02連桿機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

22連桿機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)10其次章連桿機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)又稱平面低副機(jī)構(gòu)。規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡；低副以圓柱面或平面接觸，承載力量高，耐磨損，制造簡(jiǎn)便。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械、儀器中獲得了廣泛的應(yīng)用。平面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：不易實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單；當(dāng)構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)較多時(shí)，效率較低。最簡(jiǎn)潔的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，簡(jiǎn)稱平面四桿機(jī)因此，本章著重介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的根本類型、特性、演化形式及其常用的設(shè)計(jì)方法。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用全部用轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱四2-14132連桿。能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿，稱為曲柄。僅能在某一角度搖擺的連架桿，稱為搖桿。對(duì)于鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，機(jī)架和連桿總是存在的，因此可依據(jù)連架桿是曲柄還是搖桿，將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為三種根本型式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)與雙搖桿機(jī)構(gòu)。2-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，假設(shè)兩個(gè)連架桿中，一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。2-2123而調(diào)成天線俯仰角的大小。2-2雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)3〔原動(dòng)件〕21〔從動(dòng)件〕作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過帶傳動(dòng)使機(jī)頭主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2-3縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的功能是：將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為搖擺，或?qū)u擺轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)。雙曲柄機(jī)構(gòu)兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。通常雙曲2-4示為插床中的雙曲柄機(jī)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。當(dāng)小齒輪帶動(dòng)空套在固定A〔1〕轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，大齒輪上點(diǎn)BA23繞固定鉸鏈D13均為曲133緩慢地完成切削工作，又可快速返回，以提高工作效率。 圖2-4插床雙曲柄機(jī)構(gòu) 圖2-5天平機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)中，用的最多的是平行雙曲柄機(jī)構(gòu)，或稱平行四邊形機(jī)構(gòu)，它的連桿與機(jī)架的長度相等，且兩曲柄的轉(zhuǎn)向一樣、長度也相等。由于這種機(jī)構(gòu)兩曲柄的角速度始終保持相等，且連桿始終2-51，2始終處于水平位置。必需指出，這種機(jī)構(gòu)當(dāng)四個(gè)鉸鏈中心處于同始終2-6〔a〕1

AB3DCDC2 3 3 3為了消退這種運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象，除可利用從動(dòng)件本身或其上的飛輪慣性導(dǎo)向外，2-6〔b〕所示的錯(cuò)列機(jī)構(gòu)或關(guān)心曲柄等措2-7行曲柄〔關(guān)心曲柄〕來消退平行四邊形機(jī)構(gòu)在這個(gè)位置運(yùn)動(dòng)時(shí)的不確定狀態(tài)?！瞐〕 〔b〕2-62-7機(jī)車驅(qū)動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)雙搖桿機(jī)構(gòu)兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。2-8CDBCM的升降而發(fā)生事故和損耗能量。2-8起重機(jī)起重機(jī)構(gòu)2-9示，輪式車輛的前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)就是等腰梯形機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。車子轉(zhuǎn)彎時(shí)，與前輪軸固聯(lián)的兩個(gè)搖桿的擺角和不等。假設(shè)在任意位PP動(dòng)造成的損傷。等腰梯形機(jī)構(gòu)就能近似地滿足這一要求。2-9汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本特性包括運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性兩個(gè)方面，這些特性不僅反映了機(jī)構(gòu)的傳遞和交換運(yùn)動(dòng)與力的性能，而且也是四桿機(jī)構(gòu)類型選擇和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。2.2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機(jī)構(gòu)各桿的相對(duì)長度和機(jī)架的選擇。首先，分析存在一個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)〔曲柄搖桿機(jī)構(gòu)2-10123為4l、l、l、l表示。11 2 3 4140°～360°；當(dāng)搖桿處于12的變360°。明顯，A、BC、D為114AB′和AB″。2-10曲柄存在的條件分析AB’B’C’D。依據(jù)三角形兩邊之和必大于〔極限狀況下等于〕第三邊的定律，可得l≤〔l2

