《连杆机构》PPT课件

精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所第 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 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所第 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 。空 间 连 杆 机 构 平 面 连 杆 机 构 ： 各 运 动 构 件 均在 相 互 平 行 的 平 面 内 运 动 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.1 平 面 连 杆 机 构 的 类 型2.1.1 平 面 四 杆 机 构 的 基 本 形 式机 架 ： AD连 架 杆 ： AB、 CD连 杆 ： BC 整 转 副 ： A、 B摆 转 副 ： C、 D铰 链 四 杆 机 构 :所 有 运 动 副均 为 转 动 副 曲 柄 摇 杆 机 构CD： 摇 杆AB： 曲 柄定 轴 转 动平 面 一 般 运 动AB DC 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所双 曲 柄 机 构曲 柄 摇 杆 机 构 平 行 四 杆 机 构 双 摇 杆 机 构 摇 杆 ?连 杆 ？曲 柄 ？整 转 副 ？铰 链 四 杆 机 构 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.1.2 平 面 四 杆 机 构 的 演 化 【 1】 转 动 副 转 化 为 移 动 副 对 心 曲 柄 滑 块 机 构 偏 置 曲 柄 滑 块 机 构曲 柄 摇 杆 机 构 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所低 副 运 动 可 逆 性 ： 运 动 副 特 性 不 变【 2】 取 不 同 构 件 作 机 架 双 曲 柄 机 构 曲 柄 摇 杆 机 构 双 摇 杆 机 构 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 曲 柄 摇 块 机 构 摆 动 导 杆 机 构 【 2】 取 不 同 构 件 作 机 架曲 柄 滑 块 机 构【 3】 变 换 构 件 的 形 态 块 杆 互 换 摇 块 与 摆 动 导 杆 运 动 规 律 相 同 吗 ？ ？ ？ 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所【 4】 扩 大 运 动 副 尺 寸 偏 心 轮 机 构 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所转 动 副 转 化 为 移 动 副扩 大 运 动 副 尺 寸取 不 同 构 件 作 机 架变 换 构 件 的 形 态平 面 四 杆 机 构 的 演 化 方 法 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 构转 动 导 杆 机 构曲 柄 摇 块 机 构移 动 导 杆 机 构偏 心 轮 机 构 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.2 平 面 连 杆 机 构 的 工 作 特 性2.2.1 运 动 特 性 【 1】 具 有 整 转 副 的 条 件 AB整 周 转 动B1C1D和 B2C2D成 立 平 面 铰 链 四 杆 机 构 整 转 副 存 在 条 件 ：1. 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 他 两 杆 之 和 .2. 最 短 杆 两 端 的 转 动 副 为 整 转 副 。3. 此 时 ， 若 以 最 短 杆 或 其 相 邻 杆 作 机 架 ，机 构 都 存 在 曲 柄 。4. 不 满 足 杆 长 条 件 则 没 有 整 转 副 ， 不 存 在曲 柄 ， 则 是 双 摇 杆 机 构 。 以 上 为 格 拉 霍 夫 定 理 A 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所双 曲 柄 机 构曲 柄 摇 杆 机 构 平 行 四 杆 机 构 双 摇 杆 机 构 铰 链 四 杆 机 构 杆 长 条 件 不 成 立 时以 最 短 杆 AB为 机 架以 最 短 杆 AB相 邻 构件 AD为 机 架以 最 短 杆 AB对 面 构件 CD为 机 架 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所a + e b曲 柄 滑 块 机 构 具 有 整 转 副 的 条 件 （ 自 学 ） 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 【 2】 急 回 特 性 ： 表 示 回 程 所 用 时 间 小 于 工 作 行 程所 用 时 间 观 察 ： 摇 杆 处 于 左 右 极 限 位 置时 ， 曲 柄 的 位 置 ？行 程 速 比 系 数 K：极 位 夹 角 q（ 锐 角 ） ： 摇 杆 处 于两 极 限 位 置 时 曲 柄 两 位 置 所 夹 的锐 角 。 2 11 2 180 180mmK q q 1 1 1 1 12 2 2 2 2, / /, / /mmt tt t 1 2180 , =180 q q 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所下 述 机 构 是 否 有 急 回 特 性 : 是 否 有 极 位 夹 角 ？ 无 急 回 特 性 的 2机 构 ，组 合 后 ？ 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 【 3】 运 动 连 续 性 运 动 连 续 性 ： 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 。从 动 件 在 哪 个 可 行 域 内 运 动 ， 取 决 于 机 构 的 初 始 位 置 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.2.2 传 力 特 性 sincosFF FF nt 压 力 角 ： 在 不 计 摩 擦 力 、 重 力 、 惯 性 力 的 情 况 下 , 从 动 件 受 力 方 向与 力 作 用 点 速 度 方 向 所 夹 的 锐 角 。传 动 角 g ： 压 力 角 的 余 角 ， g 90传 动 角 g 越 大 ， 对 机 构 工 作 越 有 利 。设 计 时 ， 应 使 g g min max min gg 40 g一 般 压 力 角 与 传 动 角 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 铰 链 四 杆 机 构 中 ， 曲 柄 与 机 架 拉 直 共 线和 重 叠 共 线 的 两 位 置 处 出 现 的 传 动 角 中 ，必 有 一 出 为 最 小 传 动 角 bc adcb 2 )(arccos 222 1 g最 小 传 动 角 的 确 定 ？ bc adcb 2 )(arccos 2222 g bc adcb 2 )(arccos180 222 2 g 或 ? 