任務(wù)二平面連桿機(jī)構(gòu)案例導(dǎo)入

案例分析：如圖所示為縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，為其機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和結(jié)構(gòu)示意圖?？p紉機(jī)傳動(dòng)路線(xiàn)為:操作者踩踏踏板使搖桿1（原動(dòng)件）往復(fù)擺動(dòng)→連桿2驅(qū)→曲柄3（從動(dòng)件）→帶動(dòng)帶輪使機(jī)頭主軸連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)?？p紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

問(wèn)題：（1）各構(gòu)件的長(zhǎng)度如何才能保證實(shí)現(xiàn)相關(guān)的運(yùn)動(dòng)？（2）該機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，出現(xiàn)卡死現(xiàn)象如何處理？

縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)案例導(dǎo)入平面連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型

1平面四桿機(jī)構(gòu)的演化2平面連桿機(jī)構(gòu)的基本特性3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4本章內(nèi)容一平面連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型

基本概念：

連桿機(jī)構(gòu)：機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件只采用低副連接的構(gòu)件稱(chēng)為連桿機(jī)構(gòu)。

平面連桿機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件均在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為平面連桿機(jī)構(gòu)。

縫紉機(jī)腳踏機(jī)構(gòu)鋸管機(jī)構(gòu)

四桿機(jī)構(gòu)：由四個(gè)構(gòu)件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為四桿機(jī)構(gòu)

腳踏式脫粒機(jī)縫紉機(jī)縫紉機(jī)構(gòu)

（一）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)類(lèi)型1、基本概念：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：四個(gè)構(gòu)件全部用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的四桿機(jī)構(gòu)

連架桿機(jī)架連架桿連桿曲柄搖桿連架桿能繞其軸線(xiàn)轉(zhuǎn)360o的連架桿僅能繞其軸線(xiàn)作往復(fù)擺動(dòng)的連架桿2、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成：連桿：不直接與機(jī)架相連的構(gòu)件。1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)—>擺動(dòng)搖桿為原動(dòng)件時(shí)，擺動(dòng)—>轉(zhuǎn)動(dòng)兩連架桿中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)，稱(chēng)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的分類(lèi)

按照兩連架桿的運(yùn)動(dòng)形式的不同（即有無(wú)曲柄），可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為：

應(yīng)用案例：雷達(dá)天線(xiàn)、腳踏式脫粒機(jī)、攪拌機(jī)、水稻插秧機(jī)的秧爪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

腳踏式脫粒機(jī)縫紉機(jī)的腳踏粒機(jī)雷達(dá)天線(xiàn)

攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)水稻插秧機(jī)的秧爪運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)功能：將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為擺動(dòng)，或者將擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩連架桿均為曲柄的四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為雙曲柄機(jī)構(gòu)2）雙曲柄機(jī)構(gòu)主動(dòng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)—>從動(dòng)曲柄也同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)主動(dòng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)—>從動(dòng)曲柄變速轉(zhuǎn)動(dòng)

應(yīng)用案例：慣性篩機(jī)構(gòu)

功能：將等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為不等速同向轉(zhuǎn)動(dòng)。慣性篩機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為雙搖桿機(jī)構(gòu)3）雙搖桿機(jī)構(gòu)

應(yīng)用案例：港口鶴式起重機(jī)、汽車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)、飛機(jī)起落架等機(jī)構(gòu)。電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)

功能：將一種擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為另一種擺動(dòng)。汽車(chē)前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)中相鄰構(gòu)件能否相對(duì)轉(zhuǎn)整周，由各構(gòu)件長(zhǎng)度間的關(guān)系決定。

（二）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本特性1、曲柄存在的條件：

設(shè)：一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD，各桿長(zhǎng)為a、b、c、d，AB為曲柄

則在曲柄整周回轉(zhuǎn)的過(guò)程中必會(huì)通過(guò)與機(jī)架AD平行的兩位置，即桿1和桿4拉直共線(xiàn)和重疊共線(xiàn)，如下圖所示由三角形的邊長(zhǎng)關(guān)系可得a+d≤b+cd-a+b≥c→a+c≤b+dd-a+c≥b→a+b≤c+d分析：a+d≤b+ca+c≤b+da+b≤d+ca≤ba≤ca≤d通過(guò)上面的分析，可以說(shuō)明兩個(gè)問(wèn)題：

（1）在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄為最短桿；

（2）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和

結(jié)論：

最短桿和最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的必要條件(不滿(mǎn)足這一條件的，必為雙搖桿機(jī)構(gòu))

但滿(mǎn)足這一條件的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)究竟有一個(gè)曲柄、兩個(gè)曲柄還是沒(méi)有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機(jī)架來(lái)判斷

（1）以最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)（2）以最短桿的相鄰桿為機(jī)架時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

（3）以最短桿的對(duì)面桿為機(jī)架時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件：（1）長(zhǎng)度和條件：機(jī)構(gòu)中最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和，即（2）最短構(gòu)件條件：連架桿與機(jī)架中必有一桿為最短構(gòu)件。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類(lèi)型的判別方法

（1）滿(mǎn)足長(zhǎng)度和條件，即1)若以最短構(gòu)件為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；2）若以最短構(gòu)件相鄰邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；3）若以最短構(gòu)件對(duì)邊為機(jī)架，則機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（2）不滿(mǎn)足長(zhǎng)度和條件，則無(wú)論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。案例分析：

