第二章 鉸鏈四桿機構(gòu)

第二章鉸鏈四桿機構(gòu)§2-1鉸鏈四桿機構(gòu)的組成和分類什么叫鉸鏈？一物體A套在另一物體B的一部分C上,物體A的運動受到C的限制，但A可以繞C在平面或空間內(nèi)（C為球形）轉(zhuǎn)動，物體A與B就構(gòu)成鉸鏈．生活中的鉸鏈鉸鏈四桿機構(gòu)在生活、生產(chǎn)中廣泛用于動力的傳遞或改變運動的形式，例如公共汽車門的開啟，汽車前窗刮雨器等都是利用鉸鏈四桿機構(gòu)來完成工作任務(wù)的。刮雨器汽車車門啟閉系統(tǒng)公共汽車車門啟閉機構(gòu)公共汽車車門啟閉機構(gòu)

鏟土機為了保證鏟斗平行移動，防止泥土流出，采用了平面連桿機構(gòu)。認識一下吧認識一下吧本章要解決的問題鉸鏈四桿機構(gòu)是如何改變或傳遞運動的？桿與桿之間是怎么連接的？它的工作特性是什么？一、鉸鏈四桿機構(gòu)的組成鉸鏈四桿機構(gòu)：

全部用轉(zhuǎn)動副相連的平面四桿機構(gòu)。它是平面四桿機構(gòu)的基本型式之一，其它型式的四桿機構(gòu)可看作是在它的基礎(chǔ)上通過演化而成的。1432O1ABO2機架連桿連架桿與機架用轉(zhuǎn)動副相連接的構(gòu)件不直接與機架連接的構(gòu)件機構(gòu)的固定構(gòu)件1432搖桿：只能繞機架作小180°的某一角度擺動的連架桿連架桿可分為曲柄：能繞機架作整周轉(zhuǎn)動的連架桿

二、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型根據(jù)兩個連架桿能否成為曲柄，鉸鏈四桿機構(gòu)可分為三種基本形式：曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。1.曲柄搖桿機構(gòu)特點：一為搖桿

一為曲柄連架桿

將曲柄的整周回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動。取不同的構(gòu)件為機架時，可得三種不同性質(zhì)的鉸鏈四桿機構(gòu)取最短桿的鄰桿為機架－－－曲柄搖桿機構(gòu)取最短桿的對桿為機架－－－雙搖桿機構(gòu)取最短桿為機架－－－雙曲柄機構(gòu)攪拌機、汽車前窗刮雨器等。應(yīng)用：以搖桿為主動件,曲柄為從動件。運動形式：把搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)化為曲柄的整周回轉(zhuǎn)運動雷達機構(gòu)顎式破碎機剪刀機主動曲柄勻速轉(zhuǎn)，從動曲柄變速轉(zhuǎn)。

2.雙曲柄機構(gòu)特點：一為曲柄

一為曲柄連架桿

1.一般雙曲柄機構(gòu)（不等長雙曲柄機構(gòu)）特點：兩曲柄不相等，主動曲柄等速轉(zhuǎn)動，從動曲柄變速轉(zhuǎn)動。應(yīng)用：慣性篩