-l〕+l4 1 3l≤〔l3即：

-l〕+l4 1 2l+l≤l+l 〔2-1〕1 2 3 4l+l≤l+l 〔2-2〕1 3 2 4當(dāng)曲柄處于AB″位置時(shí)，形成三角形B″C″D，可寫出以下關(guān)系式：l+l1

≤l+l4 2

〔2-3〕將以上三式兩兩相加可得：l≤l1 2

l≤l1

l≤l1 4上述關(guān)系說明：在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄是最短桿；最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。以上兩條件是。下面進(jìn)一步分析各桿間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)2-1111、0～360；而搖桿與相鄰兩桿的夾角、3602413360的搖擺。因此，當(dāng)各桿長度不變而取不同桿為機(jī)架時(shí)，可以得到不同類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如：取最短桿相鄰的構(gòu)件〔24〕為機(jī)架時(shí)，最短桿1為曲柄，而另一連架桿32-11〔a〕所示的兩個(gè)機(jī)構(gòu)均為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。242-11〔b〕所示為雙曲柄機(jī)構(gòu)。取最短桿的對(duì)邊〔桿3〕為機(jī)架，則兩連架桿242-11〔c〕所示為雙搖桿機(jī)構(gòu)?！病瞐〕〔b〕 〔c〕2-11變更機(jī)架后機(jī)構(gòu)的演化假設(shè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機(jī)構(gòu)中不行能存在曲柄，無論取哪個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。由上述分析可知，最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件。滿足這個(gè)條件的機(jī)構(gòu)到底有一個(gè)曲柄、兩個(gè)曲柄或沒有曲柄，還需依據(jù)選取何桿為機(jī)架來推斷。2.1.2壓力角和傳動(dòng)角在生產(chǎn)實(shí)際中往往要求連桿機(jī)構(gòu)不僅能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且期望運(yùn)轉(zhuǎn)輕松、效率高。圖2-12各桿質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，則連桿BC3P是沿BCP與該力作vc

之間所夾的銳角P在P=Pcos，它可使從動(dòng)件產(chǎn)生有效的回轉(zhuǎn)力矩，cPt

tP在垂直于vc

方向的分力P=Psin則為無效分n力，它不僅無助于從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)，反而增加了從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力矩。因此，期望Pn

越小越好。由此可知，壓力角越小，機(jī)構(gòu)好壞的一個(gè)重要參數(shù)。一般設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)時(shí)都必需留意掌握最大壓力角不超過許用值。2-12稱為傳動(dòng)角。明顯值越大越好，抱負(fù)狀況是=90。由于機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中，壓力角和傳動(dòng)角的大小隨機(jī)構(gòu)的不同位置而變化。角越大，則越小，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能越好，反之，傳動(dòng)性能越差。為了保證機(jī)構(gòu)的正常傳動(dòng)，通常應(yīng)使傳動(dòng)角的最小值 大min。對(duì)于傳動(dòng)功率大的機(jī)構(gòu)，如沖床、顎式裂開機(jī)中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為使工作時(shí)得到更大的功率，可取 =50。對(duì)于一些非傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，如掌握、min儀表等機(jī)構(gòu)，也可取<40，但不能過小?？梢猿惺芤韵路椒▉泶_定最小傳動(dòng)角

min

BD=l+l-2llco1 4 14BD=l+l-2llcoBCD2 3 23由此可得

l2l2l2l22ll

cos2

3 1 4 142ll23

〔2-4〕BCD〔min〕

〔見圖2-12是用銳角表(max)示的。當(dāng)BCD=BCD，明顯，BCD(min)也即是傳BCD=180-BCD來表示，則機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，將在BCD 和BCD 位置兩次消滅傳動(dòng)角的(min) (max)微小值。兩者中較小的一個(gè)即為該機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角 。急回運(yùn)動(dòng)

min2-13AB程中，有兩次與連桿BCA與C

ACCDCDCD1 2 1 2分別為兩個(gè)極限位置。搖桿在兩極限位置間的夾角稱為搖桿的擺角。2-13曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性AB1

