机械原理课件5

1、5平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计5.2 平面四杆机构的基本型式及其演化平面四杆机构的基本型式及其演化 5.1 概述概述5.3 平面四杆机构的基本概念与传动特征平面四杆机构的基本概念与传动特征5.4 按行程速比系数设计平面四杆机构按行程速比系数设计平面四杆机构5.5 平面四杆机构的解析法设计平面四杆机构的解析法设计5.6 近似等速比机构的设计与传动特征近似等速比机构的设计与传动特征 5.7 高阶停歇机构的设计与传动特征高阶停歇机构的设计与传动特征 5.8 机构创新设计概述机构创新设计概述 5.9 平面连杆机构的应用平面连杆机构的应用5平面连杆机构及其设计平面连杆机构及其设计近似等速比机

2、构、高阶停歇机构与机构创新设计；近似等速比机构、高阶停歇机构与机构创新设计； Chapter 5 Planar Linkage Mechanisms and Design提要提要5.1概概 述述平面连杆机构是由若干个构件通过低副连接且各构件都在相互平行的平面连杆机构是由若干个构件通过低副连接且各构件都在相互平行的平面内运动的一类机构，又称为平面低副机构。平面内运动的一类机构，又称为平面低副机构。平面四杆机构是平面连杆平面四杆机构是平面连杆机构中的基本机构。机构中的基本机构。本章主要介绍连杆机构中最基本的平面四杆机构的类本章主要介绍连杆机构中最基本的平面四杆机构的类型、传动特性与简单条件下的机构

3、设计方法，同时介绍近似等速比机构、型、传动特性与简单条件下的机构设计方法，同时介绍近似等速比机构、高阶停歇机构的设计以及机构创新设计的一般方法高阶停歇机构的设计以及机构创新设计的一般方法 。平平面面机机构构的的动动画画展展示示1平平面面机机构构的的动动画画展展示示2平平面面机机构构的的动动画画展展示示3注：双击任意一个动画，进入单个动画播放；再双击返回主界面注：双击任意一个动画，进入单个动画播放；再双击返回主界面 ABCD124313ABCD124313、和和 ABCD124313A0B0ABadcb142313A0B0AB143213 ABA0B0143213A0B0143213ALABBR

4、ARBL图图5.7、图、图5.8中的部分机构中的部分机构l22134AB1432AB11324BAC图图5.7(a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构 图图5.8(b)双滑块机构双滑块机构 图图5.8(d)双转块机构双转块机构图图5.10图图5.10偏心轮对应的平面四杆机构偏心轮对应的平面四杆机构 2134ABCACB1342图图5.11偏心轮对应的平面四杆机构偏心轮对应的平面四杆机构ACB1342423CAB1图图5.11acdbABCD124313A0B0ABadcb142313A0B0AB143213ABA0B0143213A0B0AB131432AA0B14321V3AA01432e1BV313

5、4B0A0A2A0B0A1324A0B0A1324A142BA0e31V4A0142BA31V41432A0AS31S3 A0Asin1eAA012341S3S3 e tan11432AB1l22134ABx2, y2Pacdb1423A0B0AB1313acdb1423ABB1B2CC2C1D1。 acdb1423ABB1B2CC2C1D1 acdb1423ABB1B2CC2C1D1 acdb1423ABB1B2CC2C1D1acd2ABCD1b34 A0B0AB131432acdb1423ABB1B2CC2C1D1acd2ABCD1b3424 位置位置acdb1423ABB1B2CC2C1

6、D1acdb1423ABB1B2CC2C1D1acdb1423ABB1B2CC2C1D1 (5.5)acdb1423ABB1B2CC2C1D15.3.3 压力角、传动角和死点位置压力角、传动角和死点位置 acdb423ABB1B2CC2C1D11VCF23在连杆机构中，压力角在连杆机构中，压力角=90或传动角或传动角=0的位置称为机构的的位置称为机构的死死点位置点位置。图图5.13机构的死点位置机构的死点位置在图在图13所示的机构中，若所示的机构中，若摇杆摇杆3为主动件，则存在死点位置，在为主动件，则存在死点位置，在B1、B2位置位置。acdb423ABB1B2CC2C1D11M3VB2F32

