东南大学机械原理课件

1、第二章 平面连杆机构及其设计,二、连杆机构的分类1、根据构件之间的相对运动分为：平面连杆机构，空间连杆机构。2、根据机构中构件数目分为：四杆机构、五杆机构、六杆机构等。,一、连杆机构是若干个构件全用低副（转动副、移动副、球面副、球销副、圆柱副及螺旋副）联接而成的机构，也称之为低副机构。,三平面连杆机构的特点,1）适用于传递较大的动力，常用于动力机械。2）依靠运动副元素的几何形面保持构件间的相互接触，且易于制造，易于保证所要求的制造精度3）能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，工程上常用来作为直接完成某种轨迹要求的执行机构。4）可实现远距离传递的操纵机构。,不足之处：1）不易于传递高速运动。2）可能产生较大的运动累积误差。3）平面连杆机构的设计较为繁难。,2-1 平面四杆机构的基本形式、演变及其应用,在连架杆中，能绕其轴线回转360者称为曲柄；仅能绕其轴线往复摆动者称为摇杆。,一、平面四杆机构的基本形式,1）曲柄摇杆机构:两连架杆中，一个为曲柄，而另一个为摇杆。2）双曲柄机构 两连架杆均为曲柄。3）双摇杆机构 两连架杆均为摇杆。,4,1,2,3,2-2 平面四杆机构设计中的共性问题,一、平

2、面四杆机构有曲柄的条件,二、平面四杆机构输出件的急回特性,三、平面机构的压力角和传动角、死点,四、运动的连续性,一、平面四杆机构有曲柄的条件,平面连杆机构有曲柄的条件：1）连架杆与机架中必有一杆为四杆机构中的最短杆；2）最短杆与最长杆之和应小于或等于其余两杆的杆长之和。（杆长和条件）,铰链四杆机构类型的判断条件：,2）若不满足杆长和条件，该机构只能是双摇杆机构。注意：铰链四杆机构必须满足四构件组成的封闭多边形条件：最长杆的杆长2 , : t1t2 , v10。,A,B,三、平面机构的压力角和传动角、死点,C,D,F,vc,F1,F2,F1 = FcosF2 = Fsin,1、机构压力角:在不计摩擦力、惯性力和重力的条件下，机构中驱使输出件运动的力的方向线与输出件上受力点的速度方向间所夹的锐角，称为机构压力角，通常用表示。,F1,传动角：压力角的余角。,机构的传动角和压力角作出如下规定：min ；= 3060；max。、分别为许用传动角和许用压力角。,F2,通常用表示., F1,vB3,= 0 = 90,= arccosb2+c2-d2-a2+2adcos/2bc., = 0, min=

3、 arccosb2+c2-(d-a)2/2bc = 180, max= arccosb2+c2-(d+a)2/2bc min=min ,180-maxmin,2、最小传动角的确定,min= =arccos（a+e)/b,为提高机械传动效率，应使其最小传动角处于工作阻力较小的空回行程中。,3 机构的死点位置,在不计构件的重力、惯性力和运动副中的摩擦阻力的条件下，当机构处于传动角=0（或=90）的位置下，无论给机构主动件的驱动力或驱动力矩有多大，均不能使机构运动，这个位置称为机构的死点位置。,F1 = FcosF2 = Fsin,B,F,四、运动的连续性,连杆机构的运动连续性：指该机构在运动中能够连续实现给定的各个位置。,连杆机构的运动不连续的问题：错位不连续；错序不连续。,23、平面四杆机构的运动设计,1、基本问题 根据机构所提出的运动条件，确定机构的运动学尺寸，画出机构运动简图。,1）根据给定的运动规律（位移、速度和加速度）设计四杆机构；,a 实现连杆的几个位置,c 实现两连架杆的对应角位移、角速度和角加速度（颚式碎矿机、惯性筛）,b 实现输出构件的急回特性,2）根据给定的运动轨迹设计

4、四杆机构；,3) 综合功能,一 根据给定的连杆位置设计四杆机构,B1,B2,B3,C2,C3,C1,二 按给定行程速度变化系数设计四杆机构,C2,AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-ABAC2=BC+AB,确定比例尺,已知:lCD,K,B2,曲柄滑块机构,已知：C1 、C2位 置（行程H），K,导杆机构,已知：,作直角 C1C2P,过三点作圆，A即在圆周上。,三 根据给定两连架杆的位置设计四杆机构,1、 刚化反转法,如果把机构的第i个位置AiBiCiDi看成一刚体(即刚化)，并绕点D转过(-1i)角度(即反转)，使输出连架杆CiD与C1D重合，称之为“刚化反转法”。,D,A,Ci,B1,Bi,C1,1i,1,1,1i,C1,给定两连架杆上三对对应位置的设计问题,E2,1,1,2,3,2,3,题2-2,(1),AB为最短,(2),AD为最短,或,AB为最长,AB既为最长也为最短,(3)只能考虑不满足杆长和条件下的机构,AB为最短,或,题2-3,1 双曲柄机构：AD为最短杆,2曲柄摇杆机构：AB为最短杆,3 双摇杆机构：因不是最短杆的对边，故考虑不满足杆

