平面連桿機(jī)構(gòu)◆掌握鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成和基本類型?！粽莆浙q鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在的條件。◆熟悉平面四桿機(jī)構(gòu)的性質(zhì)。課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

如圖4—1—1所示為單缸內(nèi)燃機(jī)原理模型圖，其中，活塞、連桿、曲軸等組成了平面連桿機(jī)構(gòu)。在做功行程中，活塞承受燃?xì)鈮毫υ谄變?nèi)作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并由曲軸對(duì)外輸出動(dòng)力。這就是平面連桿機(jī)構(gòu)在汽車上的運(yùn)用。課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖4—1—1單缸內(nèi)燃機(jī)原理a）實(shí)物圖b）原理圖平面連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)一些較為復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛。如圖4—1—2所示為車門的啟閉機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿BC使曲柄CD朝著反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而保證兩扇車門的同時(shí)開(kāi)啟和關(guān)閉到預(yù)定的各自工作位置?？梢?jiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)是一些剛性構(gòu)件用轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副相互連接而組成的機(jī)構(gòu)。構(gòu)件之間的連接處是圓柱面或平面接觸，其承載能力強(qiáng)，耐磨損，使用壽命長(zhǎng)，易于制造；另外，平面連桿機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行多種機(jī)械運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，所以在生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖4—1—2車門啟閉機(jī)構(gòu)示意圖一、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

平面連桿機(jī)構(gòu)的種類較多，其中最基本的是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，即四個(gè)桿全部用鉸鏈（轉(zhuǎn)動(dòng)副）連接的平面四桿機(jī)構(gòu)，如圖4—1—3所示。圖4—1—3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖4-1-4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)1.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成由圖4—1—3，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上的最基本特征是四個(gè)構(gòu)件均為桿狀，且構(gòu)件之間的連接是鉸鏈連接。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中四個(gè)構(gòu)件的名稱分別為：機(jī)架——機(jī)構(gòu)中固定不動(dòng)的桿，圖4—1—3中的桿4。連架桿——與機(jī)架直接連接的桿，圖4—1—3中桿1和桿3。連桿——機(jī)構(gòu)中不與機(jī)架直接連接的桿，圖4—1—4中桿2。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中連桿通常作平面運(yùn)動(dòng)，連架桿1和3繞各自的回轉(zhuǎn)中心A和D轉(zhuǎn)動(dòng)。其中能作整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連架桿稱為曲柄；而僅能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿稱為擺桿。課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2.鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有三種類型：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)。（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿分別為曲柄和搖桿，則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖4—1—4所示：當(dāng)曲柄AB為主動(dòng)件并作等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件搖桿CD將在C1D到C2D范圍內(nèi)作變速往復(fù)擺動(dòng)。圖4—1—5；圖4—1—6；圖4—1—7就是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的具體應(yīng)用。圖4—1—4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖4—1—5刮雨器機(jī)構(gòu)

圖4—1—6攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)圖4—1—7家用縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（2）雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄時(shí)，則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)，如圖4—1—8、4—1—9所示。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若連桿與機(jī)架相等，且兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同、長(zhǎng)度也相等時(shí)，則稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，如圖4—1—9a所示；若兩曲柄轉(zhuǎn)向相反的情況，則稱為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)，如圖4—1—9b及圖4—1—2車門啟閉機(jī)構(gòu)。

課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖4—1—10汽車轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。

