機械基礎(chǔ)教程全集5章

機械基礎(chǔ)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!第4章機構(gòu)的組成及自由度計算學(xué)習(xí)目的與要求

機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!主要內(nèi)容：本章主要介紹運動副的概念與機構(gòu)的組成、自由度的計算及計算中應(yīng)注意的問題；平面機構(gòu)具有確定運動的條件。

學(xué)習(xí)目的與要求：正確理解運動副及約束的基本概念，掌握平面機構(gòu)自由度的計算方法，會識別復(fù)合鉸鏈、局部自由度和常見的虛約束，能判斷機構(gòu)是否具有確定的相對運動。

學(xué)習(xí)重點與難點：重點是平面機構(gòu)自由度的計算及機構(gòu)具有確定運動的條件，難點是自由度計算中應(yīng)注意的三個問題。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!4.1運動副及機構(gòu)運動簡圖

機械設(shè)備中常用的各種機器和機構(gòu)，都是由許多具有確定相對運動的構(gòu)件以一定的連接方式組成的，圖4-1所示為牛頭刨床組成示意圖。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!圖4-2擺動導(dǎo)桿機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!兩構(gòu)件在同一平面內(nèi)所組成的運動副稱為平面運動副。構(gòu)件間為面接觸形式的運動副稱為低副，常見的平面低副有轉(zhuǎn)動副和移動副(圖4-4a、b)；構(gòu)件間為點、線接觸形式的運動副稱為高副，常見的平面高副有凸輪副和齒輪副(圖4-5a、b)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!圖4-5平面高副機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!4.2平面機構(gòu)的組成

一個機構(gòu)是由若干個構(gòu)件按設(shè)計者的思路組合而成，組合為機構(gòu)后應(yīng)能完成或達到設(shè)計者指定的運動要求，為實現(xiàn)這一要求，就要求在組合為機構(gòu)時應(yīng)符合一定的要求。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!當構(gòu)件與構(gòu)件用運動副連接后，它們之間的某些相對運動將不能實現(xiàn)，這種對相對運動的限制，稱之為約束。自由度隨著約束的引入而減少。不同類型的運動副引入的約束不同，如圖4-7a和圖4-8所示的轉(zhuǎn)動副，被約束的是運動構(gòu)件沿x、y軸線的移動，只保留了平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動自由度；如圖4-7b所示的移動副則只保留了沿一個坐標軸線的移動，沿另一坐標線的移動和平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動均被限制；如圖4-7c和圖4-5所示的高副連接，約束了沿接觸點法線n-n方向的移動，保留了繞接觸點的轉(zhuǎn)動和沿切線t-t方向的移動兩個自由度?？偨Y(jié)上述分析可知：在平面機構(gòu)中，每引入1個低副，即引入兩個約束，構(gòu)件失去了兩個自由度；每引入1個高副，即引入1個約束，構(gòu)件失去了1個自由度。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!圖4-7運動副的約束機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!因此，若一個平面機構(gòu)中有n個活動構(gòu)件，在未用運動副相聯(lián)之前，應(yīng)有3n個自由度。當用PL個的低副和PH個高副連接成機構(gòu)后，則會引入(2PL＋1PH)個約束，即減少了(2PL＋1PH)個自由度，如用F表示機構(gòu)的自由度數(shù)，則的計算公式為機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!(2)局部自由度如圖4-10a所示，滾子2可以繞B點作相對轉(zhuǎn)動，但是，該構(gòu)件的轉(zhuǎn)動圖4-10局部自由度

對整個機構(gòu)的運動不產(chǎn)生影響。這種不影響整個機構(gòu)運動的局部的獨立運動，稱為局部自由度。計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)假想滾子2與桿3固結(jié)(圖4-10b)，消去局部自由度不計。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!圖4-10局部自由度(3)虛約束在實際機構(gòu)中，有些運動副所起的約束作用是重復(fù)的，這種重復(fù)的約束稱為虛約束。在計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)將其除去不計。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!第5章平面連桿機構(gòu)

