清华大学机械设计基础讲义连杆机构.pptx

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1、第第 2 章章 连杆机构连杆机构2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型2.2 平面连杆机构的工作特性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平面连杆机构的运动分析2.5 平面连杆机构的运动设计平面连杆机构的运动设计2.6 空间连杆机构简介空间连杆机构简介第1页/共85页2.1 平面连杆机构的类型平面连杆机构的类型平面四杆机构的基本形式平面四杆机构的基本形式AD：机架：机架AB、CD：连架杆：连架杆BC：连杆：连杆A、B：整转副：整转副C、D：摆动副：摆动副铰链四杆机构铰链四杆机构ABCD连架杆：定轴转动连架杆：定轴转动连

2、连 杆：平面一般运动杆：平面一般运动第2页/共85页1 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构AB：曲柄：曲柄CD：摇杆：摇杆第3页/共85页2 双曲柄机构双曲柄机构AB：曲柄：曲柄CD：曲柄：曲柄第4页/共85页平行四杆机构平行四杆机构第5页/共85页3 双摇杆机构双摇杆机构AB：摇杆：摇杆CD：摇杆：摇杆第6页/共85页曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构平面连杆机构平面连杆机构铰链四杆机构铰链四杆机构四杆机构四杆机构第7页/共85页偏置曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构对心曲柄滑块机构第8页/共85页转动副转化为移动副转动副转化为移动副平面四杆机构的演化平面四杆机

3、构的演化第9页/共85页取不同构件作机架取不同构件作机架低副可逆性低副可逆性第10页/共85页ABCD曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第11页/共85页转动副转化为移动副转动副转化为移动副取不同构件作机架取不同构件作机架平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化第12页/共85页曲柄摇块机构曲柄摇块机构摆动导杆机构摆动导杆机构曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第13页/共85页转动副转化为移动副转动副转化为移动副取不同构件作机架取不同构件作机架变换构件的形态变换构件的形态平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化第14页/共85页 扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸

4、第15页/共85页转动副转化为移动副转动副转化为移动副取不同构件作机架取不同构件作机架变换构件的形态变换构件的形态扩大运动副尺寸扩大运动副尺寸平面四杆机构的演化平面四杆机构的演化曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构双曲柄机构双摇杆机构双摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构摆动导杆机构摆动导杆机构第16页/共85页2.2 平面连杆机构的工作特性平面连杆机构的工作特性运动特性运动特性 具有整转副的条件具有整转副的条件第17页/共85页 AB整周转动整周转动B1C1D和和B2C2D成立成立第18页/共85页整转副存在条件：整转副存在条件：z四杆长度满足四杆长度满足杆长条件杆长条件：最短杆与最长杆长度之：最

5、短杆与最长杆长度之和和 小于或等于小于或等于 其他两杆之和。其他两杆之和。z构成整转副的构件中必有一个是构成整转副的构件中必有一个是最短杆最短杆。z满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。满足杆长条件时，最短杆两端分别是两个整转副。z此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存此时，若以最短杆或其相邻杆作机架，机构都存 在曲柄。在曲柄。z不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。不满足杆长条件则没有整转副，获得双摇杆机构。第19页/共85页以最短杆以最短杆AB为机架为机架双曲柄机构双曲柄机构第20页/共85页以最短杆以最短杆AB相邻构件相邻构件AD为机架为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第21

6、页/共85页以最短杆以最短杆AB相邻构件相邻构件BC为机架为机架曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构第22页/共85页以最短杆以最短杆AB对面构件对面构件CD为机架为机架双摇杆机构双摇杆机构第23页/共85页杆长条件不成立时杆长条件不成立时双摇杆机构双摇杆机构Grashoff 定理定理第24页/共85页a+e b第25页/共85页 急回特性：急回特性：表示回程所用时间小于工作行程所用时间表示回程所用时间小于工作行程所用时间第26页/共85页 极位夹角极位夹角 q q（锐角）（锐角）行程速比系数行程速比系数 K第27页/共85页第28页/共85页第29页/共85页第30页/共85页 运动连续性运动连续性 运

