机械原理第三章优秀课件.ppt

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1、机械原理第三章机械原理第三章第1页，本讲稿共38页3.4 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计铰链四杆机构铰链四杆机构3.4 3.4 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计一、一、几何法设计刚体导引机构的基本原理几何法设计刚体导引机构的基本原理二、二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计实现连杆两位置的平面四杆机构设计三、三、实现连杆三位置的平面四杆机构设计实现连杆三位置的平面四杆机构设计第2页，本讲稿共38页1.转动极和半角转动极和半角一、一、几何法设计刚体导引机构的基本原理几何法设计刚体导引机构的基本原理一、几何法设计刚体导引机构的基本原理一、几何法设计刚体导引机构的基本原理一、几何法设计刚体导

2、引机构的基本原理一、几何法设计刚体导引机构的基本原理2.等视角定理等视角定理第3页，本讲稿共38页P12B1C1B2C2nB12nC12mB12 刚体在平面中的位置可以用刚体上任何两点所连直线的位置来表示。1.转动极和半角转动极和半角1 1.转动极和半角转动极和半角转动极和半角转动极和半角转动极转动极P12（极点）（极点）：刚体由位置刚体由位置B B1 1C C1 1绕绕P P1212转过角转过角 1212到达位置到达位置B B2 2C C2 2，点，点P12称为转动极。称为转动极。半角：半角：线线B B1 1P P1212与与n nB12B12之间的之间的夹角夹角 1212/2/2，称为半角

3、。，称为半角。P P1212B B1 1C C1 1PP1212B B2 2C C2 2第4页，本讲稿共38页ADB1C1nB12P12nC12B2C22.等视角定理等视角定理视角概念：视角概念：从从P P1212至构件两铰链中心所作二射线至构件两铰链中心所作二射线 （B B1 1P P1212，C C1 1P P1212）之间的夹角。）之间的夹角。2.2.等视角定理等视角定理等视角定理等视角定理第5页，本讲稿共38页ADB1C1nB12P12nC12B2C22.等视角定理等视角定理等视角定理：等视角定理：转动极对四杆机构中形成对边的铰链中心的视角分别相等或为互补转动极对四杆机构中形成对边的铰

4、链中心的视角分别相等或为互补第6页，本讲稿共38页 已知连杆BC的两个位置B1C1和B2C2，试设计此铰链四杆机构。1.点点B、C是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计二、实现连杆两位置的平面四杆机构设计2.点点B、C不不是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心第7页，本讲稿共38页AB1C1DB2C2nBnC 已知连杆BC的两个位置B1C1和B2C2，点B、C是连杆的铰链中心，试设计此铰链四杆机构。显然此问题有无穷多个解显然此问

5、题有无穷多个解1 1.点点点点B B、C C是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心1.点点B、C是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心第8页，本讲稿共38页B1C1C2B2nBnCm1n1m2n2E1F1P12AD2.点点B、C不不是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心2.2.点点点点B B、C C不是连杆的铰链中心不是连杆的铰链中心不是连杆的铰链中心不是连杆的铰链中心此问题有无穷多个解此问题有无穷多个解第9页，本讲稿共38页1.点点B、C是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心三、实现连杆三位置的平面四杆机构设计三、实现连杆三位置的平面四杆机构设计三、实现连杆三位置的平面四杆机构设计三

6、、实现连杆三位置的平面四杆机构设计三、实现连杆三位置的平面四杆机构设计三、实现连杆三位置的平面四杆机构设计2.点点B、C不不是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心第10页，本讲稿共38页B2C2ADC3B3B1C1nB12nC12nB23nC23AB1C1D是所求机构是所求机构此问题的解是唯一的此问题的解是唯一的1.点点B、C是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心1 1.点点点点B B、C C是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心第11页，本讲稿共38页C1B2B1C2B3C3P12P13m12n12m13n13m12n12m13n13E1F1ADnB12nC12nB13nC13

7、有无穷多解有无穷多解实现连杆的三个实现连杆的三个给定位置的四杆给定位置的四杆机构动画机构动画2.点点B、C不不是连杆的铰链中心是连杆的铰链中心2.2.点点点点B B、C C不是连杆的铰链中心不是连杆的铰链中心不是连杆的铰链中心不是连杆的铰链中心第12页，本讲稿共38页3.5 函数生成机构的设计函数生成机构的设计3.5 3.5 函数生成机构的设计函数生成机构的设计一、一、机构的刚化反转法及相对转动极点机构的刚化反转法及相对转动极点二、二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四实现两连架杆两组对应位置的铰链四 杆机构的设计杆机构的设计四、四、实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机实现连架杆两对应位置的曲柄滑块