機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!平面連桿機構(gòu)是將若干構(gòu)件用低副(轉(zhuǎn)動副和移動副)連接起來并作平面運動的機構(gòu)，也稱低副機構(gòu)。

由于低副為面接觸，故傳力時壓強低、磨損量小，且易于加工和保證精度，能方便地實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動和移動這些基本運動形式及其相互間的轉(zhuǎn)換等。因此，平面連桿機構(gòu)在各種機器設(shè)備和儀器儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!5.1四桿機構(gòu)的基本形式

根據(jù)有無移動副存在，四桿機構(gòu)可分為鉸鏈四桿機構(gòu)和滑塊四桿機構(gòu)兩大類(圖5-1)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!5.1.1鉸鏈四桿機構(gòu)

當四桿機構(gòu)中的運動副都是轉(zhuǎn)動副時，稱為鉸鏈四桿機構(gòu)(圖5-1a)。機構(gòu)中固定不動的構(gòu)件4稱為機架；與機架相連的構(gòu)件1、3稱為連架桿，其中能作整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄，只能作往復(fù)擺動的連架桿稱為搖桿；連接兩連架桿的可動構(gòu)件2稱為連桿。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!圖5-2曲柄搖桿機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!圖5-4縫紉機踏板機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!圖5-6雙曲柄機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!在雙曲柄機構(gòu)中，若相對的兩桿長度分別相等時，則稱為平行雙曲柄機構(gòu)(圖5-8)。當兩曲柄轉(zhuǎn)向相同時，它們的角速度時時相等，連桿也始終與機架平行，四個構(gòu)件形成一平行四邊形，故又稱平行四邊形機構(gòu)。這種機構(gòu)在工程上應(yīng)用很廣，如圖5-9所示的機車車輪聯(lián)動機構(gòu)、如圖5-10所示的攝影車座斗的升降機構(gòu)，就是分別利用平行四邊形機構(gòu)主、從動曲柄運動相同和對邊始終平行的特點，來實現(xiàn)各類機器的不同工作要求的。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!圖5-9機車車輪聯(lián)動機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!圖5-10攝影車座斗的升降機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!圖5-14可逆式座椅機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!圖5-15所示為輪式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)，它是具有等長搖桿的雙搖桿機構(gòu)，又稱等腰梯形機構(gòu)。當車輛轉(zhuǎn)彎時，它能使與兩搖桿固接的兩前輪軸轉(zhuǎn)過不同的角度，不論在任何位置，都能使兩前輪軸線的交點P落在后輪軸線的延長線上。當整個車身繞P點轉(zhuǎn)彎時，四個車輪都能在地面上作純滾動，從而避免了輪胎在地面上滑動所引起的磨損。

2.鉸鏈四桿機構(gòu)類型的判別

由以上可分析見，鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的主要區(qū)別就在于連架桿是否為曲柄。而機構(gòu)是否有曲柄存在，則取決于機構(gòu)中各構(gòu)件的相對長度以及最短構(gòu)件所處的位置。對于鉸鏈四桿機構(gòu)，可按下述方法判別其類型。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!圖5-17單滑塊機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!曲柄滑塊機構(gòu)的用途很廣，主要用于將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)移動，如自動送料機構(gòu)(圖5-20)、沖孔鉗(圖5-21)等，都應(yīng)用了曲柄滑塊機構(gòu)。

當對心曲柄滑塊機構(gòu)的曲柄長度較短時，常把曲柄做成偏心輪的形式(圖5-22)，稱為偏心輪機構(gòu)。這樣不但增大了軸頸的尺寸，提高了偏心軸的強度和剛度，而且當軸頸位于軸的中部時，還便于安裝整體式連桿，從而使連桿結(jié)構(gòu)簡化。偏心輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于剪床、沖床、內(nèi)燃機、顎式破碎機等機械設(shè)備中。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!圖5-19曲柄滑塊機構(gòu)圖5-20自動送料機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!2.導(dǎo)桿機構(gòu)

