畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-機(jī)械原理機(jī)構(gòu)分析教具設(shè)計(jì)（全套圖紙）.pdf

機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)械工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文論文) 題題 目：目： 機(jī)構(gòu)分析教具設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)分析教具設(shè)計(jì) 論文論文 院院 （系）：（系）： 專專 業(yè)：業(yè)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 姓姓 名：名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 完成日期：完成日期： 2013 年年 6 月月 1 摘摘 要要 機(jī)構(gòu)，指由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過活動(dòng)聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)。按組成的各構(gòu)件間相 對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同，機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)（如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪機(jī)構(gòu)等）和空間機(jī) 構(gòu)（如空間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等）；按運(yùn)動(dòng)副類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī) 構(gòu)等）和高副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等）；按結(jié)構(gòu)特征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、斜面 機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)或力的特征可分為勻速和非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱 機(jī)構(gòu)等。在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以固定而成為機(jī)架，則該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)：是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合，它是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力的構(gòu)件系統(tǒng)，構(gòu)的用途很 普遍，不同的機(jī)構(gòu)有不同的用途，按組成的各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同 ，可分為平面機(jī)構(gòu) （如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪構(gòu)等）和空間機(jī)構(gòu)（如空間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等）； 按運(yùn)動(dòng)副類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī)構(gòu)等）和高副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等）；按結(jié)構(gòu)特 征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)或力的特征可分 為勻速和非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)等。而且表現(xiàn)形式很多。 關(guān)鍵詞：機(jī)構(gòu) 支架 傳動(dòng) 2 Abstract Common rail fuel electric controlled high- pressure injection system is the development direction of modern diesel fuel injection system, in order to study the reliability, this study gives the design scheme of a high pressure common rail system of reliability test platform. The platform can also platform and components performance test combination, reliability testing of component. Under the premise of ensuring other parts under the first reliable, long time running on the platform components to be measured, then go to the component performance test bench for performance testing to judge the reliability. To set the reliability criterion system according to the common faults of the system components. High pressure common rail system was measured by a high pressure oil pump, high pressure oil pipe, common rail pipe, an oil atomizer. The fuel to the high- pressure pump, through the pump after compression by high- pressure tubing into the common rail pipe, and finally from the injectors to spray. The common faults of high pressure oil pump plunger pair has bad sealing and seizure, bad sealing lead to fuel leakage, will cause the pump plunger pair killed no oil supply, so the rail pressure decreased rapidly, at the same time, the driving torque of the motor will increase rapidly. Rupture of the high- pressure oil pipe will lead directly to a fuel leak, and rail pressure will also decrease rapidly. The fault injector are common injector blockage or leakage, electromagnetic coil aging, these faults will cause the fuel injection quantity is not normal, by comparing the cylinder fuel injection quantity can determine whether the normal work of the fuel injector. The rail pressure stable, each cylinder injection quantity equality, torque is not overrun, no leakage that the system is reliable. Keywords: Hydraulic pressure finite element analysis 3 a 目目 錄錄 摘 要 . 1 目 錄 . 3 第一章 緒論 . 4 1.1 機(jī)械原理機(jī)構(gòu)介紹 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)用舉例 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.3 平面連桿機(jī)構(gòu) . