曲柄摇杆机构

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绝对瞬心:两构件之一是静止构件 相对瞬心:两构件都运动的
vAiAj
B
A ij vBiBj
Pij i
j
4.2.2 机构中瞬心的数目 每两个相对运动的构件都有一个瞬心,故若机构由有n个
构件组成,其瞬心总数:
NCn 2n(n1)/2
4.2.3 瞬心位置的确定
(1) 通过运动副直接相联的两构件速度瞬心
1
fn
u 1 u 2
u n
f1
F V
v f
1 2
v
1
f1
v2 f2
v2
f1
v f2
v
f
n
fn
fn
v 1 v 2
v
平面连杆机构 运动分析的整体分析法
铰链四杆机构
已知: L1 ,L2 ,L3 ,L4 , 1 , 1
求: 2 , 3 , 2, 3,2 , 3
vp13 l1 p14p13
vp13 l3 p34P13
1 p34 p13 3 p14 p13
vC P23 P24
vB
P12 P24
4.3 平面连杆机构的运动分析的解析法(矩阵法)
平面连杆机构 运动分析矩阵法的一般形式
设机构输入与输出关系由一组独立运动方程组描述
F(U,V,L)0
(1)
L[l1,l2, ,lm]T 机构广义结构参数向量,其元素可以是尺寸参数,
L1L2L3L4
分别向x和y轴投影,得代数方程:
L1co1sL2co2sL3co3sL40
L1sin 1L2sin 2L3sin 30
L2 2
2
4 L4
C
L3
3
3 D
x
(5)
位置分析:
为求 3 ,将式(3)改写为:
L2co2sL3co3sL4L1co1s L2sin2L3sin3L1sin1
dcab
da
d b d c
转动副为整转副的条件:
在铰链四杆机构中,如果某个转动副能成为整转副,则它所连 接的两个构件中,必有一个为最短杆,且四个构件的长度满足 “杆长之和条件”——最短杆与最长杆长度之和小于或等于其 余两杆长度之和。
铰链四杆机构的类型与尺寸之间的关系
机构型式 条件 条件
lmin为机架
同理求得:
22arcD t an D E 2 F E2F2 (7) y
其中:
D2L1L2sin1
E 2 L 2 (L 1co 1 s L 4 )
B
1 L1
1 1
A
F L 1 2 L 2 2 L 2 3 L 2 4 2 L 1 L 4co 1 s
为了将上述公式统一起见,将式(6),(7)改写成:
搅拌机
缝纫机
(2)双曲柄机构 应用:
机车车轮联动机构
车门开闭机构
(3)双摇杆机构 应用:
鹤式起重机
汽车前轮转向机构
1.2 平面四杆机构的演化
2
B
1
A
4
C
3
D
B
2
C3
1
A
4
C
3 2
B
1
A
4
D
B
2
1
A4
C
3
B
2
C3
1
A
4
偏置曲柄滑块机构
B
1
2 C3
A
4
对心曲柄滑块机构
B2
4
1
A
3
s
双滑块机构(正弦机构)
2 A(P12)
A 1B
P12
n
2
1M t
t
2
P12 n
1 p12
M2
(2) 不直接相联的两构件的速度瞬心可用三心定理来确定
三心定理:
作平面运动的三个构件 共有三个瞬心,这三个 瞬心必在一条直线上
Vc 2
Vc 3
2 P12
A
C 2
1
3 3 P13
B
[例] 平底移动从动件盘形凸轮机构,构件2的角速度2,
鹤式起重机
连杆
(4)综合功能
上连杆 O3
下连杆
O1
D1 上剪刀 D2 下剪刀
O4 O2
步进式工件传送机构
杠杆式剪切机
3.2 平面四杆机构的特点(自学)
§2-4 平面连杆机构的运动分析
4.1 机构运动分析的目的和方法 4.2 速度瞬心法及其应用 4.3 平面连杆机构的运动分析的解析法(矩阵法)
4.1 机构运动分析的目的和方法
为方便起见,取以为A原点,x轴与机架 y
AD共线的直角坐标系。各杆规定一个矢 量指向,且以轴正向为基准,按逆时针方 向为正取各杆的角位移。在规定各杆矢量 指向时,建议与固定铰链相联结的连架杆 矢量由固定铰链向外,其余杆件矢量指向
B
1 L1
1 1
A
任取。则四杆机构构成一个封闭的矢量多
边形,其封闭矢量方程为
曲柄摇杆机构
§2-1 平面连杆机构的类型 1.1 平面四杆机构的基本形式 平面四杆机构的演化
1.1 平面四杆机构的基本形式
连杆
连架杆
连架杆 整转副
机架 摆转副
铰链四杆机构
曲柄 能绕其轴线转360º的连架杆。 连架杆 摇杆 仅能绕其轴线作往复摆动的连架杆。
按照两连架杆的能否作整周回转,可将铰链四杆机构分为: (1)曲柄摇杆机构 应用:
vB
B F
A
C D
vB
B1
F
B

D
C
2 踏板
C1 缝纫机主运动机构
克服死点:
请思考:
下列机构的死点位置在哪里;怎样使机构通过死点位置?