如圖5-23a所示，曲柄滑塊機構(gòu)如取構(gòu)件1為機架，構(gòu)件2為原動件，則當構(gòu)件2作圓周轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)桿4也作整周回轉(zhuǎn)(其條件為l1<l2),此機構(gòu)稱作轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。例如，簡易刨床的主運動就利用了這種機構(gòu)(圖5-23b)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!當曲柄1以等角速順時針方向由位置AB1轉(zhuǎn)到AB2位置時，轉(zhuǎn)角為φ1=180°+θ，此時搖桿3由C1D位置擺動C2D，搖桿擺動角為ψ，設(shè)所需時間為t1；當曲柄繼續(xù)由AB2順時針轉(zhuǎn)到AB1時，轉(zhuǎn)角為φ2=180°-θ，此時搖桿也由C2D擺回到C1D，搖桿擺角仍為ψ，所需時間為t2。由φ1＞φ2，得t1>t2，說明搖桿往返時間不同。機構(gòu)的這種性質(zhì)，稱為機構(gòu)的急回特性。工程上常用從動件往返時間的比值來表示機構(gòu)急回特性的大小，即式中k——行程速比系數(shù)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!式(5-1)表明，機構(gòu)有無急回特性，取決于機構(gòu)的極位夾角θ是否為零。當θ＝0時，k=1，機構(gòu)沒有急回特性；當θ>0時，k>1，則機構(gòu)有急回特性；θ越大，k也越大，急回作用越顯著。

當需要設(shè)計有急回特性的機構(gòu)時，通常先選定k值，然后根據(jù)k求出θ角，其公式為然后，根據(jù)θ值來確定各構(gòu)件的尺寸。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!(1)壓力角的概念在如圖5-29所示的鉸鏈四桿機構(gòu)運動時，若不考慮構(gòu)件的慣性力、運動副中的摩擦力及構(gòu)件本身的重力，則原動件1通過連桿2作用于從動件3上的力F是沿著連桿BC的方向；力F的方向線與力作用點C的速度vc方向線之間所夾的銳角稱為壓力角，用α表示。力F在vc方向上的分力Ft=Fcosα，是推動從動件運動的力，為有效分力；而沿搖桿軸心線方向的分力Fn=Fsinα，只能增大鉸鏈中的摩擦和磨損，故為有害分力。顯然，壓力角α越小，有效分力Ft越大，有害分力Fn越小，對提高機構(gòu)效率越有利?？梢?，壓力角α是表示機構(gòu)傳力性能好壞的標志。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!圖5-28擺動導(dǎo)桿機構(gòu)急回特性分析機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!3.止點位置

如圖5-4所示縫紉機踏板機構(gòu)(曲柄搖桿機構(gòu))在工作時，是以搖桿(腳踏板)為原動件，曲柄為從動件的。當曲柄AB與連桿BC共線時(圖5-30)，連桿作用于曲柄上的力F正好通過曲柄的回轉(zhuǎn)中心A(此時壓力角α=90°，γ＝0°)，該力對A點不產(chǎn)生力矩，因而曲柄不能轉(zhuǎn)動，機構(gòu)所處的這種位置，稱為止點位置。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!圖5-30曲柄搖桿機構(gòu)的止點位置機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!5.3四桿機構(gòu)的設(shè)計

四桿機構(gòu)設(shè)計的任務(wù)，主要是根據(jù)給定條件選擇四桿機構(gòu)的形式，并確定機構(gòu)的尺寸參數(shù)。

四桿機構(gòu)的設(shè)計方法有解析法、圖解法和實驗法三種。解析法精確度較高，雖計算繁復(fù)，但隨著計算機的普及和應(yīng)用，計算機輔助設(shè)計四桿機構(gòu)已成必然趨勢。限于篇幅及知識點的深度，本節(jié)只介紹比較直觀、簡明且易于操作的圖解法。