8、机 构的设计构的设计三、三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四实现两连架杆三组对应位置的铰链四 杆机构的设计杆机构的设计第13页，本讲稿共38页 12 12AB1B2C1C2D一、一、机构的刚化反转法及相对转动极点机构的刚化反转法及相对转动极点一、机构的刚化反转法及相对转动极点一、机构的刚化反转法及相对转动极点一、机构的刚化反转法及相对转动极点一、机构的刚化反转法及相对转动极点第14页，本讲稿共38页B1ADC1R12B2C2DB2C2-12 相对转动极点相对转动极点R12（极点）：（极点）：以以A、D为顶点，按角位移的相反为顶点，按角位移的相反方向，从方向，从AD线起，分别作线起，分别作 12

9、/2、12/2的角度线的角度线AR12与与DR12,其交点为相对转动极点其交点为相对转动极点R12一、一、机构的刚化反转法及相对转动极点机构的刚化反转法及相对转动极点第15页，本讲稿共38页已知：机架长度d，输入角12 输出角12（均为顺时针方向）B1C1ADLBLCR12AB1C1DC2B2二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计二、实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计第16页，本讲稿共

10、38页AB1C1DdB2C2B3C3已知：机架长度d，输入角12、13和输出角 12、13（均为顺时针方向）三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计第17页，本讲稿共38页AD 12/2 12/2R12LBLC 13/2 13/2R13LBLCB1C1用刚化反转的方法用刚化反转的方法动画动画三、实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计三、实现两连

11、架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计已知：机架长度d，输入角12、13和输出角 12、13（均为顺时针方向）第18页，本讲稿共38页四、实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机构的设计四、实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机构的设计已知：曲柄滑块机构偏距e在固定铰链A之上方，曲柄顺时 针转动12，滑块在A点右侧向右水平移动距离s12，试设计此曲柄滑块机构。AB1B2 12C2es12C1L1L2eAY 12/2Es12R12LC 12/2B1C1LB四、实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机构的设计四、实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机构的设计四、实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机构的设计四、实现连架杆两对应位置的

12、曲柄滑块机构的设计第19页，本讲稿共38页3.6 3.6 急回机构的设计急回机构的设计3.6 急回机构的设计急回机构的设计一、一、几何法几何法二、二、解析法解析法第20页，本讲稿共38页已知条件：曲柄摇杆机构中CD的长度c和摆角，以及行程速比系数K，要求设计该四杆机构。B2C2AB1C1DP问题分析问题分析：解决问题的关键是确定曲柄固定转动中心A的位置。一、几何法一、几何法一、几何法一、几何法一、一、几何法几何法第21页，本讲稿共38页1、计算计算2、选选 L,任取固定铰链中心任取固定铰链中心D，根据，根据 长度长度LCD及摆角及摆角，作摇杆的两个，作摇杆的两个 极限位置极限位置C1D、C2D

13、；3、当当 90，作作 C1C2O=C2C1O=90 ，得，得C1O和和C2O的的交点交点O，以，以O为圆心，为圆心，C1O为半径，作辅助圆。为半径，作辅助圆。4、固定铰链固定铰链A应位于应位于 圆弧圆弧C1NF 或或C2ME 上。上。AB2B1EFMNC2C1D90-O可考虑其它辅助条件选定，如：可考虑其它辅助条件选定，如：机架机架A，D间的距离；间的距离；C2处的传动角处的传动角几何法求解步骤：几何法求解步骤：一、一、几何法几何法90-90-2ONMAB2B1C2C1DFE第22页，本讲稿共38页u A点选在点选在E或或F点时，点时，0u A点选在点选在EF弧的中点时，曲柄长度为弧的中点时

