曲柄連桿機構的應用【平面四桿機構】

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I 曲柄連桿機構的應用 Linkage of the crank II 摘 要 按連桿機構中的各構件的相對運動是平面運動還是空間運動，可 將連桿機構分成平面連桿機構及空間連桿機構兩大類。而在平面連桿 機構中又以四連桿機構組成的平面四桿機構應用最廣。本文主要介紹 平面四桿機構的類型、應用、以及有關平面四桿機構的一些基本知識； 并闡述了平面四桿機構的一些常用的設計方法。著重介紹了鉸鏈四桿 機構的類型及應用。 關鍵詞：鉸鏈四桿機構、曲柄、四連桿 III Abstract The linkage of the various components of the relative movement is still room for movement plane motion can be divided into plane linkage and linkage space linkage two categories. The plane linkage again in the four- bar linkage of the plane four agencies most widely. This paper describes the four plane types, applications, and the plane four bodies of some basic knowledge on the plane and four bodies of some commonly used methods of design. Focus on the hinge of the four types of agencies and applications. Key words: hinge four bodies, crank, four-link. IV 目 錄 第一章 論述.............................................. .1 第二章 平面連桿機構....................................... 2 2.1 鉸鏈四桿機構 .....................................2 2.2 鉸鏈四桿機構的其它形式............................7 2.3 平面四桿機構的工作特性........................... 9 2.4 平面四桿機構運動設計簡介........................ 14 第三章 平面連桿機構及其設計............................... 17 3．1 平面連桿機構的特點及其設計的基本問題 ............17 3.1.1 平面連桿機構.................................. 17 3.1.2 平面連桿機構的特點............................ 17 3.1.3 平面連桿機構設計的基本問題 ....................18 3.1.4 設計方法 ......................................18 3．2 平面四桿機構的基本型式及其演化.................. 18 3.2.1 鉸鏈四桿機構：所有運動副均為 ..................18 3.2.2 鉸鏈四桿機構的演化. ............................19 3．