7、 903M1acdb1423ABB1B2CC2C1D1Pb + aB2b -aC2C1DcB1dAC1C2DPNMbbC2bC1bCfdAB2C1C2DPNMEaCf2aC1abB1B2minCBPb + aB2b -aC2C1DcB1dA图图5.7(a)曲柄滑块机构曲柄滑块机构He1324BACC1C21He1324BACC1C21eAC1 = baAC2 = baB2B1PC1C2HAB1AC1 = baAC2 = baB2APC1C2HB1eAC1 = baAC2 = baB2AC3B3min5.5平面四杆机构的解析法设计平面四杆机构的解析法设计5.5.1按许用传动角设计曲柄摇杆机构按许

8、用传动角设计曲柄摇杆机构设已知从动摇杆的摆角设已知从动摇杆的摆角、行程速比系数、行程速比系数K，机架的杆长，机架的杆长d1，许，许用传动角用传动角，设曲柄的杆长，设曲柄的杆长a为参变量，用解析法为参变量，用解析法23确定连杆的杆长确定连杆的杆长b以及摇杆的杆长以及摇杆的杆长c。 图图5.20曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABA0B01432A1B2A2A3B3B1由行程速比系数由行程速比系数K求出极位夹求出极位夹角角，即，即180(K1)/(K1)。在。在图图5.20中，由中，由B1B0B2得得B1B22c sin(0.5)，对，对A0B1B2应用余弦定应用余弦定理得理得由此得由此得a、b、c 与与

9、的函数关系的函数关系 )12. 5(cos)(2)()()(22221ababababBB)13. 5()5 . 0(sin2cos)(222222ababc图图5.20曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABA0B01432A1B2A2A3B3B1对对A3B3B0应用余弦定理得应用余弦定理得 )14. 5(cos2)1 (222cbcba将将式式(5.13)代入代入式式(5.14)，得以，得以 a 为为设计变量的设计方程为设计变量的设计方程为 )15. 5(cos)()5 . 0sin(cos2)1 ()5 . 0(sin2cos)(22222222222ababbaababb将将式式(5.15)两端平

10、方，令两端平方，令L1、M1、N1和和S1分别为分别为 )5 . 0(sin)1 (2)cos1 (2221aaL)5 . 0(sin2cos121M)cos1(cos)5 . 0(sin8221N2221)cos1(cos)5 . 0(sin8aS得以得以 a 为参变量、为参变量、b 为设计变量的方程为为设计变量的方程为 )16. 5(0)2()(2121114121LbSMLbNM图图5.20曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABA0B01432A1B2A2A3B3B1b的一个实数解为的一个实数解为 )17. 5()(2)(4)2()2(121211212111111NMLNMSMLSMLb由由式式

11、(5.13)得得 c 为为 )18. 5()5 . 0(sin2cos)(22222ababc图图5.20曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构ABA0B01432A1B2A2A3B3B1解解由由式式(5.17)计算连杆的杆长计算连杆的杆长b1.025 1，由由式式(5.18)计算摇杆的杆长计算摇杆的杆长c0.570 6。 例例5.1已知已知K1.1，机架的杆长，机架的杆长d1，许用传动角许用传动角53，摇杆的摆角，摇杆的摆角40，曲柄的杆长曲柄的杆长a取取0.18，试用解析法确定连杆，试用解析法确定连杆的杆长的杆长b以及摇杆的杆长以及摇杆的杆长c。设已知从动摇杆的摆角设已知从动摇杆的摆角、若、若0，K1，