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.3.2 平面連桿機(jī)構(gòu)基本問題 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.3.3 平面連桿機(jī)構(gòu)存在條件 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.3.4 平面連桿機(jī)構(gòu)基本形式 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 1.3.5 平面連桿機(jī)構(gòu)尺寸綜合 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 第二章 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.1 明確技術(shù)要求 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.2 執(zhí)行元件的配置確定及動(dòng)作順序 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.3 桿件設(shè)計(jì)計(jì)算 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.3.1 桿件受力分析 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.3.2 桿件速度計(jì)算 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.3.3 機(jī)構(gòu)校核 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 2.6 前景展望 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 第三章 設(shè)計(jì)中的不足及要注意的問題 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 3.1 設(shè)計(jì)中的不足之處 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 3.2 使用要注意的問題 . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 參考文獻(xiàn) . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 設(shè)計(jì)總結(jié) . 錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。 4 第一章 緒論 1.1 機(jī)械原理機(jī)構(gòu)介紹 機(jī)構(gòu)，指由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過活動(dòng)聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)。按組成的各構(gòu)件間相 對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同，機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)（如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪機(jī)構(gòu)等）和空間機(jī) 構(gòu)（如空間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等）；按運(yùn)動(dòng)副類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī) 構(gòu)等）和高副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等）；按結(jié)構(gòu)特征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、斜面 機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)或力的特征可分為勻速和非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱 機(jī)構(gòu)等。在運(yùn)動(dòng)鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以固定而成為機(jī)架，則該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)：是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合，它是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力的構(gòu)件系統(tǒng)，構(gòu)的用途很 普遍，不同的機(jī)構(gòu)有不同的用途，按組成的各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同 ，可分為平面機(jī)構(gòu) （如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪構(gòu)等）和空間機(jī)構(gòu)（如空間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等）； 按運(yùn)動(dòng)副類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī)構(gòu)等）和高副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等）；按結(jié)構(gòu)特 征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)或力的特征可分 為勻速和非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)等。而且表現(xiàn)形式很多，優(yōu)點(diǎn)： 5 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 1）由于運(yùn)動(dòng)副都為低副，并且運(yùn)動(dòng)副元素之間便于潤滑，故可以傳遞較大的 載荷； 2）運(yùn)動(dòng)副元素幾何形狀簡(jiǎn)單，便于加工制造； 3）當(dāng)原動(dòng)件規(guī)律不變時(shí)，若改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系，可以改變從動(dòng)件的 運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 4）連桿上的各點(diǎn)軌跡（簡(jiǎn)稱連桿曲線）形狀各異，可以利用這些 曲線以滿足不同的軌跡要求； 5）能實(shí)現(xiàn)增力、擴(kuò)大行程和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)的 目的。 缺點(diǎn)： 1）連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)，構(gòu)件尺寸誤差和運(yùn)動(dòng)副間隙將產(chǎn)生較大積累誤差， 同時(shí)會(huì)使機(jī)械效率降低； 2） 連桿機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心作變速運(yùn)動(dòng)， 用一般方法難以平衡消除其產(chǎn)生的慣性力， 故不宜用于精密及高速運(yùn)動(dòng)； 3）要準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律或軌跡，其設(shè)計(jì)十分繁難，一般只能近似滿足。 6 在有些機(jī)構(gòu)中，運(yùn)動(dòng)中回出現(xiàn)=00 的情況，這時(shí)，無論我們?cè)谠瓌?dòng)件上施加多大的力都不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這種 位置我們稱為死點(diǎn)。 如圖 213 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 設(shè) CD 桿為原動(dòng)件， 當(dāng)搖桿處于兩個(gè)極限位 置（C1D 和 C2D）時(shí)，連桿與從動(dòng)件曲柄共 線，就出現(xiàn)=00 的情況，這時(shí) CD 通過連桿作用于 AB 上的力恰好通過其回 轉(zhuǎn)中心 A，所以無論這時(shí)施加多大的力也不能推動(dòng)從動(dòng)件曲柄回轉(zhuǎn)。 死點(diǎn)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的固有特性，構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中通過死點(diǎn)時(shí)還可能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 位置不確定的現(xiàn)象?？梢宰C明在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滑塊為原動(dòng)件時(shí)存在兩 個(gè)死點(diǎn)位置。雙曲柄機(jī)構(gòu)無死點(diǎn)位置，如圖 214 所示。 在工程上，為了使機(jī)構(gòu)能夠順利通過死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧?如發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝飛輪加大慣性力，或利用機(jī)構(gòu)的組合錯(cuò)開死點(diǎn)位置，例如機(jī) 車車輪的聯(lián)動(dòng)裝置。 但是，也應(yīng)注意到，在工程上也長(zhǎng)有利用死點(diǎn)來實(shí) 現(xiàn)一定工作要求的，例如飛機(jī)起落架、各類夾具中，如圖 215 所示。 四、 急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù) 有不少的平面機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)曲柄做等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件搖桿， 在前進(jìn)行程（即工作行程）運(yùn)行速度較慢，而回程運(yùn)動(dòng)速度要快，機(jī)構(gòu)的這 種性質(zhì)就是所謂的的機(jī)構(gòu)的“急回運(yùn)動(dòng)”特性。 