动从动件的有效分力为零，不论力,F,多大，都不能使从动件转动。,主动件,对于平行四边形机构，当曲柄与连杆共线时，传动角为零，同时整个机构的构件重合为一条直线，这时从动曲柄,CD,存在正、反转两种可能，称为,转向点,。,克服死点、转向点的方法,1,在从动件上安装转动惯量大的飞轮。,缝纫机踏板机构,2,相同机构错位排列,汽车发动机死点位置利用,利用死点位置实现特定的工作要求,1.,飞机起落架机构,落地后作用力不会使,起落架反转保证飞机安,全可靠降落。,2.,夹具夹紧机构,机构不会松脱,3.,开关机构,保证融点可靠接触,三行程速度变化系数,急回特性,摆动导杆机构,，,曲柄,AB,等速逆时针回转，,由,BB”(,1,=180,+,),由,B”B(,2,=180,-,),，摆动角度同为,，但,1,2,，故,1,0,有急回特征,0,有急回特征,第四节 平面四杆机构的设计,平面四杆机构设计,-,根据给定的运动条件，确定机构运动简图的尺寸参数。,平面四杆机构设计，主要有两类问题：,实现给定从动件的运动规律（位置，速度，加速度）,实现给定的运动轨迹,平面四杆机构的设计方法,图解法、实验法、解析法,一、图解法,（一）按给定的行程速度变化系数设计四杆 机构,1.,曲柄摇杆机构,已知：,曲柄摇杆机构中摇杆,CD,长度和摆动角,max,、行程速度变化系数,K,设计：,四杆机构,分析,图示为要求设计的四杆机构的两个极限位置，铰链,A,的中心必在过,C,1,、,C,2,两点且圆周角等于,的一个圆上。,设计步骤,1),计算极位夹角,180,(K-1)/(k,1),2),按比例画出过,C,1,、,C,2,点，且圆周角等于,的圆。,3),按其它条件在圆上确定铰链,A,的位置,4),从图中量取,=b,a,，,=b,a,曲柄长度,连杆长度,2.,偏置曲柄滑块机构,已知滑块行程,S,，偏距,e,及行程速度变化系数,K,，设计此偏置曲柄滑块机构。,（二）按给定连杆的两个或三个位置设计四 杆机构,已知,：,连杆,BC,的三个位置,设计的实质是确定固定铰链,A,、,D,的位置,B,1,、,B,2,、,B,3,所在圆的圆心即为铰链,A,位置。,C,1,、,C,2,、,C,3,所在圆的圆心即为铰链,D,的位置。,若仅知道连杆,BC,的二个位置，可通过其它条件确定,A,、,D,位置,（三）按给定连架杆对应位置设计四杆机构,已知,:,曲柄,AB,及其三个位置，机架,AD,的长度，构件,CD,上某直线,DE,的三个位置。,分析,本设计的实质是求活动铰链,C,的第一个位置,C,1,。,可通过连架杆,AB,对,CD,的相对运动来确定铰链,C,的位置，即,将连架杆,CD,上某直线,DE,的第一个位置,DE,1,当作机架不动，连架杆,AB,看作连杆,采用反转法实现,AB,对,CD,的相对运动。,步骤：,1,、将四边形 分别刚性地绕,D,点反转，使 分别与 重合，则得到构件,AB,对机架,CD,相对运动的三个位置,（图中 未画出）。此时问题转化为给定连杆三个位置设计四杆机构。,2,、作 的中垂线，则交点为 。,E,1,二,.,解析法,（一）铰链四杆机构的传动特性及设计,（二）,曲柄滑块机构的传动特性及设计,（三）正弦、正切机构的传动特性及其设计正弦机构,正切机构,低副高代,正弦机构 正切机构,正弦机构的传动特性,是非线性机构,正切机构的传动特性,是非线性机构,应用,奥氏测微仪简图,立式光学比较仪简图,正弦机构原理误差,线性度盘,将,sin,展开，取前两项得,正切机构原理误差,设计原则,合理选择传动型式高精度仪器仪表中，多采用正弦机构，精度较低时一般采用正切机构。