平面連桿機(jī)構(gòu)課件

1、機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)第七章 平面連桿機(jī)構(gòu) 7.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成和分類與特點(diǎn)組成和分類與特點(diǎn) 7.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 7.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì) 習(xí)題習(xí)題 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)第第七七章章 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)7.1.1 平面連桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)的定義的定義是由一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相互連接而組成的在同一平面是由一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相互連接而組成的在同一平面或或相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)相互平行平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。7.1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 的定義的定義 是構(gòu)件間用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)。是構(gòu)件間用四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)

2、副相連的平面四桿機(jī)構(gòu)。機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.1 .3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成與分類鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成與分類機(jī)機(jī) 架架固定不動(dòng)的構(gòu)件。固定不動(dòng)的構(gòu)件。 連連 桿桿 機(jī)構(gòu)中不與機(jī)架相連的機(jī)構(gòu)中不與機(jī)架相連的構(gòu)件。構(gòu)件。連架桿連架桿機(jī)構(gòu)中與機(jī)架用低副機(jī)構(gòu)中與機(jī)架用低副相連的構(gòu)件。相連的構(gòu)件。曲柄曲柄搖桿搖桿1234ABCD連桿連桿連架桿連架桿機(jī)架機(jī)架連架桿連架桿機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.1 .2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)特點(diǎn)及應(yīng)用及應(yīng)用 在平面四桿機(jī)構(gòu)中，如果

3、全部運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，則稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖7-1所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)則為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的一種形式。圖中桿4固定不動(dòng)，稱為機(jī)架，桿2稱為連桿。桿1 和桿3分別用轉(zhuǎn)動(dòng)副與連桿2和機(jī)架4相連接，稱為連架桿。連架桿中能作360轉(zhuǎn)動(dòng)的(如桿1)稱為曲柄，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副A稱為整轉(zhuǎn)副,在運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中用單向圓弧箭頭表示；若僅能在小于360范圍內(nèi)擺動(dòng)，則稱為搖桿(如桿3)或擺桿，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副D稱為擺動(dòng)副, 在運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖中用雙向圓弧箭頭表示。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖3-2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-3 雙曲柄機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用 2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基

4、礎(chǔ)圖7-4 天平中的平行四邊形機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-5 反平行四邊形機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)3 雙搖桿機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖7-6 雙搖桿機(jī)構(gòu)及其在鶴式起重機(jī)中的應(yīng)用 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 移動(dòng)副可以認(rèn)為是由轉(zhuǎn)動(dòng)副演化而來(lái)的。圖7-7(a)是四鉸鏈機(jī)構(gòu)。連桿2上的鉸鏈C由于受搖桿3的控制，它的軌跡是以點(diǎn)D為圓心、以桿長(zhǎng)lCD為半徑的圓弧kC。如果在機(jī)架4上裝設(shè)一個(gè)同樣軌跡的圓弧槽kC ，而把搖桿3做成滑塊的形式置于槽中滑動(dòng)， 如圖7-7(b)所示，則滑塊3與機(jī)架4所組成的移動(dòng)副就取代了點(diǎn)D的轉(zhuǎn)動(dòng)副。這時(shí)，連桿2上的C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，將完全相同于有轉(zhuǎn)

5、動(dòng)副D時(shí)的情況。 圓弧槽kC的圓心即相當(dāng)于搖桿3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸D，圓弧槽kC的半徑即相當(dāng)于搖桿3的長(zhǎng)度lCD。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-7 轉(zhuǎn)動(dòng)副演變移動(dòng)副的過(guò)程 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖7-8 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2.2 回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 圖7-9 回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)以及刨床機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2.3 曲柄搖塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)曲柄搖塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 圖7-10 曲柄搖塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 圖7-11所示的是自卸卡車的翻斗機(jī)構(gòu)。其中搖塊3做成繞定軸C擺動(dòng)的油缸，導(dǎo)桿4的一端固結(jié)著活塞。油缸下端進(jìn)油，推動(dòng)活塞4上移，從而推動(dòng)與

