第7章常用機(jī)構(gòu)

第7章常用機(jī)構(gòu)常用機(jī)構(gòu)有平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和變速、變向機(jī)構(gòu)等。71機(jī)構(gòu)的組成72平面連桿73凸輪機(jī)構(gòu)74螺旋機(jī)構(gòu)75間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)71機(jī)構(gòu)的組成機(jī)構(gòu)的概念（what）？機(jī)器、零件、構(gòu)件、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副自由度／約束711概述機(jī)器：根據(jù)使用要求而設(shè)計(jì)的一種執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置，用來(lái)轉(zhuǎn)換或傳遞能量、物料與信息，以代替或減輕人們的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)。機(jī)器的特征

1）功能組成：原動(dòng)部分傳動(dòng)部分執(zhí)行部分控制部分

2）結(jié)構(gòu)組成：由零件、構(gòu)件或機(jī)構(gòu)組成。構(gòu)件:每一個(gè)獨(dú)立影響機(jī)構(gòu)功能并且能單獨(dú)運(yùn)動(dòng)的單元體，一個(gè)構(gòu)件可以由一個(gè)或多個(gè)零件組成。零件：機(jī)器的制造單元，為組成機(jī)器的最小單元體。機(jī)構(gòu)：具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合體，它能夠改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律和轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式。如：上圖中活塞連桿機(jī)構(gòu)組成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。712平面機(jī)構(gòu)及組成運(yùn)動(dòng)副：兩個(gè)構(gòu)件之間直接接觸所形成的可動(dòng)聯(lián)接兩個(gè)相鄰構(gòu)件直接接觸兩者之間允許一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)每個(gè)構(gòu)件至少和另外一個(gè)構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接副元素：面、線、點(diǎn)1212ttnntnntabcd自由度與約束自由度：構(gòu)件所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，或確定構(gòu)件位置所需的獨(dú)立變量的數(shù)目。自由構(gòu)件空間：F=6自由構(gòu)件平面：F=3約束：運(yùn)動(dòng)副對(duì)構(gòu)件獨(dú)立運(yùn)動(dòng)所加的限制。運(yùn)動(dòng)副的分類按照運(yùn)動(dòng)副接觸形式低副高副轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副運(yùn)動(dòng)副螺紋副球面副轉(zhuǎn)動(dòng)副

（或鉸鏈）

兩構(gòu)件只能在一個(gè)平面內(nèi)作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)限制兩個(gè)自由度：（兩個(gè)移動(dòng)）保留一個(gè)自由度（轉(zhuǎn)動(dòng)）轉(zhuǎn)動(dòng)副移動(dòng)副

兩構(gòu)件只能沿某一方向線作相對(duì)移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副稱為移動(dòng)副。

限制兩個(gè)自由度：（一個(gè)移動(dòng)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）保留一個(gè)自由度（移動(dòng)）移動(dòng)副高副

兩構(gòu)件通過(guò)點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動(dòng)副稱為高副。高副限制一個(gè)自由度：（一個(gè)移動(dòng)）保留兩個(gè)自由度（一個(gè)移動(dòng)，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)鏈：兩個(gè)或兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副聯(lián)接而構(gòu)成的系統(tǒng)

