平面連桿機(jī)構(gòu)1

1、第3章平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，又稱(chēng)平面低副機(jī)構(gòu)。由四個(gè)構(gòu)件通過(guò)低副聯(lián)接的平面連桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為平面四桿機(jī)構(gòu)，是平面連桿機(jī)構(gòu)中最常見(jiàn)的形式。 平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀表中，具有許多優(yōu)點(diǎn)：平面連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副均為低副，組成運(yùn)動(dòng)副的兩構(gòu)件之間為低副聯(lián)接，因而承受的壓強(qiáng)小，便于潤(rùn)滑，磨損較輕，能承受較大的載荷；構(gòu)件形狀簡(jiǎn)單，加工方便，構(gòu)件之間的接觸是由構(gòu)件本身的幾何約束來(lái)保持的，所以工作平穩(wěn)；在主動(dòng)件等速連續(xù)運(yùn)動(dòng)的條件下，當(dāng)各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度不同時(shí)，可使從動(dòng)件實(shí)現(xiàn)多種形式的運(yùn)動(dòng)；利用連桿可滿足多種運(yùn)動(dòng)軌跡的要求。平面連桿機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)：低副中存在間隙，會(huì)引起運(yùn)

2、動(dòng)誤差，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力難以平衡,不適用于高速場(chǎng)合。平面連桿機(jī)構(gòu)常以其所含的構(gòu)件（桿）數(shù)來(lái)命名，如四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)，常把五桿或五桿以上的平面連桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為多桿機(jī)構(gòu)。最基本、最簡(jiǎn)單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的平面四桿機(jī)構(gòu)。它不僅應(yīng)用廣泛，而且又是多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。平面四桿機(jī)構(gòu)可分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和衍生平面四桿機(jī)構(gòu)兩大類(lèi)，前者是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，后者由前者演化而來(lái)。3.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及演化平面四桿機(jī)構(gòu)可分為兩類(lèi)：1. 運(yùn)動(dòng)副全為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。圖3-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖3-1為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)示意圖,其中ad桿是機(jī)架,與機(jī)

3、架相對(duì)的bc桿稱(chēng)為連桿,與機(jī)架相連的ab桿和cd桿稱(chēng)為連架桿,其中能做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連架桿稱(chēng)為曲柄,只能在小于360范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿稱(chēng)為搖桿。圖3-2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2. 運(yùn)動(dòng)副中既有轉(zhuǎn)動(dòng)副又有移動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為衍生平面四桿機(jī)構(gòu)，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（如圖3-2所示）。3.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類(lèi)型1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿中一個(gè)為曲柄另一個(gè)為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閺膭?dòng)件的擺動(dòng)。如圖3-3所示的雷達(dá)天線機(jī)構(gòu)，當(dāng)原動(dòng)件曲柄1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿2，使與搖桿3固結(jié)的拋物面天線作一定角度的擺動(dòng)，以調(diào)整天線的俯仰角度。圖3-4為汽車(chē)

4、前窗的刮雨器，當(dāng)主動(dòng)曲柄ab回轉(zhuǎn)時(shí)，從動(dòng)搖桿作往復(fù)擺動(dòng)，利用搖桿的延長(zhǎng)部分實(shí)現(xiàn)刮雨動(dòng)作。 圖3-3 雷達(dá)天線機(jī)構(gòu) 圖3-4 汽車(chē)前窗刮雨器 1-曲柄 2-連桿 3-搖桿（天線） 4-機(jī)架 1-機(jī)架 2-曲柄 3-連桿4-搖桿也有以搖桿為原動(dòng)件、曲柄為從動(dòng)件的情況。如圖3-5所示縫紉機(jī)的腳踏機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳踏板（原動(dòng)件）上下擺動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿使曲柄（從動(dòng)件）連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，輸出動(dòng)力。圖3-5 縫紉機(jī)2. 雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為曲柄，則稱(chēng)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。如圖3-6所示的慣性篩機(jī)構(gòu),工作時(shí)以曲柄2為主動(dòng)件，做等角速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)連桿3帶動(dòng)曲柄4，做周期性的變角速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)；再通過(guò)構(gòu)件5使篩體做變