如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD中，已知各桿的長(zhǎng)度分別為：a=30，b=50，c=40，d=45。試確定該機(jī)構(gòu)分別以AD、AB、CD和BC為機(jī)架時(shí)，屬于何種機(jī)構(gòu)？

案例分析：如圖所示縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，已知AB=4cm、AD=11cm、BC=16cm，若BC為機(jī)構(gòu)的最長(zhǎng)構(gòu)件，請(qǐng)問(wèn)縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件應(yīng)滿(mǎn)足什么條件，縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)才能為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)？

想一想練一練請(qǐng)判斷圖所示各機(jī)構(gòu)屬于何類(lèi)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)？

右圖所示為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中曲柄為原動(dòng)件作等速回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿為從動(dòng)桿，作往復(fù)變速擺動(dòng)2、急回特性原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件AB以等速轉(zhuǎn)動(dòng)B2C2B1C1曲柄轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的時(shí)間搖桿點(diǎn)C的平均速度A21C34BDabcd擺角極位夾角v1v2))

擺角ψ：搖桿在兩極限位置間的夾角

極位夾角θ：搖桿處于兩極限位置時(shí)，曲柄所夾的銳角原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程和反行程的平均速度不相等，返回行程速度大于工作行程速度的特性，叫做急回特性，通常用行程速度變化系數(shù)K來(lái)表示

（1）機(jī)構(gòu)有極位夾角，就有急回特性

（2）θ越大，K值越大，急回特性就越顯著設(shè)計(jì)時(shí)一般都先給出K值平面四桿機(jī)構(gòu)具有急回特性的條件（1）原動(dòng)件作等速整周轉(zhuǎn)動(dòng)（2）輸出件作往復(fù)運(yùn)動(dòng)（3）3、死點(diǎn)位置存在死點(diǎn)位置的標(biāo)志是：連桿與從動(dòng)件共線(xiàn)

機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角γ=0（即α=90o）的位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置。機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，從動(dòng)件會(huì)出現(xiàn)卡死（機(jī)構(gòu)自鎖）或運(yùn)動(dòng)方向不確定的現(xiàn)象（不計(jì)慣性）

搖桿為原動(dòng)件，有2個(gè)死點(diǎn)位置；

曲柄為原動(dòng)件，沒(méi)有死點(diǎn)位置。（因連桿與從動(dòng)桿不會(huì)共線(xiàn)）死點(diǎn)位置的利弊

利：工程上利用死點(diǎn)位置進(jìn)行工作。

飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)夾具機(jī)構(gòu)當(dāng)工件被夾緊后，BCD成一直線(xiàn)，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，即使工件的反力很大，夾具也不會(huì)自動(dòng)松脫，該例為利用死點(diǎn)位置的自鎖特性來(lái)實(shí)現(xiàn)工作要求的。弊：機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)，從動(dòng)件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)方向不確定現(xiàn)象，對(duì)傳動(dòng)不利，如縫紉機(jī)的腳踏機(jī)構(gòu)?？p紉機(jī)的腳踏機(jī)構(gòu)

3）克服死點(diǎn)的方法

（1）增大從動(dòng)件的質(zhì)量，利用慣性度過(guò)死點(diǎn)位置。（2）在從動(dòng)曲柄上施加外力或安裝飛輪以增加慣性。（3）采用相同的機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列?；疖?chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)裝置縫紉機(jī)的腳踏機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

在實(shí)際工作機(jī)械中，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需要，生產(chǎn)實(shí)踐中，常常采用多種不同外形、結(jié)構(gòu)和特性的四桿機(jī)構(gòu)，都可以認(rèn)為是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式。

常用的的演化方法：

（1）變轉(zhuǎn)動(dòng)副為移動(dòng)副；（2）取不同的構(gòu)件作機(jī)架；（3）擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的尺寸。

改變從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方式或運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改善構(gòu)件受力演化的目的：1)轉(zhuǎn)動(dòng)副變成移動(dòng)副對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)—>B處轉(zhuǎn)動(dòng)副擴(kuò)大，包括了A轉(zhuǎn)動(dòng)副—>轉(zhuǎn)化成偏心輪機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)這樣的轉(zhuǎn)化提高了偏心軸的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。常應(yīng)用于傳力較大的碎礦機(jī)和沖床等機(jī)械中(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABCD曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)(<360°)1234ABDC雙搖桿機(jī)構(gòu)(0~360°)(0~360°)(<360°)1234ABCD(<360°)取不同構(gòu)件為機(jī)架各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變整周轉(zhuǎn)動(dòng)副3)取不同的構(gòu)件為機(jī)架

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)若取不同的構(gòu)件為機(jī)架，可得到不同的機(jī)構(gòu)取不同的構(gòu)件為機(jī)架取不同構(gòu)件為機(jī)架各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變同樣，對(duì)于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（a），選取不同構(gòu)件為機(jī)架也可以得到不同型式的機(jī)構(gòu)如桿1為機(jī)架，得到導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(圖b)注：當(dāng)L1<L2，桿2、桿4都可轉(zhuǎn)動(dòng)，為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用在小型刨床上若L1>L2，桿2轉(zhuǎn)動(dòng)、桿4只能擺動(dòng)，為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用在回轉(zhuǎn)式油泵、牛頭刨床等裝置上擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)