圖4—1—10汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3.曲柄存在的條件

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄,取決于機(jī)構(gòu)中各桿的長(zhǎng)度關(guān)系,即要使連架桿能做整周的轉(zhuǎn)動(dòng)而成為曲柄,各桿必須滿足一定的條件，這就是曲柄存在的條件。如圖4—1—11中，a、b、c、d分別表示構(gòu)件ＡＢ、ＢＣ、ＣＤ、ＡＤ的長(zhǎng)度，若ＡＤ為機(jī)架，ＡＢ為曲柄，在ＡＢ轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，ＡＢ與ＡＤ[BC?是的]存在拉直共線和重疊共線兩個(gè)位置。要使ＡＢ成為曲柄，它必須能順利地通過(guò)這兩個(gè)共線位置。由此可知，在四桿機(jī)構(gòu)中，要使連架桿成為曲柄，必須同時(shí)具備兩個(gè)條件，即：（1）連架桿與機(jī)架中必須有一個(gè)是最短桿；（2）最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和必小于或等于其余兩桿的長(zhǎng)度之和。根據(jù)曲柄存在的條件，還可以做出如下推論：（3）以最短桿相鄰的桿做機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（4）以最短桿做機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；（5）以最短桿相對(duì)的桿做機(jī)架時(shí)，該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和大于其余兩桿的長(zhǎng)度之和，則無(wú)論以哪一桿件為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)圖4—1—11急回運(yùn)動(dòng)特性圖4—1—12壓力角和傳動(dòng)角二、平面四桿機(jī)構(gòu)的性質(zhì)1.急回運(yùn)動(dòng)特性如圖4—1—11所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄AB沿順時(shí)針?lè)较蛞缘冉撬俣圈貜呐cBC共線位置ABl轉(zhuǎn)到共線位置AB2時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)的角度為φ1(180o+θ)；搖桿CD從左極限位置ClD擺到右極限位置C2D，設(shè)所需時(shí)間為t1，C點(diǎn)平均速度為V1；當(dāng)曲柄AB再繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)角度φ2(180o一θ)，即從AB2到ABl，搖桿CD自C2D擺回到ClD，設(shè)所需時(shí)間為t2，C點(diǎn)的平均速度為V2。由于φ1>φ2，則t1>t2。又因搖桿CD往返的擺角都是相同的，而所用的時(shí)間卻不同，往返的平均速度也不相同，即V1﹤V2。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表示，K值越大，回程越快。（4—1）式中，θ稱為極位夾角，即從搖桿處于左、右兩極限位置時(shí)，主動(dòng)曲柄相應(yīng)兩位置所夾的銳角。由式（4－１）可知，行程速比系數(shù)K與極位夾角θ有關(guān)，θ越大，Ｋ越大。當(dāng)θ＝０時(shí)，Ｋ＝１，說(shuō)明機(jī)構(gòu)無(wú)急回運(yùn)動(dòng)。由式（4－１）可得：（4—2）由式（4－2）可見(jiàn)，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θ即可。在各種機(jī)器中，應(yīng)用四桿機(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。課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2.壓力角和傳動(dòng)角

如圖4—1—12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BC[CD?是的]受力點(diǎn)Ｃ的絕對(duì)速度Vc的方向之間所夾的銳角α，稱為壓力角。壓力角α的余角γ，稱為傳動(dòng)角。力Ｆ可分解為沿Ｃ點(diǎn)絕對(duì)速度Vc方向的分力Ｆt，及沿?fù)u桿ＣＤ的徑向力Fn，而Ｆt則是推動(dòng)搖桿運(yùn)動(dòng)的有效分力。α越小，γ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，為保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常要使γmin≥40°，傳動(dòng)力矩較大時(shí)，則要使γmin≥50°課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3.死點(diǎn)位置于兩個(gè)極限位置時(shí)，連桿與曲柄共線，此時(shí)傳動(dòng)角γ＝０°。這樣主動(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，所以理論上不論作用多大的力，均不能使曲柄ＡＢ轉(zhuǎn)動(dòng)，因而產(chǎn)生“頂死”現(xiàn)象，如圖4—1—１3（b）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)，機(jī)構(gòu)的這種狀態(tài)位置稱為死點(diǎn)位置。

圖4—1—13四桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)順利通過(guò)死點(diǎn)位置的方法

為了使機(jī)構(gòu)能夠順利地通過(guò)死點(diǎn)位置，繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，常采用以下方法：

（1）利用從動(dòng)曲柄本身的質(zhì)量或附加一轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的飛輪，如圖4-1-14所示，依靠其慣性作用來(lái)導(dǎo)向通過(guò)死點(diǎn)位置。