12、机架的杆长，机架的杆长d1，许用传，许用传动角动角。用解析法用解析法确定曲柄的杆长确定曲柄的杆长a、连杆的杆长、连杆的杆长b以及摇杆的杆长以及摇杆的杆长c。4AA4A3A2B4B1B2B3BA0B0图图5.210的曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构A1在在图图5.21中，中，K1，摇杆在，摇杆在B3B0、B4B0位置出现最小传动角且两个最位置出现最小传动角且两个最小传动角相等，对小传动角相等，对A1B1B0、A1B2B0应用余弦定理应用余弦定理 )19. 5()(2)(1)(2)(1)cos(2222001abcababcabBAB化简上式得机构杆长之间的约束方程为化简上式得机构杆长之间的约束方程为

13、)20. 5(1222cba对对A4B4B0、A3B3B0 应用余弦定理得应用余弦定理得 )21. 5(2)1 (2)1 (cos222222cbcbacbcba化简上式得化简上式得 )22. 5()cos/(cab4AA4A3A2B4B1B2B3BA0B0图图5.210的曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构A1令式令式(5.13)中的中的0，得杆长，得杆长c的函数式为的函数式为 )23. 5()5 . 0sin(/ac 联联立式立式(5.20)(5.23)得曲柄的杆长得曲柄的杆长 a、连杆的杆长、连杆的杆长 b 以及摇杆以及摇杆的杆长的杆长 c 的设计方程为的设计方程为 )24. 5()cos2/()

14、cos1 (2b)25. 5()cos1/()1 (222bbc)26. 5(2/ )cos1 ( ca曲柄摇杆机构的设计动画曲柄摇杆机构的设计动画4AA4A3A2B4B1B2B3BA0B0图图5.210的曲柄摇杆机构的曲柄摇杆机构A1QjP1Q1OyxPjQ j1j刚体从初始位置刚体从初始位置P1 Q1到达任意位置到达任意位置Pj Qj1jQjPjQ jP1Q1OyxPjQ j1j刚体从初始位置刚体从初始位置P1 Q1到达任意位置到达任意位置Pj QjQjQjPjQ j1j QjP1Q1OyxPjQ j1j刚体从初始位置刚体从初始位置P1 Q1到达任意位置到达任意位置Pj QjQjPjQ j

15、1j(qjxqjy1)T= D1j(q1xq1y1)T)27. 5(cossinsincos1111j1j1j1j1jjjjyyxxyyxxpqpqpqpq)28. 5(1100cossincossinsincossincos111j11j11jj1j1j11j11jj1j1jjyxyxyyxxyxqqppppppqq)29. 5(100cossincossinsincossincosj11j11jj1j1j11j11jj1j1j1yxyyxxppppppDQ1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxlQ1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y

16、)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxl( ajx - a0 x )2 + ( ajy - a0y )2 = ( a1x- a0 x )2 + ( a1y - a0y )2 ajxajy1T= D1ja1xa1y1Tj = 2,3,，n (5.30) j =2,3,，n (5.31) Q1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxl Q1Qj1jP1PjA1(a1x，a1y)Aj(ajx，ajy)A0(a0 x,a0y)lOyxlOxyBjSjPjQjB1S1Q1P1B2S22P2Q2P2j) OxyBjSjPjQjB1S1Q

17、1P1B2S22P2Q2P2jjOxyBjSjPjQjB1S1Q1P1B2S22P2Q2P2j 。Axyl44D00l1l3l2123BC图图5.25铰链四杆铰链四杆函数生成机构函数生成机构Axyl44D00l1l3l2123BC图图5.25铰链四杆铰链四杆函数生成机构函数生成机构)40. 5(n,.,3 , 2 , 1)2180180cos(1 20m0j jnjnxxxx2n1ii2n1igi)()(min)(minminiixfxgEAxyl44D00l1l3l2123BC图图5.25铰链四杆铰链四杆函数生成机构函数生成机构图图5.25铰链四杆函数生成机构的设计铰链四杆函数生成机构的设计