閉式運(yùn)動(dòng)鏈（閉鏈）運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件構(gòu)成首末封閉的系統(tǒng)開式運(yùn)動(dòng)鏈（開鏈）運(yùn)動(dòng)鏈的各構(gòu)件未構(gòu)成首末封閉系統(tǒng)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)：在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將某一個(gè)構(gòu)件加以固定，而讓另一個(gè)或幾個(gè)構(gòu)件按給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對(duì)固定構(gòu)件運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果運(yùn)動(dòng)鏈中其余各活動(dòng)構(gòu)件都有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，則此運(yùn)動(dòng)鏈稱為機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)是具有確定運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)鏈。機(jī)構(gòu)的組成機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件機(jī)架：機(jī)構(gòu)中相對(duì)不動(dòng)的構(gòu)件原動(dòng)件：驅(qū)動(dòng)力（或力矩）所作用的構(gòu)件?！斎霕?gòu)件從動(dòng)件：隨著原動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件?！敵鰳?gòu)件713機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的定義用簡(jiǎn)單的線條和規(guī)定的符號(hào)代表構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副，并按比例定出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置。這種能表達(dá)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)情況的簡(jiǎn)單圖形稱為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的作用可以簡(jiǎn)明地表達(dá)一部復(fù)雜機(jī)器的傳動(dòng)原理。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖能反映出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性?？梢杂脕?lái)進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析?？梢栽谘芯扛鞣N不同的機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)起到舉一反三的效果。例如：活塞式內(nèi)燃機(jī)，空氣壓縮機(jī)和沖床，盡管它們的外形和功用各不相同，但它們的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，可以用同一種方法研究它們的運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)副：移動(dòng)副：齒輪副：構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法GB4460凸輪副：2、構(gòu)件（桿）：構(gòu)件與運(yùn)動(dòng)副的表達(dá)方法GB4460繪制運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的步驟定出原動(dòng)件和執(zhí)行部分確定運(yùn)動(dòng)副的種類和數(shù)目確定構(gòu)件數(shù)目選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D方向和原動(dòng)件位置選擇合適的比例尺，用規(guī)定的符號(hào)表示出出各運(yùn)動(dòng)副的相對(duì)位置繪出基準(zhǔn)線，標(biāo)出運(yùn)動(dòng)副桿件編號(hào)試?yán)L制內(nèi)燃機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪制：鄂式破碎機(jī)713平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算運(yùn)動(dòng)鏈的自由度：確定運(yùn)動(dòng)鏈中各構(gòu)件相對(duì)與其中某一構(gòu)件的位置所需要的獨(dú)立參變量的數(shù)目。n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件：自由度為3n。PL個(gè)低副：限制2PL個(gè)自由度PH個(gè)高副：限制PH個(gè)自由度F=3n-2PL-PH幾個(gè)例子F=3×3-2×4=1F=3×4-2×5=2幾個(gè)例子F=3×6-2×8-1=1幾個(gè)例子共31個(gè)自由度幾個(gè)例子幾個(gè)例子F=3n-2PL-PH=3×5-2×7-0=1計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題（一）

問題1：復(fù)合鉸鏈兩個(gè)以上的構(gòu)件在同一處以轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副。解決方案?jìng)€(gè)構(gòu)件在同一處構(gòu)成復(fù)合鉸鏈，實(shí)際上構(gòu)成了-1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。F=3×5-2×7=1F=3×5-2×6=3解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，假想滾子和安裝滾子的構(gòu)件固接為一個(gè)整體，成為一個(gè)構(gòu)件或在計(jì)算結(jié)果中去除局部自由度

問題2：局部自由度某些構(gòu)件具有的只影響自身局部運(yùn)動(dòng)而不影響其它構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的自由度，經(jīng)常發(fā)生在將滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的場(chǎng)合。計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題（二）F=3n—2PL—PH=3*3—2*3—1=2F=3n—2PL—PH=3*2—2*2—1=1

問題3：虛約束在特定的幾何條件或結(jié)構(gòu)條件下，某些運(yùn)動(dòng)副所引入的約束可能與其它運(yùn)動(dòng)副所起的限制作用是一致的。這種不起獨(dú)立限制作用的重復(fù)約束稱為虛約束。計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)應(yīng)注意的問題（三）場(chǎng)合一：兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副場(chǎng)合二：兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變場(chǎng)合三：機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對(duì)稱部分場(chǎng)合一：兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)運(yùn)動(dòng)副F=3×1-2×2=-1

解決方案計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用，認(rèn)為兩個(gè)構(gòu)件之間只形成一個(gè)運(yùn)動(dòng)副

F

=3×1-2×1=1兩個(gè)構(gòu)件之間形成多個(gè)與導(dǎo)路重合或平行的移動(dòng)副場(chǎng)合二：兩構(gòu)件上某兩點(diǎn)之間的距離在運(yùn)動(dòng)中保持不變ABCDAFBE點(diǎn)C、D距離在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終不變F=3n—2PL—PH=3*4—2*6—0=0F=3n—2PL—PH=3*3—2*4—0=1場(chǎng)合三：機(jī)構(gòu)中存在不起作用的對(duì)稱部分為了傳遞較大功率，保持機(jī)構(gòu)受力平衡，在機(jī)構(gòu)中增加對(duì)稱部分F=3n—2PL—PH=3*5—2*5—4=1F=3n—2PL—PH=3*4—2*4—2=2