1.按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)

給定行程速比系數(shù)k，就是給定了四桿機構(gòu)急回運動的條件，從而確定了極位夾角θ，根據(jù)其他一些限制條件及極位夾角θ，可用作圖法方便地作出該四桿機構(gòu)。

(1)按行程速比系數(shù)k設(shè)計曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)已知搖桿長度LCD、擺角ψ和行程速比系數(shù)k。試設(shè)計該曲柄搖桿機構(gòu)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!LAD可直接量得。由于A點是極位夾角的頂點，即∠C1AC2=θ，如過AC1C2三點作輔助圓，由幾何知識可知，在該圓上任取一點A為頂點，其圓周角也是θ，且過輔助圓心O的圓心角∠C1OC2=2θ。顯然，當求得極位夾角θ后，用作圖法容易作出輔助圓并得到圓心O，則問題迎刃而解。現(xiàn)將作圖步驟歸納如下：機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!1)計算θ：按式(5-2)求得θk-1k-2

2)作搖桿的兩極限位置：任選搖桿回轉(zhuǎn)中心D的位置，按一定的比例尺μ1，根據(jù)已知LCD及擺角ψ作出搖桿的兩個極限位置C1D和C2D(圖5-33b)。

機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!5)求其他桿件的長度：機架LAD可直接量得，乘比例尺μ1即為實際尺寸。

注意，由于A點是在輔助圓上任選的一點，所以實際可有無窮多解。若能給定其他輔助條件，如曲柄長度LAB、機架長LAD或最小傳動角γmin等，則可有唯一的解。實際設(shè)計時，多數(shù)均有相應(yīng)的輔助條件。

還有一種作圖方法作輔助圓：連接C1、C2，在C2作與C1C2成90°-θ的線C2N，在C2作與C1C2垂直的線C1M，得交點P，過C2C1P三點作輔助圓，其余同上例。

與上述方法相似，可在已知滑塊行程s、偏距e和行程速比系數(shù)k的情況下，設(shè)計偏置曲柄滑塊機構(gòu)。具體步驟讀者可自行導(dǎo)出。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!2)作導(dǎo)桿的兩極限位置：任選一點為固定鉸鏈C的中心，按ψ＝θ作出導(dǎo)桿的兩極限位置Cm和Cn，使∠mCn＝ψ。

3)確定A點及曲柄長度：作擺角ψ的平分線，并在其上取CA=LAC，得曲柄回轉(zhuǎn)中心A點的位置；過A作Cm線(Cn線)的垂線AB1(AB2)，垂足為B1(B2)，即得曲柄長度LAB＝μ1AB1；畫出滑塊，則設(shè)計完成。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁!圖5-32銑床快動夾緊機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁!2.按連桿的幾個位置設(shè)計四桿機構(gòu)

在生產(chǎn)實踐中，經(jīng)常要求一個構(gòu)件在運動過程中能達到某些特殊位置，如圖5-14所示的可逆式座椅，就要求靠背在運動時能達到左、右兩個位置，而且靠背正面相對。再如圖5-34所示加熱爐爐門啟閉機構(gòu)，要求加熱工件時爐門關(guān)閉；加熱后爐門開啟，開啟后爐門應(yīng)放到水平位置并將G面朝上，作為一個平臺使用。為此，要求爐門實現(xiàn)這兩個位置。遇到這類問題時，可將有一定位置要求的構(gòu)件(如靠背、翻臺、爐門)視作該四桿機構(gòu)中的連桿，此類問題可用作圖法設(shè)計，具體設(shè)計方法如下。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁!圖5-35按連桿兩個位置設(shè)計四桿機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁!圖4-1牛頭刨床機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁!圖4-2所示為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)，是由構(gòu)件(大齒輪6，滑塊1、3，導(dǎo)桿2，滑枕4等)以不同的連接方式組成。