AB2

=180+，1CDCD，搖桿擺角為；而當(dāng)曲1 2C2

DCD，2 1其擺角仍舊是。雖然搖桿來回?fù)u擺的擺角一樣，但對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)1 2 1 2反映了搖桿往復(fù)搖擺的快慢不同C

DC1

D2這時(shí)鉸鏈CV=CC/tCDCD1 12 1 2 1CV=CC/t，V<V，說明搖桿具有急回運(yùn)2 12 2 1 2動(dòng)的特性。牛頭刨床、往復(fù)式運(yùn)輸機(jī)等機(jī)械利用這種急回特性來縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。急回運(yùn)動(dòng)特性可用行程速比系數(shù)K表示，即V CC

t 180

〔2-5〕K2 1 2 211V CC /t t1 1 2 1

1802為搖桿處于兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄所夾的銳角，稱為．。將上式整理后，可得極位夾角的計(jì)算公式：K1180K1

〔2-6〕越大，K值越大，急回運(yùn)動(dòng)的特性也越顯著。但機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性也越差。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依據(jù)其工作要求，恰當(dāng)?shù)剡x擇K1<K<2。死點(diǎn)位置2-1331C

DC1

D2210A這種位置稱為死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置會(huì)使機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件消滅不能運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)不確定的現(xiàn)象。消滅死點(diǎn)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來說是一種缺陷，這種缺陷可以利用回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的慣性、添加關(guān)心機(jī)構(gòu)以及平行機(jī)構(gòu)的錯(cuò)列2-3〔a〕家用縫紉機(jī)的腳踏機(jī)構(gòu)，就是利用皮帶輪的慣性作用使機(jī)構(gòu)能通過死點(diǎn)位置的。在工程實(shí)踐中，有時(shí)也常常利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)肯定的2-145就是利用連桿BC與搖桿CD1、桿233D32-14利用死點(diǎn)夾緊工件的夾具PN的作用下，機(jī)構(gòu)不會(huì)反轉(zhuǎn)，工件照舊被牢靠地夾緊。當(dāng)需要取出工件時(shí)，只需向上扳動(dòng)手柄，即能松動(dòng)夾具。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化除了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)外，通過某些方法，還可以得到鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的其他演化形式。鉸鏈桿四機(jī)構(gòu)的演化不僅是為了滿足運(yùn)動(dòng)方面的要求，往往還是為了改善受力狀況以及滿足機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上的需要。通常鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化方法有以下三種。將轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副工程實(shí)際中常用的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)承受的是將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副的演化方法。在圖2-15(aCD為桿狀構(gòu)件。搖桿CD上CD為圓心、CD為半徑的圓弧mmCDmm越平直。當(dāng)搖桿為無限長時(shí)，mm將變成為一條直線。這時(shí)，可以把搖桿做成滑塊，搖桿與機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副D具有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)則變?yōu)榍瑝K機(jī)構(gòu)。A偏離了C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡mm，則稱為偏置曲柄滑塊e2-15(b)所示。當(dāng)e=0AC點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡mm2-15(c)所示。〔a〕 〔b〕 〔c〕曲柄搖桿機(jī)構(gòu) (b)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (c)對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2-15曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用在各種機(jī)械中，如內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床和剪床等。在圖2-162上的B點(diǎn)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)副CnnBC為桿狀構(gòu)件。當(dāng)連桿2的長度變?yōu)闊o限長時(shí)，則鉸鏈B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡nn變成直線2-16〔b〕2變?yōu)樽髦本€運(yùn)動(dòng)的滑塊，而滑塊3則變?yōu)橐粋€(gè)呈直角狀的桿件，它們之間組成移動(dòng)副，原來的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化為具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。s與曲柄的轉(zhuǎn)角的正弦成正些儀表和解算裝置中。曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (b)正弦機(jī)構(gòu)圖2-16曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化為正弦機(jī)構(gòu)擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副2-17(a)所示為一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄1A、B。有時(shí)出于構(gòu)造的考慮，要求曲柄的尺寸較小，造成加工的困難；而有時(shí)因運(yùn)動(dòng)要求，需要B的A馬上圖(a1〔b〕1。該圓盤的幾BA1稱為3.11〔b〕所示偏心輪機(jī)構(gòu)B與轉(zhuǎn)動(dòng)中心Ae表示，e就是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄的長度?！瞐〕曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 〔b〕 機(jī)構(gòu)圖2-17曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化為偏心輪機(jī)構(gòu)偏心輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于傳力較大或具有沖擊載荷的剪床、沖床、裂開機(jī)等機(jī)械之中。取不同的構(gòu)件為架在平面低副機(jī)構(gòu)中，中選取不同的構(gòu)件為機(jī)架時(shí)，各個(gè)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不會(huì)轉(zhuǎn)變。利用這一運(yùn)動(dòng)特性，通過取不同的構(gòu)2-1。Ⅱ含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿Ⅱ含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿Ⅲ含有兩個(gè)移動(dòng)副的機(jī)構(gòu) 四桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件4為機(jī)架用途 攪拌機(jī)、顎式碎礦機(jī)等沖床、內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)等構(gòu)件1為機(jī)架