2.平行雙曲柄機構(gòu)：特點：兩曲柄相等、同向，角速度相等。應(yīng)用：火車車輪聯(lián)動裝置

3.反向雙曲柄機構(gòu)：特點：兩曲柄相等、反向，角速度不相等。應(yīng)用：車門啟閉機構(gòu)。雙曲柄機構(gòu)的應(yīng)用實例：主動曲柄AB勻速轉(zhuǎn)動，從動曲柄CD做變速轉(zhuǎn)動并通過附加連桿CE帶動篩子作變速往復(fù)直線運動，以使被篩物料獲得較好的篩分效果。慣性篩、挖掘機（平行四邊形機構(gòu)）、車門啟閉機構(gòu)（反平行四邊形機構(gòu)）等?；疖囼?qū)動輪連動機構(gòu)連桿與機架的長度相等且兩曲柄長度相等，曲柄轉(zhuǎn)向相同的雙曲柄機構(gòu)機車車輪聯(lián)動裝置平行雙曲柄機構(gòu)傳動特點：主動曲柄和從動曲柄均以相同角速度轉(zhuǎn)動。天平利用平行雙曲柄機構(gòu)雙曲柄的旋轉(zhuǎn)方向和角度均相同的特性，保證兩天平盤始終保持水平狀態(tài)。挖掘機汽車門啟閉機構(gòu)四桿機構(gòu)成反向雙曲柄機構(gòu)。雙曲柄的轉(zhuǎn)向相反，角速度也不相同。牽動主動曲柄AB的延伸端E，能使兩扇車門同時開啟或關(guān)閉。雙曲柄插床兩個連架桿均為搖桿。雙搖桿機構(gòu)特點：車輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)：四桿件構(gòu)成等腰梯形，按箭頭方向牽動搖桿AB的延伸端E，可使兩搖桿AB，CD同向擺動并帶動兩輪同時轉(zhuǎn)向。飛機起落架飛機起落架汽車自卸翻斗裝置判斷下圖鉸鏈四桿機構(gòu)類型小結(jié)1、鉸鏈四桿機構(gòu)的組成機架連桿連架桿曲柄搖桿2、鉸鏈四桿機構(gòu)的分類（按連架桿運動形式不同分）曲柄搖桿機構(gòu)仰俯式雷達搜索機構(gòu)攪拌機雙曲柄機構(gòu)不等長雙曲柄機構(gòu)平行雙曲柄機構(gòu)反向雙曲柄機構(gòu)慣性篩火車輪汽車車門啟閉系統(tǒng)雙搖桿機構(gòu)起重機飛機起落架課堂練習1、鉸鏈四桿機構(gòu)分為————————、—————————————————三種基本類型，是根據(jù)————————來劃分的。2、家用縫紉機踏板機構(gòu)是———————機構(gòu)，它是以————為主動件的。3、下列屬于雙曲柄機構(gòu)的是（）A攪拌機B自動翻斗裝置C港口起重機D汽車車門啟閉機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)兩連架桿曲柄搖桿踏板D的運動形式不同——————————作業(yè)畫出剪板機的機構(gòu)簡圖曲柄搖桿機構(gòu)具有一個曲柄和一個搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)具有兩個曲柄的鉸鏈四桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)具有兩個搖桿的鉸鏈四桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的三種基本形式四桿機構(gòu)中，要有曲柄存在，必須同時滿足下列兩個條件：1.連架桿與機架中必有一個是最短桿；2.最長桿和最短桿的長度之和小于等于其他兩桿長度之和想一想：四桿機構(gòu)中，曲柄存在的條件是什么？本節(jié)重點之一曲柄存在的條件最短桿AB為機架，此時為：1.當a+d≤c+b時：a為最短桿；d為最長桿與最短桿相對的桿CD為機架，此時為：與最短桿相鄰的桿AD為機架，此時為：曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的判別方法本節(jié)重點之二

無論哪根桿為機架都為:雙搖桿機構(gòu)2.當a+d>c+b時：a為最短桿；d為最長桿本節(jié)重點之二只形成雙搖桿機構(gòu)最短桿鄰桿為機架，曲柄搖桿機構(gòu)