3 平面四桿機構有曲柄的條件和幾個基本概念.......... 20 3.3.1 平面四桿機構有曲柄的條件（也可作曲柄和連桿線圖. 20 3.3.2 行程速度變化系數(shù).............................. 21 3.3.3 壓力角和傳動角................................ 22 3．4 平面四桿機構的設計.............................. 23 3.4.1 平面四桿機構的圖解法設計 ......................23 第四章 技術參數(shù)及維修 ....................................25 V 4.1 結構............................................. 25 4.2 維護保養(yǎng)......................................... 25 4.3 注意事項 .........................................26 第五章 結論 ..............................................27 參考文獻 ..................................................28 致 謝.................................................... 29 1 第一章 論述 連桿機構是一種常用的傳動機構，廣泛地用于各種機器、儀表及操 縱裝置中。 連桿機構中的各構件間的相對運動是平面運動還是空間運動，可將 連桿機構分成平面連桿機構及空間連桿機構兩大類。一般機械中多采 用平面連桿機構。而在平面連桿機構中又以由四個構件組成的平面四 桿機構應用最廣。而且平面四桿機構又往往是組成多桿機構的基礎。 在連桿機構中的運動副都是低副。由于低副兩元素為面接觸，所以 在同樣的載荷條件下，其兩元素間的壓強比高副接觸的壓強為低，故 連桿機構可以傳遞教大的動力。而且低副元素的幾何形狀比較簡單 （常為圓柱或平面等） ，故也便于加工。另外，在其原動件運動規(guī)律不 變的條件下，只要改變各構件間的相對長度，就可以使其從動件實現(xiàn) 不同的運動規(guī)律要求。又由于連桿不與機架相連，故其上各點的軌跡 是形狀各異的曲線（我門稱這些曲線為連桿曲線） ，人們可利用這些曲 線來近似滿足不同軌跡的需要。連桿機構的缺點是其必須經(jīng)過中間構 件作運動傳遞，而由于不可避免的制造誤差和運動副中的間隙，致使 運動傳遞中的誤差環(huán)節(jié)教多；另外，由于連桿是平面運動構件，其所 產(chǎn)生的慣性力難以平衡，故連桿機構一般不宜用于精密及高速運動。 2 第二章 平面連桿機構 2.1 鉸鏈四桿機構 一、鉸鏈四桿機構的組成和基本形式 1.鉸鏈四桿機構的組成 如圖 1-14 所示，鉸鏈四桿機構是由轉動副將各構件的頭尾聯(lián)接起 的封閉四桿系統(tǒng)，并使其中一個構件固定而組成。被固定件 4 稱為機 架，與機架直接鉸接的兩個構件 1 和 3 稱為連架桿，不直接與機架鉸 接的構件 2 稱為連桿。連架桿如果能作整圈運動就稱為曲柄，否則就 稱為搖桿。 2.鉸鏈四桿機構的類型 鉸鏈四桿機構根據(jù)其兩個連架桿的運動形式的不同，可以分為曲 柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構三種基本形式。 (1)曲柄搖桿機構。