7、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。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。从动件只能在某一可行域内运动，而不能相互跨越。第31页/共85页传力特性传力特性压力角压力角 a a：受力方向和运动方向所夹的锐角：受力方向和运动方向所夹的锐角传动角传动角 g g ：压力角的余角：压力角的余角第32页/共85页第33页/共85页第34页/共85页第35页/共85页第36页/共85页 死点：有效分力等于零死点：有效分力等于零g g=0 a a=90第37页/共85页第38页/共85页 利用构件惯性利

8、用构件惯性第39页/共85页 多套机构交错排列多套机构交错排列第40页/共85页 利用死点夹紧工件利用死点夹紧工件第41页/共85页 飞机起落架飞机起落架第42页/共85页F=0 死点死点 自锁自锁第43页/共85页2.3 平面连杆机构的特点及功能平面连杆机构的特点及功能 运动副形状简单、易制造运动副形状简单、易制造 面接触，可以承受冲击力面接触，可以承受冲击力 构件运动形式多样构件运动形式多样 惯性力不易平衡惯性力不易平衡 实现远距离传动实现远距离传动 实现多种运动轨迹实现多种运动轨迹第44页/共85页2.4 平面连杆机构的运动分析平面连杆机构的运动分析运动分析内容：位移、速度、加速度运动分

9、析内容：位移、速度、加速度分析方法：图解法分析方法：图解法 解析法解析法 瞬心法瞬心法 相对运动图解法（矢量合成法）相对运动图解法（矢量合成法）杆组法杆组法第45页/共85页B第46页/共85页第47页/共85页计算流程图计算流程图第48页/共85页免试题目（免试题目（1）：）：2.13 or 2.14 第六周交第六周交1.求解步骤求解步骤2.流程图流程图3.程序（语言不限）程序（语言不限）4.结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线）结果曲线（一个周期内位移、速度、加速度曲线）5.结果分析：有无问题？如何解决？结果分析：有无问题？如何解决？6.动态仿真动态仿真将一个复杂问题分解为一些简单问

10、题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将复杂问题转化为计算机可以解决的问题第49页/共85页2.5 平面连杆机构的设计平面连杆机构的设计分析分析（Analysis）设计设计（Design）综合（综合（synthesis）第50页/共85页 平面连杆机构设计的基本问题平面连杆机构设计的基本问题问题一：刚体导引机构设计问题一：刚体导引机构设计 引导一个刚体实现一系列给定位置引导一个刚体实现一系列给定位置第51页/共85页问题二：函数生成机构设计问题二：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主、从动连架杆运动规律具有给定的函数关系第52页/共85页

11、问题三：轨迹生成机构设计问题三：轨迹生成机构设计 机构中某点可以实现预期的运动轨迹机构中某点可以实现预期的运动轨迹第53页/共85页 图解法图解法 解析法解析法 实验法实验法平面连杆机构设计方法：平面连杆机构设计方法：第54页/共85页 刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计要求：设计四杆机构，使得连杆通过要求：设计四杆机构，使得连杆通过 I、II、III三个位置三个位置第55页/共85页第56页/共85页第第 1 步：选定步：选定 B、C 点位置点位置第第 2 步：找步：找 A、D 点位置点位置刚体导引机构的设计刚体导引机构的设计第第 3 步：联接步：联接 A、B1、C1、D，获得四杆机构，获

12、得四杆机构三点唯一确定一个三点唯一确定一个圆，圆，B B、C C确定后，确定后，A A、D D是确定的；是确定的；B B、C C的位置可以根的位置可以根据实际情况确定，据实际情况确定，满足设计要求的四满足设计要求的四杆机构有无穷多个。杆机构有无穷多个。第57页/共85页 函数生成机构的设计函数生成机构的设计 已知固定铰链点已知固定铰链点A、D，设计四杆机构，使得两个连，设计四杆机构，使得两个连架杆可以实现三组对应关系架杆可以实现三组对应关系函数生成机构函数生成机构 刚体导引机构刚体导引机构？第58页/共85页d d第59页/共85页刚化反转法刚化反转法 以以CD杆为机架时看到的四杆机构杆为机架

