第八章-平面連桿機(jī)構(gòu)

汽車機(jī)械基礎(chǔ)第三篇汽車常用機(jī)構(gòu)傳動(dòng)第八章平面連桿機(jī)構(gòu)第一節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)組成及特點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)：由若干個(gè)構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)，也稱平面低副機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)中的大部分構(gòu)件或構(gòu)件重心，在運(yùn)動(dòng)中都作變速運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的慣性難以消除，故不宜用于高速運(yùn)動(dòng)的場合。特點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)形式較多。連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是低副，面接觸上的壓強(qiáng)較小，便于潤滑，不宜磨損。運(yùn)動(dòng)副的接觸面均為幾何形狀較簡單的平面或圓柱面，依靠本身的幾何約束來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸,無需象高副那樣加入彈簧等來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)副元素的接觸。低副機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)規(guī)律比高副困難,有時(shí)由于結(jié)構(gòu)上的需要還需增加構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副數(shù)。使得機(jī)構(gòu)變得更復(fù)雜等。應(yīng)用第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用與類型在不直接與機(jī)架相連的構(gòu)件上，不同點(diǎn)的軌跡是不同形狀的曲線，可用來滿足生產(chǎn)需要的各種軌跡要求。分類：含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)將主動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)變化為從動(dòng)件的往復(fù)擺動(dòng)，或往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，或相反。將主動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)變換為與其相同或不同規(guī)律的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)按連架桿不同的運(yùn)動(dòng)形式分，平面連桿機(jī)構(gòu)的基本形式有雙搖桿機(jī)構(gòu)連架桿連架桿機(jī)架連桿一、類型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)平面連桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)類型思考雙搖桿機(jī)構(gòu)中BC桿是曲柄嗎？平面連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的倒置曲柄連桿機(jī)構(gòu)曲柄連桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型判別通過對鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的分析可知，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條件是：（1）最短桿與最長桿的長度之和小于等于其余兩桿的長度之和；（2）在機(jī)架和連架桿當(dāng)中必有一桿是最短桿。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型與組成機(jī)構(gòu)的各桿長度有關(guān)，也與機(jī)架的選取有關(guān)。根據(jù)四桿機(jī)構(gòu)有曲柄存在的條件，一般可按下述方法判定其類型:若最短桿與最長桿的長度之和小于等于其余兩桿的長度之和，則（1）當(dāng)取最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）當(dāng)取最短桿為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（3）當(dāng)取最短桿的對邊為機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。若最短桿與最長桿的長度之和大于其余兩桿的長度之和，則不論取哪一構(gòu)件為機(jī)架，均無曲柄存在，該機(jī)構(gòu)是雙搖桿機(jī)構(gòu)。

三、四桿機(jī)構(gòu)的演化轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖8-1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的形成

圖8-2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件為l1≤l2，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件為l1+e≤l2。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滑塊的往復(fù)移動(dòng)，它廣泛應(yīng)用于空氣壓縮機(jī)、沖床等機(jī)械中；當(dāng)以滑塊為原動(dòng)件時(shí)，可將滑塊的往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，它廣泛應(yīng)用于蒸氣機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中。

2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

當(dāng)取圖8-1（c）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件AB為機(jī)架時(shí)，可得到如圖8-3所示的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。構(gòu)件2為原動(dòng)件，構(gòu)件4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對導(dǎo)桿4滑動(dòng)并隨其一起繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)l1≤l2時(shí)，構(gòu)件2和4均可作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)l1＞l2時(shí)，導(dǎo)桿4只能作往復(fù)擺動(dòng)，稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)常用作牛頭刨床（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）和插床（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）等工作機(jī)構(gòu)。圖8-3導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

3.搖塊機(jī)構(gòu)在圖8-1（c）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取構(gòu)件2為機(jī)架，構(gòu)件1可作整周回轉(zhuǎn)，而滑塊3則成了只能繞機(jī)架上C點(diǎn)作往復(fù)擺動(dòng)的搖塊，故稱為搖塊機(jī)構(gòu)，如圖8-4所示。如圖8-5所示的載貨汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)就是這種機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。

圖8-4搖塊機(jī)構(gòu)

圖8-5載貨汽車自動(dòng)翻轉(zhuǎn)卸料機(jī)構(gòu)

4.定塊機(jī)構(gòu)在圖8-1(c)所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，如果取滑塊3為機(jī)架，便得到如圖8-6所示的定塊機(jī)構(gòu)。如圖8-7所示的手搖唧筒就是這種定塊機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。