最短桿為機架，雙曲柄機構(gòu)最短桿對桿為機架，雙搖桿機構(gòu)Lmin+Lmax>L1+L2判別方法歸納滿足桿長之和條件:①最短桿為機架-----雙曲柄機構(gòu);②最短桿的相鄰桿為機架----曲柄搖桿機構(gòu);③最短桿的相對桿為機架-----雙搖桿機構(gòu).不滿足桿長之和條件：無論以哪個桿作機架,均為雙搖桿機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別1510152515152525雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)不滿足桿長之和條件滿足桿長之和條件例題：如下圖所示，判斷鉸鏈四桿機構(gòu)屬于哪種基本形式？由已知可得：230mm+130mm<200mm+180mm即AD+AB<BC+CD滿足Lmax+Lmin≤L1+L2而且以最短桿相鄰的桿為機架，因此，該機構(gòu)屬于曲柄搖桿機構(gòu)ADmax=230mm,ABmin=130mm,ADBC230130200180練習1：判斷各鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式9011070401007012045507010060501007090ABCDA：雙曲柄機構(gòu)B：曲柄搖桿機構(gòu)C：雙搖桿機構(gòu)D：雙搖桿機構(gòu)AB或CD以BC為機架，得到以AD為機架，得到雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)得到曲柄搖桿機構(gòu),作為機架的桿是：ADCB練習2450400300200已知：AB＝450ｍｍ，BC＝400ｍｍ，CD＝300ｍｍ，AD＝200ｍｍ。問以哪個桿作為機架，可以得到曲柄搖桿機構(gòu)？如果以桿BC作為機架，會得到什么機構(gòu)？如果以桿AD作為機架，會得到什么機構(gòu)？例題3：

如圖鉸鏈四桿機構(gòu)中AB=45mm,BC=100mm,CD=70mm,AD=120mm。1）若以AD為機架，該機構(gòu)為————————機構(gòu)；4510012070ABCD2）若以AB為機架，該機構(gòu)為————————機構(gòu)；3）若以BC為機架，該機構(gòu)為————————機構(gòu)；4）若以CD為機架，該機構(gòu)為————————機構(gòu)；曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)1、鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式曲柄搖桿機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)雙搖桿機構(gòu)2、曲柄存在的條件及鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的判別方法是Lmin+Lmax>L1+L2是總結(jié)選擇題：1、以下關(guān)于曲柄搖桿機構(gòu)的敘述正確的是（）。A、只能以曲柄為主動件B、搖桿不可以作主動件C、主動件既可能作整周旋轉(zhuǎn)運動也可以作往復(fù)擺動D、以上都不對2、桿長不等的鉸鏈四桿機構(gòu)，若以最短桿為機架，則是（）機構(gòu)？A、曲柄搖桿機構(gòu)B、雙曲柄機構(gòu)C、雙搖桿機構(gòu)D、雙曲柄機構(gòu)或雙搖桿機構(gòu)3．在鉸鏈四桿機構(gòu)中，（）有無存在是機構(gòu)基本形式的根本區(qū)別A機架B連桿C曲柄4、若將曲柄搖桿機構(gòu)中最短桿的對面桿改為機架，則得到（）A雙曲柄機構(gòu)B雙搖桿機構(gòu)C曲柄搖桿機構(gòu)鞏固練習CDCB§2-1曲柄搖桿機構(gòu)的基本性質(zhì)急回特性

如圖所示為一曲柄搖桿機構(gòu)其曲柄AB在轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與連桿BC共線。在這兩個位置，鉸鏈中心A與C之間的距離AC1和AC2分別為最短和最長，因而搖桿CD的位置C1D和C2D分別為兩個極限位置。搖桿在兩極限位置間的夾角稱為搖桿的擺角。急回特性

工作行程：DC2到DC1的過程。

空回行程：DC1到DC2的過程。工作行程和空回行程搖桿的擺角相同。曲柄AB的轉(zhuǎn)角

1=180+，2=180-

設(shè)從動件搖桿CD工作行程所需時間為t1

，C點的平均速度為v1，曲柄從B2轉(zhuǎn)至B1的轉(zhuǎn)角為1，則v1=C2C1/t1。又設(shè)從動件搖桿CD空回行程所需時間為t2

，C點的平均速度為v2，曲柄從B1轉(zhuǎn)至B2的轉(zhuǎn)角為2，則v2=C1C2/t2。因為曲柄AB是以等角速度旋轉(zhuǎn)，所以，t=φ/ω,故t1>t2，v2>v1，表明搖桿具有急回運動的特性，牛頭刨床、往復(fù)式運輸機等機械利用這種急回特性來縮短非生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)率。急回運動特性可用行程速比系數(shù)K