5、速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。圖3-6 慣性篩雙曲柄機(jī)構(gòu)中，應(yīng)用很廣的是兩曲柄長(zhǎng)度相等、連桿與機(jī)架的長(zhǎng)度也相等且彼此平行的平行四邊形機(jī)構(gòu),也稱(chēng)為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是兩個(gè)曲柄的運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全相同，連桿3始終做平動(dòng)。如圖3-7所示的機(jī)車(chē)車(chē)輪機(jī)構(gòu)。圖3-7機(jī)車(chē)車(chē)輪機(jī)構(gòu)圖3-8窗門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)中，若對(duì)邊桿彼此不平行，則稱(chēng)為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。其特點(diǎn)是原動(dòng)件與其對(duì)邊從動(dòng)件做相反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖3-8所示的窗門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)。3. 雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。圖3-9a所示為港口起重機(jī)，當(dāng)cd桿擺動(dòng)時(shí)，連桿cb上懸掛重物的點(diǎn)m在近似水平直線上移動(dòng)。圖3-9b所示的電風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu)中，電機(jī)裝

6、在搖桿4上，鉸鏈a處裝有一個(gè)與連桿1固結(jié)在一起的蝸輪。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)軸上的蝸桿帶動(dòng)蝸輪迫使連桿1繞a點(diǎn)作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使連架桿2和4作往復(fù)擺動(dòng)，達(dá)到風(fēng)扇搖頭的目的。 圖3-9 圖3-10a、b所示的飛機(jī)起落架及汽車(chē)前輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等也均為雙搖桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用。汽車(chē)前輪的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中，兩搖桿的長(zhǎng)度相等，稱(chēng)為等腰梯形機(jī)構(gòu)，它能使與搖桿固聯(lián)的兩前輪軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度不同，使車(chē)輪轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩前輪的軸線與后輪軸延長(zhǎng)線上的某點(diǎn)p交于點(diǎn)，汽車(chē)四輪同時(shí)以p點(diǎn)為瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心，各輪相對(duì)地面近似于純滾動(dòng)，保證了汽車(chē)轉(zhuǎn)彎平穩(wěn)并減少了輪胎磨損。 圖3-103.1.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化在實(shí)際機(jī)器中，還廣泛地采用著其他多種型式的四

7、桿機(jī)構(gòu)。這些型式的四桿機(jī)構(gòu)，可認(rèn)為是通過(guò)改變某些構(gòu)件的形狀、改變構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度、改變某些運(yùn)動(dòng)副的尺寸、或者選擇不同的構(gòu)件作為機(jī)架等方法，由四桿機(jī)構(gòu)的基本型式演化而成的。b)a)圖3-11 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化，不僅是為了滿足運(yùn)動(dòng)方面的要求，還往往是為了改善受力狀況以及滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的需要等。各種演化機(jī)構(gòu)的外形雖然各不相同，但是它們的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)以及分析和設(shè)計(jì)方法卻常常是相同或類(lèi)似的，這就為連桿機(jī)構(gòu)的研究提供了方便。1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在如圖3-11a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄1繞軸a回轉(zhuǎn)時(shí)，鉸鏈c將沿圓弧往復(fù)運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)如圖b所示，設(shè)將搖桿3做成滑塊形式，并使其沿圓弧導(dǎo)軌bb往復(fù)運(yùn)動(dòng)，顯然

8、其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)并未發(fā)生改變。但此時(shí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)已演化為曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。又如在圖3-11a所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)將搖桿3的長(zhǎng)度增至無(wú)窮大，則鉸鏈c運(yùn)動(dòng)的軌跡將變?yōu)橹本€，而與之相應(yīng)的圖3-11b中的曲線導(dǎo)軌將變?yōu)橹本€導(dǎo)軌，于是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)將演化成為常見(jiàn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖3-12所示。其中圖3-12a所示的為具有一偏距e的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；而圖3-12b所示的為沒(méi)有偏距的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。a)b)圖3-12曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在沖床、內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)等各種機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。a)b)c)d)圖3-13導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如圖3-13a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選構(gòu)件ab為機(jī)架，則構(gòu)件

9、4將繞軸a轉(zhuǎn)動(dòng)，而構(gòu)件3則將以構(gòu)件4為導(dǎo)軌沿該構(gòu)件相對(duì)移動(dòng)。將構(gòu)件4稱(chēng)為導(dǎo)桿，而由此演化成的四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（如圖3-13b所示）。圖3-14回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，如果其導(dǎo)桿能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱(chēng)其為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如圖3-14所示，為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在一小型刨床中的應(yīng)用實(shí)例。在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，如果導(dǎo)桿僅能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，則稱(chēng)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如圖3-15a所示為一種牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖3-15b為圖3-15a所示牛頭刨床的主機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。圖3-15 牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)3搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)同樣，在如圖3-12a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選構(gòu)件bc為機(jī)架，則將演化成為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)（如圖3-12