在鉸鏈四桿機構中， 如果有一個連架桿做循環(huán)的整周運動而另一連架桿作搖動，則該機構 稱為曲柄搖桿機構。如圖 2-1 所示曲柄搖桿機構，是雷達天線調(diào)整機 構的原理圖，機構由構件 AB、BC、固連有天線的 CD 及機架 DA 組 成，構件 AB 可作整圈的轉動，成曲柄；天線 3 作為機構的另一連架 桿可作一定范圍的擺動，成搖桿；隨著曲柄的緩緩轉動，天線仰角得 到改變。如圖 2-2 所示汽車刮雨器，隨著電動機帶著曲柄 AB 轉動， 刮雨膠與搖桿 CD 一起擺動，完成刮雨功能。如圖 2-3 所示攪拌器， 圖 2-1 雷達天線調(diào)整機構 圖 2-2 汽車雨刮器 圖 2-3 攪拌機 3 隨電動機帶曲柄 AB 轉動，攪拌爪與連桿一起作往復的擺動，爪端點 E 作軌跡為橢圓的運動，實現(xiàn)攪拌功能。 (2)雙曲柄機構。在鉸鏈四桿機構中，兩個連架桿均能做整周的運 動，則該機構稱為雙曲柄機構。如圖 2-4 所示慣性篩的工作機構原理， 是雙曲柄機構的應用實例。由于從動曲柄 3 與主動曲柄 1 的長度不同， 故當主動曲柄 1 勻速回轉一周時，從動曲柄 3 作變速回轉一周，機構 利用這一特點使篩子 6 作加速往復運動，提高了工作性能。當兩曲柄 的長度相等且平行布置時，成了平行雙曲柄機構，如圖 2-5a）所示為 正平行雙曲柄機構，其特點是兩曲柄轉向相同和轉速相等及連桿作平 動，因而應用廣泛?；疖囼寗虞喡?lián)動機構利用了同向等速的特點；路 燈檢修車的載人升斗利用了平動的特點， 如圖 2-6a、b)所示。如圖 2-5b)為逆平行 雙曲柄機構，具有兩曲柄反向不等速的特 點，車門的啟閉機構利用了兩曲柄反向轉 動的特點，如圖 2-6c)所示。 (3)雙搖桿機構。兩根連架桿均只能在 不足一周的范圍內(nèi)運動的鉸鏈四桿機構稱 為雙搖桿機構。如圖 2-7 所示為港口用起 重機吊臂結構原理。其中，ABCD 構成 圖 2-7 起重機吊臂結構原理 圖 2-5 平面雙曲柄機構 圖 2-6 平面雙曲柄機構的應用 4 雙搖桿機構，AD 為機架，在主動搖桿 AB 的驅動下，隨著機構的運動 連桿 BC 的外伸端點 M 獲得近似直線的水平運動，使吊重 Q 能作水平 移動而大大節(jié)省了移動吊重所需要的功率。圖 2-8 所示為電風扇搖頭 機構原理，電動機外殼作為其中的一根搖桿 AB，蝸輪作為連桿 BC， 構成雙搖桿機構 ABCD。蝸桿隨扇葉同軸轉動，帶動 BC 作為主動件 繞 C 點擺動，使搖桿 AB 帶電動機及扇葉一起擺動，實現(xiàn)一臺電動機 同時驅動扇葉和搖頭機構。圖 2-9 所示的汽車偏轉車輪轉向機構采用 了等腰梯形雙搖桿機構。該機構的兩根搖桿 AB、 CD 是等長的，適當 選擇兩搖桿的長度，可以使汽車在轉彎時兩轉向輪軸線近似相交于其 它兩輪軸線延長線某點 P，汽車整車繞瞬時中心 P 點轉動，獲得各輪 子相對于地面作近似的純滾動，以減少轉彎時輪胎的磨損。 二、鉸鏈四桿機構中曲柄存在的條件 1.鉸鏈四桿機構中曲柄存在的條件 鉸鏈四桿機構的三種基本類型的區(qū)別在于機構中是否存在曲柄， 存在幾個曲柄。機構中是否存在曲柄與各構件相對尺寸的大小以及哪 個構件作機架有關?？梢宰C明，鉸鏈四桿機構中存在曲柄的條件為： 條件一：最短桿與最長桿長度之和不大于其余兩桿長度之和。 條件二：連架桿或機架中最少有一根是最短桿。 2.鉸鏈四桿機構基本類型的判別準則 (1)滿足條件一但不滿足條件二的是雙搖桿機構； (2)滿足條件一而且以最短桿作機架的是雙曲柄機構； (3)滿足條件一而且最短桿為連架桿的是曲柄搖桿機構; (4)不滿足條件一是雙搖桿機構。 例 2-1 鉸鏈四桿機構 ABCD 的各桿長度如 圖 2-9 汽車轉向機構圖 2-8 電風扇搖頭機構 圖 2-10 5 圖 2-10 所示。