虛約束的引入，一般是為了改善機(jī)構(gòu)受力，增大傳遞功率或者其它特殊需求；計(jì)算機(jī)構(gòu)自由度時(shí)，不考慮虛約束的作用；虛約束的成立，要滿足一定的幾何條件或者結(jié)構(gòu)條件，如果這些條件被破壞，將轉(zhuǎn)化了實(shí)約束，影響機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)；虛約束問題小結(jié)

機(jī)械設(shè)計(jì)中如果需要采用虛約束，必須保證設(shè)計(jì)、加工、裝配精度，以確保滿足虛約束存在的條件。例1：計(jì)算大篩機(jī)構(gòu)自由度復(fù)合鉸鏈？局部自由度？虛約束？n=7P4=1P5=9F=3×7-2×9–1=2例2：

在此構(gòu)件組合中,在B處滾子與凸輪構(gòu)成高副，滾子引入一局部自由度，應(yīng)除去；在F和F′兩處，豎桿與機(jī)架組成導(dǎo)路平行的移動(dòng)副，引入一虛約束，應(yīng)除去；因此，n=4、PL=5、PH=1，由1-1式得F=3n－2PL－PH=3×4－2×5－1=1例3在圖所示機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件AB,EF,CD相互平行且相等，試計(jì)算該機(jī)構(gòu)的自由度。解：去掉機(jī)構(gòu)中的局部自由度和虛約束，則,通過(guò)公式計(jì)算得14運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件1234幾個(gè)例子n=4PL=6 PH=0F=3n—2PL—PH=3*4—2*6—0=0自由度為0時(shí)，機(jī)構(gòu)無(wú)法運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件運(yùn)動(dòng)鏈中取一個(gè)構(gòu)件相對(duì)固定作為機(jī)架；運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)于機(jī)架的自由度必須大于零；原動(dòng)件數(shù)目等于運(yùn)動(dòng)鏈自由度數(shù)。練習(xí)1練習(xí)2本節(jié)重點(diǎn)小結(jié)一、構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)機(jī)架原動(dòng)件從動(dòng)件二、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制四、運(yùn)動(dòng)鏈成為機(jī)構(gòu)的條件：F>0,原動(dòng)件數(shù)目等于自由度數(shù)目三、平面運(yùn)動(dòng)鏈自由度計(jì)算方法和注意事項(xiàng)72平面連桿機(jī)構(gòu)721鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其應(yīng)用當(dāng)平面四桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副時(shí)，稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如圖所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，桿4是固定不動(dòng)的，稱為機(jī)架。與機(jī)架相連的桿1和桿3稱為連架桿，不與機(jī)架直接相連的桿2，稱為連桿。如果桿1或桿3能繞鉸鏈A或鉸鏈D作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，則此桿稱為曲柄。如果不能作整周的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而只能來(lái)回?fù)u擺一個(gè)角度，則此桿就稱為搖桿。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，機(jī)架和連桿總是存在的，因此可按曲柄存在情況，分為三種基本形式：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)中的兩連架桿，如果一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，那么該機(jī)構(gòu)就稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。取曲柄AB為主動(dòng)件，當(dāng)曲柄AB作連續(xù)等速整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)搖桿CD將在一定角度內(nèi)作往復(fù)擺動(dòng)。由此可見，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)能將主動(dòng)件的整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的往復(fù)擺動(dòng)。剪刀機(jī)是通過(guò)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿帶動(dòng)搖桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪切工作。721鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其應(yīng)用在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿為主動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的往復(fù)擺動(dòng)經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在生產(chǎn)中應(yīng)用很廣泛?？p紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)，當(dāng)腳踏板（相當(dāng)于搖桿）作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸（相當(dāng)于曲柄）作連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使縫紉機(jī)實(shí)現(xiàn)縫紉工作。