18、Axyl44D00l1l3l2123BC)sin()cos(01B01Blylx)sin()cos(03C014Clyllx222BC2BC)()(lyyxx图图5.25铰链四杆函数生成机构的设计铰链四杆函数生成机构的设计Axyl44D00l1l3l2123BC)35. 5()cos()cos()cos(0030201KKK图图5.25铰链四杆函数生成机构的设计铰链四杆函数生成机构的设计Axyl44D00l1l3l2123BC )cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos()cos(030330320310202302202101013012011KKKKKK

19、KKK)2/()(/31242322213142341llllllKllKllK33124232121431242/KllllllKlllKlAxyl44D00l1l3l2123BC图图5.25铰链四杆铰链四杆函数生成机构函数生成机构Axyl44D00l1l3l2123BC图图5.25铰链四杆铰链四杆函数生成机构函数生成机构2121)()(min)(minminniiiniigixfxgE图图5.25铰链四杆函数生成机构的设计铰链四杆函数生成机构的设计Axyl44D00l1l3l2123BC)36. 5()cos()cos()cos(210030201niiiiiKKKE)365()cos()

20、cos()cos(210030201niiiiiKKKE)39. 5(0)cos()cos()cos(2)38. 5(0)cos()cos()cos()cos(2)37. 5(0)cos()cos()cos()cos(2001302010001302010001302011iiniiiiiiniiiiiiniiiKKKKEKKKKEKKKKE)39. 5()cos(1)cos()cos()38. 5()cos()cos()cos()(cos)cos()cos()37. 5()cos()cos()cos()cos()cos()(cos1001113020110001110302200110001

21、1103002021niiinininiiiniiiinininiiiiiniiiinininiiiiiKKKKKKKKKyxabcd00ABCD图图5.25铰链四杆铰链四杆函数生成机构函数生成机构例例设连架杆设连架杆a的变化区间为的变化区间为090，初始角位移，初始角位移0140；连架；连架杆杆c的初始角位移的初始角位移090，对，对的变化的变化区间划分区间划分10份，连架杆份，连架杆c与连架杆与连架杆a的的函数关系为，试用解析法确定连架杆函数关系为，试用解析法确定连架杆a、连架杆连架杆c与连杆与连杆b的杆长。的杆长。 2)曲柄滑块函数生成机构的设计曲柄滑块函数生成机构的设计 yS2AA0B

22、图图5.26曲柄滑块函数生成机构曲柄滑块函数生成机构134abeS00 x在在图图5.26所示的坐标系中，设所示的坐标系中，设a，b，e为设计变量，为设计变量，0，S0为预先选择的为预先选择的参数，参数，A、B两点之间的定长约束方程为两点之间的定长约束方程为)41. 5()sin()cos(220200baeaSSiii令令K1、K2和和K3分别为分别为 2221ebaKaK22aeK23 曲柄滑块函数生成机曲柄滑块函数生成机构的构的设计设计与与分析分析动画动画 于是，式于是，式(5.41)简化为简化为 )42. 5(2)sin()cos()(0202030021iiiiiSSSSKSSKK与

23、式与式(5.36)式式(5.39)相同的处理方法，求得相同的处理方法，求得K1、K2和和K3，然后，然后，再求得再求得a，b，e。于是，得机构的设计尺寸。于是，得机构的设计尺寸。 yS2AA0B图图5.26曲柄滑块函数生成机构曲柄滑块函数生成机构134abeS00 x例例5.3设曲柄设曲柄1的角位移的角位移i、初始角位移、初始角位移0、滑块、滑块3的位移的位移Si与初始位移与初始位移S0如如表表1.1所示。试用解析法确定曲柄所示。试用解析法确定曲柄 a、连杆、连杆 b 与偏心距与偏心距 e 的杆长，判断的杆长，判断该机构是否为曲柄滑块机构，给出该机构的运动规律曲线。该机构是否为曲柄滑块机构，给