儀表、解算裝置、織布機(jī)構(gòu)、印刷機(jī)械等用途插床、慣性篩、機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，車門開關(guān)機(jī)構(gòu)等

回轉(zhuǎn)式油泵、小型刨床、插床等 字滑塊聯(lián)軸節(jié)等構(gòu)件2為機(jī)架用途 擺缸式原動(dòng)機(jī)、液壓驅(qū)動(dòng)裝同前面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

置、氣動(dòng)裝置、插齒機(jī)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等

儀表、解算裝置等構(gòu)件3為機(jī)架用途用途鶴式起重機(jī)、飛機(jī)起落架、汽車、拖拉機(jī)上操縱前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)等手搖唧筒、雙作用式水泵等橢圓儀等上表中圖(b(c(d)三種機(jī)構(gòu)習(xí)慣上稱為第一種機(jī)構(gòu)(即圖(a))的倒置機(jī)構(gòu)。平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是指依據(jù)工作要求選定機(jī)構(gòu)的型式，依據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求確定機(jī)構(gòu)的幾何尺寸。其設(shè)計(jì)方法有作圖法、解析法和試驗(yàn)法等。作圖法比較直觀、解析法比較準(zhǔn)確、試驗(yàn)法常需試湊。作圖法依據(jù)給定連桿的幾個(gè)位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2bB2-18

11

22

C3313ADBBBB應(yīng)位于同一圓周上，1 2 31AB1B及BB2 2

，并作兩連線各自的中垂線，其交點(diǎn)即為固定鉸鏈A。同33DAD1、2、3、4A和點(diǎn)D可分別在BB12

和CC12各自的中垂線上任意選擇。因此，有無窮多解。為了得到確定的解，可依據(jù)具體狀況添加關(guān)心條件，例如給定最小傳動(dòng)角或提出其他結(jié)構(gòu)上的要求等。2-18按給定位置設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)2.1]設(shè)計(jì)一砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。翻臺(tái)在位置IIIBClBC

AD2-19[解]由題意可知此機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連桿位置，其設(shè)計(jì)步驟如下：μ＝0.1m／mm，則BC＝l／μ＝0.5／0.1＝5mm，在給定位置作L BC LBCBCll 22BB中垂線b，CC中垂線c；12 12 l2 12③按給定機(jī)架位置作水平線，與b、c分別交得點(diǎn)A、D；12 12AB1