2．雙曲柄機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為曲柄，則該機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。兩曲柄可分別為主動(dòng)件。慣性篩中，ABCD為雙曲柄機(jī)構(gòu)，工作時(shí)以曲柄AB為主動(dòng)件，并作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)連桿BC帶動(dòng)從動(dòng)曲柄CD，作周期性的變速運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)E點(diǎn)的聯(lián)接，使篩子作變速往復(fù)運(yùn)動(dòng)。慣性篩就是利用從動(dòng)曲柄的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，使篩子具有一定的加速度，篩面上的物料由于慣性來(lái)回抖動(dòng)，達(dá)到篩分物料的目的。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)剪刀機(jī)縫紉機(jī)踏扳機(jī)構(gòu)721鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其應(yīng)用

雙曲柄機(jī)構(gòu)中，當(dāng)兩曲柄長(zhǎng)度不相等時(shí)，主動(dòng)曲柄作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄隨之作變速轉(zhuǎn)動(dòng)，即從動(dòng)曲柄在每一周中的角速度有時(shí)大于主動(dòng)曲柄的角速度，有時(shí)小于主動(dòng)曲柄的角速度。雙曲柄機(jī)構(gòu)中，常見的還有平行雙曲柄機(jī)構(gòu)和反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性篩

（1）當(dāng)兩曲柄的長(zhǎng)度相等且平行時(shí)，稱為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)的兩曲柄的旋轉(zhuǎn)方向相同，角速度也相等（圖a）。平行雙曲柄機(jī)構(gòu)應(yīng)用很廣，機(jī)車聯(lián)動(dòng)裝置中，車輪相當(dāng)于曲柄，保證了各車輪同速同向轉(zhuǎn)動(dòng)。此機(jī)車聯(lián)動(dòng)裝置中還增設(shè)一個(gè)曲柄EF作輔助構(gòu)件，以防止平行雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD變成為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。721鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其應(yīng)用2當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)對(duì)邊都相等，但互不平行，則稱其為反向雙曲柄機(jī)構(gòu)。反向雙曲柄的旋轉(zhuǎn)方向相反，且角速度也不相等。車門啟閉機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動(dòng)曲柄AB轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿BC使從動(dòng)曲柄CD朝反向轉(zhuǎn)過(guò)，從而保證兩扇車門能同時(shí)開啟和關(guān)閉。

3．雙搖桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿均為搖桿時(shí)，則該機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，兩桿均可作為主動(dòng)件。主動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，通過(guò)連桿帶動(dòng)從動(dòng)搖桿往復(fù)擺動(dòng)。雙搖桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械工程上應(yīng)用也不少，汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)中,當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，主動(dòng)搖桿AB往右擺動(dòng)，由連桿BC帶動(dòng)從動(dòng)桿CD也向右擺動(dòng)，從而對(duì)離合器產(chǎn)生作用。機(jī)車主動(dòng)輪聯(lián)動(dòng)裝置車門啟閉機(jī)構(gòu)721鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及其應(yīng)用載重車自卸翻斗裝置中，當(dāng)液壓缸活塞向右伸出時(shí)，可帶動(dòng)雙搖桿AB和CD向右擺動(dòng)，從而使翻斗車內(nèi)的貨物滑下。起重機(jī)中，在雙搖桿AB和CD的配合下，起重機(jī)能將起吊的重物沿水平方向移動(dòng)，以省時(shí)省功。汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)起重機(jī)自卸翻斗機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件

從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式可知，它們的根本區(qū)別在于連架桿是否為曲柄。而連架桿能否成為曲柄，則取決于機(jī)構(gòu)中各桿的長(zhǎng)度關(guān)系和選擇哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架有關(guān)。即要使連架桿成為能整周轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄，各桿必須滿足一定的長(zhǎng)度條件，這就是所謂的曲柄存在的條件。下圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其中AB為曲柄，BC為連桿，CD為搖桿，AD為機(jī)架，它們的長(zhǎng)度分別用a、b、c、d來(lái)表示，在AB轉(zhuǎn)動(dòng)一周中，曲柄AB與機(jī)架AD兩次共線。借助這兩個(gè)位置，可找出一些鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系。