6、車斗固結(jié)的構(gòu)件1，使之繞點(diǎn)B轉(zhuǎn)動(dòng)， 達(dá)到自動(dòng)卸料的目的。這種油缸式的搖塊機(jī)構(gòu)，在各種建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械以及許多機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-11 自卸卡車中的搖塊機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 圖7-12所示的是刨床或送料裝置中使用的六桿機(jī)構(gòu)。 其中的構(gòu)件1、2、3和4組成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，用來(lái)把曲柄1的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)閷?dǎo)桿3的往復(fù)擺動(dòng)，再通過(guò)構(gòu)件5使滑塊6作往復(fù)移動(dòng)， 從而帶動(dòng)刨床的刨刀進(jìn)行刨切，或推動(dòng)物料實(shí)現(xiàn)送進(jìn)的目的。 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿也具有急回作用。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-12 刨床中的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2.4 定塊機(jī)構(gòu)定塊機(jī)構(gòu) 如果把曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的滑塊作為機(jī)架，

7、如圖7-13(a)所示， 則得到移動(dòng)導(dǎo)桿4在固定滑塊3中往復(fù)移動(dòng)的定塊機(jī)構(gòu)。在圖7-13(b)中，固定滑塊3成為唧筒外殼，移動(dòng)導(dǎo)桿4的下端固結(jié)著汲水活塞，在唧筒3的內(nèi)部上下移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汲水的目的。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-13 定塊機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2.5 含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)含有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)圖7-14 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演變雙滑塊機(jī)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.2.6 偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu) 在曲柄搖桿、曲柄滑塊或其他帶有曲柄的機(jī)構(gòu)中，如果曲柄很短，當(dāng)在曲柄兩端各有一個(gè)軸承時(shí)，則加工和裝配工藝?yán)щy，同時(shí)還影響構(gòu)件的強(qiáng)度。因此，在這種情況下，往往采用如圖7-15所示的偏心輪機(jī)構(gòu)。其中

8、構(gòu)件1為圓盤，它的回轉(zhuǎn)中心A與幾何中心B有一偏距，其大小就是曲柄的長(zhǎng)度lAB，該圓盤稱為偏心輪。顯然，偏心輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)與原來(lái)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)一樣?？梢娖妮啓C(jī)構(gòu)是轉(zhuǎn)動(dòng)副B的銷釘半徑逐漸擴(kuò)大直至超過(guò)了曲柄長(zhǎng)度lAB演化而成的，如圖7-15(a)、 (b)、(c)所示。圖7-16所示的曲軸為偏心輪的另一種結(jié)構(gòu)形式， 是內(nèi)燃機(jī)重要的零部件。由于偏心輪機(jī)構(gòu)中偏心輪的兩支承距離較小而偏心部分粗大，剛度和強(qiáng)度均較好，可承受較大的力和沖擊載荷。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-15 轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大演化為偏心輪的過(guò)程 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-16 四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸結(jié)構(gòu) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)表表7-1 四桿機(jī)構(gòu)的幾

9、種形式四桿機(jī)構(gòu)的幾種形式 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)表表7-1 四桿機(jī)構(gòu)的幾種形式四桿機(jī)構(gòu)的幾種形式 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì) 7.3.1 構(gòu)件具有整轉(zhuǎn)副的條件構(gòu)件具有整轉(zhuǎn)副的條件 1. 四鉸鏈機(jī)構(gòu)中構(gòu)件具有整轉(zhuǎn)副的條件四鉸鏈機(jī)構(gòu)中構(gòu)件具有整轉(zhuǎn)副的條件 在機(jī)構(gòu)中，具有整轉(zhuǎn)副的構(gòu)件占有重要的地位，因?yàn)橹挥羞@種構(gòu)件才能用電機(jī)等連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置來(lái)帶動(dòng)。如果這種構(gòu)件與機(jī)架相鉸接(亦即是連架桿)， 則該構(gòu)件就是一般所指的曲柄。機(jī)構(gòu)中具有整轉(zhuǎn)副的構(gòu)件是關(guān)鍵性的構(gòu)件。 在圖7-17的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，假設(shè)各個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度分別為a、b、c和d，而且ad。 在曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，曲