一個零件可以成為一個構(gòu)件(如圖4-2所示的導(dǎo)桿)，但多數(shù)構(gòu)件是由若干零件固定連接而組成的剛性組合，如圖4-3所示的齒輪構(gòu)件，就是由軸、鍵和齒輪聯(lián)接組成。

構(gòu)件與構(gòu)件之間既保證相互接觸和制約，又保持確定的運動的可動連接稱為“運動副”。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁!圖4-3齒輪構(gòu)件機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁!圖4-4平面低副機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁!對常用機構(gòu)和傳動進行運動分析時，常常不考慮構(gòu)件復(fù)雜的外形和運動副的具體構(gòu)造，而只關(guān)注機構(gòu)中構(gòu)件的數(shù)目、運動副類型及相對位置，這是因為實際機器構(gòu)件的外形和構(gòu)造各式各樣，但它們對機構(gòu)的運動并沒有影響。因此，在反映機構(gòu)的運動特性時，只用簡單的線條和規(guī)定的符號表示構(gòu)件和運動副，并按比例確定各運動副的相對位置。這種表明機構(gòu)中各構(gòu)件間相對運動關(guān)系的圖形，稱為機構(gòu)運動簡圖，如圖4-2所示。若只是為了表示機構(gòu)的組成及運動原理，而不按嚴格比例繪制的機構(gòu)簡圖稱為機構(gòu)示意圖。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁!4.2.1平面機構(gòu)的自由度

1.平面機構(gòu)自由度的計算

一個作平面運動的自由構(gòu)件有三個獨立的運動，如圖4-6所示的xoy坐標系中，構(gòu)件M可以沿x軸線和y軸線移動，還能在xoy平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(繞垂直于xoy平面的軸線z，圖中未畫出)。該運動構(gòu)件在平面內(nèi)的獨立運動數(shù)目簡稱為自由度。因此，作平面運動的自由構(gòu)件具有三個自由度。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁!圖4-6自由構(gòu)件機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁!圖4-8復(fù)合鉸鏈機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁!2.計算平面機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的問題

(1)復(fù)合鉸鏈如圖4-8a所示，A處符號常會誤認為是一個轉(zhuǎn)動副。若觀察其側(cè)視圖(圖4-8b)，就可以看出A處是構(gòu)件1分別與構(gòu)件2和構(gòu)件3組成的兩個轉(zhuǎn)動副，只是此時兩轉(zhuǎn)動副相對轉(zhuǎn)動中心線重合。這種由兩個以上構(gòu)件在同一軸線上構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副的鉸鏈，稱為復(fù)合鉸鏈。當組成復(fù)合鉸鏈的構(gòu)件數(shù)為k時，該處所包含的轉(zhuǎn)動副數(shù)目應(yīng)為k-1個。在計算機構(gòu)自由度時，應(yīng)注意是否存在復(fù)合鉸鏈，以免漏算運動副。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁!圖4-9鋼板剪切機機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁!局部自由度雖然不影響整個機構(gòu)的運動，但可以使接觸處的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，減小摩擦阻力和磨損。因此，實際機械中常有局部自由度存在，如滾子、滾輪等。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁!平面機構(gòu)中的虛約束，常出現(xiàn)于以下情況：

