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機械原理平面連桿機構分析報告

機械原理平面連桿機構分析報告如下:

1、平面連桿機構優缺點的介紹

優點

1、運動副壹般為低副,壓強小、磨損輕。

2、構件多呈現為桿狀,加工制造方便,成本較低。

3、傳動距離遠、行程較大。

4、可實現多種運動變換規律。

5、連桿曲線豐富,利用連桿曲線可滿足不同運動軌跡的設計要求。

缺點

1、壹般構件較多且復雜。

2、運動鏈長,精度不高,誤差大。

3、慣性力難以平衡,動載荷大,不利於高速傳動。

4、壹般只能近似的滿足運動規律設計的要求。

2、以平面四桿機構為例,介紹平面四桿機構的基本類型與應用實例

在平面四桿機構中,依據連架桿能否作整周轉動,可將其分為三種基本類型:曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。

1、曲柄搖桿機構

在鉸鏈四桿機構的兩個連架桿中,若其壹為曲柄,另壹為搖桿,則稱其為曲柄搖桿機構。在這種機構中,當曲柄為原動件時,可將原動件的連續轉動,轉變為搖桿的反復擺動。如飛剪、間歇傳送機構、傳送帶送料機構等。而當搖桿為原動件時,可以將原動機的反復擺動,轉化為從動曲柄的整周轉動。如縫紉機的踏板機構。

圖1所示為飛剪機構,構件1為曲柄,它轉動後通過連桿2使搖桿3繞D點擺動,通過與連桿2配合運動,在曲柄回轉壹周中會存在某個時刻連桿2與搖桿匯合在壹起,即形成剪切動作。

圖2所示為間歇傳送機構,構件1為曲柄,它轉動後通過連桿2使搖桿3繞D點擺動,在連桿2上固定安裝有推動物料的構件,在曲柄1運動過程中,連桿帶動該構件做出推動動作,且曲柄每回轉壹周完成壹次推動動作,如此往復,便可實現間歇傳動。

圖3所示為縫紉機的踏板機構,構件1在人力的作用下作擺動運動,經連桿2傳動使曲柄3繞D點轉動,該桿機構存在死點,需要借助外力。

2、雙曲柄機構

若鉸鏈四桿機構中的兩連架桿均為曲柄,則稱其為雙曲柄機構。

圖4為示為慣性篩機構,構件1為主動曲柄,它轉動後通過連桿2使從動曲柄3繞D點轉動,該機構中曲柄長度不平行,當主動曲柄1勻速轉動時,從動曲柄3做變速轉動,從而使得上方的篩子具有壹定的加速度,達到篩分物料的目的。

圖5為示為公***汽車車門開閉機構,構件1為主動曲柄(壹側車門),它轉動後通過連桿2使從動曲柄3繞D點轉動。該機構中兩曲柄長度相同但不平行,因此其運動的主從動曲柄轉向相反。當曲柄1轉動時,曲柄2即向相反方向轉動,因而可以使得兩側車門同時打開,且速度相等。

3、雙搖桿機構

若鉸鏈四桿機構中的兩連架桿都是搖桿,則稱其為雙搖桿機構。在這種機構中兩連架桿均為擺動,可以實現壹定範圍內的移動。其應用實例有飛機起落架、鶴式起重機、汽車前輪轉向機構等。

圖6為示為汽車前輪轉向機構,構件1為主動件,經連桿2傳動使搖桿3繞D點擺動,該機構使壹個動力驅動兩前輪同向、同角度轉動。

圖7所示為鶴式起重機機構。AB為主動搖桿,CD為被動搖桿,重物懸掛在連桿CE上,當主動搖桿AB擺動時,從動搖桿CD也隨之擺動,位於連桿BC延長線上的重物懸掛點E將沿近似水平直線運動。

圖8所示為飛機起落架機構,構件1為主動搖桿,壹般由液壓缸帶動,它轉動後通過連桿2使從動搖桿3繞D點轉動,同時帶動輪子收起(放出)。當輪子處於伸出狀態時,整個機構處於死點狀態,有助於保證飛機降落時的安全。

