连杆机构原理与计算.ppt

第,2,章 连杆机构,若干刚性构件通过低副联接而成的机构，称为连杆机构。,第,2,章 连杆机构,2.1,平面连杆机构的类型,2,.2,平面连杆机构的工作特性,2,.3,平面连杆机构的特点及功能,2,.4,平面连杆机构的运动分析,2,.5,平面连杆机构的运动设计,2,.6,空间连杆机构简介,2.1,平面连杆机构的类型,2.1.1,平面四杆机构的基本形式,AD,：,机架,AB,、,CD,：,连架杆,BC,：,连杆,A,、,B,：,整转副,C,、,D,：,摆动副,铰链四杆机构,A,B,C,D,连架杆：定轴转动,连 杆：平面一般运动,1,曲柄摇杆机构,AB,：,曲柄,CD,：,摇杆,2,双曲柄机构,AB,：,曲柄,CD,：,曲柄,平行四杆机构,3,双摇杆机构,AB,：,摇杆,CD,：,摇杆,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,平面连杆机构,铰链四杆机构,四杆机构,偏置曲柄滑块机构,对心曲柄滑块机构,转动副转化为移动副,2.1.2,平面四杆机构的演化,取不同构件作机架,低副可逆性,A,B,C,D,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄摇杆机构,转动副转化为移动副,取不同构件作机架,2.1.2,平面四杆机构的演化,曲柄摇块机构,摆动导杆机构,曲柄摇杆机构,转动副转化为移动副,取不同构件作机架,变换构件的形态,2.1.2,平面四杆机构的演化,扩大运动副尺寸,转动副转化为移动副,取不同构件作机架,变换构件的形态,扩大运动副尺寸,2.1.2,平面四杆机构的演化,曲柄摇杆机构,双曲柄机构,双摇杆机构,曲柄滑块机构,摆动导杆机构,2.2,平面连杆机构的工作特性,2.2.1,运动特性,具有整转副的条件,AB,整周转动,B,1,C,1,D,和,B,2,C,2,D,成立,整转副存在条件：,四杆长度满足,杆长条件,：最短杆与最长杆长度之和,小于或等于,其他两杆之和。,构成整转副的构件中必有一个是,最短杆,。,满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。,此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存,在曲柄。,不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。,以最短杆,AB,为机架,双曲柄机构,以最短杆,AB,相邻构件,AD,为机架,曲柄摇杆机构,以最短杆,AB,相邻构件,BC,为机架,曲柄摇杆机构,以最短杆,AB,对面构件,CD,为机架,双摇杆机构,杆长条件不成立时,双摇杆机构,Grashoff,定理,a+e b,急回特性：,表示回程所用时间小于工作行程所用时间,极位夹角,q,（,锐角）,行程速比系数,K,运动连续性,运动连续性：,表示主动件连续运动时，从动件也能连,续占据各个预期的位置。,从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。,2.2.2,传力特性,压力角,a,：,受力方向和运动方向所夹的锐角,传动角,g,：,压力角的余角,死点：有效分力等于零,g,=0,a,=90,利用构件惯性,多套机构交错排列,利用死点夹紧工件,飞机起落架,F=0,死点,自锁,2.3,平面连杆机构的特点及功能,运动副形状简单、易制造,面接触，可以承受冲击力,构件运动形式多样,惯性力不易平衡,实现远距离传动,实现多种运动轨迹,2.4,平面连杆机构的运动分析,运动分析内容：位移、速度、加速度,分析方法：图解法 解析法,瞬心法,相对运动图解法（矢量合成法）,杆组法,B,计算流程图,免试题目（,1,）：,2.13 or 2.14,第六周交,求解步骤,流程图,程序（语言不限）,结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线）,结果分析：有无问题？如何解决？