例如生產(chǎn)中使用牛頭刨床進(jìn)行刨削工作時(shí)，就是把慢速行程作為機(jī) 器的工作行程，而將快速行程作為回程以提高機(jī)器的生產(chǎn)率。所以急回運(yùn)動(dòng) 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。 7 下面我們就以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例來分析機(jī)構(gòu)的急回特性。 在圖 216 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)曲柄 AB 為原動(dòng)件，曲柄每轉(zhuǎn)一周，有 兩個(gè)位置與連桿共線，這時(shí)搖桿 CD 分別位于兩個(gè)極限位置 C1D 和 C2D，其 夾角為。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的這兩個(gè)位置稱為極位。機(jī)構(gòu)處在兩個(gè)極位時(shí)，原 動(dòng)件 AB 的兩個(gè)位置 AB1 和 AB2 所夾的銳角稱為極位夾角。 此時(shí)搖桿兩位 置的夾角稱作搖桿最大擺角。 當(dāng)曲柄以等加速度順時(shí)針轉(zhuǎn)過 1801 時(shí)，搖桿由位置 C1D 運(yùn)動(dòng)到 C2D，稱為工作行程。設(shè)所需時(shí)間為 t1，C 點(diǎn)平均速度為 V1；當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過 1802 時(shí)，搖桿又從 C2D 轉(zhuǎn)回到 C1D，稱空回行 1.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)用舉例 連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面或空間復(fù)雜 運(yùn)動(dòng)，從而可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。此外，低副面接觸的結(jié)構(gòu) 使連桿機(jī)構(gòu)具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便 于潤滑，故磨損減??；制造方便，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是 靠本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力封閉來保 持接觸。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電產(chǎn)品中。平 面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：一般情況下，只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌 跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和 運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖 8 的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中 作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起 較 大 的 振 動(dòng) 和 動(dòng) 載 荷 ， 故 連 桿 機(jī) 構(gòu) 常 用 于 速 度 較 低 的 場(chǎng) 合 。 近年來，隨著連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè) 計(jì)軟件的開發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)精度有了較大的提高，而且在滿 足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的同時(shí)，還可考慮到動(dòng)力學(xué)特性。尤其是微電子技術(shù)及自動(dòng)控 制技術(shù)的引入，多自由度連桿機(jī)構(gòu)的采用，使連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn) 化，使用范圍更為廣泛。 根據(jù)構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)或空間運(yùn)動(dòng)，連桿機(jī)構(gòu)可分為平面連桿 機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)目的多少分為四桿機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)、 六桿機(jī)構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機(jī)構(gòu)稱為多桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)連桿機(jī)構(gòu) 的自由度為 1 時(shí)，稱為單自由度連桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)自由度大于 1 時(shí)，稱為多自由 度連桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)形成連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)情_鏈還是閉鏈，亦可將相應(yīng)的連 桿機(jī)構(gòu)分為開鏈連桿機(jī)構(gòu)（機(jī)械手通常是運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副的空間開 鏈連桿機(jī)構(gòu)）和閉鏈連桿機(jī)構(gòu)。單閉環(huán)的平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 4，因 而最簡(jiǎn)單的平面閉鏈連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，其他多桿閉鏈機(jī)構(gòu)無非是在其基 礎(chǔ)上擴(kuò)充桿組而成；單閉環(huán)的空間連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)至少為 3，因而可由 三個(gè)構(gòu)件組成空間三桿機(jī)構(gòu)。 下面著重介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式和應(yīng)用。 1. 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它是平面四桿機(jī) 9 構(gòu)的最基本的型式，其他型式的平面四桿機(jī)構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上通過 演化而成的。在此機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件 4 為機(jī)架，與機(jī)架構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件 1、3 稱 為連架桿，不與機(jī)架組成運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件 2 稱為連桿。若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件 能作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則該轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副，否則稱為擺動(dòng)副。與機(jī)架組成 整轉(zhuǎn)副的連架桿稱為曲柄，與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿稱為搖桿。因此，根 據(jù)兩連架桿為曲柄或搖桿的不同，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本型式： 1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：其中兩連架桿一為曲柄另一為搖桿； 2)雙曲柄機(jī)構(gòu)：其中兩連架桿均為曲柄； 3)雙搖桿機(jī)構(gòu)：其中兩連架桿均為搖桿。 對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，由下一節(jié)整轉(zhuǎn)副存在條件可知，曲柄所聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng) 副均為整轉(zhuǎn)副，而搖桿所聯(lián)接的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副。