24、出该机构的运动规律曲线。 图图5.26曲柄滑块函数生成机构与运动规律曲线曲柄滑块函数生成机构与运动规律曲线 yS2AA0B134abeS00 xS3VL3aL3qL302表表1.1机构的设计参数机构的设计参数(长度的单位为米长度的单位为米)1401251109580655035205151098765432100.03750.03550.0330.0300.0270.02350.0200.0160.0120.0080.079S10S9S8S7S6S5S4S3S2S1S0解曲柄解曲柄 a14.859 mm，连杆，连杆 b57.373 mm，偏心距，偏心距 e7.289 mm。 ：APOyxr4A

25、0r1rr3r2BB0r5r6APOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)47. 5(ii3i2i1reererer)48. 5(ii6i5i4reerererAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)cos(2)()cos(2)cos(221221222321rrrrrrrrrr)cos(2)()cos(2)cos(264226242564rrrrrrrrrr5.51)52. 5(,6482624257664521421222332211rrKrrrKrKrKrrKrrrKrKrKAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6APOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)cos(

26、2)cos(2)cos(242321KrKrKrK)cos(2)cos(2)cos(282765KrKrKrK5.53 APOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)54. 5(4333222111qKmqlKmqlKmqlK)53. 5()cos(2)cos(2)cos(242321KrKrKrK)56. 5()cos(2)cos(22321rlrlrl)57. 5()cos(2)cos(2)cos(2321mrmrm)53. 5()cos(2)()cos(2)()cos(2)(2332211qrmqlrmqlrmql)54. 5(4333222111qKmqlKmqlKmqlK)58.

27、5(0) 1()(211221221llqmlmlqmm)(2211mqlmqlqAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)58. 5(0) 1()(211221221llqmlmlqmm)(2)(4) 1() 1(212121212211221mmllmmmlmlmlmlq2122332211rrKrKrKrAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)53. 5()cos(2)()cos(2)()cos(2)(2776655srmslrmslrmsl)53. 5()cos(2)cos(2)cos(282765KrKrKrK)53. 5()cos(2)cos(22765arlrlrl

28、)55. 5(8777666555sKmslKmslKmslK)53. 5()cos(2)cos(2)cos(2765bmrmrm6645,rKrK)(6655mslmsls0) 1()(655665265llsmlmlsmm)(2)(4) 1() 1(656565256655665mmllmmmlmlmlmls)52. 5(,64826242576645rrKrrrKrKrK54Kr 66Kr 262475rrKr)55. 5(8777666555sKmslKmslKmslKAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6)60. 5()(11ii)59. 5()coscoscos(/ )si

29、nsinsinarctan(2121iiiiiirrrrrrAPOyxr4A0r1rr3r2BB0r5r6以上论述了以上论述了三三个精确点个精确点的尺寸设计方法。如果精确点的数目超的尺寸设计方法。如果精确点的数目超过三个，设计工作量显著增大。由于只有过三个，设计工作量显著增大。由于只有九个设计参数九个设计参数(r1、r2、r3、r4、r5、r6、)，当精确点的数目超过当精确点的数目超过九个九个时，只能采用数值时，只能采用数值方法予以求解。若采用数值方法设计轨迹机构，可由方法予以求解。若采用数值方法设计轨迹机构，可由式式 (5.56) 、式、式 (5.57)构造构造最小二乘偏差的表达式最小二乘偏

30、差的表达式E1、E2，即，即2123211)cos(2)cos(2niiiirlrlrlE231212)cos(2)cos(2)cos(2mrmrmEniiiOXY15432678大腿大腿小腿小腿踝关节运动轨迹1y1x1x2y2O1ABCDEFGHO85.6近似等速比机构的设计与传动特征近似等速比机构的设计与传动特征 近似等速比传动机构的设计理论是机构设计理论中的重要分支之一，近似等速比传动机构的设计理论是机构设计理论中的重要分支之一，数学分析表明，若两个基本机构所对应的组合机构的位移函数在同一时数学分析表明，若两个基本机构所对应的组合机构的位移函数在同一时刻的一阶导数等于常数，二阶、三阶导数

