机构倒置基本原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,1.,机构设计的倒置原理,,当待求因素是活动铰链的位置时，需要利用,“,倒置原理,”,求解，该方法称为,“机构,倒置,法”,只是各构件的,“,绝对运动,”,（在变换后的,“,机架,”,上观察到的运动）发生了变化同一运动链，取不同的构件为,“,机架,”,时，根据相对运动原理，各构件间的相对运动关系并未改变（机构位置图全等）A,B,1,C,1,D,B,1,C,1,D,A,⑴,刚体导引,—,倒置原理,,如,图所示，铰链四杆机构在运动过程中，引导连杆,BC,上一,标线,BE,,依次通过预定位置标线,：构件上标志其位置的线段如：线段,BE,杆,BC,与,DE,固接在一起，为同一个构件取原机构,(a),中,待求动铰链,C,所在连杆,BC,为,“新机架”,，其上标线,BE,的位置,B,1,E,1,代表,“新机架”,的位置在所得,“倒置机构”,(b),中，原机构中的活动铰链,B,、,C,变为,“固定铰链”，,构件,AD,变为,“新连杆”,在“倒置机构”中，铰链中心,D,的“运动轨迹” 是以,C,1,为圆心的圆弧。

将求活动铰链,C,的位置问题转化为求“固定铰链,C,1,”,的问题返例,连杆,2,⑵,实现两连架杆对应位置,—,倒置原理,,铰链四杆机构在运动过程中，连架杆,AB,的位置和连架杆,CD,上标线,DE,的位置相对应标线,：构件上标志其位置的线段如：线段,DE,杆,CD,与,DE,固接在一起，为同一个构件在原机构,(a),中,,,,取待求的活动铰链,C,所在连架杆,CD,为,“,新,机架,”,，标线,DE,的位置,DE1,代表,“,新,机架,”,的位置在所得,“倒置机构”,(b),中，原机构中的活动铰链,C,变为,“固定铰链”，,构件,A,B,变为,“新连杆”在“倒置机构”中，铰链中心,B,的“运动轨迹” 是以,C,1,为圆心的圆弧将求活动铰链,C,的位置问题转化为求“固定铰链,C,1,”,的问题返例,连架,返回,例,2,：,已知连杆上过动铰链,B,的标线,BE,的三个位置，以及固定铰链中心,A,、,D,的位置如图所示（按,,l,,作出），,l,AB,用图解法设计该铰链四杆机构,设计关键,分析,,利用,“倒置原理”,进行设计,,确定连杆上另一活动铰链,C,的位置,设计方法,C,1,,,,设计思路：,,铰链中心,D,相对,“,新机架,”,,B,1,E,1,,的,“,轨迹圆弧,”,的圆心就是动铰链,C,的位置,C1,。

取连杆,BC,为,“新,机架,”,，其上标线,B,1,E,1,代表,“新,机架,”,的位置因此只要作出铰链中心,D,相对于,“新机架”,的另外两个位置,, D,的三个位置点所定圆的圆心就是待求动铰链,C,的位置,C,1,E,1,,,E1,C,1,,⑴,选取长度比例尺,,l,，作出连杆,上,标线,BE,的三个位置作图步骤,,,⑵,取标线,BE,的位置,B,1,E,1,,为,“新机架”,的位置，,B,3,D,2,,,B,2,E,2,D,表示原机构在第二位置时，标线,BE,与,铰链,D,之间的相对位置,B,1,E,1,D,2,，表示,“,倒置机构,”,在第二位置时，标线,BE,与,铰链,D,之间的相对位置注意：,,B,2,E,2,D,和,,B,1,E,1,D,2,顶角字母的顺序相同（标线,BE,与铰链,D,的相对方位不变）以,B,1,E,1,,为边，,,作,,B,1,E,1,D,2,≌,,B,2,E,2,D ,,,得点,D,2,,⑵,取标线,BE,的位置,B,1,E,1,,代表,“新机架”,的位置，,B,3,D,3,,D,2,,,B,3,E,3,D,表示原机构在第三位置时，标线,BE,与,铰链,D,之间的相对位置。