10、c所示）。其中滑塊3僅能繞點(diǎn)o搖擺，如圖3-16所示的液壓作動(dòng)筒，即為此種機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例，液壓作動(dòng)筒的應(yīng)用很廣泛。如圖3-17所示的自卸卡車(chē)的舉升機(jī)構(gòu)即為應(yīng)用的又一實(shí)例。a)b)圖3-19偏心輪機(jī)構(gòu) 圖3-17自卸卡車(chē)的舉升機(jī)構(gòu)液壓作動(dòng)筒圖3-16液壓作動(dòng)筒圖3-18抽水唧筒機(jī)構(gòu)在圖3-12a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選滑塊3為機(jī)架，稱(chēng)定塊，則將演化成為定塊機(jī)構(gòu)（如圖3-12d所示）。如圖3-18所示為定塊機(jī)構(gòu)用于抽水唧筒的實(shí)例。4偏心輪機(jī)構(gòu)在如圖3-19a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄ab的尺寸較小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的需要常將曲柄改作成如圖3-19b所示的一個(gè)幾何中心不與其回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤(pán)，此圓

11、盤(pán)稱(chēng)為偏心輪，其回轉(zhuǎn)中心與幾何中心間的距離稱(chēng)為偏心距(它等于曲柄長(zhǎng))，這種機(jī)構(gòu)則稱(chēng)為偏心輪機(jī)構(gòu)。顯然，此偏心輪機(jī)構(gòu)與圖3-18a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性完全相同。而此偏心輪機(jī)構(gòu)，則可認(rèn)為是將圖3-18a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副b的半徑擴(kuò)大，使之超過(guò)曲柄的長(zhǎng)度演化而成的。這種機(jī)構(gòu)在各種機(jī)床和夾具中廣為采用。圖3-19雙滑塊機(jī)構(gòu)5雙滑塊機(jī)構(gòu)在圖3-19a的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，將搖桿bc改為滑塊時(shí)，則變?yōu)槿鐖D3-19b所示的雙滑塊機(jī)構(gòu)。雙滑塊機(jī)構(gòu)一般用于儀表和計(jì)算裝置中(如印刷機(jī)械、機(jī)床、紡織機(jī)械等) ，如縫紉機(jī)中針桿機(jī)構(gòu)（圖3-20a、b）,橢圓規(guī)（圖3-21）。 圖3-20 縫紉機(jī)針桿機(jī)構(gòu)

12、圖3-21 橢圓規(guī)3.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性3.2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型的判別1存在一個(gè)曲柄的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在曲柄，取決于兩個(gè)因素：各桿的相對(duì)長(zhǎng)度以及選擇哪一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架。圖3-22存在曲柄的條件設(shè)圖3-22所示的機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中桿1為曲柄，桿3為搖桿。各桿長(zhǎng)度分別用、表示。桿1是否能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，就看其是否能順利通過(guò)與機(jī)架共線的兩個(gè)位置ab和ab。當(dāng)曲柄位于ab時(shí)機(jī)構(gòu)折疊成三角形bcd，根據(jù)三角形任意兩邊之差小于（極限狀態(tài)等于）第三邊的條件可得- -+ （3-1）或 - -即 + （3-2）當(dāng)曲柄位于ab時(shí)機(jī)構(gòu)折疊成三角形bcd，根據(jù)三角形任意兩邊之和大于等于第三邊的條件

13、可得+ （3-3）將式(3-1)、(3-2)、(3-3)兩兩相加可得， （3-4）由式(3-1)、(3-2)、(3-3) 、(3-4)可得構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的必要條件：(1)曲柄為最短桿；(2)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于等于另外兩桿長(zhǎng)度之和。2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判別通則上述分析得出了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在一個(gè)曲柄的條件，但鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三個(gè)基本類(lèi)型的演化取決于“取不同的構(gòu)件作為機(jī)架”。如圖3-22a所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿ad為機(jī)架，桿ab為曲柄，桿ab與桿ad可作相對(duì)整周轉(zhuǎn)動(dòng)，以大于半圓的單箭頭弧線表示。cd為搖桿，與桿ad只能作相對(duì)擺動(dòng)，以小于半圓的雙箭頭弧線表示。圖3-22 機(jī)架變更對(duì)機(jī)構(gòu)類(lèi)型的影響