,条件相同时，正弦机构的原理误差是正切机构的,1/2,。,测杆移动副的间隙对正弦机构精度没有影响，但对正切机构影响大。,正切机构的结构工艺性比正弦机构好,把工作角度限制在很小范围内，尽量增大参数,a,的长度,摆杆长度的调整，即采用参数,a,可调整的结构,2),测量范围一定情况下，参数,a,增大，则工作角度 减小，从而 减小,3),采用参数,a,可调整的结构,正弦机构原理误差的调整,正切机构原理误差的调整,摆杆长度的调整结构,偏心调整结构,螺钉调整结构,弹性摆杆结构,摆杆支撑间隙的,影响与消除,错误的机构原点位置,a),正弦机构,b),正切机构,本章难点：,本章难点是采用反转法设计四杆机构,反转法包含两个概念：,1.,刚化,2.,反转,刚化：将四杆机构运动中每一位置时各构件的相对位置固定起来，把此位置时的四个构件整体视为一个刚体。,反转：利用相对运动的原理，将各位置时的刚体 反方向转动，使各位置选定的基线都与此基线的初始位置重合，将求活动铰链中心的问题转化为求固定铰链中心的问题。,机械式测量仪表的组成,灵敏元件,传动机构,示数装置,p,s,将感受的物理量转换为元件的变形位移。,如：弹簧管流体压力,真空膜盒高空至地面的距离,双金属片温度,解析法设计曲柄滑块机构,机械式测量仪表的组成,灵敏元件,传动机构,示数装置,p,s,指针，,等分刻度度盘,将灵敏元件位移传动到指针,机械式测量仪表的组成,灵敏元件,传动机构,示数装置,p,s,因灵敏元件的转化特性存在误差，故要求传动机构：,具有调整环节以改变传动比；具有非线性补偿功能，以校正敏感元件特性的非线性误差。,曲柄滑块机构作为传动机构，可实现上述要求：,调整构件尺寸可改变传动比；曲柄滑块机构传动特性具有非线性，利用其非线性可以抵消灵敏元件非线性误差，使仪表测量精度满足要求。,解析法设计曲柄滑块机构,一、曲柄滑块机构的传动特性,滑块位移,S,与曲柄转角,之间的关系称为曲柄滑块机构的传动特性。,S,f(,),A,B,C,s,e,a,b,+,0,0,曲柄滑块机构,y,x,C,O,曲柄滑块传动特性方程,当滑块为主动件时，机构的传动比：,为简化计算，便于制成相应图谱，特引入无量纲系数：,滑块相对位移 连杆相对长度,相对偏距,代入曲柄滑块特性传动方程得：,得相对传动比：,i,a,|,=0,=1,相对传动比和绝对传动比之间的关系,1,若确定，则得,i,a,-,图谱,曲柄滑块机构的曲线,1,i,a,二、非线性补偿设计举例：压力表设计中的曲柄滑块机构,（一）压力表设计任务要求：,a,.,测量范围,0,1Mpa,b,.,指针、度盘示数，度盘标度,角,270,，等分刻度,c,.,压力表精度为,1.5,级,解析法设计曲柄滑块机构,压力表测量允许误差,1.5,级表测量允许误差为：在测量范围内任一压力处测量值与标准值（标准表的示值）之差小于满幅压力,p,max,1.5%,。,即仪表允许误差,为,1Mpa,1.5%,0.015Mpa,若压力表示值曲线全部在两条平行虚线内，仪表为合格。,图中在满幅压力和中间一段压力处测量误差大于允许误差，为不合格！,P(,Mpa,),270,1,0,压力表示值,标准表示值,测量允许误差二）弹簧管特性,测量压力的敏感元件弹簧管,自由端封闭,在被测压力,p,的作用下，弹簧管自由端沿固定方向产生直线位移,s,，该直线与自由端切线,t-t,成,角，由弹簧管中心角,0,决定。