5、长和条件下的双摇杆机构,或,题2-5,(1),AB为最短,(2),AC为最短,(3) AB为原动件，e0时传动角为变数，而e=0时传动角为常数且=90，所以e=0时传力效果好。,题2-8,1、作DEAB2；2、取EC2=EC1=AB,题2-9,e,AB=(AC2-AC1)/2BC=(AC1+AC2)/2,AC1=BC-ABAC2=BC+AB,确定比例尺,题2-11,B1,A,C1,A,D,H,C2,E1,E2,F1,F2,D2,C2,1 在AB位置线上任取一点F；2 AF2C2D反向旋转90度，使AF2与AF1重合；3 做C1C2的中垂线，与AF1交于B1点。,E,F2,F1,D,C2,B2,B1,题2-12,C1,D,A,C2,F1,F2,C2,D,B1,题2-12,题2-13,400,300,100,解：1 把DF2逆时针转过 角度至DF2；,2 做F1F2中垂线交DE1于点E1;,3 连接DE1、 DE2中点C1、 C2并延长与AD交于A点；,4 AB=(AC2-AC1)/2 BC=(AC1+AC2)/2,结束,第三章 凸轮机构,凸轮机构,第三章,31 凸轮机构的应用及其分类,3

6、2 从动件常用运动规律,33 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,34 根据预定运动规律设计盘形凸轮轮廓曲线,一、凸轮机构的应用二、凸轮机构的分类三凸轮机构的工作原理四、凸轮机构的设计任务,31凸轮机构的应用及分类,1、凸轮机构：凸轮是一个具有曲线轮廓的构件。含有凸轮的机构称为凸轮机构。它由凸轮、从动件和机架组成。,一、凸轮机构的应用,凸轮机构的优点：只需确定适当的凸轮轮廓曲线，即可实现从动件复杂的运动规律；结构简单，运动可靠。 缺点：从动件与凸轮接触应力大， 易磨损用途：载荷较小的运动控制,一）按凸轮的形状分,1、盘形凸轮 2、移动凸轮 3、圆柱凸轮,4、圆锥凸轮,二、凸轮机构的分类,1、尖顶从动件 2、滚子从动件 3、平底从动件,二）按从动件上高副元素的几何形状分,三）、按凸轮与从动件的锁合方式分,1、力锁合的凸轮机构2、形锁合的凸轮机构1）构槽凸轮机构2）等宽凸轮机构3）等径凸轮机构4）主回凸轮机构,四）、根据从动件的运动形式分,摆动从动件凸轮机构,移动从动件凸轮机构,h,三、凸轮机构的工作原理,基圆,推程运动角,远休止角,近休止角,回程运动角,四、凸轮机构的设计任务,3）凸轮机构曲线轮

7、廓的设计4）绘制凸轮机构工作图,1）从动件运动规律的设计,2）凸轮机构基本尺寸的设计移动从动件：基圆半径rb，偏心距e;摆动从动件：基圆半径rb，凸轮转动中心到从动件摆动中心的距离a及摆杆的长度l;滚子从动件：除上述外，还有滚子半径rr。平底从动件：除上述外，平底长度L。,32从动件常用运动规律,一、基本运动规律二、组合运动规律简介三、从动件运动规律设计,一、基本运动规律,（一） 多项式运动规律s=c0 + c1 + c22 + c33 + + cnnv=( c1 + 2c2 + 3c32 + +ncnn-1)a=2(2c2 + 6c3 +12c42 + +n(n-1)cnn-2)j=3(6c3 + 24c4 + +n(n-1)(n-2)cnn-3)，式中，为凸轮的转角（rad）； c0，c1，c2， ，为n+1个待定系数。,1、n=1的运动规律,s = c0+c1v= c1 a=0,等速运动规律,2、 n=2的运动规律,增加多项式的幂次，可获得性能良好的运动规律,等加速等减速运动规律,（二）余弦加速度规律,（三）正弦加速度规律,无冲击！,从动件常用基本运动规律特性,33 盘形凸轮机构基本尺寸的确定,一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸 设计二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸,一、移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸的设计,，即,移动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸,t,t,O,P,n,n,A,e,S,S0,v2,C,r,rb,1,1,2,3,P13,P23,1、偏距e的大小和偏置方位的选择原则,应有利于减小从动件工作行程时的最大压力角。为此应使从动件在工作行程中，点C和点P位于凸轮回转中心O的同侧，此时凸轮上C点的线速度指向与从动件工作行程的线速度指向相同。偏距不宜取得太大，一般可近似取为：,2、凸轮基圆半径的确定,加大基圆半径，可减小压力角，有利于传力1）机构受力不大，要求机构紧凑,2）机构受力较大，对其尺寸又没有严格的限制,根据实际轮廓的最小向径rm确定基圆半径rb，校核压力角,根据结构和强度确定基圆半径,二、摆动从动件盘形凸轮机构的基本尺寸,整理得，,1 与2同向,凸轮的转向1 与从动件的转向2相反,2、在运动规律和 基本尺寸相同的情况下，1 与2异向，会减小摆动从动件盘形凸轮机构的压力角。,

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