,B,1,E,1,D,3,，表示,“,倒置机构,”,在第三位置时，标线,BE,与铰链,D,之间的相对位置注意：,,B,3,E,3,D,和,,B,1,E,1,D,3,顶角字母的顺序相同（标线,BE,与铰链,D,的相对方位不变）,,再以,B,1,E,1,,为边，,,作,,B,1,E,1,D,3,≌,,B,3,E,3,D ,,,得点,D,3,,⑶,点,D,、,D,2,、,D,3,所定圆的圆心就是动铰链,C,的位置,C,1,D,2,D,3,,,C,1,,⑷,从图中量出,:,,,图长,B,1,C,1,、,C,1,D,，,,,则各构件的长度为：,,,l,BC,=,,l,,B,1,C,1,,,,,,l,CD,=,,l,C,1,D,AB,1,C,1,D,即为所求的铰链四杆机构在第一位置时的机构位置图小结,（,刚体导引）,⑴,已知连杆上活动铰链,B,、,C,的位置设计关键,：,确定固定铰链,A,、,D,的位置方法,：,中垂线法,D,⑵,已知连杆上标线的位置和固定铰链的位置设计关键,：确定连杆上动铰链的位置方法,：机构倒置法取连杆为“机架”将求动铰链的设计问题转化为求“固定铰链”的设计问题返回,,,,,例,3,：,已知固定铰链中心,A,、,D,的位置，连杆上的标线,EF,的三个位置如图所示（按,,L,,作出）。

用图解法设计该铰链四杆机构,E,1,F,1,E,2,F,2,E,3,F3,确定连杆上活动铰链,B,、,C,的位置,机构倒置法,命题类型,给定连杆上标线,EF,的位置分析,设计关键,设计方法,设计思路,：,,铰链中心,A,、,D,相对,“,新机架,”,,E,1,F,1,,的,“,轨迹圆弧,”,的圆心分别是动铰链,B,、,C,的位置,B,1,、,C,1,取连杆为,“新,机架,”,，其上的标线,EF,的位置,E,1,F,1,,代表,“新,机架,”,的位置因此只要作出铰链中心,A,、,D,相对于,“机架”,,E,1,F,1,,的另外两个位置,,,A,、,D,的三个位置点所定圆的圆心分别是待求动铰链,B,、,C,的位置,B,1,、,C,1,E,1,F,1,E,2,F,2,E,3,F3,,例,1,：,设计一铰链四杆机构已知连架杆,AB,的三个位置,AB,1,、,AB,2,、,AB,3,,分别与另一连架杆,CD,上的一标线,DE,的三个位置,DE,1,、,DE,2,、,DE,3,,对应，机架,AD,的长度要求,其余两个构件的长度,分析,设计关键,：,,连架杆,CD,上动铰链,C,的位置设计方法,,利用,“倒置原理”,进行设计,,C,1,,,设计思路：,,取待求的动铰链,C,所在的连架杆,CD,为,“,新,机架,”,，其上的标线,DE,的位置,DE,1,代表,“,新,机架,”,的位置。

铰链中心,B,相对,“,新机架,”,,DE,1,,的,“,轨迹圆弧,”,的圆心就是动铰链,C,的位置,C1,因此只要作出铰链中心,B,相对于,“,新,机架,”,,DE1,的另外两个位置,, B,的三个位置点所定圆弧的圆心就是待求动铰链,C,的位置,C,1,E1,C,1,,⑴,选取长度比例尺,,l,，作出连架杆,AB,和标线,DE,的三组对应位置作图步骤,,,⑵,取标线,DE,的位置,DE,1,代表,“新机架”,的位置，,,DE,1,B,2,′,，表示,“,倒置机构,”,在第二位置时，标线,DE,与,铰链,B,之间的相对位置,注意：,,DE,2,B,2,,和,,DE,1,B,2,′,顶角字母的顺序相同（标线,DE,与动铰链,B,的相对方位不变）,DE,2,B,2,,表示原机构在第二位置时，标线,DE,与铰链,B,之间的相对位置以,DE,1,,为边，,,作,,DE,1,B,2,′,≌,,DE,2,B,2,,,得点,B,2,′,,B,2′,,⑵,取标线,DE,的位置,DE,1,代表,“新机架”,的位置，,,DE,1,B,3,′,，表示,“,倒置机构,”,在第三位置时，标线,DE,与,铰链,B,之间的相对位置,。