圖8-6定塊機(jī)構(gòu)

圖8-7

手搖唧筒

第三節(jié)平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性

一、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性

1.急回特性如圖8-8所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動(dòng)件，搖桿CD為從動(dòng)件。在曲柄回轉(zhuǎn)一周的過程中，曲柄AB與連桿BC有兩次共線，此時(shí)搖桿CD分別處于左、右兩個(gè)極限位置C1D和C2D，擺角為ψ。圖8-8曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性分析機(jī)構(gòu)的急回特性常用行程速比系數(shù)K表示，即

（9-1）

由式(9-1)可見，K值的大小取決于極位夾角θ。當(dāng)θ=0時(shí)，K=1，機(jī)構(gòu)沒有急回特性；當(dāng)θ≠0時(shí)，K＞1，則機(jī)構(gòu)具有急回特性。K值的大小反映了機(jī)構(gòu)的急回劇烈程度，K值愈大，機(jī)構(gòu)的急回特性愈明顯。由上述分析可知，四桿機(jī)構(gòu)有無急回特性，一方面取決于從動(dòng)件是否存在工作和空回行程的極限位置，另一方面取決于極位夾角。當(dāng)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件存在極限位置，且極位夾角θ≠0時(shí)，機(jī)構(gòu)才具有極回特性。在工程實(shí)際中，通常利用機(jī)構(gòu)的急回特性來縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。由式(9-1)可得：(8-2)設(shè)計(jì)具有急回特性的四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，通常根據(jù)工作要求先選定行程速比系數(shù)K，然后由式（8-2）算出極位夾角，再通過作圖確定各構(gòu)件尺寸。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性急回特性:曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是否具有急回特性？偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)急回特性:偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有急回特性無急回特性擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是否具有急回特性？急回特性:擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性具有急回特性

2.壓力角與傳動(dòng)角

實(shí)際生產(chǎn)對連桿機(jī)構(gòu)的要求，一是能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，二是有較好的傳力性能，使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、輕便及高效。機(jī)構(gòu)的傳力性能與其壓力角有關(guān)。在圖8-9所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，取曲柄AB為原動(dòng)件，搖桿CD為從動(dòng)件。若忽略各構(gòu)件的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，則曲柄通過連桿作用于搖桿上C點(diǎn)的力F沿BC方向，它與受力點(diǎn)C的絕對速度vc之間所夾的銳角稱為壓力角，力F沿vc方向的分力Ft=Fcosα，是推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效分力；而沿?fù)u桿軸心線方向的分力Fn=Fsinα?xí)龃筮\(yùn)動(dòng)副中的摩擦和磨損，對機(jī)構(gòu)傳動(dòng)不利，故稱為有害分力。顯然，壓力角α的大小是判別機(jī)構(gòu)傳力性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)。

圖8-9曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角與傳動(dòng)角

最小傳動(dòng)角

在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件而滑塊為從動(dòng)件時(shí)，不論是對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)還是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角γmin均出現(xiàn)在曲柄垂直于滑塊導(dǎo)路的瞬時(shí)位置。對心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)兩次出現(xiàn)最小傳動(dòng)角，而偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)只有在曲柄AB轉(zhuǎn)到如圖所示的AB′位置時(shí)，機(jī)構(gòu)才產(chǎn)生最小傳動(dòng)角γmin。圖曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角

3.死點(diǎn)位置

如圖8-10和圖8-11所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若以滑塊3為主動(dòng)件，當(dāng)滑塊3運(yùn)動(dòng)到兩個(gè)極限位置時(shí)，連桿2與曲柄1處于共線位置，則機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置。為使機(jī)構(gòu)越過死點(diǎn)位置而連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可采用如圖8-12所示的死點(diǎn)位置互相錯(cuò)開的幾個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使其共同控制一個(gè)從動(dòng)曲柄，這種方法在多缸發(fā)動(dòng)機(jī)中已得到應(yīng)用。

圖8-12死點(diǎn)位置錯(cuò)開的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

圖8-10偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性

圖8-11對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性死點(diǎn)：傳動(dòng)角為零的機(jī)構(gòu)位置。即γ=0在不計(jì)摩擦的情況下，若以CD為主動(dòng)件，AB桿上所受的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，構(gòu)件AB不能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，出現(xiàn)“