即,f,(,0,),。,自由端位移,s,与压力,p,成正比，即,s=,K,s,p,，故弹簧管具有线性转换特性。,R,0,0,O,t,t,s,p,C,（三）线性传动方案,弹簧管,齿轮传动,指针度盘,p,s,(,线性转换,),(,线性传动,),(,线性刻度,),O,t,t,s,p,C,批量生产中的弹簧管特性离散度很大，并存在非线性，造成满幅测量值或某一段测量值超差。而齿轮为恒定传动比传动，对传动比没有调整功能。故此方案不能满足仪表测量精度要求。,O,t,t,s,p,C,（四）加入曲柄滑块机构进行非线性补偿方案,采用二级放大传动，第一级为曲柄滑块机构，用于非线性补偿，应按近似线性传动特性设计机构参数；第二级为齿轮传动。,弹簧管,齿轮,指针度盘,p,s,(,线性转换,),(,线性传动,),(,线性刻度,),曲柄滑块,(,近似线性传动,),曲柄滑块机构设计的原始数据,滑块最大位移,s,max,：,s,max,即弹簧管满幅压力,时位移。,曲柄工作转角,g,：,g,=270,/i,2,i,2,二级齿轮传动比,O,t,t,s,p,C,0,e,B,A,E,a,b,曲柄滑块机构的设计步骤,初步选定曲柄滑块,机构的,、的值，即,在 曲线谱中选定,一条曲线。,i,a,=1,4,O,i,a,曲柄滑块机构设计步骤,确定曲柄滑块机构的工作区间。因其传动特性为近似线性，故工作区间在极值点附近。,以一定步长，利用式,搜索曲线极值点,e,。,以极值点,e,对称分布找出初始角,0,(H,点,),和终止点,z,(F,点,),，及对应的,i,aH,、,i,aF,。,有,0,e,g,/2,z,e,g,/2,e,i,a,=1,4,O,i,a0,0,Z,i,aF,i,aH,H,F,g,1,曲柄滑块机构设计步骤,求,机构参数,传动比,i=,g,/s,max,相对传动比的平均值,i,am,=(,i,aH,+i,a0,)/2,或,i,am,=(,i,aF,+i,a0,)/2,曲柄长,a,=,i,am,/i,连杆长,b=,a,偏距,e=,a,i,a,=1,O,i,a0,0,Z,i,aF,i,aH,H,F,g,O,t,t,s,p,C,0,e,B,A,E,a,b,压力表示值的校正过程,1,、满幅测量值调整,改变曲柄,AB,长度,a,（曲柄长,a,与传动比,i,反比）,实现在零点示值,和满幅点示值的准确性,2,、示值非线性补偿,中段示值误差超过允许值,P(,Mpa,),270,1,0,压力表示值,标准表示值,满幅测量值调整,斜率过小,斜率过大,为实现测量值的非线性补偿，应增大低端传动比和减小高端传动比。,F,g,i,a,=1,=4,O,i,a0,0,Z,i,aF,i,aH,H,P(,Mpa,),270,1,0,初始端,|,0,|,增大,H,点左移,i,aH,增大,终止端,z,减小,F,点左移,i,aF,减小,示值非线性补偿措施：,在结构设计上将曲柄轴,A,安装在一组上下夹板上，夹板可绕中心轴,O,调整，,A,轴位置发生改变。,O,t,t,s,p,C,0,e,B,A,E,a,b,允许弹簧管的离散度和非线性度有一定的误差，最后通过校表过程使之满足,1.5,级表的测量精度要求。,P(,Mpa,),270,1,0,压力表示值,标准表示值,非线性校正测量结果,小结,设计测量仪表不仅要满足测量精度要求，还要考虑制造的工艺性和成本。满足仪表测量精度要求不能一味提高零件精度，需要安排调整环节和校正环节，以降低生产成本。所以很多高精度仪表是通过校正的方法来实现测量精度的。,