3、平面四桿機構的演變方法、演變過程,演變後機構的應用實例

將轉動副轉化為移動副。

演變過程如下圖a所示,將鉸鏈四桿中的搖桿3做成滑塊的形式,使其沿圓弧導軌往返滑動時,該機構演變為圖b所示的具有曲線導軌的曲柄滑塊機構。再將搖桿的長度演變成∞,機構就演變成圖c所示的具有偏距e的曲柄滑塊機構,當e=0時,則為圖d所示對心曲柄滑塊機構。

圖9所示為小型沖床結構,構件3為曲柄,壹般在沖床的曲柄上配有壹個質量比較大的飛輪,轉動起來之後借助飛輪的轉動慣量,便可實現較大的沖壓力。其具體的動作過程為,曲柄3轉動帶動連桿4運動,同時使滑塊5順著導軌槽上下往復運動。

該轉化方法的應用實例有:

圖10所示為內燃機壹個工作缸的結構簡圖,構件3為滑塊(活塞),活塞在柴油或汽油的燃燒作用被推動,活塞3的上下往復運動通過連桿2推動曲柄1做回轉運動,從而為汽車提供了動力源。

選用不同的構件為機架。

對心曲柄滑塊機構是具有壹個移動副的四桿機構,在a圖所示的曲柄滑塊機構中,若取構件1為機架則轉化為如b所示的轉動導桿機構;若取構件2為機架則轉化為圖c所示的曲柄搖塊機構;若取構件3為機架則轉化為圖e所示的定塊機構。

該轉化方法的應用實例有:

圖示為小型刨床結構,圖示的ABC部分即為轉動導桿機構,構件1為曲柄,通過滑塊2帶動導桿3轉動,運動時滑塊C在導桿上滑動,導桿末端通過另壹桿件與刨刀E相連接,E的運動具有急回特性。

圖示為牛頭刨床結構,圖示的ABC部分即為擺動導桿機構,構件2為曲柄,通過滑塊C帶動導桿3擺動,運動時滑塊C在導桿上滑動,滑塊固定在壹滑槽內,通過滑塊帶動刨刀運動。

圖示為自卸卡車車廂舉升機構,圖示的ABC部分即為曲柄搖塊機構,其中搖塊3為油缸,用壓力油推動活塞使車廂翻轉。

圖示為手搖唧筒,圖示的ABC部分即為定塊機構,構件1為搖桿,定塊3通過連桿2與搖桿連接,搖桿帶動限制在滑槽中的活塞4運動,完成取水動作。

變換構件的形態,改變轉動副的尺寸。

在圖a所示的曲柄搖桿機構中,如果將曲柄1端部的轉動副曰的半徑加大至超過曲柄1的長度AB,使得到如圖b所示的機構。此時,曲柄l變成了壹個幾何中心為B、回轉中心為A的偏心圓盤,其偏心距e即為原曲柄長。該機構與原曲柄搖桿機構的運動特性相同,其機構運動簡圖也完全壹樣。在設計機構時,當曲柄長度很短、曲柄銷需承受較大沖擊載荷而工作行程較小時,常采用這種偏心盤結構形式,在沖床、剪床、壓印機床、柱塞油泵等設備中,均可見到這種結構。

4、連桿機構的創新

與傳統的連桿機構相比,近年來的設計已經充分使用了仿真分析,比如利用矢量方法來描述平面連桿機構的運動及動力分析,使用ANSYS等軟件對連桿機構機構模型進行運動仿真等。利用這些手段,現代利用數學分析的方法對連桿系統進行求解的比重大大增加,不僅降低了設計的難度,也使得系統的實用性也能夠最大程度的滿足設計的需求。

通過查閱資料,目前常見的連桿創新設計有變比例剪叉式連桿機構、多套四桿機構串聯機構、六桿機構等。

圖示為曲線軌跡變異剪叉式結構,通過改變銷軸的位置,使其偏離於兩桿的中心位置,在剪叉機構展開時,其打開方向就會呈現曲線的狀態。

5、參考資料

1、黃華梁、彭文生主編,高教出版社出版,《機械設計基礎》

2、阮寶湘主編,機械工業出版社出版《工業設計機械基礎》

3、孫桓、陳作模、葛文傑主編,高等教育出版社出版,《機械原理》

4、楊家軍編,華中科技大學出版,機械原理(第二版)

5、申永勝主編,清華大學出版社出版,機械原理

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