31、在对应时刻等于零，则该组合刻的一阶导数等于常数，二阶、三阶导数在对应时刻等于零，则该组合机构具有近似等速比的传动特征。此原理建立了近似等速比传动机构设机构具有近似等速比的传动特征。此原理建立了近似等速比传动机构设计的新方法计的新方法 设一类平面六杆机构输入端子机构的速度函数为设一类平面六杆机构输入端子机构的速度函数为i1，输出端子机构，输出端子机构的速度函数为的速度函数为i2，则该平面六杆机构的速度函数为，则该平面六杆机构的速度函数为i为为 )61. 5(21iii对对i求关于输入位移的求关于输入位移的13阶导数得阶导数得)62. 5(12212iiiii )63. 5(312112312ii

32、iiiiii )64. 5(436)3(12112212211241)3(2)3(iiiiiiiiiiiii 若若i在机构某一位置的数值不等于零，令在该位置的数值等于零，在机构某一位置的数值不等于零，令在该位置的数值等于零，则机构在该位置的邻域内作近似等速比的传动。则机构在该位置的邻域内作近似等速比的传动。 5.6.1曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构123421S52i3i4i0图图5.28 曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构 图图5.29 曲柄与移动从动件型近似等速曲柄与移动从动件型近似等速比平面六

33、杆机构的传动特征比平面六杆机构的传动特征 HO1AA1A2S5O3123456B1B2Bd1d2RLBLR1xy图图5.28为曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构。令为曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构。令qO1A/O1O3a/d1，于是，导杆，于是，导杆3的半摆角的半摆角Barctanq/(1q2)0.5。 5.6.1曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构当已知从动件当已知从动件5的工作行程的工作行程H时，从动件时，从动件5关于关于O3点的距离点的距离d20.5H/tanB ，当已知曲柄，当已知曲柄1的杆长的杆长a时，时，O1、O3之间的距

34、离之间的距离d1a/sinB 。该机构的行程速比系数。该机构的行程速比系数K(2B )/(2B )，最小传动，最小传动角角min /2B。 )cos21/(12qqc令令)cos1/(sinarctanqq)65. 5()cos(d/d)(1qqci123421S52i3i4i0HO1AA1A2S5O3123456B1B2Bd1d2RLBLR1xy图图5.28 曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构 图图5.29曲柄与移动从动件型近似曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构的传动特征等速比平面六杆机构的传动特征 5.6.2曲柄与摆动导杆型近似等速比平面

35、六杆机构曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构图图5.30为曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构。杆为曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构。杆1、2、3和和6组成输入端的曲柄导杆机构，杆组成输入端的曲柄导杆机构，杆3、4、5和和6组成输出端的导杆机构，组成输出端的导杆机构，设曲柄设曲柄1的杆长为的杆长为a，以，以1匀速转动，匀速转动，O1O3d1，O3O5d2，摆杆，摆杆5的杆的杆长为长为b，作往复摆动。令，作往复摆动。令a/d11。 )73. 5()cos1/(sinarctan)cos/(sinarctan1ada图图5.30 曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构曲柄与摆动导杆型近似

36、等速比平面六杆机构 O5O3O1AB123456ab15BA2bA1A2B1B22b1234520图图5.31曲柄与摆动导杆型近似等速比曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构的传动特征平面六杆机构的传动特征 5.6.2曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构)74. 5(cos21)cos(dd21i53BOO对应用正弦定理得对应用正弦定理得b/sind2/sin，sin(d2/b)sin，令，令N2d2/b1，于是，于是sinN2sin，为此，辅助角度变量，为此，辅助角度变量为为)78. 5()sin(1/sinarctan(222NN79).(5图图5.