14、，曲柄长度为0。故故EF弧及附近这段为弧及附近这段为A点的禁区。点的禁区。AB2B1EFMNC2C1D90-O一、一、几何法几何法90-90-2ONMAC2C1DFE5、A点位置选定后点位置选定后，连连AC1及及AC2注意：注意：B2B1第23页，本讲稿共38页已知已知c,(或或K),),min时时,可解上述方程组求可解上述方程组求a,b,d,0二、解析法二、解析法二、解析法二、解析法二、解析法二、解析法第24页，本讲稿共38页例题例题1：偏置曲柄滑块机构：偏置曲柄滑块机构已知：滑块的行程H，行程速比系数K，偏距e试用几何法设计该偏置曲柄滑块机构。AOabeMH90 BC11BC22第25页，

15、本讲稿共38页AOabeMH90 BC11BC22例题1：偏置曲柄滑块机构余弦定理余弦定理正弦定理正弦定理:C1AC2中:第26页，本讲稿共38页 sin(AC2C1)=(b-a)sin /H直角三角形直角三角形AMC2中中,sin(AC2C1)=e/(b+a)因此因此,e=(b+a)*sin(AC2C1)=(b2-a2)sin/H AOabeMH90 BC11BC22例题1：偏置曲柄滑块机构第27页，本讲稿共38页AOabeMH90 BC11BC22例题1：偏置曲柄滑块机构如果已知K(由K可求出)及四个参数(H、e、b and a)中的任何两个，则其它两个参数可以联立以下两个方程求出:第28

16、页，本讲稿共38页=max已知 LAC 和 K试设计该摆动导杆机构。例题2：摆动导杆机构例题例题例题例题2 2：摆动导杆机构：摆动导杆机构：摆动导杆机构：摆动导杆机构在直角ABC中:第29页，本讲稿共38页3.7 轨迹机构的设计轨迹机构的设计 3.7 3.7 轨迹机构的设计轨迹机构的设计一、一、解析法解析法二、二、应用连杆曲线图谱法应用连杆曲线图谱法第30页，本讲稿共38页平面铰链四杆轨迹机构O Ox xy yB B1 1B Bi iC Ci iC C1 1P P1 1P Pi iA AD D目的：目的：找出给定轨迹上P点的坐标P(x,y)与机构尺 寸之间的函数关系。一、一、解析法解析法一、解

17、析法一、解析法一、解析法一、解析法第31页，本讲稿共38页x xy yA AB Bi iC Ci iP Pi i 一、一、解析法解析法曲柄滑块轨迹机构第32页，本讲稿共38页 曲柄摇杆机构的连杆曲线图谱大约包含曲柄摇杆机构的连杆曲线图谱大约包含73007300个连个连杆曲线。杆曲线。二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法第33页，本讲稿共38页 连杆曲线上的小圆表示轨迹点在连杆上的相对位置。连杆曲线上的小圆表示轨迹点在连杆上的相对位置。连杆曲线上的每一虚线表示主动曲柄转动连杆曲线上的每一虚线表示主动曲

18、柄转动5 5 二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法第34页，本讲稿共38页 连杆曲线段连杆曲线段E E1 1EEEE2 2 近似为圆弧。构件近似为圆弧。构件EFEF的长度的长度等于该圆弧的半径。等于该圆弧的半径。当连杆上的点E 通过点E1、E and E3时，输出构件GF停歇。ABCDEFG12EE二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法第35页，本讲稿共38页 固定铰链点固定铰链点G G位于连杆曲线两位于连杆曲线两直线段延伸线的交点。直线段延伸线的交点。输出构件GF在两极限位置短暂停歇。EFG摆杆双侧停歇：摆杆双侧停歇：二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法第36页，本讲稿

19、共38页 利用有利用有直线段的直线段的8 8字形字形连杆曲线连杆曲线可实现连杆机构的可实现连杆机构的中间停歇。中间停歇。EFG中间停歇：中间停歇：二、应用连杆曲线图谱法二、应用连杆曲线图谱法第37页，本讲稿共38页按给定点的运动轨迹设计四杆机构的另一种实验法：已知原动件AB的长度及其回转中心A和连杆上描点M（连杆上描绘该已知轨迹的点）的位置，试设计该四杆机构，使连杆上点M能沿着预定的轨迹运动。CCMABCD在连杆上另取一些点C、C、C、，在点M沿着预定轨迹运动的过程中，各点也将描出各自的连杆曲线，在这些曲线中，找出圆弧或近似圆弧的曲线，描绘此圆弧或近似圆弧曲线的点即为连杆上的另一活动铰链C，此圆弧或近似圆弧曲线曲率中心即为另一固定铰链D。第38页，本讲稿共38页