14、若以桿bc為機(jī)架，仍然滿足構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)條件，因此，桿ab為曲柄，桿ab與桿bc可作相對(duì)整周轉(zhuǎn)動(dòng)，以大于半圓的單箭頭弧線表示。cd為搖桿，與桿bc只能作相對(duì)擺動(dòng)，以小于半圓的雙箭頭弧線表示，如圖3-22b所示。當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)中各桿的長(zhǎng)度確定之后，構(gòu)件與構(gòu)件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的范圍即已確定，與選擇哪一構(gòu)件作為機(jī)架無(wú)關(guān)。若以桿ab為機(jī)架，根據(jù)圖3-22a所示的關(guān)系，桿ad、bc相對(duì)于桿ab之間均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，如圖3-22c所示；若以桿cd為機(jī)架，桿ad、bc相對(duì)于桿cd之間都只能作擺動(dòng)，成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖3-22d所示。根據(jù)以上分析可得鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型的判別通則：(1) 若最短桿與

15、最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于另外兩桿長(zhǎng)度之和，無(wú)論以哪一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，均不存在曲柄，都只能是雙搖桿機(jī)構(gòu)。(2) 若最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于另外兩桿長(zhǎng)度之和，是否存在曲柄取決于哪一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架：1) 以最短桿鄰邊作為機(jī)架，構(gòu)成曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖3-22a、3-22b所示；圖3-23 曲柄存在的條件圖3-24 急回運(yùn)動(dòng)特性2) 以最短桿作為機(jī)架，構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)，如圖3-22c所示；3) 以最短桿對(duì)邊作為機(jī)架，構(gòu)成雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖3-22d所示。作為特例，平行四邊形機(jī)構(gòu)以任何一邊作為機(jī)架，均構(gòu)成雙曲柄機(jī)構(gòu)。3.2.2機(jī)構(gòu)的急回特性如圖3-22所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄ab沿順時(shí)針?lè)较蛞缘冉撬俣葟呐cbc共

16、線位置abl轉(zhuǎn)到共線位置ab2時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1(180+)；搖桿cd從左極限位置c1d擺到右極限位置c2d，設(shè)所需時(shí)間為，c點(diǎn)平均速度為；當(dāng)曲柄ab再繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)角度2(180+)，即從ab2到abl，搖桿cd自c2d擺回到c1d，設(shè)所需時(shí)間為，c點(diǎn)的平均速度為。由于12，則。又因搖桿cd往返的擺角都是，而所用的時(shí)間卻不同，往返的平均速度也不相同，即。由此可見(jiàn)，當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的平均速度是不同的，搖桿的這種運(yùn)動(dòng)特性稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng)特性。為了表明搖桿的急回運(yùn)動(dòng)特性的程度，通常用行程速比系數(shù)k來(lái)衡量，k與極位夾角的關(guān)系是：= = = （3-5）式中，稱(chēng)為極位夾角，即從動(dòng)搖桿處于左、右兩極限

17、位置時(shí)，主動(dòng)曲柄相應(yīng)兩位置所夾的銳角。由式(3-5)可知，行程速比系數(shù)與極位夾角有關(guān)，越大，k越大。當(dāng)=0時(shí)，k=1，說(shuō)明機(jī)構(gòu)無(wú)急回運(yùn)動(dòng)。由式(3-5)可得： （3-6）由式(3-6)可知如果要得到既定的行程速比系數(shù)，只要設(shè)計(jì)出相應(yīng)的極位夾角即可。除曲柄搖桿機(jī)構(gòu)外，具有急回運(yùn)動(dòng)特性的四連桿機(jī)構(gòu)還有偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。在各種機(jī)器中，應(yīng)用四連桿機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性，可以節(jié)省空回行程的時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率。圖3-25壓力角和傳動(dòng)角 3.2.3壓力角和傳動(dòng)角如圖3-25所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，主動(dòng)曲柄通過(guò)連桿bc傳遞到c點(diǎn)上的力f的方向與從動(dòng)搖桿受力點(diǎn)c的絕對(duì)速度的方向之間所夾的銳角，稱(chēng)為壓