B
1
a
2b C
vc
A
3
4
2 1B A
死点的利用: B2
3
D
C2
A
C
B1 C1 飞机起落架收放机构
F
地面
工件夹紧机构
飞机起落架收放机构
工件快速夹紧机构
§2-3 平面连杆机构的特点及功能 3.1 平面四杆机构的功能及应用
矢量多边形法求位移、速度和加速度 几何法
速度瞬心法求机构的速度
封闭矢量多边形法 运动分析的方法 解析法 复数法
矩阵法 实验法
4.2 速度瞬心法及其应用
4.2.1 速度瞬心的概念 两构件作相对运动时,其相对速度为零
的重合点,称为速度瞬心,简称瞬心。
也就是两构件在该瞬时绝对速度相等 的重合点.
因此,两构件在任一瞬时的相对运动都可 看成绕瞬心的相对运动。
运动分析——在几何参数为已知的机构中,不考虑力的作用, 根据原动件的已知运动规律来确定其它构件上某些 点的轨迹、位移、速度和加速度(或某些 构件的位 置、角位移、角速度、角加速度)等基本参数。
运动分析的目的: (1)确定机构的运动空间和构件上某点的轨迹 (2)机构的运动性能分析(如,工作行程是否达到匀速等) (3)求机构的惯性力时必须先进行运动分析
求从动件3在图示位置时的移动速度v3。
n
3
K
2
2
P12
P23
n
P13
1
v3 2p12p23l
[例] 如图所示铰链四杆机构,若已知各杆长以及图示瞬时位置,求点C的
速度VC、和构件2的角速度2及构件1、3的角速比1/ 3。
P24
v13 P13
B 2 P23 C
1 1 P12 AP14
3 4 DP34
B1
min,max出现在曲柄和机架处于两共线位置时
vc
F
3
D
C1
m in
D
B
1
a
1
A
2
b
C
vc
4
3
F
min ?
min ?
vB B
F
A
C D
F
vc
C
1 1
A
v F
1
A
2
B 2 B
0 ??
3
3
C
A1
1
2
B
F vB3
0
3
C
B
1
a
2b
C
A
3
4 vc
?
2.2.2 机构的死点位置
B
死点:机构处于传动角0(90)的位置 2 A
Kv2 v1
t1 t2
1 2
118800
180 K1
K1
K 称为行程速度变化系数
平面四杆机构具有急回特性的条件:
(1)原动件作等速整周转动; (2)输出件作往复运动;
(3)极位夹角 0
(2) 曲柄滑块机构中
偏置曲柄滑块机构 0
有急回特性。
1
对心曲柄滑块机构 0
无急回特性。
B2
(3) 曲柄摆动导杆机构
1.2.4 扩大转动副的尺寸
牛头刨床
偏心轮机构
§2-2 平面连杆机构的工作特性 2.1 平面连杆机构的运动特性 平面连杆机构的传力特性
2.1 平面连杆机构的运动特性
2.1.1 转动副为整转副的条件
设: d a
adbc
dacb abcd dabc acbd
ab ac ad
dabc 当 d a 有: dbac
aeb 曲柄滑块机构
导杆机构具有曲柄的条件:
d a 且 dea时
为曲柄转动导杆机构
a d 且 aed时
为曲柄摆动导杆机构
A2
1
d
C
e
a 3B
4
2.1.2 平面四杆机构输出件的急回特性
(1) 曲柄摇杆机构
极位夹角
b2
C v1 C1 v2 c
C2
原动件AB以 1 作整周等速转动,
B
1
a1
1
A
B1
两边平方后相加并整理,得:
A s i3 n B c o 3 sC 0
A2L1L3si n1
B 2 L 3(L 1co1 sL 4)
C L 2 2 L 1 2 L 2 3 L 2 4 2 L 1 L 4co 1 s
再做进一步变换并求解,得:
32arcA t anA B 2 C B2C2
(6)
也可以是角度参数。
V[v1,v2, ,v]T机构广义输入运动,可以是直线运动,也可以是
旋转运动。
U[u1,u2, ,un]T 机构广义输出运动,可以是直线运动,也可以是
旋转运动。