由于機(jī)構(gòu)中任意兩 構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不因其中哪個(gè)構(gòu)件是固定件而改變，所以當(dāng)將該機(jī) 構(gòu)的機(jī)架由 4 改換為構(gòu)件 1 時(shí)，則構(gòu)件 2、4 均變?yōu)榍瑥亩蔀殡p曲柄機(jī) 構(gòu)；當(dāng)取構(gòu)件 3 為機(jī)架時(shí)，則成為雙搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)取構(gòu)件 2 為機(jī)架時(shí)，則仍 為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。這種通過更換機(jī)架而得到的機(jī)構(gòu)稱為原機(jī)構(gòu)的倒置機(jī)構(gòu)。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的三種倒置機(jī)構(gòu)見表 7.1 第 1 列。 需注意的是雙搖桿機(jī)構(gòu)有兩種類型：一種為上圖曲柄搖桿機(jī)構(gòu)取構(gòu)件 3 為機(jī) 架的倒置機(jī)構(gòu)，電扇搖頭機(jī)構(gòu)，即采用這種含兩個(gè)整轉(zhuǎn)副的雙搖桿機(jī)構(gòu)，其 10 中電機(jī)安裝在搖桿 4 上，轉(zhuǎn)動(dòng)副 A 處裝有一與連桿 1 固結(jié)成一體的蝸輪，蝸 輪與電機(jī)軸上的蝸桿相嚙合。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過蝸桿和蝸輪使連桿 1 和搖桿 4 作整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使連架桿 2 和 4 作往復(fù)擺動(dòng)，達(dá)到風(fēng)扇搖頭的目的； 對(duì)于機(jī)構(gòu)中四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副均為擺動(dòng)副的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，則屬另一種雙搖桿機(jī)構(gòu)， 其三種倒置機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 電扇搖頭機(jī)構(gòu) 11 表 7.1 平面四桿機(jī)構(gòu)主要類型列表 2. 含一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu) 移動(dòng)副可看作是由轉(zhuǎn)動(dòng)副演化而來的。 在圖示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，1 為曲柄，3 為搖桿，C 點(diǎn)的軌跡為以 D 為圓心、桿 長(zhǎng) CD 為半徑的圓弧 kc。今在機(jī)架 4 上制作一同樣軌跡的圓弧槽 kc，并將搖 桿 3 做成弧形滑塊置于槽中滑動(dòng)，如圖 b 所示。這時(shí)，弧形滑塊在圓弧槽中 的運(yùn)動(dòng)完全等同于轉(zhuǎn)動(dòng)副 D 的作用， 圓弧槽 kc 的圓心即相當(dāng)于搖桿 3 的擺動(dòng) 12 中心 D，其半徑相當(dāng)于搖桿 3 的長(zhǎng)度 CD。又若再將圓弧槽 kc 的半徑增加至 無窮大，其圓心 D 移至無窮遠(yuǎn)處，則圓弧槽變成了直槽，置于其中的滑塊 3 作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而轉(zhuǎn)動(dòng)副 D 演化為移動(dòng)副，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化為含一個(gè) 移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖 c 所示。圖中 e 為曲柄回轉(zhuǎn)中心 A 至經(jīng)過 C 點(diǎn)直槽中心線的距離，稱為偏距。當(dāng) e0 時(shí)稱為偏置曲柄滑塊機(jī) 構(gòu)；當(dāng) e=0 時(shí)稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖 d 所示。內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、往復(fù) 式抽水機(jī)、空氣壓縮機(jī)及沖床等的主機(jī)構(gòu)都是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 對(duì)于圖 d 所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，A 是整轉(zhuǎn)副，經(jīng)分析可知 B 也是整轉(zhuǎn)副，其三 種倒置機(jī)構(gòu)見表 7.1 第 2 列。 若將表 7.1 第 2 列所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件 3 做成導(dǎo)桿，構(gòu)件 4 做成滑塊， 機(jī)構(gòu)的外形雖變，但各構(gòu)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不變，這種機(jī)構(gòu)稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 3. 含兩個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu) 在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若再將其中轉(zhuǎn)動(dòng)副 C 或 B 演化為移動(dòng)副，則得含兩個(gè)移 動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。圖為轉(zhuǎn)動(dòng)副 C 演化為移動(dòng)副的過程，所得機(jī)構(gòu)（圖 b）稱 為曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)， 其中移動(dòng)導(dǎo)桿 3 的位移 s 與主動(dòng)件曲柄 1 的轉(zhuǎn)角 f 的正 弦成正比，即 s=asinf，故此機(jī)構(gòu)又稱為正弦機(jī)構(gòu)。正弦機(jī)構(gòu)的三種倒置機(jī)構(gòu) 見表 7.1 第 3 列，其中取構(gòu)件 2 為機(jī)架和取構(gòu)件 4 為機(jī)架所得機(jī)構(gòu)相同。 正弦機(jī)構(gòu)及其倒置機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例： 刺布機(jī)構(gòu) 13 十字溝槽聯(lián)軸節(jié) 橢圓規(guī) 若將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副 B 演化為移動(dòng)副，則得正切機(jī)構(gòu)，此時(shí)構(gòu)件 1 僅能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)，并有關(guān)系 y=ltgf。正切機(jī)構(gòu)的三種倒置機(jī)構(gòu)見表 7.1 第 4 列。 4. 偏心輪機(jī)構(gòu) 在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或其他含有曲柄的四桿機(jī)構(gòu)中，如果曲柄長(zhǎng)度很短，則在桿 狀曲柄兩端裝設(shè)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副將存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的困難。而如果曲柄需安裝在 直軸的兩支承之間，則將導(dǎo)致連桿與曲柄軸的運(yùn)動(dòng)干涉。為此，工程中常將 曲柄設(shè)計(jì)成偏心距為曲柄長(zhǎng)的偏心圓盤，此偏心圓盤稱為偏心輪。曲柄為偏 心輪結(jié)構(gòu)的連桿機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)。偏此外，在要求曲柄長(zhǎng)度和從動(dòng)件行程可調(diào) 節(jié)的場(chǎng)合，常采用雙偏心輪機(jī)構(gòu)。如圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄由偏心距分別為 e1=AO 和 e2=O1O2 的兩個(gè)偏心輪 1、2 組成，通過改變兩偏心輪相對(duì)周向位置 （即改變 A、 O1、O2 三點(diǎn)相對(duì)位置）可實(shí)現(xiàn)曲柄長(zhǎng)度 AB 在(e2- e1+O2B)至(e2+e1+O2B)之 間的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而使滑塊 4 具有不同的行程。綜上所述，各種名目繁多、 具有不同運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)或結(jié)構(gòu)迥異的平面四桿機(jī)構(gòu)都是通過改換機(jī)架、轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn) 化為移動(dòng)副及改變轉(zhuǎn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)等手段演化而成的。 