18、力角。壓力角的余角，稱(chēng)為傳動(dòng)角。力f可分解為沿c點(diǎn)絕對(duì)速度方向的分力ft，及沿?fù)u桿cd方向的分力fn，fn只能對(duì)搖桿cd產(chǎn)生徑向壓力，而ft則是推動(dòng)搖桿運(yùn)動(dòng)的有效分力。越小，越大，有效分力ft越大，而fn越小，對(duì)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)越有利。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其傳動(dòng)角的大小是變化的，為保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常要使，傳動(dòng)力矩較大時(shí)，則要使。圖3-26四連桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置3.2.4死點(diǎn)位置在如圖3-26a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿主動(dòng)，則當(dāng)搖桿處于兩個(gè)極限位置(即機(jī)構(gòu)處于兩個(gè)虛線位置)時(shí)，連桿與曲柄共線，此時(shí)傳動(dòng)角。這時(shí)，主動(dòng)件搖桿cd通過(guò)連桿作用于從動(dòng)曲柄ab上的力，恰好通過(guò)曲柄的回轉(zhuǎn)中心a，所以理論上

19、不論用多大的力，都不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，因而產(chǎn)生了“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種狀態(tài)位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置。例如，如圖3-26b所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)滑塊主動(dòng)并處于極限位置時(shí)；如圖3-26c所示曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)導(dǎo)桿主動(dòng)并處于極限位置時(shí)。圖3-27鉆床夾緊機(jī)構(gòu)圖3-28飛機(jī)起落架為了使機(jī)構(gòu)能順利通過(guò)死點(diǎn)而連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可以安裝飛輪，增大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（如縫紉機(jī)、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)等）；對(duì)曲柄擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)，則通常是限制其主動(dòng)構(gòu)件的擺動(dòng)角度。工程上，也常利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)一定的工作要求。如圖3-27所示為鉆床夾緊機(jī)構(gòu)，使機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置來(lái)夾緊工件。如圖3-28所示的飛機(jī)起落架也是

20、利用雙搖桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)狀態(tài)，來(lái)保證飛機(jī)安全起降的。3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖3-29振實(shí)造型機(jī)翻臺(tái)機(jī)構(gòu)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求，確定各構(gòu)件的幾何參數(shù)。在設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)條件（如合適的桿長(zhǎng)比和運(yùn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)與尺寸）、動(dòng)力條件（如最大壓力角限制）、運(yùn)動(dòng)條件等。常用的設(shè)計(jì)方法有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。這里主要對(duì)圖解法進(jìn)行介紹。3.3.1已知連桿的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常要求一個(gè)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能達(dá)到某些特定的位置，如圖3-29所示的造型機(jī)翻臺(tái)機(jī)構(gòu)，當(dāng)翻臺(tái)處于位置i時(shí)，在砂箱內(nèi)填砂造型；造型結(jié)束時(shí)，液壓缸活塞桿驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)ablcld，使翻臺(tái)轉(zhuǎn)至位置，這時(shí)托臺(tái)上升，接下砂箱并

21、起模。要求翻臺(tái)能實(shí)現(xiàn)b1c1，b2c2兩個(gè)位置。再如圖3-30所示加熱爐爐門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)，要求加熱工件時(shí)爐門(mén)關(guān)閉；加熱后爐門(mén)開(kāi)啟，開(kāi)啟后爐門(mén)應(yīng)放到水平位置并將g面朝上，能作為一個(gè)平臺(tái)使用為使?fàn)t門(mén)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)位置，可將有一定位置要求的構(gòu)件(翻臺(tái)和爐門(mén))視作該四桿機(jī)構(gòu)中的連桿，此類(lèi)問(wèn)題可用作圖法設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方法如下。圖3-30加熱爐爐門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)已知：連桿bc的長(zhǎng)度bc及其兩個(gè)位置blcl，b2c2。分析：由圖3-31可知，如能確定固定鉸鏈a和d的中心位置，便可確定各構(gòu)件的長(zhǎng)度。由于連桿上b，c兩點(diǎn)的軌跡分別在以a和d為圓心的圓周上，所以a，d兩點(diǎn)必然分別位于b1b2、clc2和中垂線b12和c12上。

22、據(jù)此，可得設(shè)計(jì)方法和步驟如下：圖3-31 按連桿位置來(lái)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(1)選用比例尺，按已知條件畫(huà)出連桿的兩個(gè)位置b1c1和b2c2。(2)分別連接b1、b2和cl、c2點(diǎn)。并作它的中垂線b12和c12。圖3-32 按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)(3)在b12上任取一點(diǎn)a，在c12任取一點(diǎn)d，連接abcd，則abcd即為所求的四桿機(jī)構(gòu)。各桿長(zhǎng)度,。在已知構(gòu)件兩個(gè)位置的情況下，由于a、d兩點(diǎn)在b12和c12上是任取的，所以有無(wú)數(shù)解。若給出其他輔助條件，如機(jī)架長(zhǎng)度及其位置等，就可得出唯一解。另外，如果給定連桿長(zhǎng)度及其三個(gè)位置，則答案也是唯一的，如圖3-32所示。給定連桿三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)步驟如下：圖3