請根據(jù)基本類型判別準則，說明機構分別以 AB、BC、CD、AD 各桿為機架時屬于何種機構。 解：分析題目給出鉸鏈四桿機構知，最短桿為 AD = 20，最長桿為 CD = 55，其余兩桿 AB = 30、BC = 50。 因為 AD＋CD = 20＋55 = 75 AB＋BC = 30＋50 = 80 ＞ Lmin＋L max 故滿足曲柄存在的第一個條件。 1)以 AB 或 CD 為機架時，即最短桿 AD 成連架桿，故為曲柄搖桿 機構； 2)以 BC 為機架時，即最短桿成連桿，故機構為雙搖桿機構； 3)以 AD 為機架時，即以最短桿為機架，機構為雙曲柄機構。 圖 2-11 曲柄滑塊機構 6 2.2 鉸鏈四桿機構的其它形式 一、曲柄滑塊機構 在圖 2-11a）所示的鉸鏈四桿機構 ABCD 中，如果要求 C 點運動 軌跡的曲率半徑較大甚至是 C 點作直線運動，則搖桿 CD 的長度就特 別長，甚至是無窮大，這顯然給布置和制造帶來困難或不可能。為此， 在實際應用中只是根據(jù)需要制作一個導路，C 點做成一個與連桿鉸接 的滑塊并使之沿導路運動即可，不再專門做出 CD 桿。這種含有移動 副的四桿機構稱為滑塊四桿機構，當滑塊運動的軌跡為曲線時稱為曲 線滑塊機構，當滑塊運動的軌跡為直線時稱為直線滑塊機構。直線滑 塊機構可分為兩種情況：如圖 2-11b）所示為偏置曲柄滑塊機構，導路 與曲柄轉動中心有一個偏距 e；當 e = 0 即導路通過曲柄轉動中心時， 稱為對心曲柄滑塊機構，如圖 2-11c）所示。由于對心曲柄滑塊機構結 構簡單，受力情況好，故在實際生產(chǎn)中得到廣泛應用。因此，今后如 果沒有特別說明，所提的曲柄滑塊機構即意指對心曲柄滑塊機構。 應該指出，滑塊的運動軌跡不僅局限于圓弧和直線，還可以是任 意曲線，甚至可以是多種曲線的組合，這就遠遠超出了鉸鏈四桿機構 簡單演化的范疇，也使曲柄滑塊機構的應用更加靈活、廣泛。 圖 2-12 所示為曲柄滑塊機構的應用。圖 2-12a）所示為應用于內(nèi)燃 機、空壓機、蒸汽機的活塞－連桿－曲柄機構，其中活塞相當于滑塊。 圖 2-12b）所示為用于自動送料裝置的曲柄滑塊機構，曲柄每轉一圈活 塞送出一個工件。當需要將曲柄做得較短時結構上就難以實現(xiàn)，通常 采用圖 2-12c)所示的偏心輪機構，其偏心圓盤的偏心距 e 就是曲柄的 長度。這種結構減少了曲柄 的驅動力，增大了轉動副的尺寸，提高了曲柄的強度和剛度，廣泛應 用于沖壓機床、破碎機等承受較大沖擊載荷的機械中。 二、導桿機構 在對心曲柄滑塊機構中，導路是固定不動的，如果將導路做成導 桿 4 鉸接于 A 點，使之能夠繞 A 點轉動，并使 AB 桿固定，就變成了 圖 2-13 導桿機構 圖 2-14 導桿機構的應用 7 導桿機構，如圖 2-13 所示。當 AB＜BC 時，導桿能夠作整周的回轉， 稱旋轉導桿機構，如圖 2-13a＝所示。當 AB＞BC 時導桿 4 只能作不 足一周的回轉，稱擺動導桿機構，如圖 2-13b)所示。 導桿機構具有很好的傳力性，在插床、刨床等要求傳遞重載的場 合得到應用。如圖 2-14a)所示為插床的工作機構，如圖 2-14b)所示為 牛頭刨床的工作機構。 三、搖塊機構和定塊機構 在對心曲柄滑塊機構中，將與滑塊鉸接的構件固定成機架，使滑塊只能搖擺 不能移動，就成為搖塊機構，如圖 2-15a)所示。搖塊機構在液壓與氣壓傳動系統(tǒng) 中得到廣泛應用，如圖 2-15b)所示為搖塊機構在自卸貨車上的應用，以車架為機 架 AC，液壓缸筒 3 與車架鉸接于 C 點成搖塊，主動件活塞及活塞桿 2 可沿缸筒 中心線往復移動成導路，帶動車箱 1 繞 A 點擺動實現(xiàn)卸料或復位。