當(dāng)連桿在B1點(diǎn)時(shí)，形成△B1C1D。根據(jù)三角形兩邊之和必大于第三邊的定理，得bc>da①

當(dāng)連桿在B2點(diǎn)時(shí)，形成△B2C2D,得

d-ac>b即dc>ba②d-ab>c即db>ca③

考慮到四桿位于同一直線時(shí)，則①②③可寫成如下形式

bc≥da④dc≥ba⑤db≥ca⑥

將式④、⑤、⑥分別兩兩相加，則得c≥a,b≥a,d≥a，即AB桿為最短桿。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，要使連架桿AB為曲柄，它必須是四桿中的最短桿，且最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和應(yīng)小于其余兩桿長(zhǎng)度之和，考慮到更一般的情形，可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件概括為：1連架桿與機(jī)架中必有一個(gè)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長(zhǎng)度之和。上述兩條件必須同時(shí)滿足，否則機(jī)構(gòu)中無(wú)曲柄存在，根據(jù)曲柄條件，還可作如下推論：

1若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿長(zhǎng)度與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則可能有以下三種情況：①以最短桿的相鄰桿為機(jī)架，則最短桿為曲柄，而與機(jī)架相連的另一桿為搖桿，則該機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。②以最短桿為機(jī)架，則其相鄰兩桿均為曲柄，故該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)。③以最短桿相對(duì)桿為機(jī)架，則無(wú)曲柄存在，因此該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

2若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿長(zhǎng)度與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩桿長(zhǎng)度之和，則無(wú)論以哪一桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。722鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用

除了鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的上述三種形式外，人們還廣泛采用其他形式的平面四桿機(jī)構(gòu)。分析、研究這些平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性可以發(fā)現(xiàn)：這些平面四桿機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)通過(guò)一定途徑演化而來(lái)的。

1．偏心輪機(jī)構(gòu)在圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，若將轉(zhuǎn)動(dòng)副的銷釘B的半徑逐漸擴(kuò)大至超過(guò)曲柄的長(zhǎng)度，便可得到如圖b所示的機(jī)構(gòu)，這時(shí)曲柄演變成一幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤，此圓盤稱偏心輪，該兩輪中心之間的距離稱為偏心距，它等于曲柄長(zhǎng)。曲柄為偏心輪的機(jī)構(gòu)稱偏心輪機(jī)構(gòu)。