注意：,,DE,3,B,3,,和,,DE,1,B,3,′,顶角字母的顺序相同（标线,DE,与动铰链,B,的相对方位不变） ,DE,3,B,3,,表示原机构在第三位置时，标线,DE,与,铰链,B,之间的相对位置再以,DE,1,,为边，,作,DE,1,B,3,′,≌,,DE,3,B,3,，,得点,B,3,′,B,2′,,B,3′,,,C,1,⑶,点,B,1,、,B,2,′,、,B,3,′,所定圆弧的圆心就是动铰链,C,的位置,C,1,⑷,从图中量出,:,,,图长,B,1,C,1,、,C,1,D,，,,,返回,则各构件的长度为：,,,l,BC,=,,l,,B,1,C,1,,,,,,l,CD,=,,l,C,1,D,B,2′,,B,3′,,AB,1,C,1,D,即为所求的铰链四杆机构在第一位置时的机构位置图例,2,：,如图所示,,,已知摇杆,AB,上一标线,AE,和滑块的三组对应位置（,按,,l,作出,）用图解法设计该摇杆滑块机构设计关键,：,机构倒置法,,B,1,,,分析,设计方法,连架杆,AB,,上动铰链,B,的位置返回,设计思路：,,取待求的活动铰链,B,所在的连架杆,AB,为,“,新机架,”,，其上标线,AE,的位置,AE,1,代表,“,新机架,”,的位置。

活动铰链,C,相对,“,新机架,”,,AE,1,,的,“,轨迹圆弧,”,的圆心就是动铰链,B,的位置,B,1,因此只要作出动铰链,C,相对于,“,新机架,”,的另外两个位置,, C,的三个,“,位置点,”,所定圆弧的圆心就是待求动铰链,B,的位置,B,1,B,1,,,作图步骤,⑴,取标线,AE,的位置,AE1,代表,“新机架”,的位置，,,AE,2,C,2,,表示原机构在第二位置时，标线,AE,与铰链,C,之间的相对位置,AE1C2,′,，表示,“,倒置机构,”,在第二位置时，标线,AE,与铰链,C,之间的相对位置注意：,,AE,2,C,2,,和,,AE,1,C,2,′,顶角字母的顺序相同,（,标线,AE,与动铰链,C,的相对方位不变,）,以,AE,1,为边，,作,,AE,1,C,2,′,≌,,AE,2,C,2,,,得点,C,2,′,C,2′,,,提问：如何简化确定点,C,2,′,的方法,？,,12,-,,12,⑴,取标线,AE,的位置,AE,1,代表,“新机架”,的位置，,,AE,3,C,3,,表示原机构在第三位置时，标线,AE,与铰链,C,之间的相对位置,AE1C3,′,表示,“,倒置机构,”,在第三位置时，标线,AE,与铰链,C,之间的相对位置。

注意：,,AE,3,C,3,,和,,AE,1,C,3,′,顶角字母的顺序相同（标线,AE,与动铰链,C,的相对方位不变） 再以,AE,1,为边，,作,,AE,1,C,3,′,≌,,AE,3,C,3,，得点,C,3,′,,C,2′,,C,3′,,,13,-,,13,⑵,点,C,1,、,C,2,′,和,C,2,′,所定圆弧的圆心就是动铰链,B,的位置,B1,B,1,AB,1,C,1,为摇杆滑块机构,ABC,在第一位置时的机构位置图量取,AB,1,、,B,1,C,1,,,得,l,AB,=,,l,AB,1,,，,l,BC,=,,l,B,1,C,1,,,返回,C,3′,,C,2′,,例,3,（习题,6-6,）,,图示为机床变速箱中操纵滑动齿轮的操纵机构，已知滑动齿轮的行程,H=60mm,，其相互位置如图所示当滑动齿轮在行程的另一端时，操纵手柄为垂直方向试设计此机构设计关键：,确定连架杆,AB,上动铰链,B,的位置分析,,命题类型,：,给定两连架杆,AB,、,CD,的两组对应位置，及一个附加条件（构件,AB,的第一位置,AB,1,处于水平线上）,设计方法,：“机构倒置法”,取待求的动铰链,B,所在的连架杆,AB,为“新机架”，标线,AF,1,代表“新机架”的位置。