3 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題和方法 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)通常包括選型、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、承載能力計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和繪制機(jī) 構(gòu)裝配圖與零件工作圖等內(nèi)容，其中選型是確定連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，包括 構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目；運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)是確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的參數(shù)， 14 包括各運(yùn)動(dòng)副之間的相對(duì)位置尺寸以及描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置尺寸等等； 承載能力計(jì)算是基于強(qiáng)度理論，確定關(guān)鍵零件的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是 在綜合考慮安裝、調(diào)整、加工工藝性等因素情況下對(duì)各零件結(jié)構(gòu)參數(shù)的全面 1) 實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置（亦稱剛體導(dǎo)引），即要求連桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)某構(gòu)件按規(guī) 定順序精確或近似地經(jīng)過給定的若干位置。 2) 實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律（亦稱函數(shù)生成），即要求主、從動(dòng)件滿足已知的若干 組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一 定時(shí)，從動(dòng)件能精確或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 3) 實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡（亦稱軌跡生成），即要求連桿機(jī)構(gòu)中作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu) 件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。 平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的方 法主要是幾何法和解析法，此外還有圖譜法和模型實(shí)驗(yàn)法。幾何法是利用機(jī) 構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中各運(yùn)動(dòng)副位置之間的幾何關(guān)系，通過作圖獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸， 所以幾何法直觀形象，幾何關(guān)系清晰，對(duì)于一些簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)問題的處理是有效 而快捷的，但由于作圖誤差的存在，所以設(shè)計(jì)精度較低。解析法是將運(yùn)動(dòng)設(shè) 計(jì)問題用數(shù)學(xué)方程加以描述，通過方程的求解獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸，故其直觀 性差，但設(shè)計(jì)精度高。隨著數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，解析 法已成為各類平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的一種有效方法。 優(yōu)點(diǎn)： 1）由于運(yùn)動(dòng)副都為低副，并且運(yùn)動(dòng)副元素之間便于潤滑，故可以傳遞較大的 載荷； 2）運(yùn)動(dòng)副元素幾何形狀簡(jiǎn)單，便于加工制造； 3）當(dāng)原動(dòng)件規(guī)律不變時(shí)，若改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系，可以改變從動(dòng)件的 運(yùn)動(dòng)規(guī)律； 4）連桿上的各點(diǎn)軌跡（簡(jiǎn)稱連桿曲線）形狀各異，可以利用這些 15 曲線以滿足不同的軌跡要求； 5）能實(shí)現(xiàn)增力、擴(kuò)大行程和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)的 目的。 缺點(diǎn)： 1）連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)，構(gòu)件尺寸誤差和運(yùn)動(dòng)副間隙將產(chǎn)生較大積累誤差， 同時(shí)會(huì)使機(jī)械效率降低； 2） 連桿機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心作變速運(yùn)動(dòng)， 用一般方法難以平衡消除其產(chǎn)生的慣性力， 故不宜用于精密及高速運(yùn)動(dòng)； 3）要準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律或軌跡，其設(shè)計(jì)十分繁難，一般只能近似滿足。 在有些機(jī)構(gòu)中，運(yùn)動(dòng)中回出現(xiàn)=00 的情況，這時(shí)，無論我們?cè)谠瓌?dòng)件上施加多大的力都不能使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，這種 位置我們稱為死點(diǎn)。 如圖 213 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)， 設(shè) CD 桿為原動(dòng)件， 當(dāng)搖桿處于兩個(gè)極限位 置（C1D 和 C2D）時(shí)，連桿與從動(dòng)件曲柄共 線，就出現(xiàn)=00 的情況，這時(shí) CD 通過連桿作用于 AB 上的力恰好通過其回 轉(zhuǎn)中心 A，所以無論這時(shí)施加多大的力也不能推動(dòng)從動(dòng)件曲柄回轉(zhuǎn)。 死點(diǎn)是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的固有特性，構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)中通過死點(diǎn)時(shí)還可能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng) 位置不確定的現(xiàn)象?？梢宰C明在曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)滑塊為原動(dòng)件時(shí)存在兩 個(gè)死點(diǎn)位置。雙曲柄機(jī)構(gòu)無死點(diǎn)位置，如圖 214 所示。 在工程上，為了使機(jī)構(gòu)能夠順利通過死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須采用適當(dāng)?shù)拇胧?如發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝飛輪加大慣性力，或利用機(jī)構(gòu)的組合錯(cuò)開死點(diǎn)位置，例如機(jī) 車車輪的聯(lián)動(dòng)裝置。 但是，也應(yīng)注意到，在工程上也長(zhǎng)有利用死點(diǎn)來實(shí) 現(xiàn)一定工作要求的，例如飛機(jī)起落架、各類夾具中，如圖 215 所示。 四、 16 急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù) 有不少的平面機(jī)構(gòu)，當(dāng)主動(dòng)曲柄做等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的從動(dòng)件搖桿， 在前進(jìn)行程（即工作行程）運(yùn)行速度較慢，而回程運(yùn)動(dòng)速度要快，機(jī)構(gòu)的這 種性質(zhì)就是所謂的的機(jī)構(gòu)的“急回運(yùn)動(dòng)”特性。 例如生產(chǎn)中使用牛頭刨床進(jìn)行刨削工作時(shí)，就是把慢速行程作為機(jī) 器的工作行程，而將快速行程作為回程以提高機(jī)器的生產(chǎn)率。所以急回運(yùn)動(dòng) 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。 下面我們就以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例來分析機(jī)構(gòu)的急回特性。 在圖 216 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)曲柄 AB 為原動(dòng)件，曲柄每轉(zhuǎn)一周，有 兩個(gè)位置與連桿共線，這時(shí)搖桿 CD 分別位于兩個(gè)極限位置 C1D 和 C2D，其 夾角為。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的這兩個(gè)位置稱為極位。機(jī)構(gòu)處在兩個(gè)極位時(shí)，原 動(dòng)件 AB 的兩個(gè)位置 AB1 和 AB2 所夾的銳角稱為極位夾角。 此時(shí)搖桿兩位 置的夾角稱作搖桿最大擺角。 當(dāng)曲柄以等加速度順時(shí)針轉(zhuǎn)過 1801 時(shí)，搖桿由位置 C1D 運(yùn)動(dòng)到 C2D，稱為工作行程。