1)軌跡重合。連接構(gòu)件上點的軌跡和機構(gòu)上連接點的軌跡重合時會出現(xiàn)虛約束。如圖4-11a所示的平行四邊形機構(gòu)中，連接構(gòu)件5上E點的軌跡就與機構(gòu)連桿BC上E點的軌跡重合。計算機構(gòu)自由度時，按如圖4-11b所示機構(gòu)處理，將構(gòu)件5及兩個轉(zhuǎn)動副E、F所造成的約束(一個構(gòu)件引入三個自由度，兩個轉(zhuǎn)動副引入四個約束)視為虛約束，除去不計。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第66頁!2)導(dǎo)路平行或重合的移動副。兩構(gòu)件構(gòu)成多個導(dǎo)路相互平行的移動副時會出現(xiàn)虛約束。如圖4-12a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，移動副D和D′只有一個起約束作用，而另一個則為虛約束。計算機構(gòu)自由度時，按如圖4-12b所示機構(gòu)處理，將其除去不計。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第67頁!3)軸線重合的轉(zhuǎn)動副。兩構(gòu)件構(gòu)成多個軸線相互重合的轉(zhuǎn)動副時會出現(xiàn)虛約束。如圖4-13a所示的齒輪機構(gòu)中，轉(zhuǎn)動副A和A′、B和B′中只有一個起約束作用，另一個為虛約束。計算機構(gòu)自由度時，按如圖4-13b所示機構(gòu)處理，將其除去不計。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第68頁!4)機構(gòu)的對稱部分。機構(gòu)中對傳遞運動不起獨立作用的對稱部分會形成虛約束。如圖4-14a所示的行星輪系中，行星輪2和2′對稱分布，只有一個對傳遞運動起獨立作用，而另一個的作用與之相同，即是虛約束。計算機構(gòu)自由度時，按如圖4-14b所示機構(gòu)處理，將其除去不計。

由此可見，虛約束雖然不影響機構(gòu)的運動，但可以增加構(gòu)件的剛性，改善受力狀況，因而實際機構(gòu)中常有應(yīng)用。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第69頁!4.2.2平面機構(gòu)具有確定運動的條件

只有機構(gòu)的自由度大于零,機構(gòu)才能運動。但要使機構(gòu)具有確定的運動，機構(gòu)的自由度又必須與外界給予機構(gòu)的使機構(gòu)運動的原動件個數(shù)相等，只有這樣，機構(gòu)才能具有確定的相對運動。

若機構(gòu)的原動件數(shù)目小于機構(gòu)的自由度數(shù)目，機構(gòu)不能有確定的運動；若機構(gòu)的原動件數(shù)目大于機構(gòu)的自由度數(shù)目，機構(gòu)不能動或損壞。因此，機構(gòu)具有確定運動的條件為：機構(gòu)的自由度數(shù)目必須等于機構(gòu)的原動件數(shù)目。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第70頁!學(xué)習(xí)目的與要求

主要內(nèi)容：本章主要介紹平面四桿機構(gòu)的基本類型、應(yīng)用場合、基本特性及基本的圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)。

學(xué)習(xí)目的與要求：了解平面四桿機構(gòu)的基本類型及機構(gòu)的演化。了解常見機構(gòu)的應(yīng)用場合，會判斷機構(gòu)的類型，理解機構(gòu)的基本特性，基本掌握用圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)。

學(xué)習(xí)重點與難點：重點是理解四桿機構(gòu)的基本類型及機構(gòu)的演化和各種機構(gòu)的應(yīng)用場合，會判斷機構(gòu)的類型，難點是理解機構(gòu)的基本特性和用圖解法設(shè)計四桿機構(gòu)。

機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第71頁!平面連桿機構(gòu)的缺點是：由于低副中存在著間隙，將不可避免地引起機構(gòu)的運動誤差；此外，它不容易實現(xiàn)精確復(fù)雜的運動規(guī)律。

簡單的平面連桿機構(gòu)是由四個構(gòu)件用低副連接而成的，簡稱四桿機構(gòu)。它應(yīng)用廣泛，是組成多桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。因此，本章主要討論四桿機構(gòu)的有關(guān)問題。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第72頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第73頁!1.鉸鏈四桿機構(gòu)的基本形式