偏心輪機(jī)構(gòu)一般多用于曲柄銷承受較大沖擊載荷或曲柄較短的機(jī)構(gòu)，如剪床、沖床以及破碎機(jī)等。銷釘擴(kuò)大偏心輪的結(jié)構(gòu)形式722鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用2．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在圖a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，桿1為曲柄，桿3為搖桿，若在機(jī)架上作一弧形槽，槽的曲率半徑等于搖桿3的長(zhǎng)度，把搖桿3改成弧形滑塊，如圖b所示，這樣盡管把轉(zhuǎn)動(dòng)副改成了移動(dòng)副，但相對(duì)運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)卻完全相同。如果將圓弧形槽的半徑增加到無(wú)窮大，則圓弧形槽變成了直槽，這樣曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就演化成了偏置的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖c，圖中P為曲柄中心A至直槽中心線的垂直距離，稱偏心距。當(dāng)時(shí)，稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，常簡(jiǎn)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖d。因此，可以認(rèn)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在機(jī)械中應(yīng)用十分廣泛。如內(nèi)燃機(jī)、搓絲機(jī)、自動(dòng)送料裝置以及壓力機(jī)都是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若曲柄為主動(dòng)件，可將曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為從動(dòng)滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，圖所示的壓力機(jī)，當(dāng)曲柄連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)連桿帶動(dòng)滑塊實(shí)現(xiàn)加壓工作；反之若滑塊為主動(dòng)件，經(jīng)連桿轉(zhuǎn)換為從動(dòng)曲柄的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化壓力機(jī)722鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用3．導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1a）中的構(gòu)件1作為機(jī)架，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖1b）。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)可分轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖1b所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)，機(jī)架1為最短桿，它的相鄰桿2與導(dǎo)桿4均能繞機(jī)架作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖2a）；圖2b所示為插床機(jī)構(gòu)，其中構(gòu)件1、2、3、4組成轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，工作時(shí)，導(dǎo)桿4繞A點(diǎn)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)構(gòu)件5及插刀6往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削。（2）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖1b所示導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)，機(jī)架1不是最短桿，它的相鄰構(gòu)件導(dǎo)桿4只能繞機(jī)架擺動(dòng)，故稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（圖3a）。圖3b所示為刨床機(jī)構(gòu)，其中構(gòu)件1、2、3、4組成擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，工作時(shí)，導(dǎo)桿4繞A點(diǎn)擺動(dòng)，帶動(dòng)構(gòu)件5及刨刀6往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刨削。圖1導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)722鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化及其應(yīng)用4．定塊機(jī)構(gòu)若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1）中的構(gòu)件3作為機(jī)架，就演化成定塊機(jī)構(gòu)（圖2a，此機(jī)構(gòu)中滑塊固定不動(dòng)。圖2b所示的抽水機(jī)，就應(yīng)用了定塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)搖動(dòng)手柄1時(shí)，在桿2的支撐下，活塞桿4即在固定滑塊3（唧筒作為靜件）內(nèi)上下往復(fù)移動(dòng)，以達(dá)到抽水的目的。5．搖塊機(jī)構(gòu)若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖1）中的構(gòu)件2作為機(jī)架，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)（圖3a，此機(jī)構(gòu)中滑塊相對(duì)機(jī)架搖動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于擺缸式內(nèi)燃機(jī)或液壓驅(qū)動(dòng)裝置。圖3b所示的自卸翻斗裝置，也應(yīng)用了搖塊機(jī)構(gòu)。桿1（車廂）可繞車架2上的B點(diǎn)擺動(dòng)。桿4（活塞桿），液壓缸3（搖塊）可繞車架上C點(diǎn)擺動(dòng)，當(dāng)液壓缸中的壓力油推動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)時(shí)，迫使車廂繞B點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，物料便自動(dòng)卸下。圖1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖2定塊機(jī)構(gòu)圖3搖塊機(jī)構(gòu)723平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性1．急回特性圖所示為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)等速轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄AB為主動(dòng)件，它在回轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，與連桿BC有兩次共線位置ABl和AB2，此時(shí)從動(dòng)件搖桿CD分別位于左、右兩個(gè)極限位置ClD和C2D，其夾角稱為搖桿的擺角。主動(dòng)曲柄與連桿在兩共線位置時(shí)所夾的銳角稱為極位夾角。

圖1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的速度是不同的，其空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，這種性質(zhì)為機(jī)構(gòu)的急回特性。為了表達(dá)這個(gè)特征的相對(duì)程度，設(shè)該值稱為從動(dòng)件的行程速比系數(shù)。

的大小表示急回的程度。由上式可知，與θ有關(guān)，當(dāng)θ=0時(shí)，=1，說(shuō)明該機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性；當(dāng)θ>0，則機(jī)構(gòu)具有急回特性，θ越大，值越大，急回特性越明顯。θ與的關(guān)系為723平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性2．死點(diǎn)在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如圖所示，若取搖桿為主動(dòng)件，當(dāng)搖桿在兩極限位置時(shí)，連桿與曲柄共線，通過(guò)連桿加于曲柄的力F經(jīng)過(guò)鉸鏈中心A，該力對(duì)A點(diǎn)的力矩為零，故不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)。這種位置稱為死點(diǎn)。平面四桿機(jī)構(gòu)是否存在死點(diǎn)位置，決定于從動(dòng)件是否與連桿共線。凡是從動(dòng)件與連桿共線的位置都是死點(diǎn)。