动铰链,C,相对“新机架”,AF,1,的“轨迹圆弧”的圆心是动铰链,B,的位置,B,1,H,作图步骤,⑴,选取长度比例尺,,l,= 2mm/mm,，作出连架杆,CD,和标线,AF,的两组对应位置⑵,取,AF,1,代表“,新,机架”的位置，,作,,AF,1,C,2,′,≌,,AF,2,C,2,,,得点,C,2,′,C,2,',,,,提问：如何简化确定点,C,2,′,的方法,？,⑶,作连线,C,1,C,2,′,的中垂线，该中垂线与水平线的交点即为动铰链,B,的位置,B,1,⑷,量取,AB,1,=25.504 mm, B,1,C,1,=90.085mm,则,：,,,l,AB,=,,l,AB,1,=51.008,,,l,BC,=,,l,B,1,C,1,,= 180.170,,B,1,C,2,',,,AB,1,C,1,D,为铰链四杆机构在第一位置时的机构运动简图返回,小结,（,按两连架杆的对应位置设计四杆机构）,设计关键：,,确定连架杆上一动铰链的位置B,2,',B,3,',,,返回,设计方法：机构倒置法,,,取待求的动铰链所在的连架杆为“新机架”，取其上标线的一个位置代表“新机架”的位置。

将求活动铰链的设计问题转化为求“固定铰链”的设计问题讨论,：,1,）若给定两连架杆的三组对应位置，,2,）若只给定两连架杆的两组对应位置，有无穷多个解；,,当再给一个附加条件时（如待求动铰链的方位等），才能得到唯一解C,1,B,2,′,B,3,',,B,1,C,2,',,,有唯一解返回,4.,按行程速度变化系数设计四杆机构,,设计思路,：按,K,计算出极位夹角,,，,根据机构在极限位置时的几何关系，及有关附加条件，作出在极限位置时的机构运动简图；,由“图”确定出构件的运动尺寸,C,2,C,1,B,2,B,1,D,A,,,返回,曲柄摇杆机构在极限位置时的几何关系,,机构的极限位置,：,,,当曲柄与连杆两次共线,，摇杆分别处于两极限位置时，机构所处的位置,C,2,C,1,B,2,B,1,D,A,,,,= ∠C,1,AC,2,,AB=,(,AC,2,－,AC,1,)/2,,BC=,(,AC,2,+AC,1,)/2,返例,1,返,例,2,,,机构的极限位置,：,,,当曲柄与连杆两次共线,，滑块分别处于两极限位置时，机构所处的位置= ∠C,1,AC,2,,AB=,(,AC,2,－,AC,1,)/2,,BC=,(,AC,2,+AC,1,)/2,偏置曲柄滑块机构在极限位置时的几何关系,返例,3,思考：,k=1,几何关系,,,,=,∠C,1,AC,2,=,0°,,即,A,、,C,1,、,C,2,三点共线，,返回例,且曲柄的长度,,,AB=,(,AC,2,－,AC,1,)/2,= C,1,C,2,／,2,。

,当曲柄的固定铰链,A,的位置待求时,，需作辅助圆,，,以满足,∠,C,1,AC,2,=,,,当曲柄的固定铰链,A,的位置已知，,摇杆的另一极限位置待求时,，直接根据∠,C,1,AC,2,=,,来作图小结,返回,90°,－ ,,,,,总结,,⑴,,分析,：,,首先，根据已知条件和设计要求，确定,命题类型,；,,然后结合设计目标确定设计关键（待求因素）实现连杆的预定位置（其上动铰链已知、未知）,,实现给定,两连架杆的对应位置,,按行程速度变化系数,⑵,再根据命题类型，确定应采取的设计方法，写出作图步骤命题类型：实现连杆上一标线的预定位置待求因素：连杆上动铰链设计方法：,机构倒置法,,命题类型：实现给定两连架杆的对应位置待求因素：连架杆上动铰链的位置设计方法：,机构倒置法,,,,,,,,,C,1,C,2,A,B,C,H,e,,,命题类型：,按行程速度变化系数,K,设计四杆机构待求因素：确定曲柄的固定铰链,A,的位置。