37、30 曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构 O5O3O1AB123456ab15BA2bA1A2B1B22b1234520图图5.31曲柄与摆动导杆型近似等速比曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构的传动特征平面六杆机构的传动特征 5.7高阶停歇机构的设计与传动特征高阶停歇机构的设计与传动特征 高阶停歇机构是指一类机构的从动件在极限位置作直到高阶停歇机构是指一类机构的从动件在极限位置作直到3阶或直到阶或直到5阶停歇的一类组合机构阶停歇的一类组合机构45-51。其设计原理为，若复合函数表示一类组其设计原理为，若复合函数表示一类组合机构的位移传动函数，当复合

38、函数的底层函数在一点或两点上的合机构的位移传动函数，当复合函数的底层函数在一点或两点上的1阶阶导数为零，高层函数在对应点上的导数为零，高层函数在对应点上的1阶导数为零时，则复合函数在该点阶导数为零时，则复合函数在该点上存在直到上存在直到3阶零点，于是组合机构在一点或两点上具有直到阶零点，于是组合机构在一点或两点上具有直到3阶停歇。阶停歇。若复合函数的底层函数在一点或两点上具有直到若复合函数的底层函数在一点或两点上具有直到3阶导数为零，高层函阶导数为零，高层函数为线性函数，则复合函数在该点上存在直到数为线性函数，则复合函数在该点上存在直到3阶零点，于是组合机构阶零点，于是组合机构在一点或两点上具

39、有直到在一点或两点上具有直到3阶停歇。阶停歇。若复合函数的底层函数在一点或两若复合函数的底层函数在一点或两点上的点上的1阶、阶、2阶导数都为零，高层函数在对应点上的阶导数都为零，高层函数在对应点上的1阶导数为零，则阶导数为零，则复合函数在该点上存在直到复合函数在该点上存在直到5阶零点，于是组合机构在一点或两点上具阶零点，于是组合机构在一点或两点上具有直到有直到5阶停歇。阶停歇。 设复合函数设复合函数()表示一类组合机构输入角位移表示一类组合机构输入角位移到中间角到中间角位移位移再到输出角位移再到输出角位移的位移传动函数的位移传动函数 )93. 5(ddddddddtt)94. 5()dd(dd

40、dd)dd(dddd22222222tt)95. 5()dd(dddddddddd3)dd(dddd333222233333ttj)96. 5()dd(dddd)dd(dd3dddddd4)dd(dddd6)dd(dddd4442222233222223344444ttj dd)dd(dd15dd)dd(dd10)dd(dddd222332234455555tj)97. 5()dd(dddddddddd10dddddd5)dd(dddd10555223322442223333t5.7.1型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六杆机构型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六杆机构图图5.

41、32表示表示型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六杆机构杆机构46-47。 O5O3O1AB312456d1d2A1A2B1B2S5S3r3r1bbS1图图5.32 型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六杆机构型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六杆机构 )100. 5()cos/(sin 2arctan111drr)101. 5()cos()sin(211213drrS)116. 5()cos/()sin(2arctan233drr)117. 5(cos/ )cos(325rdS5.7.2基于曲柄摇杆机构的移动件单极位直到三阶停歇

42、的平面六杆机构基于曲柄摇杆机构的移动件单极位直到三阶停歇的平面六杆机构 图图5.34 基于曲柄摇杆机构的移动件基于曲柄摇杆机构的移动件单极位直到三阶停歇的平面六杆机构单极位直到三阶停歇的平面六杆机构sinAKcos/BadKcos)/()2/()(2222CabacabcdK)134. 5()/()arctan(2CB2C2B2AAKKKKKK在在图图5.34中，曲柄摇杆机构的运动分析如下。中，曲柄摇杆机构的运动分析如下。 移动从动件移动从动件6的的运动分析如下。的的运动分析如下。 RO1A2A1AB2B1BO3xyC2C1CB0123456BRARminL4S6H6)135. 5()cosc