和CD，即得到各構(gòu)件的長度分別為lL=μAB L=μCD

(AB)=0.1×25=2.5m(CD)=0.1×27=2.7mL=μ(AD)=0.1×8=0.8mAD L此題解是唯一的，給定的機(jī)架AD圖2-19 砂箱翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)依據(jù)給定的行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)給定行程速比系數(shù)K、搖桿3的長度c及其擺角，設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)〔2-6〕算出極位角。Dc及擺角3限位置CD和CD〔圖2-20。使其長度等于。1 22-20K再連直線CCCCO=CCO=90-，得COCO12 12 21 1 2O。這樣，得COC=2。由于同弦上圓周角為圓心角的一半，故以O(shè)1 2OC1

為半徑作圓L，則該圓周上任意點(diǎn)A與CC1 2

連線夾角CACAL1 2上看，點(diǎn)AA選在CD〔或CD〕2 1的延長線與圓L的交點(diǎn)E〔或F〕上時(shí)，最小傳動(dòng)角將成為零度，該位置即死點(diǎn)位置。這時(shí)，即使以曲柄作主動(dòng)件，該機(jī)構(gòu)也將不能啟動(dòng)。假設(shè)把點(diǎn)A選在EFA的位置仍有無窮多解。欲使其有確定的解，可以添加附加條件。當(dāng)點(diǎn)AAC1

和AC2

=b-a2 1式中，a和b分別為曲柄和連桿的長度。以上兩式相減后，AC ACa 22 11 2連線ADd。2-21K給定行程速比系數(shù)KS，設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)首先，按式〔2-6〕算出極位角。然后，作CC等于滑塊的行程〔圖2-2。從C

兩點(diǎn)分別作12 1 2CCO=CCO=90-COCOOCOC=2。12 21 1 2 1 2OOC1

Le的值，則解就可以確定。如前所述，點(diǎn)A當(dāng)點(diǎn)AAC

和AC。依據(jù)式aAC2AC 算出曲柄111 2 2aAaABB軌跡。依據(jù)給定的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)2-22〔a〕所示，設(shè)曲柄ABADABCDDEAB

〔即對(duì)應(yīng)三組擺1 2 3 1 2 3角、、及、、。設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)。1 2 3 1 2 32-22按給定兩連架桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)分析：設(shè)計(jì)此四桿機(jī)構(gòu)，實(shí)質(zhì)上就是要求出連桿與搖桿相聯(lián)接的轉(zhuǎn)動(dòng)副CBCCD2-22〔b〕所示的A

BCDAB111 1

1 12 13位置時(shí)，搖桿上標(biāo)線DEDE

位置。設(shè)想將其次位置1 2 3時(shí)的機(jī)構(gòu)圖形ABEDD〔-〕角度，即122 1 2DE2

DE1

A1

A2

2

B2

CC2 1點(diǎn)BB的垂直平分線n1 2并繞D點(diǎn)逆時(shí)針回轉(zhuǎn)〔-〕角度，得到B 點(diǎn)及A點(diǎn)，C與C重1 3 3 3 3 1合。由于C=C〔圖上未畫出，故知C點(diǎn)必在 的垂直平21 31 1 2 3mn和mC點(diǎn)。1BB是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。為了求得點(diǎn)2 3B、BBEDBEDD2 3 22 33BEBD，得△BEDDEBED，使22 2 22 1 21△BED△BEB2-22cBEBDBED，21 22 2 33 3 33DEBEBED△BEBBB及BB1 31 31 33 3 1 2 2 3nmC1計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)解析法

CD11依據(jù)給定兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)在圖2-23所示的鉸ABCD、，、1 1 2和，要求確定各桿的長度LLL和L?，F(xiàn)以解析法求解。2 3 3 1 2 3 4此機(jī)構(gòu)各桿長度按同一比例增減時(shí)，各桿轉(zhuǎn)角間的關(guān)系不變，故只需確定各桿的相對(duì)長度。取L=1，則該機(jī)構(gòu)的待求參數(shù)只有三個(gè)。1該機(jī)構(gòu)的四個(gè)桿組成封閉多邊形。取各桿在坐標(biāo)軸xy上的投影，可以得到以下關(guān)系式：cos=l+lcos2 4 32 3cossin移到等式右邊,再把等式兩邊平方相加，即可消去，整理后得：l2