23、-33 按行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)連b1b2并作其垂直平分線，b鉸鏈中心運(yùn)動(dòng)軌跡的圓心a必須在該垂直平分線上；連b2b3并作其垂直平分線，a點(diǎn)也必定在該垂直平分線上，因而a點(diǎn)必在這兩條垂直平分線的交點(diǎn)上，由此可得鉸鏈a的位置。同理可得鉸鏈d的位置，從而作出四桿機(jī)構(gòu)ab1c1d。3.3.2已知行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)知道了行程速比系數(shù)k，就知道了四桿機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)的條件，從而可以計(jì)算出極位夾角；再根據(jù)其他一些限制條件及極位夾角，可用作圖法方便地作出該四桿機(jī)構(gòu)。1曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 設(shè)已知搖桿長(zhǎng)度、擺角和程速比系數(shù)k，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 分析 如圖3-33所示，顯然在已知、擺角的情況下，只要能確定a鉸鏈

24、的位置，則在量得和后，則可求得曲柄長(zhǎng)度心和連桿長(zhǎng)度 可直接量得。由于a點(diǎn)是極位夾角的頂點(diǎn)，即c1ac2=，如過(guò)aclc2三點(diǎn)作輔助圓，由幾何知識(shí)可知，在該圓上任取一點(diǎn)a為頂點(diǎn)，其圓周角也是，且過(guò)輔助圓心o的圓心角c10c2=2。顯然，當(dāng)求得極位夾角后，用作圖法容易作出輔助圓并得到圓心o，則問(wèn)題迎刃而解。作圖步驟歸納如下：(1)計(jì)算：按式(3-6)求得 (2)作搖桿的兩極限位置：任選搖桿回轉(zhuǎn)中心d的位置，按一定的長(zhǎng)度比例尺，根據(jù)已知及擺角作出搖桿的兩個(gè)極限位置cld和c2d(見(jiàn)圖3-33b)。(3)作輔助圓：聯(lián)接c1、c2，并且作與clc2成90的兩條直線，設(shè)它們交于o點(diǎn)，則c10c2=2。以o

25、點(diǎn)為圓心，以oc1(或0c2)為半徑作輔助圓。(4)在輔助圓上任取一點(diǎn)a為鉸鏈中心，并連接ac1和ac2，量得和的長(zhǎng)度，據(jù)此可求出曲柄和連桿的長(zhǎng)度 (5)求其他桿件的長(zhǎng)度：機(jī)架可直接量得，乘以比例尺即為實(shí)際尺寸。 圖3-34 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 由于a點(diǎn)是在輔助圓上任選的一點(diǎn)，所以實(shí)際可有無(wú)窮多解。若能給定其他輔助條件，如曲柄長(zhǎng)度、機(jī)架長(zhǎng)或最小傳動(dòng)角等，則可有唯一的解。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，多數(shù)都有相應(yīng)的輔助條件，如果沒(méi)有輔助條件，可以根據(jù)實(shí)際情況自行確定。若已知滑塊行程s、偏距e和行程速比系數(shù)k的情況，則可設(shè)計(jì)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。如果已知機(jī)架長(zhǎng)度和行程速比系數(shù)k，由圖3-34可以看出，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角與

26、導(dǎo)桿的擺角相等，則設(shè)計(jì)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)，就是確定曲柄長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)方法和步驟：(1)計(jì)算：(2)作導(dǎo)桿的兩極限位置：任選一點(diǎn)為固定鉸鏈c點(diǎn)的中心，按=作導(dǎo)桿的兩極限位置cm和cn，使mcn=。圖3-35 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(3)確定a點(diǎn)及曲柄長(zhǎng)度：作擺角的平分線，并在其上取ca=，得曲柄回轉(zhuǎn)中心a點(diǎn)的位置；過(guò)a作cm線（cn線）的垂線ab1（ab2），垂足為b1、（b2），即得曲柄長(zhǎng)度=ab1。畫(huà)出滑塊，則設(shè)計(jì)完成。2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3-35所示，已知滑塊行程h=50mm，偏心距=10mm，行程速比系數(shù)k=1.2，試設(shè)計(jì)一偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。解： 計(jì)算機(jī)構(gòu)的極位夾角=16.4(1) 選擇作圖比例=2mm/m