設(shè)所需時(shí)間為 t1，C 點(diǎn)平均速度為 V1；當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過 1802 時(shí)，搖桿又從 C2D 轉(zhuǎn)回到 C1D，稱空回行 1.3 平面連桿機(jī)構(gòu) 1.3.1 平面連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 低副是面接觸，耐磨損；加上轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的接觸表面是圓柱面和平面，制 17 造簡(jiǎn)便，易于獲得較高的制造精度。因此，平面連桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械和儀器 中獲得廣泛應(yīng)用。連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：低副中存在間隙，數(shù)目較多的低副會(huì) 引起運(yùn)動(dòng)累積誤差；而且它的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，不易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地運(yùn)動(dòng)規(guī) 律。最簡(jiǎn)單地平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)建組成地，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)。它的 應(yīng)用非常廣泛，而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。由若干個(gè)剛性構(gòu)件通過低副(轉(zhuǎn) 動(dòng)副、移動(dòng)副)聯(lián)接，且各構(gòu)件上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)平面均相互平面連桿機(jī)構(gòu) 平行的機(jī)構(gòu)（圖 1），又稱平面低副機(jī)構(gòu)。低副具有壓強(qiáng)小、磨損輕、易于加 工和幾何形狀能保證本身封閉等優(yōu)點(diǎn)，故平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛用于各種機(jī)械和 儀器中。與高副機(jī)構(gòu)相比，它難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜。 平面連桿機(jī)構(gòu)中最常用的是四桿機(jī)構(gòu)，它的構(gòu)件數(shù)目最少，且能轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)。 多于四桿的平面連桿機(jī)構(gòu)稱多桿機(jī)構(gòu)，它能實(shí)現(xiàn)一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但桿多且 穩(wěn)定性差。 1.3.2 平面連桿機(jī)構(gòu)基本問題 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)一般可歸納為以下三類基本問題： 1) 實(shí)現(xiàn)構(gòu)件給定位置（亦稱剛體導(dǎo)引），即要求連桿機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)某構(gòu)件按規(guī) 定順序精確或近似地經(jīng)過給定的若干位置。 2) 實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律（亦稱函數(shù)生成），即要求主、從動(dòng)件滿足已知的若干 組對(duì)應(yīng)位置關(guān)系，包括滿足一定的急回特性要求，或者在主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一 定時(shí)，從動(dòng)件能精確或近似地按給定規(guī)律運(yùn)動(dòng)。 3) 實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)軌跡（亦稱軌跡生成），即要求連桿機(jī)構(gòu)中作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu) 18 件上某一點(diǎn)精確或近似地沿著給定的軌跡運(yùn)動(dòng)。 在進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)，往往是以上述運(yùn)動(dòng)要求為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)， 同時(shí)還要兼顧一些運(yùn)動(dòng)特性和傳力特性等方面的要求，如整轉(zhuǎn)副要求、壓力 角或傳動(dòng)角要求、機(jī)構(gòu)占據(jù)空間位置要求等。另外，設(shè)計(jì)結(jié)果還應(yīng)滿足運(yùn)動(dòng) 連續(xù)性要求，即當(dāng)主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件也能連續(xù)地占據(jù)預(yù)定的各個(gè)位 置，而不能出現(xiàn)錯(cuò)位或錯(cuò)序等現(xiàn)象。 平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的方法主要是幾何法和解析法，此外還有圖譜法和模 型實(shí)驗(yàn)法。幾何法是利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中各運(yùn)動(dòng)副位置之間的幾何關(guān)系，通 過作圖獲得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸，所以幾何法直觀形象，幾何關(guān)系清晰，對(duì)于一些 簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)問題的處理是有效而快捷的，但由于作圖誤差的存在，所以設(shè)計(jì)精 度較低。解析法是將運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)問題用數(shù)學(xué)方程加以描述，通過方程的求解獲 得有關(guān)運(yùn)動(dòng)尺寸，故其直觀性差，但設(shè)計(jì)精度高。隨著數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展 和計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，解析法已成為各類平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的一種有效 方法。 1.3.3 平面連桿機(jī)構(gòu)存在條件 動(dòng)力機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸一般整周轉(zhuǎn)動(dòng)，因此機(jī)構(gòu)中被驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)件應(yīng)是繞機(jī)架作整 周轉(zhuǎn)動(dòng)的曲柄在形成鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈中，a、b、c、d 既代表各桿長(zhǎng)度 又是各桿的符號(hào)。當(dāng)滿足最短桿和最長(zhǎng)桿之和小于或等于其他兩桿長(zhǎng)度之和 時(shí)，若將最短桿或其鄰桿固定其一，則另一桿即為曲柄。急回系數(shù) 在曲柄 等速運(yùn)動(dòng)、從動(dòng)件變速運(yùn)動(dòng)的連桿機(jī)構(gòu)中，要求從動(dòng)件能快速返回，以提高 效率。 19 k 稱為急回系數(shù)。 壓力角 如圖 2a 中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，若不計(jì)運(yùn)動(dòng)副的摩擦力和構(gòu)件的慣性 力,則曲柄 a 通過連桿 b 作用于搖桿 c 上的力 P， 與其作用點(diǎn) B 的速度 vB 之間 的夾角稱為搖桿的壓力角。壓力角越大，P 在 vB 方向的有效分力就越小， 傳動(dòng)也越困難,壓力角的余角稱為傳動(dòng)角。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)限制其最大壓力 角或最小傳動(dòng)角。 死點(diǎn) 在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若以搖桿為主動(dòng)件，則當(dāng)曲柄和連桿處于一直線 位置時(shí)，連桿傳給曲柄的力不能產(chǎn)生使曲柄回轉(zhuǎn)的力矩，以致機(jī)構(gòu)不能起動(dòng)， 這個(gè)位置稱為死點(diǎn)。機(jī)構(gòu)在起動(dòng)時(shí)應(yīng)避開死點(diǎn)位置，而在運(yùn)動(dòng)過程中則常利 用慣性來過渡死點(diǎn) 1.3.4 平面連桿機(jī)構(gòu)基本形式 四桿機(jī)構(gòu)有兩種基本類型。在滿足曲柄存在的 平面連桿機(jī)構(gòu) 前提下，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)取不同的構(gòu)件作機(jī)架，可得到具有不同運(yùn)動(dòng)特性的鉸 鏈四桿機(jī)構(gòu)：例如曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)和由它們派生出來的平行四邊 形機(jī)構(gòu),曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若 a 為最短桿，取桿 d 或桿 b 為 機(jī)架，則 a 為曲柄，c 為搖桿，即得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(圖 2a)。