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所死 点 ： 传 动 角 0， 即 有 效 分 力 等 于 零 的 位 置摇 杆 作 原 动 件 ， 出 现 “ 顶 死 ” 现象 0g 0g = 90 sincosFF FFnt 四 杆 机 构 是 否 有 死 点 的 判 断 ： 从 动 件 是 否 与 连 杆 共 线 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 利 用 构 件 惯 性A： 如 何 通 过 死 点 位 置 ？ 多 套 机 构 交 错 排 列 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所B： 利 用 死 点 位 置 工 作利 用 死 点 夹 紧 工 件 飞 机 起 落 架 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所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 从 动 件 运 动 形 式 多 样惯 性 力 不 易 平 衡 实 现 位 置 、 运 动 规 律 要 求 实 现 远 距 离 传 动 . 实 现 多 种 运 动 轨 迹功 能特 点 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.4 平 面 连 杆 机 构 的 运 动 分 析p位移分析：轨迹、位置要求，从动件的运动空间，运动干涉判断、确定机器尺寸p速度分析：为了分析机器动能和功率，从动件速度的变化，工作行程与空回行程，以及是加速度分析的基础p加速度分析：构件的惯性力/强度/振动/动力性能与加速度有关 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.4 平 面 连 杆 机 构 的 运 动 分 析1. 图 解 法速 度 瞬 心 法矢 量 方 程 图 解 法2. 解 析 法 杆 组 法 ： 将 一 个 复 杂 的 机 构 按 照 机 构 组 成 原 理 分 解 为 单 杆 构件 和 若 干 个 比 较 简 单 的 基 本 杆 组 ； 调 用 单 杆 构 件 和 基 本 杆 组 的 运 动 分析 程 序 进 行 运 动 分 析 。 多 体 运 动 分 析 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.4.1 速 度 瞬 心 及 其 应 用 1） 速 度 瞬 心 的 概 念 ： 两 个 刚 体 上 相对 速 度 为 零 的 重 合 点 。 l 如 果 两 刚 体 之 一 是 静 止 的 ， 其瞬 心 为 绝 对 速 度 瞬 心 。l 如 果 两 刚 体 都 是 运 动 的 ， 其 瞬心 为 相 对 速 度 瞬 心 。 2） 速 度 瞬 心 数 目 ：l 如 果 一 个 机 构 由 k个 构 件 所 组成 ， 则 它 的 瞬 心 总 数 为 ：N=k(k-1)/2 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所3） 速 度 瞬 心 的 位 置 :两 构 件 通 过 转 动 副 直 接 相 连 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所两 构 件 通 过 移 动 副 直 接 相 连3） 速 度 瞬 心 的 位 置 : 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所两 构 件 通 过 高 副 直 接 相 连3） 速 度 瞬 心 的 位 置 : 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所不 直 接 连 接 的 两 构 件 的 瞬 心 ： 三 心 定 理 :作 平 面 运 动 的 三 个 构 件 共 有 三 个 瞬 心 ， 它 们 位 于 同 一 直 线 上 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 速 度 瞬 心 法小 结 ： 常 用 在 构 件 较 少 的 机 构 中 ， 不 适 用 多 杆 机构 找 瞬 心 时 ， 可 根 据 实 际 情 况 找 所 用 的 瞬 心 只 适 用 于 速 度 分 析 ， 不 适 用 加 速 度 分 析 只 适 用 一 个 或 几 个 位 置 的 求 解 ， 不 适 于 多位 置 或 一 个 周 期 内 的 速 度 、 加 速 度 分 析 （ 1）（ 2）（ 3） （ 3） P13P12 P23 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 拆 杆 组2.4.2 杆 组 法 及 其 应 用B 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所杆 组 运 动 分 析 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 计 算 流 程 图杆 组 运 动 分析 综 合 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所布 置 免 试 题 目 1： 复 杂 机 构 计 算 机 模 拟 题 目 1为 认 定 免 试 资 格 题 。上 交 报 告 截 止 时 间 ： 10月 25日 （ 第 7周 星 期 一 ） 过 截 止 日 期 提 交 报 告 不 再 批 改 ， 以 0分 计 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.5 平 面 连 杆 机 构 的 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 （ 连 杆 ）2.5.1 平 面 连 杆 机 构 设 计 的 基 本 问 题问 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 （ 连 杆 ） 平 面 连 杆 机 构 设 计 方 法 ： 图 解 法 (直 观 简 单 、 设 计 精 度 低 ） 解 析 法 （ 精 度 高 、 计 算 量 大 ） 实 验 法 （ 复 杂 连 杆 机 构 、 初 步 设 计 ） 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所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 置第 3 步 ： 联 接 A、 B1、 C1、 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 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所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 设 计 刚 体 导 引 机 构 设 计？ 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所刚 化 反 转 改 变 机 架 以 CD杆 为 机 架 时 ， 看 到 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 。 