,动态仿真,将,一个复杂问题分解为一些简单问题,将复杂问题转化为计算机可以解决的问题,FTP:166.111.52.6,2.5,平面连杆机构的设计,分析（,Analysis,）,设计（,Design,）,综合（,synthesis,）,2.5.1,平面连杆机构设计的基本问题,问题一：刚体导引机构设计,引导一个刚体实现一系列给定位置,问题二：函数生成机构设计,主、从动连架杆运动规律具有给定的函数关系,问题三：轨迹生成机构设计,机构中某点可以实现预期的运动轨迹,图解法,解析法,实验法,平面连杆机构设计方法：,2.5.2,刚体导引机构的设计,要求：设计四杆机构，使得连杆通过,I,、,II,、,III,三个位置,第,1,步：选定,B,、,C,点位置,第,2,步：找,A,、,D,点位置,刚体导引机构的设计,第,3,步：联接,A,、,B,1,、,C,1,、,D,，,获得四杆机构,三点唯一确定一个圆，,B,、,C,确定后，,A,、,D,是确定的；,B,、,C,的位置可以根据实际情况确定，满足设计要求的四杆机构有无穷多个。,2.5.3,函数生成机构的设计,已知固定铰链点,A,、,D,，,设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系,函数生成机构 刚体导引机构,？,d,刚化反转法,以,CD,杆为机架时看到的四杆机构,ABCD,的,位置相当于把以,AD,为机架时观察到的,ABCD,的位置刚化，以,D,轴为中心转过 得到的。,低副可逆性；,机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形状不会随着参考坐标系不同而改变。,函数生成机构的设计,第,1,步：选,B,点，以,I,位置为参考位置，,DF,1,为机架,第,2,步：用刚化反转法求出,B,2,、,B,3,的转位点,第,3,步：做中垂线，找,C,1,点,第,4,步：联接,A,B,1,C,1,D,函数生成机构设计,解析法,2.5.4,急回机构的设计,已知行程速比系数,K,，,以及从动件两个极限位置，设计四杆机构,急回机构的设计,思考：,A,点可以在,FG,弧上选取吗？,第,1,步：确定,D,、,C,1,、,C,2,点，计算,q,第,2,步：找,A,点,第,3,步：找,B,点,2.55,轨迹生成机构的设计,设计一个四杆机构，使得机构上,M,点实现给定轨迹,轨迹生成机构的设计,解析法,M（,x，y,）,a,c,d,e,f,g,g,h,j,0,连杆机构,自由度少、约束多,设计灵活度受到限制,减少约束,增加自由度,轨迹生成机构的设计,实验法,平面连杆机构设计小结,一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置,二、函数生成机构设计：实现连架杆对应运动规律,作图法：刚化反转法,解析法：可以精确实现,5,组对应关系,三、急回机构设计：实现具有急回特性的四杆机构,问题关键：,A,点的确定方法,四、轨迹生成机构设计：实现预期轨迹,解析法：,9,个精确点位置,实验法：增加自由度或者减少约束增加设计灵活度,如何将工程实际问题归结为设计命题,设计结果分析,难 点：,掌握各种设计思路：反推；转化,寻找问题的本质原因,善于总结，举一反三,重 点：,连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面,刚化反转法一定要理解，熟练使用,关键点：,机械优化设计方法,设计目标：,min f(x,1,x,2,),设计变量：,x,1,x,2,约束条件：,F1(x,1,x,2,),0,F2(x,1,x,2,),0,.,.,.,2.6,空间连杆机构,RSSR,机构,RSSP,机构,PRSR,机构,球面,4R,机构,本章重点小结,一、平面四杆机构的基本形式和演化手段,曲柄摇杆（双曲柄、曲柄滑块、双摇杆摆动摇杆）机构,二、平面四杆机构的运动和动力特性,整转副存在条件、急回特性、压力角（死点）,三、平面四杆机构的设计,四、学习分析问题和解决问题的方法,复杂问题,简单问题,计算机可以处理的问题,新问题,已有知识,假设的解决方案,