將對心曲柄 滑塊機構中的滑塊固定為機架，就成了定塊機構，如圖 2-16a)所示。圖 2-16b)為 定塊機構在手動唧筒上的應用，用手上下扳動主動件 1，使作為導路的活塞及活 塞桿 4 沿唧筒中心線往復移動，實現(xiàn)唧水或唧油。表 2-1 給出了鉸鏈四桿機構及 其演化的主要型式對比。 2.3 平面四桿機構的工作特性 一、運動特性 在圖 2-17 所示的曲柄搖桿機構 中，設曲柄 AB 為主動件。曲柄在 圖 2-15 搖塊機構及其應用 圖 2-12 曲柄滑塊機構的應用 圖 2-16 定塊機構及其應用 圖 2-17 曲柄搖桿機構的運動特性 8 旋轉過程中每周有兩次與連桿重疊，如圖 2-17 中的 B1AC1 和 AB2C2 兩 位置。這時的搖桿位置 C1D 和 C2D 稱為極限位置，簡稱極位。C 1D 與 C2D 的夾角 稱為最大擺角。曲柄處于兩極位 AB1 和 AB2 的夾角銳角? θ 稱為極位夾角。設曲柄以等角速度 ω 1 順時針轉動，從 AB1 轉到 AB2 和從 AB2 到 AB1 所經(jīng)過的角度為（ π＋θ）和（π－θ） ，所需的 時間為 t1 和 t2 ，相應的搖桿上 C 點經(jīng)過的路線為 C1C2 弧和 C2C1 弧， C 點的線速度為 v1 和 v2 ，顯然有 t1＞t 2 ，v 1＜v 2 。這種返回速度大于 推進速度的現(xiàn)象稱為急回特性，通常用 v1 與 v2 的比值 K 來描述急回 特性，K 稱為行程速比系數(shù)，即 K= (2-1)?????0211218/tCv 或有 (2-2)80??? 可見， θ 越大 K 值就越大，急回特性就越明顯。在機械設計時可 根據(jù)需要先設定 K 值，然后算出 θ 值，再由此計算得各構件的長度 尺寸。 急回特性在實際應用中廣泛用于單向工作的場合，使空回程所花 的非生產(chǎn)時間縮短以提高生產(chǎn)率。例如牛頭刨床滑枕的運動。 二、傳力特性 1.壓力角和傳動角 在工程應用中連桿機構除了要滿 足運動要求外，還應具有良好的傳力 性能，以減小結構尺寸和提高機械效 率。下面在不計重力、慣性力和摩擦 作用的前提下，分析曲柄搖桿機構的 傳力特性。如圖 2-18 所示，主動曲柄 的動力通過連桿作用于搖桿上的 C 點， 驅動力 F 必然沿 BC 方向，將 F 分解 為切線方向和徑向方向兩個分力 Ft 和 Fr ，切向分力 Ft 與 C 點的運動 方向 vc 同向。由圖知 Ft = F 或 Ft = F?cos?sin Fr = F 或 Fr = F?inco α 角是 Ft 與 F 的夾角，稱為機構的壓力角，即驅動力 F 與 C 點的 運動方向的夾角。α 隨機構的不同位置有不同的值。它表明了在驅動 圖 2-18 曲柄搖桿機構的壓力角和傳動角 9 力 F 不變時，推動搖桿擺動的有效分力 Ft 的變化規(guī)律， α 越小 Ft 就越 大。 壓力角 α 的余角 γ 是連桿與搖桿所夾銳角，稱為傳動角。由于 γ 更 便于觀察，所以通常用來檢驗機構的傳力性能。傳動角 γ 隨機構的不 斷運動而相應變化，為保證機構有較 好的傳力性能，應控制機構的最小傳 動角 γmin。一般可取 γmin≥40°，重 載高速場合取 γmin≥50°。曲柄搖桿 機構的最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與機架 共線的兩個位置之一，如圖 2-18 所 示的 B1 點或 B2 點位置。 偏置曲柄滑塊機構，以曲柄為主 動件，滑塊為工作件，傳動角 γ 為連桿與導路垂線所夾銳角，如圖 2- 19 所示。