表示，即將上式整理后，可得極位夾角的計算公式：

由以上分析可知：極位夾角越大，K值越大，急回運動的性質(zhì)越顯著，但機構(gòu)運動的平穩(wěn)性也越差。因此應(yīng)根據(jù)工作要求，恰當?shù)剡x擇K值，在一般機械中1<K<2。式中，為搖桿處于兩極限位置時，對應(yīng)的曲柄所夾的銳角，稱為極位夾角。死點位置

曲柄搖桿機構(gòu)中，如以搖桿為原動件，曲柄為從動件，則當搖桿擺到極限位置C1D和C2D時，連桿與曲柄共線，則這時連桿加給曲柄的力將通過鉸鏈中心A，，此時驅(qū)動力的有效力為0。此力對A點不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動。機構(gòu)的這種位置稱為死點位置。死點位置會使機構(gòu)的從動件出現(xiàn)卡死或運動不確定的現(xiàn)象。這種缺陷可利用回轉(zhuǎn)機構(gòu)的慣性或添加輔助機構(gòu)來克服。如家用縫紉機的腳踏機構(gòu)，就是利用皮帶輪的慣性作用使機構(gòu)能通過死點位置。

雙曲柄機構(gòu)運動不確定性如何去克服機構(gòu)的止點位置？通常利用從動件本身或飛輪的運動慣性來通過止點位置。（如縫紉機踏板機構(gòu)）

但在工程實踐中，有時也常常利用機構(gòu)的死點位置來實現(xiàn)一定的工作要求，如圖所示的工件夾緊裝置，當工件5需要被夾緊時，就是利用連桿BC與搖桿CD形成的死點位置，這時工件經(jīng)桿1、桿2傳給桿3的力，通過桿3的傳動中心D。此力不能驅(qū)使桿3轉(zhuǎn)動。故當撤去主動外力P后，在工作反力N的作用下，機構(gòu)不會反轉(zhuǎn)，工件依然被可靠地夾緊。