F[f1,f2, ,fn]T 为个独立运动方程,正好解出个n输出运动。
由式(1)总可以解出输入、输出运动关系
UU(V,L)
lmin为连架杆
lmin为连杆
lmin+lmax小于或等于 其余两杆长度之和
lmin+lmax大于 其余两杆长度之和
双曲柄机构
曲柄摇杆机构 双摇杆机构
双摇杆机构
曲柄存在条件: 1、lmin+lmax小于或等于其余两杆长度之和; 2、lmin为机架或连架杆。
滑块机构具有曲柄的条件:
B
1a
2b
C3
A4
32arcA t aM nB A2 C B2C2
22arcD t aM nE D 2 FE2F2
当B、C、D为顺时针(实线)排列时,取M=-1;
当B、C、D为逆时针(虚线)排列时,取M=+1 。
L2 2
2
4 L4
C
L3
3
3 D
x
速度分析:
f 1 L 1 c1 o L 2 c s2 o L 3 c s3 o L 4 s 0
C
2
(<360°)
B (0~360°)
3
1
(0~360°)
(<360°)
A
D 4
双摇杆机构
B
1
2
A
4
C3
曲柄滑块机构
B
2
1 A
4
C3
曲柄转动导杆机构
B
2
1
A
4
C3
曲柄摇块机构
自卸汽车卸料机构
B
1
2
A4
C3
定块机构
手压抽水机
1.2.3 变换构件形态
B
2
1
A
4
C3
曲柄摇块机构
B
2
A1
4
3
C
曲柄摆动导杆机构
1.2.2 取不同构件为机架
可以证明,低副运动链中取不同构件为机架,各构件间的相对运动关系不变
B
整周转动副
C 摆转副
2
(<360°)
(0~360°)
3
1
(<360°)
(0~360°)
A
4
曲柄摇杆机构
D
摆转副
C
2
(<360°)
B (0~360°)
3
1
(0~360°)
(<360°)
A
D 4
双曲柄机构
2
B2 d
4
3
摆角
D
从动件CD做往复摆动。
当曲柄AB与连杆BC两次共线时,输出件CD处于两极限位置,对应的
曲柄位置线所夹的锐角成为极位夹角—— 。
曲柄转角
1180
2 180
对应的时间
摇杆点C的 平均速度
t1 1/1
v1C1C2/t1
t2 2/1
v2 C2C1/t2
空回行程平均速度v2与工作行程平均速度v1之比:
B
典型的例子是如
A
图所示压力表指
示机构,压力的
大小决定了滑块
的位移,可相应
地由曲柄的转角
C
大小来指示。采
用一对齿轮传动
是为了将曲柄转
角放大,便于标 示和观察指示刻
....
度值。
A B1 B2
H E2
C1 C2
E
1
D
(3) 轨迹生成功能 是指连杆上某点能通过某一预先给定的轨迹。
应用:
要求机构在工作 时,连杆BC上悬 挂重物的吊钩滑 轮中心点E的轨 迹近似为一水平 直线。以Байду номын сангаас免被 吊运的重物作不 必要的上下起伏, 引起附加动载荷。
(1) 刚体导引功能 是机构能引导刚体(如连杆)通过一系列给定位置。
典型的例子是如图所示的铸 造造型机的砂箱翻转机构,砂 箱固结在连杆上,要求机构中 的连杆能顺序实现造型和起模 两个位置,以便实现砂箱在震 实台上造型震实和翻转倒置起 模两个动作。
翻沙箱
(2) 函数生成功能 是指能精确地或近似地实现所要求的输出构件相对 输入构件的函数关系。
传动角:压力角的余角。
B
2
1 1 A
4
C
3
F2
F
F1vc
D
F1Fcos F2Fsin 越小,受力越好
越大,受力越好
min
2b C
B
1 1 a f
c
3
A
4d D
F2
F
F1vc
B
1
1
A
2C
4
C2
当90时,
max
当90时, 180
A
m i m n m i ,( 1 i n n 8 m 0 )aBx 2
(2)
将式(1)对时间连续微分即可得到输出速度和加速度
U
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