最小傳動角 γmin 出現(xiàn)在曲柄垂直于導路時的位置，并且位于 與偏距方向相反一側。對于對心曲柄滑塊機構，即偏距 e = 0 的情況， 顯然其最小傳動角 γmin 出現(xiàn)在曲柄垂直于導路時的位置。 對以曲柄為主動件的擺動導桿機構，因為滑塊對導桿的作用力始 終垂直于導桿，其傳動角 γ 恒為 90°，即 γ = γmin = γmax =90°,表明導 桿機構具有最好的傳力性能。 2.止點 從 Ft = F cosα 知，當壓力角 α = 90°時，對從動件的作用力或力矩 為零，此時連桿不能驅動從動件工作。機構處在這種位置稱為止點， 又稱死點。如圖 2-20a)所示的曲柄搖桿機構，當從動曲柄 AB 與連桿 BC 共線時，出現(xiàn)壓力角 α = 90°，傳動角 γ = 0。如圖 2-20b)所示的曲 柄滑塊機構，如果以滑塊作主動，則當從動曲柄 AB 與連桿 BC 共線 圖 2-19 曲柄滑塊機構的傳角 圖 2-20 平面四桿機構的止點位置 10 時，外力 F 無法推動從動曲柄轉動。機構處于止點位置，一方面驅動 力作用降為零，從動件要依靠慣性越過止點；另一方面是方向不定， 可能因偶然外力的影響造成反轉。 四桿機構是否存在止點，取決于從動件是否與連桿共線。例如上 述圖 2-20a)所示的曲柄搖桿機構，如果改搖桿主動為曲柄主動，則搖 桿為從動件，因連桿 BC 與搖桿 CD 不存在共線的位置，故不存在止 點。又例如前述圖 2-20b)所示的曲柄滑塊機構，如果改曲柄為主動， 就不存在止點。 止點的存在對機構運動是不利的，應盡量避免出現(xiàn)止點。當無法 避免出現(xiàn)止點時，一般可以采用加大從動件慣性的方法，靠慣性幫助 通過止點。例如內(nèi)燃機曲軸上的飛輪。也可以采用機構錯位排列的方 法，靠兩組機構止點位置差的作用通過各自的止點。 在實際工程應用中，有許多場合是利用止點位置來實現(xiàn)一定工作 要求的。如圖 2-21a）所示為一種快速夾具，要求夾緊工件后夾緊反力 不能自動松開夾具，所以將夾頭構件 1 看成主動件，當連桿 2 和從動 件 3 共線時，機構處于止點，夾緊反力 N 對搖桿 3 的作用力矩為零。 這樣，無論 N 有多大，也無法推動搖桿 3 而松開夾具。當我們用手搬 動連桿 2 的延長部分時，因主動件的轉換破壞了止點位置而輕易地松 開工件。如圖 2-21b)所示為飛機起落架處于放下機輪的位置，地面反 力作用于機輪上使 AB 件為主動件，從動件 CD 與連桿 BC 成一直線， 機構處于止點，只要用很小的鎖緊力作用于 CD 桿即可有效地保持著 支撐狀態(tài)。當飛機升空離地要收起機輪時，只要用較小力量推動 CD， 因主動件改為 CD 破壞了止點位置而輕易地收起機輪。此外，還有汽 車發(fā)動機蓋、折疊椅等。 圖 2-21 機構止點位置的應用 11 2.4 平面四桿機構運動設計簡介 四桿機構的設計方法有圖解法、試驗法、解析法三種。本節(jié)僅介 紹前兩種方法。 一、用圖解法設計四桿機構 1.按連桿的預定位置設計四桿機 構 例 2-1 已知連桿 BC 的長度和 依次占據(jù)的三個位置 B1C1、B 2C2、B 3C3 ，如圖 2-22 所示。 求確定滿足上述條件的鉸鏈四桿機構 的其它各桿件的長度和位置。 解：顯然 B 點的運動軌跡是由 B1、B 2、B 3 三點所確定的圓弧，C 點的運動軌跡是由 C1、C 2、C 3 三點 所確定的圓弧，分別找出這兩段圓弧的圓心 A 和 D，也就完成了本四 桿機構的設計。因為此時機架 AD 已定，連架桿 CD 和 AB 也已定。 具體作法如下： (1)確定比例尺，畫出給定連桿的三個位置。