1l2l

cosl

cos()cos為簡(jiǎn)化上式，令

4 3 2 32l 3 l4 4Pl0 3lP31 l4l2l21l2

〔2-7〕3P4 232 2l4圖2-23機(jī)構(gòu)封閉多邊形 圖2-24給定連桿架桿四對(duì)位置則有cos=P0

cos+P1

cos(-)+P2

〔2-8〕上式即為兩連架桿轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系式。將的三對(duì)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角、1，、和、

分別代入式2-，可得到方程組1 2 2 3 3cos=Pcos +Pcos(-)+P1 0 1 1 1 1 2cos=Pcos+Pcos(-)+P

〔2-9〕2 0 2 1 2 2 2cos=Pcos+Pcos()+P3 0 3 1 3-3 2由方程組可以解出三個(gè)未知數(shù)PPP2-，0 1 2l、l、ll、l、l、l可同時(shí)乘以任意2 3 4 1 2 3 4比例常數(shù)，所得的機(jī)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角。0P、P三個(gè)參數(shù)中的一個(gè)可以任意給定，所以有無窮個(gè)解。1 2化的方法或試驗(yàn)法試湊，求其近似解。試驗(yàn)法當(dāng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求比較簡(jiǎn)單，需要滿足的位置較多，特別是對(duì)于按預(yù)定軌跡要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，用試驗(yàn)法進(jìn)展設(shè)計(jì)，有時(shí)方法比較簡(jiǎn)便，但精度較低。試驗(yàn)法可以利用連桿曲線的圖譜來設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。2-2413、12、、23 34

和、12

、、34

，試用試驗(yàn)法設(shè)計(jì)近似實(shí)現(xiàn)這一要求的四桿機(jī)構(gòu)。如圖2-25(a)所示，在圖紙上選取一點(diǎn)作為連架桿1A，并任選AB1l，依據(jù)給定的

、、1 1和作出ABABAB和AB45 2 3 4 5

12 23 342lB

B心，l2

為半徑，作圓弧K

21 2 3

1 2 3 4 5和K52-25(b3

3、1 12 23和34

作出Dd

2

Dd3

和Dd5

。再以D3的不同長度為半徑作很多同心圓弧。2-25幾何試驗(yàn)法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)將畫在透亮紙上的圖2-25(b)掩蓋在圖(a〔2-24c〕KKKKK3Dd1 2 3 4 5 1C

D2 3 4 5 1 2 3 4 5一圓弧上，則圖形ABCD11C

1 2

3 4

落在同一圓弧2的長度，然后重復(fù)以上步驟，直到這些交點(diǎn)正好或近似落在透亮紙的同一圓弧上為止。ABCD11AB足設(shè)計(jì)要求。

CD11這種幾何試驗(yàn)法便利、有用，并相當(dāng)準(zhǔn)確，故在機(jī)械設(shè)計(jì)中被廣泛承受。這種方法同樣適用于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。小 結(jié)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的根本形式鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是由轉(zhuǎn)動(dòng)副連接而成的四桿機(jī)構(gòu)，是由機(jī)架、連架桿和連桿組成。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)的根本形式，依據(jù)兩個(gè)連架桿運(yùn)動(dòng)形式的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。通過擴(kuò)大轉(zhuǎn)動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)化成移動(dòng)副以及取不同的構(gòu)件為機(jī)架，又可演化出多種不同類型的機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件各個(gè)構(gòu)件的相對(duì)尺寸滿足桿長和條件；以最短桿或與其相鄰的構(gòu)件為機(jī)架。急回運(yùn)動(dòng)是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)重要特性在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，曲柄與連桿兩次共線位置所夾的銳角稱為極位夾角θ 。當(dāng)θ＞0