鉸鏈四桿機構(gòu)按兩連架桿的運動形式，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)鉸鏈四桿機構(gòu)的兩連架桿中，如果一個是曲柄，另一個是搖桿，則稱為曲柄搖桿機構(gòu)(圖5-2)。其主要用途是改變傳動形式，可將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的擺動(如圖5-3所示的雷達天線的俯仰機構(gòu))，或?qū)[動轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動(如圖5-4所示的縫紉機踏板機構(gòu))，或?qū)崿F(xiàn)所需的運動軌跡(如圖5-5所示的攪拌器)。

(2)雙曲柄機構(gòu)鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿均為曲柄時，稱為雙曲柄機構(gòu)(圖5-6)。雙曲柄機構(gòu)的運動特點是：當主動曲柄作勻速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄作周期性的變速轉(zhuǎn)動，以滿足機器的工作要求。如圖5-7所示的慣性篩，就是利用了雙曲柄機構(gòu)ABCD的這個特點。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第74頁!圖5-3雷達天線中的俯仰機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第75頁!圖5-5攪拌器中的攪拌機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第76頁!圖5-7慣性篩機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第77頁!圖5-8平行雙曲柄機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第78頁!(3)雙搖桿機構(gòu)若鉸鏈四桿機構(gòu)的兩個連架桿均為搖桿，則稱為雙搖桿機構(gòu)(圖5-11)。如圖5-12所示的港口起重機、如圖5-13所示的飛機起落架、如圖5-14所示的可逆式座椅機構(gòu)等，都是雙搖桿機構(gòu)的應(yīng)用實例。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第79頁!圖5-11雙搖桿機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第80頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第81頁!圖5-15輪式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第82頁!(1)當鉸鏈四桿機構(gòu)中最短構(gòu)件的長度Lmin與最長構(gòu)件的長度Lmax之和，小于或等于其他兩構(gòu)件長度l′、l″之和(即Lmin＋Lmax≤l′+l″)時：

1)若最短構(gòu)件為連架桿，則該機構(gòu)一定是曲柄搖桿機構(gòu)(圖5-16a)。

2)若最短構(gòu)件為機架，則該機構(gòu)一定是雙曲柄機構(gòu)(圖5-16b)。

3)若最短構(gòu)件為連桿，則該機構(gòu)一定是雙搖桿機構(gòu)(圖5-16c)。

(2)當鉸鏈四桿機構(gòu)中最短構(gòu)件的長度Lmin與最長構(gòu)件的長度Lmax之和，大于其他兩構(gòu)件長度l′、l″之和(即Lmin＋Lmax＞l′+l″)時,則不論取哪個構(gòu)件為機架，都無曲柄存在，機構(gòu)只能是雙搖桿機構(gòu)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第83頁!5.1.2滑塊四桿機構(gòu)

凡含有移動副的四桿機構(gòu)，稱為滑塊四桿機構(gòu)，簡稱滑塊機構(gòu)。按機構(gòu)中滑塊的數(shù)目，可分為單滑塊機構(gòu)(圖5-17)和雙滑塊機構(gòu)(圖5-18)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第84頁!圖5-17單滑塊機構(gòu)

圖5-18雙滑塊機構(gòu)

1.曲柄滑塊機構(gòu)

如圖5-19所示，圖中1為曲柄，2為連桿，3為滑塊。若滑塊移動導(dǎo)路中心通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，則稱為對心曲柄滑塊機構(gòu)(圖5-19a)；若不通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，則稱為偏置曲柄滑塊機構(gòu)(圖5-19b)，其中e為偏距。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第85頁!圖5-18雙滑塊機構(gòu)機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第86頁!圖5-21手動沖孔鉗機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第87頁!機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第88頁!當l1>l2時，仍以構(gòu)件2為原動件作連續(xù)轉(zhuǎn)動時，導(dǎo)桿4只能往復(fù)擺動，故稱為擺動導(dǎo)桿機構(gòu)(圖5-24a)，如牛頭刨床中的主運動機構(gòu)(圖5-24b)。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第89頁!3.搖塊機構(gòu)