13、时看到的四杆机构ABCD的位置相当的位置相当于把以于把以AD为机架时观察到的为机架时观察到的ABCD的位置刚化，以的位置刚化，以D轴轴为中心转过为中心转过 得到的。得到的。低副可逆性；低副可逆性；机构在某一瞬时，各构机构在某一瞬时，各构件相对位置固定不变，件相对位置固定不变，相当于一个刚体，其形相当于一个刚体，其形状不会随着参考坐标系状不会随着参考坐标系不同而改变。不同而改变。第60页/共85页函数生成机构的设计函数生成机构的设计第第 1 步：选步：选B点，以点，以 I 位置为参考位置，位置为参考位置，DF1 为机架为机架第第 2 步：用刚化反转法求出步：用刚化反转法求出 B2、B3 的转位点

14、的转位点第第 3 步：做中垂线，找步：做中垂线，找C1 点点第第 4 步：联接步：联接AB1C1D第61页/共85页第62页/共85页函数生成机构设计函数生成机构设计 解析法解析法第63页/共85页第64页/共85页第65页/共85页 急回机构的设计急回机构的设计 已知行程速比系数已知行程速比系数 K，以及从动件两个极限位置，以及从动件两个极限位置，设计四杆机构设计四杆机构第66页/共85页第67页/共85页急回机构的设计急回机构的设计思考：思考：A点可以在点可以在FG弧上选取吗？弧上选取吗？第第 1 步：确定步：确定D、C1、C2点，计算点，计算 q q 第第 2 步：找步：找 A 点点第第

15、 3 步：找步：找 B 点点第68页/共85页第69页/共85页第70页/共85页 轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计 设计一个四杆机构，使得机构上设计一个四杆机构，使得机构上 M 点实现给定轨迹点实现给定轨迹第71页/共85页轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计 解析法解析法M（x，y）a,c,d,e,f,g gg,h,j j0 0第72页/共85页连杆机构连杆机构自由度少、约束多自由度少、约束多设计灵活度受到限制设计灵活度受到限制减少约束减少约束 增加自由度增加自由度 第73页/共85页轨迹生成机构的设计轨迹生成机构的设计 实验法实验法第74页/共85页平面连杆机构设计小结平面连杆机构设

16、计小结一、刚体导引机构设计：实现连杆几个预定位置一、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：刚化反转法作图法：刚化反转法解析法：可以精确实现解析法：可以精确实现5组对应关系组对应关系三、急回机构设计：实现具有急回特性的四杆机构三、急回机构设计：实现具有急回特性的四杆机构问题关键：问题关键：A 点的确定方法点的确定方法四、轨迹生成机构设计：实现预期轨迹四、轨迹生成机构设计：实现预期轨迹解析法：解析法：9个精确点位置个精确点位置实验法：增加自由度或者减少约束，增加设计灵活度实验法：增加自由度或者减少约束，

17、增加设计灵活度第75页/共85页如何将工程实际问题归结为设计命题如何将工程实际问题归结为设计命题设计结果分析设计结果分析难难 点：点：掌握各种设计思路：反推；转化掌握各种设计思路：反推；转化寻找问题的本质原因寻找问题的本质原因善于总结，举一反三善于总结，举一反三重重 点：点：连杆机构中构件并非一条线，而是代表一个面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，熟练使用刚化反转法一定要理解，熟练使用关键点：关键点：第76页/共85页机械优化设计方法机械优化设计方法设计目标：设计目标：min f(x1,x2,)设计变量：设计变量：x1,x2,约束条件：约束条件：F1(x1,x2,)

18、0 F2(x1,x2,)0 .第77页/共85页2.6 空间连杆机构空间连杆机构第78页/共85页RSSR机构机构第79页/共85页RSSP机构机构第80页/共85页PRSR机构机构第81页/共85页球面球面4R机构机构第82页/共85页第83页/共85页本章重点小结本章重点小结一、平面四杆机构的基本形式和演化手段一、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）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四、学习分析问题和解决问题的方法 复杂问题复杂问题 简单问题简单问题 计算机可以处理的问题计算机可以处理的问题 新问题新问题 已有知识已有知识 假设的解决方案假设的解决方案 第84页/共85页 乐考无忧，考研我有！感谢您的观看！第85页/共85页