43、os/()sinsinarctan(acdac)142. 5(cos)()cos()(BL6hchcS5.8机构创新设计概述机构创新设计概述 社会需求是创新的源泉，问题意识是创新的种子，知识结构是创社会需求是创新的源泉，问题意识是创新的种子，知识结构是创新的基础，灵活运用合适的方法是创新的关键。新的基础，灵活运用合适的方法是创新的关键。 5.8.1辊式破碎机传动机构的创新设计辊式破碎机传动机构的创新设计 12a(t)物料物料1234图图5.36辊式破碎机的局部结构简图辊式破碎机的局部结构简图 图图5.37 型组合传动机构的简图型组合传动机构的简图abc12345 6O1O4a(t)ABde辊式

44、破碎机用于块状物料的破碎。辊式破碎机用于块状物料的破碎。图图5.37所示的设计方案被提了所示的设计方案被提了出来出来27-28，称为，称为型组合传动机构。型组合传动机构。 图图5.38所示的设计方案又被设计出来所示的设计方案又被设计出来29-30，称为，称为型组合传动机构。型组合传动机构。 a(t)acdb1b2O1O4ABCO4123b1ef12a(t)物料物料1234图图5.36辊式破碎机的局部结构简图辊式破碎机的局部结构简图 图图5.38型组合传动机构的简图型组合传动机构的简图图图5.38所示的设计方案相对于图所示的设计方案相对于图5.37所示的设计方案的改进之处，在所示的设计方案的改进

45、之处，在于采用平行四边形机构而不是扇形齿轮副来确保等腰梯形的存在。于采用平行四边形机构而不是扇形齿轮副来确保等腰梯形的存在。 图图5.38所示组合机构不但实现了时变轴距等速比传动，所能允许的所示组合机构不但实现了时变轴距等速比传动，所能允许的中心距变化量可以达到正常工作状态下的中心距，而且可以实现等强度中心距变化量可以达到正常工作状态下的中心距，而且可以实现等强度设计，从而大大地提高使用寿命。设计，从而大大地提高使用寿命。 5.8.1辊式破碎机传动机构的创新设计辊式破碎机传动机构的创新设计12a(t)物料物料1234图图5.36辊式破碎机的局部结构简图辊式破碎机的局部结构简图 图图5.37型组

46、合传动机构的简图型组合传动机构的简图abc12345 6O1O4a(t)ABdea(t)acdb1b2O1O4ABCO4123b1ef图图5.38型组合传动机构的简图型组合传动机构的简图5.8.2二分之奇数转主轴快速缓冲定位装置的设计二分之奇数转主轴快速缓冲定位装置的设计 菱形金属网编织机的成型导板在将连续的直钢丝成型为连续的扁螺菱形金属网编织机的成型导板在将连续的直钢丝成型为连续的扁螺旋体后旋体后31，成型导板应当停歇一段时间，以便剪切装置按定长切断扁螺，成型导板应当停歇一段时间，以便剪切装置按定长切断扁螺旋钢丝。旋钢丝。 由于这是一个转数多、转数可设置、由于这是一个转数多、转数可设置、双位

47、定位的问题，所以，需要采用机电双位定位的问题，所以，需要采用机电一体化的系统一体化的系统予以实现。予以实现。 1.曲柄曲柄2.连杆连杆3.电磁铁推杆电磁铁推杆4,6,11,13.螺栓联接螺栓联接5,12.油口油口配件配件7,14. 间隙调节件间隙调节件8.油油缸缸9. 油箱油箱10. 油缸盖油缸盖15. 活塞杆活塞杆16.电磁铁的推杆电磁铁的推杆17.油面油面C1.上油口上油口J1.上端节流上端节流口口C2.下油口下油口J2.下端节流口下端节流口36接电磁铁接电磁铁A1接电磁铁接电磁铁A27814J2J145C19C21113Dd1012Hd1d121151617图图5.40主轴双位缓冲定位装置的部分结构简图置的设计