10、柄AB必定與連桿BC有兩個(gè)共線的位置（曲柄轉(zhuǎn)至B1，B2處）。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-17 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的幾何關(guān)系 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)根據(jù)三角形兩邊之和大于第三邊的幾何定理，由AC2D有 c+da+b b-a+dcb-a+cd 由由AC1D 將以上三式進(jìn)行整理， 并且考慮可能存在四桿共線時(shí)取等號(hào)的情況， 得到 a+bc+da+cb+da+db+c 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)將以上三式兩兩相加，經(jīng)過(guò)化簡(jiǎn)后得到 abacad 可見，曲柄1是機(jī)構(gòu)中的最短桿，并且最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，我們把這種桿長(zhǎng)之和的關(guān)系簡(jiǎn)稱為桿長(zhǎng)之和條件。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 【例7-1】在圖3-18所示四鉸鏈

11、機(jī)構(gòu)中，已知：b50mm，c35 mm，d30mm，AD為固定件。 (1) 如果能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，且AB是曲柄，求a的極限值。 (2) 如果能成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，求a的取值范圍。 (3) 如果能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，求a的取值范圍。 解：解： (1) 若能成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，則機(jī)構(gòu)必須滿足“桿長(zhǎng)之和的條件”，且AB應(yīng)為最短桿。 因此 b+ac+d 50+a35+30所以 a15mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-18 四鉸鏈機(jī)構(gòu)機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) (2) 若能成為雙曲柄機(jī)構(gòu)，則應(yīng)滿足“桿長(zhǎng)之和的條件”， 且AD必須為最短桿。這時(shí)，應(yīng)考慮下述兩種情況： a50 mm時(shí)，BC為最長(zhǎng)桿，應(yīng)滿足b+dac50+30a+3

12、5所以 a45 mm45mma50mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) a50mm時(shí)，AB為最長(zhǎng)桿，應(yīng)滿足a+db+ca+3050+35所以a55 mm50 mma55mm將兩種情況下得出的結(jié)果綜合起來(lái)，即得a的取值范圍為 45 mma55 mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) (3) 若能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)，則應(yīng)該不滿足“桿長(zhǎng)之和的條件”。這時(shí)，需按下述三種情況加以討論： a30mm時(shí)，AB為最短桿，BC為最長(zhǎng)桿，則應(yīng)有 a+bc+da+5035+30 所以 a15 mm 15mma30mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 50 mma30 mm時(shí)，AD為最短桿，BC為最長(zhǎng)桿，則應(yīng)有 d+ba+c30+50a+35 所以 a45mm 3

13、0mma45mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) a50mm時(shí)，AB為最長(zhǎng)桿，AD為最短桿，則應(yīng)有 a+db+ca+3050+35 所以 a55mm 另外，還應(yīng)考慮到BC與CD桿延長(zhǎng)成一直線時(shí)，需滿足三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系(一邊小于另兩邊之和)， 即 ab+c+d=50+35+30 a115mm55 mma115 mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 將不等式(a)和(b)加以綜合，并考慮到式(c)，得出a的取值范圍應(yīng)為 15 mma45mm55 mma115mm 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 2. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件 圖7-19(a)所示為一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（e0）。如果構(gòu)件1為曲柄，則B點(diǎn)應(yīng)能通過(guò)

14、曲柄與連桿兩次共線的位置：即當(dāng)曲柄位于AB1時(shí)，它與連桿重疊共線。此時(shí)在直角三角形AC1E中， 得AC1AE，即 b-aeba+e 當(dāng)曲柄位于AB2時(shí)，它與連桿拉直共線。此時(shí)在直角三角形AC2E中，得AC2AE，即b+ae。 由于滿足b-ae，必然滿足b+ae, 故式(3-1)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件。 當(dāng)e=0時(shí)，如圖7-19(b)所示，可以同樣得到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有曲柄的條件是 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-19 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的幾何關(guān)系 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.3.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的急回特性機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的急回特性 在圖7-20（a）所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)曲柄為原動(dòng)件， 以等角速度逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，曲桿轉(zhuǎn)一周，