實際機構往往要通過 縮小或放大比例后才便于作圖設計，應根據(jù)實際情況選擇適當?shù)谋壤?尺 ，見式（ 1-1） 。l? (2)連結 B1B2、B 2B3 ，分別作直線段 B1B2 和 B2B3 的垂直平分線 b12 和 b23（圖中細實線） ，此兩垂直平分線的交點 A 即為所求 B1、B 2、B 3 三點所確定圓弧的圓心。 (3)連結 C1C2、C 2C3，分別作直線段 C1C2 和 C2C3 的垂直平分線 c12、c 23（圖中細實線）交于點 D，即為所求 C1、 C2、C 3 三點所確定圓 弧的圓心。 (4)以 A 點和 D 點作為連架鉸鏈中心，分別連結 AB3、 B3C3、C 3D（圖中粗實線）即得所求四桿機構。從圖中量得各桿 的長度再乘以比例尺，就得到實際結構長度尺寸。 在實際工程中，有時只對連桿的兩個極限位置提出要求。這樣一 圖 2-2 12 來，要設計滿足條件的四桿機構就會有很多種結果，這時應該根據(jù)實 際情況提出附加條件。 例 2-2 如圖 2-23 所示的加熱爐門啟閉機構，圖中Ⅰ為爐門關閉位 置，使用要求在完全開啟后門背朝上水平放 置并略低于爐口下沿，見圖中Ⅱ位置。 解：把爐門當作連桿 BC，已知的兩個位 置 B1C1 和 B2C2 ，B 和 C 已成為兩個鉸點， 分別作直線段 B1B2、C 1C2 的平分線得 b12 和 c12 ，另外兩鉸點 A 和 D 就在這兩根平分線 上。為確定 A、D 的位置，根據(jù)實際安裝需 要，希望 A、D 兩鉸鏈均安裝在爐的正壁面 上即圖中 yy 位置，yy 直線分別與 b12、c 12 相 交點 A 和 D 即為所求。 二、按給定的行程速比系數(shù)設計四桿機 構 設計具有急回特性的四桿機構，一般是 根據(jù)運動要求選定行程速比系數(shù)，然后根據(jù) 機構極位的幾何特點，結合其他輔助條件進 行設計。 例 2-3 已知行程速比系數(shù) K，搖桿長度 lCD， 最大擺角 ，請用圖解法設計此曲柄搖桿機構。? 解：設計過程如圖 2-24 所示，具體步驟： (1)由速比系數(shù) K 計算極位角 θ。由式（2-2）知 180????? (2)選擇合適的比例尺，作圖求搖桿的極限位置。取搖桿長度 CD 乘以比例尺 得圖中搖桿長 CD，以 CD 為半徑、任定點 D 為圓心、l? 任定點 C1 為起點做弧 C，使弧 C 所對應的圓心角等于或大于最大擺角 ，連接 D 點和 C1 點的線段 C1D 為搖桿的一個極限位置，過 D 點作? 與 C1D 夾角等于最大擺角 的射線交圓弧于 C2 點得搖桿的另一個極限? 位置 C2D。 (3)求曲柄鉸鏈中心。過 C1 點在 D 點同 側作 C1C2 的垂線 H，過 C2 點作與 D 點同 側與直線段 C1C2 夾角為（ 900－θ）的直 線 J 交直線 H 于點 P，連接 C2P，在直線段 C2P 上截取 C2P/2 得點 O，以 O 點為圓點、 圖 2-24 按行程速比系數(shù)設計四桿機構 圖 2-23 13 OP 為半徑，畫圓 K ，在 C1C2 弧段以外在 K 上任取一點 A 為鉸鏈中 心。 (4)求曲柄和連桿的鉸鏈中心。連接 A、C 2 點得直線段 AC2 為曲柄 與連桿長度之和，以 A 點為圓心、AC 1 為半徑作弧交 AC2 于點 E，可 以證明曲柄長度 AB = C2E/2，于是以 A 點為圓心、 C2E/2 為半徑畫弧 交 AC2 于點 B2 為曲柄與連桿的鉸接中心。 (5)計算各桿的實際長度。分別量取圖中 AB2、AD 、B 2C2 的長度， 計算得： 曲柄長 lAB = AB2，連桿長 lBC = B2C2 ，機架長 lAD = AD。