圖1死點(diǎn)位置

對(duì)機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)，死點(diǎn)是有害的，因?yàn)樗傈c(diǎn)位置常使機(jī)構(gòu)從動(dòng)件無(wú)法運(yùn)動(dòng)或出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。如圖1所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)），當(dāng)踏板CD為主動(dòng)件并作往復(fù)擺動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)在兩處有可能出現(xiàn)死點(diǎn)位置，致使曲柄AB不轉(zhuǎn)或出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了保證機(jī)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可在曲柄軸上裝飛輪，利用其慣性作用使機(jī)構(gòu)順利地通過(guò)死點(diǎn)位置。在工程上，有時(shí)也利用死點(diǎn)進(jìn)行工作，如圖2所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，就是應(yīng)用死點(diǎn)的性質(zhì)來(lái)夾緊工件的一個(gè)實(shí)例。當(dāng)夾具通過(guò)手柄1，施加外力F使鉸鏈的中心B、C、D處于同一條直線上時(shí)，工件2被夾緊，此時(shí)如將外力F去掉，也仍能可靠地夾緊工件，當(dāng)需要松開工件時(shí)，則必須向上扳動(dòng)手柄1，才能松開夾緊的工件。圖2夾緊機(jī)構(gòu)73凸輪機(jī)構(gòu)731凸輪機(jī)構(gòu)的組成、特點(diǎn)和分類

凸輪機(jī)構(gòu)由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成（圖1）。凸輪是主動(dòng)件，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律由凸輪輪廓決定。凸輪機(jī)構(gòu)是機(jī)械工程中廣泛應(yīng)用的一種高副機(jī)構(gòu)。

圖1凸輪機(jī)構(gòu)

凸輪機(jī)構(gòu)常用于低速、輕載的自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)機(jī)的控制機(jī)構(gòu)。圖2所示為汽車內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，當(dāng)凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，依靠凸輪的輪廓，可以迫使從動(dòng)件氣閥2向下移動(dòng)打開氣門借助彈簧的作用力關(guān)閉，這樣就可以按預(yù)定時(shí)間，打開或關(guān)閉氣門，以完成內(nèi)燃機(jī)的配氣動(dòng)作。凸輪是一個(gè)具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。它能控制從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此凸輪通常作主動(dòng)件并作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)凸輪運(yùn)動(dòng)時(shí)，借助它的曲線輪廓或凹槽，可使從動(dòng)件作預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用特點(diǎn)有：

1便于準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易于設(shè)計(jì)；

3凸輪機(jī)構(gòu)可以高速起動(dòng)，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠。

4凸輪與從動(dòng)件為高副接觸，不便潤(rùn)滑，容易磨損，為延長(zhǎng)使用壽命，傳遞動(dòng)力不宜過(guò)大。

5凸輪輪廓曲線不易加工。圖2汽車內(nèi)燃機(jī)配汽機(jī)構(gòu)圖3自動(dòng)車床的走刀機(jī)構(gòu)731凸輪機(jī)構(gòu)的組成、特點(diǎn)和分類

凸輪機(jī)構(gòu)按凸輪的形狀與從動(dòng)件形式可分為不同類型。

1．按凸輪形狀分（1）盤形凸輪凸輪的基本形式，應(yīng)用最廣。但從動(dòng)件的行程不能太大，否則凸輪變化過(guò)大，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的工作不利，所以一般應(yīng)用于行程較短的場(chǎng)合。（2）移動(dòng)凸輪（板狀凸輪）可視為回轉(zhuǎn)中心趨向于無(wú)窮遠(yuǎn)的盤形凸輪，它相對(duì)于機(jī)架作直線往復(fù)移動(dòng)。圖1中用以車制手柄的靠模就是采用移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)。移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)在靠模仿形機(jī)械中應(yīng)用較廣。

上述兩種凸輪組成機(jī)構(gòu)時(shí)，凸輪與從動(dòng)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是平面運(yùn)動(dòng)，因此，上述兩種凸輪機(jī)構(gòu)稱為平面凸輪機(jī)構(gòu)，其凸輪稱為平面凸輪。（3）圓柱凸輪在圓柱面上開有曲線凹槽，或在圓柱端面上制出曲線輪廓，可使從動(dòng)件得到較大的行程。屬于空間凸輪機(jī)構(gòu)（圖2。圖1移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)圖2端面圓柱凸輪機(jī)構(gòu)