利用死點夾緊工件的夾具§2-1曲柄滑塊機構(gòu)汽車發(fā)動機中的曲柄連桿機構(gòu)，它是一個典型的曲柄滑塊機構(gòu)。活塞（滑塊）為主動件，活塞的往復(fù)直線運動通過連桿轉(zhuǎn)換成（曲柄）的連續(xù)回轉(zhuǎn)運動，從而將動力輸出。曲柄滑塊機構(gòu)是又曲柄搖桿機構(gòu)演化而來的。1.曲柄滑塊機構(gòu)的演化過程曲柄滑塊機構(gòu)是曲柄搖桿機構(gòu)的一種演化形式，當搖桿的長度趨向于無窮大，連桿的長度又有限時，則C點就不會再沿圓弧往復(fù)運動，而是沿直線往復(fù)移動，也就是說，搖桿變成了沿導(dǎo)軌往復(fù)運動的滑塊，成為下圖所示的曲柄滑塊機構(gòu)。曲柄滑塊機構(gòu)中，若曲柄為主動件，并作連續(xù)整周旋轉(zhuǎn)時，通過連桿可以帶動滑塊作往復(fù)直線運動;反之，若滑塊為主動件，則當滑塊往復(fù)直線運動時，也可以通過連桿帶動曲柄作整周連續(xù)旋轉(zhuǎn)。但若滑塊為主動件，當滑塊運動到使連桿與曲柄共線的“死點”位置時，則需要考慮通過“死點”的相應(yīng)措施曲柄滑塊機構(gòu)在上圖中，滑塊移動的距離為曲柄長度的兩倍，即：H=2r。如果需要滑塊行程H很短，則曲柄長度相應(yīng)地也要很短，此時，常使用偏心輪的偏心距e來代替曲柄的長度。這種機構(gòu)就稱為偏心輪機構(gòu)?；瑝K的行程是偏心距的兩倍。即H=2e。飛輪該機構(gòu)為一對心曲柄滑塊機構(gòu)的應(yīng)用形式，滑塊為主動件，由于飛輪的慣性，使機構(gòu)沖過了兩個死點位置。曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用壓力機曲柄滑塊機構(gòu)應(yīng)用壓力機將曲柄的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為滑塊的往復(fù)直線移動，成為壓力機的工作機構(gòu)。將滑塊（活塞）往復(fù)的直線移動轉(zhuǎn)換為曲柄（曲軸）的旋轉(zhuǎn)運動。曲柄滑塊送料裝置曲柄每轉(zhuǎn)一周，滑塊就從料槽中推出一個工件。導(dǎo)桿機構(gòu)abcda曲柄滑塊機構(gòu)b導(dǎo)桿機構(gòu)c擺動滑塊機構(gòu)d固定滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)-牛頭刨床滑枕帶著刨刀，作直線住復(fù)運動的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛頭而得名。牛頭刨床主要用于單件小批生產(chǎn)中刨削中小型工件上的平面、成形面和溝槽。這是一個六桿機構(gòu)，曲柄整周勻速轉(zhuǎn)動，帶動刨刀往復(fù)移動,該機構(gòu)利用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的急回特性使刨刀快速退回，以提高工作效率。轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)插床插床與刨床一樣，也是使用單刃刀具（插刀）來切削工件，但刨床是臥式布局，插床是立式布局。插床的生產(chǎn)率和精度都較低，多用于單件或小批量生產(chǎn)中加工內(nèi)孔鍵槽或花鍵孔，也可以加工平面、方孔或多邊形孔等，在批量生產(chǎn)中常被銑床或拉床代替。但在加工不通孔或有障礙臺肩的內(nèi)孔鍵槽時，就只有利用插床了。插床導(dǎo)桿機構(gòu)利用擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的急回特性使插刀快速退回，以提高工作效率。插齒機該機構(gòu)由兩個四桿機構(gòu)組成，粉紅色的桿、紅色桿、綠色桿、機架組成曲柄搖桿機構(gòu)，綠色桿、橙色桿、黃色桿、機架組成搖桿滑塊機構(gòu)，當粉紅色的曲柄勻速回轉(zhuǎn)時，綠色桿作變速擺動，通過橙色的連桿使黃色的滑塊向下切削時作近似勻速運動，往上則因曲柄搖桿機構(gòu)的急回運動性質(zhì)使插齒刀快速退回。搖塊機構(gòu)該機構(gòu)是通過將曲柄滑塊機構(gòu)中的連桿固定而演化得出，它可把主動件的勻速回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為導(dǎo)桿相對于滑塊的往復(fù)移動并隨滑塊擺動的形式。擺動滑塊機構(gòu)（搖塊機構(gòu)）擺動滑塊機構(gòu)（搖塊機構(gòu)）的應(yīng)用定塊機構(gòu)該機構(gòu)是通過將曲柄滑塊機構(gòu)中的滑塊固定而演化得出，它可把主動件的回轉(zhuǎn)或擺動轉(zhuǎn)化為導(dǎo)桿相對于滑塊的往復(fù)移動。定塊機構(gòu)的應(yīng)用曲柄滑塊轉(zhuǎn)變?yōu)殡p滑塊雙滑塊機構(gòu)該機構(gòu)由曲柄滑塊機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)組成，曲柄繞A點勻速整周旋轉(zhuǎn)，帶動兩滑塊往復(fù)移動。正弦機構(gòu)該機構(gòu)是具有2個移動副的四桿機構(gòu)，因從動件的位移與原動曲柄的轉(zhuǎn)角的正弦成正比而得名，常用于縫紉機下針機構(gòu)和其他計算裝置中。橢圓規(guī)動桿聯(lián)接兩回轉(zhuǎn)副，固定導(dǎo)桿聯(lián)接兩移動副，導(dǎo)桿呈十字形，動桿上各點軌跡為長短徑不同的橢圓。設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：