l?l?l? 16 14 第三章 平面連桿機構及其設計 （一）要求 1、了解四桿機構的演化，掌握如何判斷機構的類型 2、掌握四桿機構的設計：①按機構位置要求；②按行程速比系數(shù)K 值 （二）重點與難點 1、四桿機構的演化，整轉副的條件 2、靈活應用機構的相對運動原理設計機構 （三）內(nèi)容 具體內(nèi)容參照以下章節(jié)說明。 3．1 平面連桿機構的特點及其設計的基本問題 3.1.1 平面連桿機構 用低副連接而成的平面機構。 3.1.2 平面連桿機構的特點 1、能實現(xiàn)多種運動形式。如：轉動，擺動，移動，平面運動 2、運動副為低副： 面接觸：①承載能力大；②便于潤滑。壽命長 幾何形狀簡單——便于加工，成本低。 1，2 為優(yōu)點 3、缺點： ①只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律；②設計復雜；③只用于速度較低的 場合。 3.1.3 平面連桿機構設計的基本問題 選型：確定連桿機構的結構組成：構件數(shù)目，運動副類型、數(shù)目。 運動尺寸設計：確定機構運動簡圖的參數(shù)：①轉動副中心之間的距離； ②移動副位置 尺寸 1、實現(xiàn)構件給定位置 15 2、實現(xiàn)已知運動規(guī)律 3、實現(xiàn)已知運動軌跡 3.1.4 設計方法 1、圖解法，2、解析法，3、圖譜法，4 實驗法 3．2 平面四桿機構的基本型式及其演化 平面連桿機構：機構中所有構件均由低副連接而成 3.2.1 鉸鏈四桿機構：所有運動副均為 轉動副的平面四桿機構 1、4—機架 1，3—連架桿→定軸轉動 2—連桿→平面運動 整轉副：二構件相對運動為整周轉動。擺動副：二構件相對運動不整 周轉動。 （模型：鉸鏈四桿機構曲柄滑塊機構， 偏心輪機構） 2、鉸鏈四桿機構的基本形式 曲柄；作整周轉動的連架桿 搖桿：非整周轉動的連架桿 1）曲柄搖桿機構 2）雙曲柄機構 3）雙搖桿機構 3.2.2 鉸鏈四桿機構的演化 1、擴大轉動副 偏心輪，偏心距，偏心輪機構 2、轉動副轉化成移動副： 曲柄滑塊機械偏距e e≠0，偏置 16 e=0，對心 A，B 整轉副。 曲柄移動導桿機構，正弦機構， sinθ AB S = l 3、變換機架 鉸鏈四桿機構： 構件4 為機架，——曲柄搖桿 構件1 為機架，——雙曲柄 構件2 為機架，——曲柄搖桿 構件3 為機架，——雙搖桿 曲柄滑塊機構： 構件4 為機架——曲柄滑塊 構件1 為機架——轉動導桿 構件2 為機架——曲柄搖塊 構件3 為機架——移動導桿 17 3．3 平面四桿機構有曲柄的條件和幾個基本概念 3.3.1 平面四桿機構有曲柄的條件（也可作曲柄和連桿線圖） （若1 和4 能繞A 整周相對轉動，則存在兩個特殊位置） a+b≤b+c (1) ba+e? 有曲柄的條件 18 △ AGE ：a+b>e e=0, b>a 3.3.2 行程速度變化系數(shù) 1、機構的急回運動特性： 原動件作勻速轉動，從動件作往復運動的機構，從動件正行程和反行 程的平均速度不 相等。 2、行程速度變化系數(shù) K= (≥ 1) 從動件慢行程平均速度 從動件快行程平均速度 180 2180 1 221 ? ?θ? θ? θ ?? =? ? ?= ?= +??1 1 2 2 ? → t ,? → t （從動件慢行程）（快行程） θθ?????+= = = = ??180180212112tttK t或1180 1+?=Kθ ? K 極位夾角（

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