如取 a 為機(jī)架，則 b 和 d 都是曲柄,即得雙曲柄機(jī)構(gòu)（圖 2b）。在不滿足曲柄存在的前提下,鉸 20 鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈不論哪個(gè)桿固定,因無曲柄存在,必為雙搖桿機(jī)構(gòu)。例如圖 2c， 取 c 為機(jī)架,b 和 d 都是搖桿。 如將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿長(zhǎng)度增加至無窮大， 則轉(zhuǎn)動(dòng)副 OB 轉(zhuǎn)化為移動(dòng)副，即得曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（圖 2d）。此外四桿機(jī)構(gòu)還 帶兩個(gè)滑塊型式的雙滑塊機(jī)構(gòu)。 1.3.5 平面連桿機(jī)構(gòu)尺寸綜合 按給定的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)來決定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸。綜合時(shí)尚應(yīng)考慮最小傳動(dòng) 角和曲柄存在等條件，以保證求得合理可靠的機(jī)構(gòu)。 對(duì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)要求是多種多樣的，要綜合的問題也各不相同。一般可歸結(jié) 為：主動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律一定時(shí)，要求從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)給定的對(duì)應(yīng)位置或近似實(shí) 現(xiàn)給定函數(shù)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；要求連桿能實(shí)現(xiàn)給定的位置；要求連桿上某點(diǎn) 能近似沿給定曲線運(yùn)動(dòng)。其中是研究運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)的基本問題，據(jù)此也可求 解近似實(shí)現(xiàn)給定曲線的機(jī)構(gòu)。 尺寸綜合的主要方法有解析法、圖解法和實(shí)驗(yàn)法。解析法：以函數(shù)逼近論 為基礎(chǔ)的代數(shù)法。這種方法精度高,計(jì)算繁復(fù),但隨著電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和向 量、復(fù)數(shù)與矩陣等數(shù)學(xué)手段的運(yùn)用,60 年代以來發(fā)展很快,常用的有插值法、平 方逼近法、最佳逼近法等。圖解法：以運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)為基礎(chǔ)的幾何方法。這 種方法概念明確、簡(jiǎn)單，能以一定精度求解相當(dāng)范圍的問題，但精度不如解 析法高，常用的有運(yùn)動(dòng)幾何法和在其基礎(chǔ)上提出的半角轉(zhuǎn)動(dòng)法等。實(shí)驗(yàn)法： 用不同機(jī)構(gòu)參數(shù)的模型通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)求解機(jī)構(gòu)的尺寸（見機(jī)構(gòu)綜合）。 則在各自連桿上的點(diǎn)可畫出同一條曲線，稱為羅伯茨定理。在綜合再現(xiàn)給 定軌跡的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，當(dāng)設(shè)計(jì)出的機(jī)構(gòu)不能滿足傳動(dòng)角大小和安裝位置 21 等其他條件時(shí)，用羅伯茨定理可得出另兩個(gè)不同尺寸的機(jī)構(gòu)，以利于選擇。 第二章 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.1 明確技術(shù)要求 經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，平面連桿機(jī)構(gòu)分析理論水平已經(jīng)接近完善，但是，雖然目前已 經(jīng)有不少優(yōu)秀的教材清楚地闡述了平面機(jī)構(gòu)分析的方法，但它僅僅局限于書本上，我們沒 有很清楚地認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)到這些方法。本課題的目的是開發(fā)一套較高自動(dòng)化程度、人機(jī)交互 能力強(qiáng)、界面友好、通用性強(qiáng)，并能讓一般學(xué)生能夠接受而且能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。 設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)分析教具既可以為機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析和創(chuàng)新提供良好的輔助工具又可以便于教 學(xué)演示，同時(shí)，將計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)仿真這個(gè)先進(jìn)的技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械行業(yè)來為機(jī)械設(shè)計(jì)與理論服 務(wù)也具有重大意義。機(jī)構(gòu)分析是研究機(jī)械性能的重要組成部分。通過對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和力的 分析可以了解機(jī)構(gòu)的特性，便于更合理有效地使用各種機(jī)械，而且還可以檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的特性 是否滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)用于機(jī)械原理機(jī)構(gòu)分析中，使我們比較直觀深刻地認(rèn) 識(shí)到機(jī)構(gòu)的原理和特點(diǎn)。 22 2.2 執(zhí)行元件的配置確定及動(dòng)作順序 1 砝碼，2 桿件，3 吊鉤，4，位移機(jī)構(gòu) 調(diào)整砝碼的位置，桿件會(huì)有不同的受力狀態(tài)。 2.3 桿件設(shè)計(jì)計(jì)算 連桿機(jī)構(gòu)是最常用的機(jī)構(gòu)，因此連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中十分重要，研究工作開展得也最為廣泛。有 大量的文獻(xiàn)介紹有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)、平面五桿機(jī)構(gòu)、柔性連桿機(jī)構(gòu)、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、槽輪連桿機(jī)構(gòu)、凸 輪連桿組合機(jī)構(gòu)和齒輪連桿等機(jī)構(gòu)的。 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)的典型性， 本節(jié)結(jié)合四連桿機(jī)構(gòu)的函數(shù)再現(xiàn)設(shè)計(jì) 問題，闡述連桿機(jī)構(gòu)問題的一般方法及流程。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就是對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)的參量進(jìn)行調(diào)整， 使得機(jī)構(gòu)給定的運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)所實(shí)現(xiàn)的運(yùn) 動(dòng)之間誤差最小。 因此四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的過程， 就是尋找使得四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差最小的一組機(jī)構(gòu)設(shè) 計(jì)參量。四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參量確定后，就可認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 23 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括四連桿機(jī)構(gòu)模型建立和模型求解二個(gè)主要過程。 通過對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)的分 析確定方案，確定設(shè)計(jì)變量，給出目標(biāo)函數(shù)，并將機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)制約條件，如桿長(zhǎng)條件、傳動(dòng)角條件等，寫 成相應(yīng)的約束條件，即可建立機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。 