21 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 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所函 数 生 成 机 构 的 设 计第 1 步 ： 选 B点 ， 以 I 位 置 为 参 考 位 置 ， DF1 为 机 架第 2 步 ： 用 刚 化 反 转 法 求 出 B2、 B3 的 转 位 点第 3 步 ： 做 中 垂 线 ， 找 C1 点第 4 步 ： 联 接 AB1C1D 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所思 考 ？ 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所函 数 生 成 机 构 设 计 解 析 法 对 应 角 位 置 需 要 连 续 的 对 应关 系 ， 只 能 近 似 满 足 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.5.4 急 回 机 构 的 设 计 (函 数 生 成 机 构 设 计 特 例 ） 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2 11 2 180 180mmK q q K-1 =180 K+1q 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所急 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、 C1、 C2点 ， 计 算 q 第 2 步 ： 找 A 点第 3 步 ： 找 B 点 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.5.5 轨 迹 生 成 机 构 的 设 计设 计 一 个 四 杆 机 构 ， 使 得 机 构 上 M 点 的 轨 迹 与 给 定 轨 迹 近 似解 析 法 关 键 ： 建 立 连 杆 上 M点 的 位 置 方程 连 杆 曲 线 方 程 1.建 立 坐 标 系 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所 a, c, d, e, f, g 6个 待 定 系 数 : 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所增 加 待 定 参 数 ： g, h, 0 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.5.5 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M（ x， y）a, c, d, e, f, g g, h, 0解 析 法 精 确 实 现 9点 关 键 ： 建 立 M点的 位 置 方 程连 杆 上 点 的 位 置 方 程 连 杆 曲 线 方 程 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所轨 迹 生 成 机 构 的 设 计 实 验 法连 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 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所平 面 连 杆 机 构 设 计 小 结一 、 刚 体 导 引 机 构 设 计 ： 实 现 连 杆 3个 预 定 位 置 （ 找 圆 心 ）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 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所有 关 平 面 连 杆 机 构 设 计 的 参 考 资 料1. 张 世 民 . 平 面 连 杆 机 构 设 计 . 高 等 教 育 出 版 社 ， 1983： 书 中 介 绍 了 平面 连 杆 机 构 的 设 计 方 法 ， 及 给 出 了 应 用 实 例 。2. 陈 立 周 . 机 械 优 化 设 计 . 上 海 科 学 技 术 出 版 社 , 1982: 设 定 目 标 函 数 ，如 连 杆 上 标 志 点 的 轨 迹 误 差 最 小 ； 根 据 所 给 的 约 束 条 件 ， 如 存 在 曲柄 、 传 动 角 在 许 用 范 围 内 等 ， 采 用 优 化 算 法 ， 对 设 计 变 量 进 行 优 化 ，得 到 目 标 函 数 的 最 优 解 。3. 曹 惟 庆 . 连 杆 机 构 的 分 析 与 综 合 . 科 学 出 版 社 , 2002： 介 绍 了 平 面 连杆 机 构 解 析 法 尺 度 综 合 和 优 化 设 计 方 法 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所2.6 空 间 连 杆 机 构 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所RSSR机 构 RSSP机 构 球 面 4R机 构CRSR机 构 典 型 机 构 及 命 名 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所有 关 空 间 连 杆 机 构 设 计 的 参 考 资 料1. 张 启 先 . 空 间 连 杆 机 构 的 分 析 与 综 合 （ 上 ） . 机 械 工 业 出 版 社 ， 1984：书 中 介 绍 了 空 间 连 杆 机 构 的 设 计 方 法 。2. 谢 存 禧 等 . 空 间 机 构 设 计 . 上 海 科 学 技 术 出 版 社 , 1996: 介 绍 了 空 间 连杆 机 构 的 组 成 原 理 、 运 动 分 析 、 受 力 分 析 和 设 计 方 法 。 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所本 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 ） 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 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所第 二 章 作 业第 2周 作 业 （ 部 分 ） 习 题 2.2 机 构 类 型 习 题 2.5 工 作 特 性 (图 解 法 ）第 3周 作 业 (用 图 解 法 ）1. 习 题 2.13 刚 体 导 引 机 构 设 计2. 习 题 2.16 急 回 机 构 设 计3. 习 题 2.19 设 计 与 分 析 题 精 密 仪 器 与 机 械 学 系 设 计 工 程 研 究 所第 2周 布 置 必 修 实 验 ：实 验 一 ： 典 型 机 构 的 运 动 与 应 用 实 例 展 示 ： 开 放 性 实 验 （ 1学 时 ）开 放 时 间 ： 第 3周 周 一 、 周 二 、 周 三实 验 二 ： 机 构 运 动 简 图 绘 制 （ 2学 时 ）实 验 时 间 ： 第 5、 6周 。