15、搖桿CD往復(fù)擺動(dòng)一次。 曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，有兩次與連桿BC共線，使從動(dòng)件CD相應(yīng)地處于兩個(gè)極限位置C1D和C2D，從動(dòng)件搖桿在兩個(gè)極限位置的夾角稱為擺角(圖7-20（a）、（b）)，對(duì)于從動(dòng)件滑塊的兩個(gè)極限距離稱為行程H(圖7-20（c）中的C1C2)。 此時(shí)原動(dòng)件曲柄AB相應(yīng)的兩個(gè)位置之間所夾的銳角稱為極位夾角。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 當(dāng)曲柄AB由AB1位置轉(zhuǎn)過(guò)1角至AB2位置時(shí)，搖桿CD自C1D擺至C2D，設(shè)其所需時(shí)間為t1，則點(diǎn)C的平均速度即為 v1=（C1C2）/t1 ，當(dāng)曲柄由AB2位置繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)2至AB1位置時(shí)，搖桿自C2D擺回至C1D ，設(shè)其所需時(shí)間為t2，則點(diǎn)C的平均速度即

16、為v2=（C1C2）/t2。由于1=180+, 2=180-，1 2 ，可知t1t2，則v1 v2。 由此可見，當(dāng)曲柄等速回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的平均速度不同，由C1D擺至C2D時(shí)平均速度v1較小，一般作工作行程； 由C2D擺至C1D時(shí)，平均速度v2較大，作返回行程。 (機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)這種特性稱為機(jī)構(gòu)的急回特性， 設(shè) 工作行程平均速度空回行程平均速度12vvkk稱為行程速比系數(shù)，進(jìn)一步分析可得 180180/212112122112tttCCtCCvvk（ （(3-3) (3-4) 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 由上面分析可知，連桿機(jī)構(gòu)有無(wú)急回作用取決于極位夾角。 不論曲柄搖桿機(jī)構(gòu)或者是其他類型的連桿機(jī)構(gòu)

17、，只要機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有極位夾角，則該機(jī)構(gòu)就具有急回作用。極位夾角愈大，行程速比系數(shù)是也愈大，機(jī)構(gòu)急回作用愈明顯，反之亦然。若極位夾角=0則k=1，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。圖7-20（c）所示為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其極位夾角0, 故k1，機(jī)構(gòu)有急回作用。而圖7-19（b）所示為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)， 其極位夾角=0故k=1，機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性。 在設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)，利用這個(gè)特性，可以使機(jī)器在工作行程速度小些，以減小功率消耗；而空回行程時(shí)速度大些， 以縮短工作時(shí)間，提高機(jī)器的生產(chǎn)率。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通常根據(jù)工作要求預(yù)先選定行程速比系數(shù)k，再由下式確定機(jī)構(gòu)的極位夾角。 18011kk(3-5) 機(jī)械基

18、礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-20 機(jī)構(gòu)中的極限位置和極位夾角機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)7.3.3 壓力角和傳動(dòng)角、壓力角和傳動(dòng)角、 機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)機(jī)構(gòu)的死點(diǎn) 1. 壓力角和傳動(dòng)角壓力角和傳動(dòng)角 在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)，不僅要實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)，而且還要使傳遞的動(dòng)力盡可能發(fā)揮有效作用。圖7-21所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件。如果不考慮連桿的重力、慣性力和摩擦力的影響，則連桿2是二力構(gòu)件。連桿2作用在從動(dòng)件3上的驅(qū)動(dòng)力F將沿著連桿2的中心線BC方向傳遞。將驅(qū)動(dòng)力F分解為互相垂直的兩個(gè)力：沿著受力點(diǎn)C的速度vC方向的分力Ft和垂直于vC方向的分力Fn。不計(jì)摩擦?xí)r的力F與著力點(diǎn)的速度vC方向之間所夾的銳角為，稱為壓力角，

19、 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)sincosFFFFnt(3-6) 式中Ft是使從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)的有效分力，對(duì)從動(dòng)件產(chǎn)生有效回轉(zhuǎn)力矩；而Fn則僅是在轉(zhuǎn)動(dòng)副D中產(chǎn)生附加徑向壓力的分力，它只增加摩擦力矩，加大摩擦損耗，因而是有害分力。顯然，當(dāng)愈大時(shí)，徑向壓力Fn愈大，而切向作用力Ft愈小，當(dāng)=90時(shí)， 切向作用力Ft=0，從動(dòng)件CD所得到的驅(qū)動(dòng)力矩將為零。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 如圖7-21所示，在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了度量方便，習(xí)慣用壓力角的余角(即連桿和從動(dòng)搖桿之間所夾的銳角)來(lái)判斷傳力性能，稱為傳動(dòng)角。因=90-，所以越小，越大， 則F的有效分力Fcos亦越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好；反之，越大，越小，機(jī)構(gòu)傳力越困難，當(dāng)小到一