下面介紹四連桿機(jī)構(gòu)函數(shù)再現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的建立。 連桿機(jī)構(gòu)函數(shù)再現(xiàn)設(shè)計(jì)主要通過選取輸人構(gòu)件 和輸出構(gòu)件相對(duì)應(yīng)若干位置、 采用機(jī)構(gòu)圖解法或分析法確定機(jī)構(gòu)各參數(shù)。 圖 1 是典型的平面鉸鏈四桿機(jī) 構(gòu)，、和分別表示于四個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度，桿 AB 是輸入構(gòu)件。假設(shè)圖 1 所示的平面鉸鏈四桿機(jī) 構(gòu)再現(xiàn)給定函數(shù)為，即，則機(jī)構(gòu)位置取決于、鉸 鏈 A 的位置、AD 與機(jī)架 x 軸夾角以及輸人構(gòu)件轉(zhuǎn)角等七個(gè)變量。 圖 1 平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 為簡(jiǎn)化問題，可令 A 的位置為，構(gòu)件的長(zhǎng)度為 1(參考構(gòu)件)，由此可將問題 維數(shù)降為四維，并不影響構(gòu)件輸入、輸出的函數(shù)關(guān)系。由此可以得到輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外與輸入構(gòu)件轉(zhuǎn) 角之間的函數(shù)關(guān)系式： （1） 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)就是使得輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角與給定值在，所有位置上的誤差最小。 因 此機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)可用下式表示 （2） 當(dāng)輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角為時(shí)，輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外可由下式求得， 24 （3） 式中： 所以 （4） 將上式代入式（3），并令代表設(shè)計(jì)變量、及，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo) 函數(shù)可寫為： （5） 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束條件應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況確定。 例如曲柄搖桿式四連桿機(jī)構(gòu)必須滿足如 下關(guān)系式： 25 或 （6） 如果機(jī)構(gòu)要求傳動(dòng)靈活可靠，則傳動(dòng)角應(yīng)滿足： 或 其中 從上式可知， 傳動(dòng)角隨的變化而變化， 當(dāng)為最大值時(shí)， 為最小， 為最小值時(shí)，為最大。要滿足上式條件，約束方程應(yīng)為： 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有，因此，約束方程為 26 （7） 當(dāng)所選定的設(shè)計(jì)變量為構(gòu)件長(zhǎng)度時(shí)，則構(gòu)件長(zhǎng)度必須是正數(shù)，即約束方程為 式中是為了使構(gòu)件長(zhǎng)度不小于而設(shè)的。 此外，由于具體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，往往對(duì)某些構(gòu)件的長(zhǎng)度限定在某一范圍內(nèi)選取，例如連桿 BC 的長(zhǎng)度最短為的倍，最長(zhǎng)為的倍，即 則約束方程為 （8） 再現(xiàn)函數(shù)為的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 先變換給定函數(shù)為，并設(shè)輸人構(gòu)件初始角為，輸出構(gòu)件初始角為，選取輸 入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為,輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為。當(dāng)輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時(shí)，輸出構(gòu)件從轉(zhuǎn)到 ， 輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時(shí)， 輸出構(gòu)件則從回到。 顯然有 及，即及。代入函數(shù)式得： 27 設(shè)將輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角均分成20等分， 則， 取權(quán)因子， 再令代表設(shè)計(jì)變量、及，則由式（5）得曲柄連桿機(jī)構(gòu)目標(biāo)函數(shù)為 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)約束條件如下： 由式（6）得： 要求傳動(dòng)角滿足，由式（7）得： 根據(jù)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸，要求各構(gòu)件長(zhǎng)度相對(duì)機(jī)架的尺寸在給定的范圍內(nèi)，由式(8)得 因此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模型如下： Min. 28 s.t. 采用內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法和 POWELL 法求解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。 選擇初始懲罰參數(shù)， 遞減函數(shù) e = 0.01， 初始點(diǎn)， 取懲罰函數(shù)法收斂精度， POWELL 法目標(biāo)函數(shù)值收斂精度，一維搜索精度，解得最優(yōu)解為 29 2.6 前景展望 機(jī)構(gòu)，指由兩個(gè)或兩個(gè)以上構(gòu)件通過活動(dòng)聯(lián)接形成的構(gòu)件系統(tǒng)。按組成 的各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的不同，機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)（如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱 齒輪機(jī)構(gòu)等）和空間機(jī)構(gòu)（如空間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等）；按運(yùn)動(dòng)副 類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿機(jī)構(gòu)等）和高副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等）；按結(jié) 構(gòu)特征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn) 動(dòng)或力的特征可分為勻速和非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、間 歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)等。在運(yùn) 動(dòng)鏈中，如果將其中某一構(gòu)件加以固定而成為機(jī)架，則該運(yùn)動(dòng)鏈便成為機(jī)構(gòu)。 機(jī)構(gòu)：是具有確定相對(duì)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件組合，它是用來傳遞運(yùn)動(dòng)和力的構(gòu)件系統(tǒng)， 構(gòu)的用途很普遍，不同的機(jī)構(gòu)有不同的用途，按組成的各構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的 不同 ，可分為平面機(jī)構(gòu)（如平面連桿機(jī)構(gòu)、圓柱齒輪構(gòu)等）和空間機(jī)構(gòu)（如 空間連桿機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)等）；按運(yùn)動(dòng)副類別可分為低副機(jī)構(gòu)（如連桿 機(jī)構(gòu)等）和高副機(jī)構(gòu)（如凸輪機(jī)構(gòu)等）；按結(jié)構(gòu)特征可分為連桿機(jī)構(gòu)、齒輪 機(jī)構(gòu)、斜面機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)等；按所轉(zhuǎn)換的運(yùn)動(dòng)或力的特征可分為勻速和非 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等 ；按功用可分為 安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)、擒縱機(jī)構(gòu)等。而且表現(xiàn)形式很多。 30 第三章 設(shè)計(jì)中的不足及要注意的問題 3.1 設(shè)計(jì)中的不足之處 （1）鑒于相關(guān)條件以及個(gè)人能力的限制，沒有設(shè)計(jì)出高壓共軌燃油的裝置