机械原理-平面连杆机构部分

机械原理平面连杆机构部分知识总结，供参考~主要内容有：机构的基础知识、平面连杆机构、平面平行四杆机构的特点及使用目的。

机械原理

• 机构的基础知识
  • 机构的组成
    • 机构的组成要素
      • 构件（Link）
        • 构件：至少具有一个铰点的刚体。
          • 铰点是用来和其他构件相连接的。
          • 二阶构件——具有两个铰点
          • 三阶构件——具有三个饺点
          • 四阶构件——具有四个铰点
        • 机构运动中具有独立运动的单元
      • 运动副（Joints/Kinematic pairs）
        • 两构件直接接触形成的可动连接
      • 运动链（Kinematic Chain）
        • 两个以上的构件通过运动副连接而成的系统
      • 机构（Mechanism）
        • 运动链中至少有一个构件为机架
    • 运动副的分类
      • 低副
        • 转动副
        • 移动副
      • 高副
  • 机构的运动简图
  • 机构自由度的计算
    • 注意：复合铰链、局部自由度、虚约束
  • 机构具有确定运动的条件
    • F>0且原动件数=F
    • 自由度必须大于零，且等于原动件。
• 平面连杆机构
  • 平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副、移动副）连接而成，故又称低副机构。
    • 铰链四杆机构--所有运动副均为转动副
      • 整转副——能作整周相对转动的转动副
      • 摆转副——不能作整周相对转动的转动副
    • 机架—相对参考系固定不动的构件
    • 连架杆——直接与机架相连的杆
      • 曲柄—连架杆中能作整周转动的构件
      • 摇杆—连架杆中只能作往复摆动的构件
    • 连杆——与机架不直接连接且做复杂运动的构件
  • 运动特性
    • 整转副存在条件 即Grashof条件
      • S+L≤P+Q
        • 取最短杆为连杆时，构成双摇杆机构;
        • 取最短杆为机架时，构成双曲柄机构;
        • 取最短杆的邻杆为机架时，构成曲柄摇杆机构;
        • 整转副存在于最短杆两端
        • 相等时，当所有构件共线时，变换点输出行为不定
      • 当最短杆与最长杆长度之和>其余两杆长度之和
        • 无曲柄，为双摇杆机构
          • 无整转副
      • 曲柄滑块机构条件：a+e≤b，偏心距e a为曲柄，是最短杆
    • 急回特性
      • 极限位置
        • 从动件位于两极限位置时，曲柄所处一个极限位置和另一个极限位置反向所夹的角
        • θ>0，k>1有急回特性
        • θ=0，k=1无急回特性
      • 行程速比系数K
  • 动力特性
    • 压力角α
      • 压力角：从动件的速度方向与作用力方向所夹锐角
        • 压力角和传动角随机构位置而变化。
          • 压力角愈大径向压力愈大，有效分力愈小！
        • [α]许用压力角
          • α max ≤[α]
    • 传动角γ
      • 传动角：压力角的余角
        • 传动角越大，传力特性越好！
          • [γ]许用传动角
            • γ min ≥[γ]
              • 【γ】=40°一般机械
              • 【γ】=50°重型机械
      • 极限位置
        • min：曲柄与机架共线
        • max：曲柄与机架共线 or摇杆与连杆垂直90°
    • 死点位置
      • 传动角γ=0°，压力角α=90°，即连杆与摇杆的接触点C的作用力与C的运动方向垂直
      • 曲柄为主动件不会有死点位置，只有摇杆和滑块为主动件时，曲柄与连杆共线时
        • 机构死点
          • 六种死点位置，实线为出现死点的情况
          • 规避方法：在曲柄轴上安装飞轮，利用飞轮转动的惯性；多组机构错位
  • 机构的变换
    • 构件和运动副变换
      • 移动副与转动副
      • 高副与低副
        • 规则2：任何低副可被一个高副替代，但此时将增加一个自由度
        • 规则3：去掉一个构件将减少一个自由度。
        • 自由度不变
      • 高阶构件变换
        • 规则5：任何三阶或高阶构件可通过合并铰点使其部分铰点缩减成为一个低阶构件。这样变换可产生一个复合（多重）运动副，但机构的自由度并不改变。
        • 规则6：全部缩减一个高阶构件的全部铰点等于去掉该构件，一个复合运动副产生了，但自由度将减少。
    • 机架变换
      • 对于低副所连接的两个构件之间的相对运动关系不因其中哪个构件作为参考坐标而变化。这一性质称为“低副运动可逆性”
      • 高副不具有相对运动可逆性
  • 构成分析-杆组法
    • 首先高副低代
      • 高副低代的方法：
        • 用一个带有两个转动副的构件来代替一个高副，这两个转动副分别处在高副两元素接触点的曲率中心。
      • 高副低代的条件：
        • 1）替前后机构的自由度完全相同；
        • 2）代替前后机构的瞬时速度和瞬时加速度不变。
      • 高副为两曲线时，曲率中心
        • 当机构运动时，随着接触点的改变，其接触点的曲率半径也随之改变，因而在不同的位置有不同的瞬时替代机构。
        • 点接触，曲率为0
        • 其中一个是直线
    • 杆组
      • 条件
        • 二级杆组
        • 三级杆组
• 平面平行四杆机构的特点及使用目的
  • 平行四边形机构
    • 特点
      • 两曲柄长度相等，连杆与机架的长度也相等
      • 两曲柄的转动和速度方向相同，连杆始终平动
      • 轴间距不可变
      • 当两曲柄与机架重合时，出现位置不确定问题 解决方法
        • 通过虚约束保持平行四边形
        • 加惯性轮利用惯性维持从动曲柄转向不变
    • 使用目的
      • 1.机车车轮联动：各车轮与主动轮运动相同
      • 2.升降台：升降过程中，平台始终水平
  • 反平行四边形机构
    • 特点
      • 两曲柄长度相同，连杆与机架的长度也相同，但不平行
      • 主动曲柄转动时，从动曲柄做反向转动
    • 实例：公共汽车门，两扇门同时开启和关闭

机械原理 凸轮

• 解析法设计凸轮廓线
  • 移动滚子从动件 盘形凸轮机构
  • 摆动滚子从动件 盘形凸轮机构
    • 已知设计要求：a,r0,l,ω,Ψ=Ψ(φ)
    • 理论廓线方程
      • x=A'C-A'D
      • y=OC+BD
• 廓线--确定尺寸