20、定程度時(shí)，會(huì)由于摩擦力的作用而發(fā)生自鎖現(xiàn)象。自鎖現(xiàn)象是由于作用力的方向不合適，即使增加作用力也不能克服摩擦阻力使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。因此，傳動(dòng)角r的理想值應(yīng)保持在接近最大值90附近。為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使最小傳動(dòng)角min40，傳遞大功率時(shí)，min50。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-21 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中的壓力角和傳動(dòng)角 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 要注意的是，機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角是對(duì)從動(dòng)件而言的。 在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，壓力角和傳動(dòng)角的大小是隨著從動(dòng)件的位置的變化而變化的，曲柄AB轉(zhuǎn)到與機(jī)架AD共線的兩個(gè)位置AB1和AB2時(shí)，傳動(dòng)角將出現(xiàn)極值和。比較這兩個(gè)位置的傳動(dòng)角，其值較小者即為最小傳動(dòng)角。 機(jī)

21、械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 2. 機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)機(jī)構(gòu)的死點(diǎn) 當(dāng)機(jī)構(gòu)的連桿與從動(dòng)桿成延長(zhǎng)一直線或重疊一直線時(shí)，從動(dòng)件上的傳動(dòng)=0（或壓力角=90），推動(dòng)力對(duì)從動(dòng)件的有效回轉(zhuǎn)力矩為零，這樣的位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。如果從動(dòng)件是作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄，則在它的每一個(gè)整周轉(zhuǎn)動(dòng)中將出現(xiàn)兩個(gè)死點(diǎn)位置。 縫紉機(jī)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（如圖7-2(b)），踏板（搖桿）是主動(dòng)件，曲柄皮帶輪的曲軸是從動(dòng)件。當(dāng)主動(dòng)踏板位于兩個(gè)極限位置時(shí)，從動(dòng)曲柄上的傳動(dòng)角=0，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。 對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)是不利的，應(yīng)該采取一些相應(yīng)措施使之能順利通過(guò)死點(diǎn)位置而繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)器，可以利用從動(dòng)件的慣性來(lái)通過(guò)死點(diǎn)位置，例如縫紉機(jī)就是利

22、用與從動(dòng)曲柄固結(jié)在一起的大皮帶輪的慣性來(lái)通過(guò)死點(diǎn)位置，克服死點(diǎn)問(wèn)題的。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ) 但是，機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置并非總是起消極作用的。在工程中， 許多場(chǎng)合要利用死點(diǎn)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)工作要求。圖7-22(a)所示的是一種鉆床上夾緊工件用的連桿式快速夾具，是利用死點(diǎn)位置夾緊工件的一個(gè)例子。在連桿3上的手柄處施以壓力F， 使連桿BC與連架桿CD成一直線（如圖7-22(b)），這時(shí)構(gòu)件1的左端夾緊工件；撤去外力F之后，構(gòu)件1在工件反彈力Fn的作用下要順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，但是這時(shí)由于從動(dòng)件3上的傳動(dòng)角=0而處于死點(diǎn)位置，從而保持了工件上的夾緊力Fn 。放松工件時(shí)，只要在手柄上加一個(gè)向上的外力F，就可使機(jī)構(gòu)脫出死點(diǎn)位置，從而放松工件。圖3-22(c)是飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)，起落架處于放下機(jī)輪的位置， 連桿BC和從動(dòng)構(gòu)件CD位于一直線上，構(gòu)件CD處于死點(diǎn)位置， 機(jī)輪著地時(shí)產(chǎn)生的巨大沖擊力不致使從動(dòng)構(gòu)件CD轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保持著支撐狀態(tài)。 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)圖7-22 機(jī)構(gòu)死點(diǎn)的應(yīng)用 機(jī)械基礎(chǔ)機(jī)械基礎(chǔ)習(xí)習(xí) 題題 7-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和滑塊四桿機(jī)構(gòu)各有哪幾種基本類型？