如圖5-25所示，曲柄滑塊機構(gòu)中，如取原連桿構(gòu)件為機架，原曲柄構(gòu)件作整周運動時，原導(dǎo)路構(gòu)件(圖中為構(gòu)件2)就擺動，則滑塊成了繞機架上C點作往復(fù)擺動的搖塊(圖5-25a)，故稱為搖塊機構(gòu)。這種機構(gòu)常用于擺動液壓泵(圖5-25b)和液壓驅(qū)動裝置中。如圖5-25c所示自卸汽車的翻斗機構(gòu)，也是搖塊機構(gòu)的實際應(yīng)用。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第90頁!4.定塊機構(gòu)

如圖5-26所示，曲柄滑塊機構(gòu)中，如取滑塊3為機架，即得定塊機構(gòu)(圖5-26a)。如圖5-26b所示的手動壓水機是定塊機構(gòu)的應(yīng)用實例。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第91頁!5.2四桿機構(gòu)的基本特性

1.急回特性

如圖5-27所示的曲柄搖桿機構(gòu)，原動件曲柄1在轉(zhuǎn)動一周的過程中，有兩次與連桿2共線(即為B1AC1，AB2C2)；此時搖桿3分別處于C1D和C2D兩個極限位置，搖桿的兩個極限位置間的夾角ψ稱為搖桿的最大擺角；而曲柄與連桿兩共線位置間所夾的銳角θ稱為極位夾角。

機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第92頁!圖5-27曲柄搖桿機構(gòu)急回特性分析機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第93頁!

除曲柄搖桿機構(gòu)外，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)(圖5-28)、偏置曲柄滑塊機構(gòu)等也具有急回特性。

在往復(fù)工作的機械(如插床、插齒機、刨床、搓絲機等)中，常利用機構(gòu)的急回特性來縮短空行程的時間，以提高勞動生產(chǎn)率。

2.傳力性能的標志——壓力角

設(shè)計平面連桿機構(gòu)時，不僅要滿足機器的運動要求，還應(yīng)具有良好的傳力性能，以提高機械的效率。體現(xiàn)這方面性能的特性參數(shù)就是壓力角。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第94頁!在工程中，為了度量方便，常將壓力角α的余角γ(圖5-29)稱為傳動角，γ等于連桿與搖桿所夾的銳角，用它來判斷機構(gòu)的傳力性能比較直觀。顯然，因γ=90°-α，故γ越大，機構(gòu)的傳力性能就越好；反之，機構(gòu)的傳力性能就差；當γ過小時，機構(gòu)就會自鎖。

(2)保證機構(gòu)具有良好傳力性能的條件由圖5-29可知，在機構(gòu)運動過程中，傳動角γ是隨機構(gòu)的位置而變化的。為了保證機構(gòu)有良好的傳力性能，設(shè)計時，對一般機械，最小傳動角γmin≥40°；傳遞大功率時，γmin≥50°。機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第95頁!圖5-29鉸鏈四桿機構(gòu)的壓力角和傳動角機械基礎(chǔ)》教程全集5章共106頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第96頁!顯然，只要從動件與連桿存在共線位置時，該機構(gòu)就存在止點位置。因此，以滑塊為原動件的曲柄滑塊機構(gòu)、以導(dǎo)桿為原動件的擺動導(dǎo)桿機構(gòu)以及平行雙曲柄機構(gòu)等，都存在止點位置。

對于機械的運動，止點位置會使從動件處于靜止或運動方向不定的狀態(tài)，因而需設(shè)法加以克服，工程上常借助安裝在曲軸上的飛輪的慣性，將機構(gòu)帶過止點位置(如縫紉機曲軸上的大輪，就兼有飛輪的作用)；也可采用相同機構(gòu)錯位排列的方法來渡過止點位置，如圖5-31所示的機車兩邊的車輪聯(lián)動機構(gòu)，就是利用錯位排列的方法，使兩邊機構(gòu)的止點位置互相錯開，即利用位置差來