（2）采用多組機(jī)構(gòu)錯(cuò)列，如圖4-1-15所示的兩組車輪的錯(cuò)列裝置，兩組機(jī)構(gòu)的曲柄錯(cuò)列成90°。

（3）增設(shè)輔助構(gòu)件。如圖4-1-16所示機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)裝置，在機(jī)構(gòu)中增設(shè)了一個(gè)輔助曲柄EF。

圖4-1-14依靠慣性作用通過(guò)死點(diǎn)位置圖4-1-15采用多組機(jī)構(gòu)錯(cuò)列通過(guò)死點(diǎn)位置圖4-1-16增設(shè)輔助構(gòu)件通過(guò)死點(diǎn)位置課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置有不利的一面，也有其有利的一面。工程上常用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置的性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)某些要求。如圖4—1—17所示的飛機(jī)的起落架就是利用雙搖桿機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，來(lái)保證飛機(jī)起降安全的。圖4—1－18為機(jī)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。圖4—1—17飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)圖4—1—18夾緊機(jī)構(gòu)課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)課題一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)◆熟悉鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式。

◆掌握曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、工作原理與應(yīng)用。

◆掌握導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的類型、工作原理與應(yīng)用。

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，在實(shí)際機(jī)械中，平面連桿機(jī)構(gòu)的形式是多種多樣的，當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)尺寸關(guān)系作某種特殊變化或者取不同桿件為機(jī)架時(shí)，可演化為其他形式。

圖4—2—1曲軸連桿機(jī)構(gòu)圖4—2—2曲軸連桿機(jī)構(gòu)工作原理示意圖如圖4—2—2曲軸連桿機(jī)構(gòu)工作運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖所示，活塞受氣體推動(dòng)作上下往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)連桿BC帶動(dòng)曲軸AB作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出。那么，這種機(jī)構(gòu)是怎樣從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的呢？鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)又能演化哪些不同的機(jī)構(gòu)呢？一、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

如圖4—2—3所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，搖桿3上C點(diǎn)的軌跡為以D為圓心，桿3的長(zhǎng)度為半徑的圓弧。若將轉(zhuǎn)動(dòng)副D的半徑擴(kuò)大，使其半徑等于L3，并在機(jī)架上按C點(diǎn)的近似軌跡作成一弧形槽，搖桿3作成與弧形槽相配的弧形塊，如圖4—2—3b所示。此時(shí)，雖然轉(zhuǎn)動(dòng)副D的中心外形改變，但機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性并沒(méi)有改變。若將弧形槽的半徑增至無(wú)窮長(zhǎng)，則轉(zhuǎn)動(dòng)副D的中心移到無(wú)窮遠(yuǎn)處，弧形槽變?yōu)橹辈?，轉(zhuǎn)動(dòng)副D則轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副，構(gòu)件3由搖桿變成為滑塊，于是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖4—2—3C所示。此時(shí)移動(dòng)方位線不通過(guò)曲柄回轉(zhuǎn)中心，故稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心至其移動(dòng)方位線的垂直距離稱為偏距e；當(dāng)移動(dòng)方位線通過(guò)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A時(shí)（e=0），則稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖4—2—3d所示。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用在活塞式內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床等機(jī)械中。圖4—2—3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的形成 圖4—2—4偏心輪機(jī)構(gòu)圖4—2—3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的形成在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄較短時(shí)，往往用一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不相合的偏心輪代替曲柄，如圖4—2—4所示，稱為偏心機(jī)構(gòu)。圖中構(gòu)件1為偏心輪，偏心距e（輪的幾何中心B點(diǎn)至旋轉(zhuǎn)中心A點(diǎn)的距離）相當(dāng)于曲柄長(zhǎng)度。偏心輪機(jī)構(gòu)用于受力較大且滑塊行程較小的剪床、沖床、顎式破碎機(jī)等機(jī)械中。圖4—2—4偏心輪機(jī)構(gòu)1—偏心輪2—連桿3—滑塊4—機(jī)架二、導(dǎo)