《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 》課件第9章

第9章平面連桿機(jī)構(gòu)9.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型

9.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)

9.3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思考與練習(xí)題在平面機(jī)構(gòu)中，若各運(yùn)動(dòng)副都是低副，則稱其為平面連桿機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)動(dòng)副為平面或圓柱面接觸，承載能力大，制造容易；運(yùn)動(dòng)形式多樣，能實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和軌跡。其缺點(diǎn)是：構(gòu)件數(shù)較多，且低副中存在間隙，運(yùn)動(dòng)累積誤差大；設(shè)計(jì)較難，不易精確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械和儀器中。

最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)由四個(gè)構(gòu)件組成，稱為平面四桿機(jī)構(gòu)，其應(yīng)用非常廣泛，而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。本章著重介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的類型、特性及其設(shè)計(jì)方法。

9.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

在平面四桿機(jī)構(gòu)中，若各運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，則稱其為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖9-1所示。在此機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件4為機(jī)架；構(gòu)件1、3與機(jī)架直接相連，稱為連架桿；構(gòu)件2與機(jī)架間接相連，稱為連桿。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，連架桿做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿做平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。9.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)的連架桿稱為曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿。按兩連架桿中曲柄與搖桿的存在情況，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可分為三種基本形式。

圖9-1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

圖9-2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)連架桿之一為曲柄，另一為搖桿，則稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如圖9-2所示。在此機(jī)構(gòu)中，連架桿1為曲柄，它可繞固定鉸鏈中心A做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，故活動(dòng)鉸鏈中心B的軌跡為圓；連架桿3為搖桿，它只能繞固定鉸鏈中心D來回?cái)[動(dòng)，故活動(dòng)鉸鏈中心C的軌跡為一段圓弧。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)與搖桿擺動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換。如圖9-3所示為雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)，構(gòu)件1為曲柄，它轉(zhuǎn)動(dòng)后通過連桿2使搖桿3(即天線)繞D點(diǎn)擺動(dòng)，從而調(diào)整天線的俯仰角以對(duì)準(zhǔn)通訊衛(wèi)星。如圖9-4所示為縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)，構(gòu)件3為搖桿(即踏板)，它上下擺動(dòng)后通過連桿2使曲柄1(大皮帶輪)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)縫紉機(jī)工作。

圖9-3雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)圖9-4縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

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，則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)，如圖9-5所示。

雙曲柄機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是當(dāng)主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄一般做變速轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖96所示為慣性篩機(jī)構(gòu)，它利用雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD中從動(dòng)曲柄3的變速轉(zhuǎn)動(dòng)，通過桿5帶動(dòng)篩子6做變速往復(fù)移動(dòng)，從而達(dá)到利用慣性篩分物料的目的。

圖9-5雙曲柄機(jī)構(gòu)圖9-6慣性篩機(jī)構(gòu)

在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若相對(duì)的兩桿平行且長度相等，則稱為平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖9-7所示。平行四邊形機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是兩曲柄以相同的角速度同向轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿做平動(dòng)。如圖9-8所示為平行四邊形機(jī)構(gòu)在機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。

圖9-7平行四邊形機(jī)構(gòu)圖9-8機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若兩相對(duì)桿的長度分別相等，但不平行，則稱為反平行四邊形機(jī)構(gòu)，如圖9-9所示。在反平行四邊形機(jī)構(gòu)中，當(dāng)以其長邊為機(jī)架時(shí)，兩曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，如圖9-10所示的車門啟閉機(jī)構(gòu)就利用了這個(gè)特性，它可使兩扇車門(AE和DF)同時(shí)開啟或關(guān)閉；當(dāng)以其短邊為機(jī)架時(shí)，兩曲柄的轉(zhuǎn)向相同，其性能與一般的雙曲柄機(jī)構(gòu)相似。

圖9-9反平行四邊形機(jī)構(gòu)圖9-10車門啟閉機(jī)構(gòu)

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，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)，如圖9-11所示。

雙搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是可將一種擺動(dòng)轉(zhuǎn)換成另一種擺動(dòng)。在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，如果兩搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)。如圖9-12所示為等腰梯形機(jī)構(gòu)在汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，車身4為機(jī)架，連架桿1、3是搖桿且分別與左、右前輪固連，2為連桿，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤可通過桿5驅(qū)動(dòng)搖桿1、3(車輪)擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)汽車的轉(zhuǎn)向。

圖9-11雙搖桿機(jī)構(gòu)圖9-12汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)9.1.2含有一個(gè)移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)

1．曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

如圖9-13所示的四桿機(jī)構(gòu)中，4為機(jī)架，1、3為連架桿，2為連桿，3與4之間構(gòu)成移動(dòng)副，其余三個(gè)運(yùn)動(dòng)副為轉(zhuǎn)動(dòng)副。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，連架桿1做整周轉(zhuǎn)動(dòng)稱為曲柄，連架桿3做往復(fù)移動(dòng)稱為滑塊，該機(jī)構(gòu)稱為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)滑塊移動(dòng)的導(dǎo)路m—m通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A時(shí)，稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(如圖9-13(a)所示)；當(dāng)滑塊移動(dòng)的導(dǎo)路m—m不通過曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心A時(shí)，稱為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)(如圖9-13(b)所示)，偏置的距離e稱為偏距。

圖9-13曲柄滑塊機(jī)構(gòu)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)和滑塊往復(fù)移動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)換，它在內(nèi)燃機(jī)、沖床、空壓機(jī)等機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。在如圖9-13(a)所示的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，如果分別選擇其他三個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，則可得到以下討論的機(jī)構(gòu)。

2．轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

在如圖9-13(a)所示的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選構(gòu)件1為機(jī)架，則得到如圖9-14所示的曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，簡稱轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。在此機(jī)構(gòu)中，兩連架桿2、4均做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，其中，構(gòu)件2稱為曲柄，構(gòu)件4為滑塊3提供導(dǎo)軌作用，稱為導(dǎo)桿。

轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)桿做變速轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖9-15所示為插床插刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，利用轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC中導(dǎo)桿4的變速運(yùn)動(dòng)，使插刀6在切削行程運(yùn)動(dòng)慢，在空回行程運(yùn)動(dòng)快，以縮短非工作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

圖9-14轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖9-15插床插刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

3．?dāng)[動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

在如圖9-14所示的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，若使機(jī)架長度大于曲柄長度，即a>b，則得到如圖9-16所示的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。在此機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件2可整周轉(zhuǎn)動(dòng)，而導(dǎo)桿4只能往復(fù)擺動(dòng)。

擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)桿做變速擺動(dòng)。如圖9-17所示為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)ABC在牛頭刨床刨刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用，其作用與轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在插床插刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的作用相同。

圖9-16擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)圖9-17牛頭刨床刨刀運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

4．搖塊機(jī)構(gòu)

在如圖9-13(a)所示的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選構(gòu)件2為機(jī)架，則得到如圖9-18所示的搖塊機(jī)構(gòu)。在此機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件1做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3做往復(fù)擺動(dòng)。

搖塊機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)特點(diǎn)是它可將導(dǎo)桿的相對(duì)移動(dòng)轉(zhuǎn)化為曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖9-19所示為搖塊機(jī)構(gòu)在自卸卡車車廂舉升機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。其中搖塊3為油缸，利用壓力油推動(dòng)活塞使車廂翻轉(zhuǎn)卸料。

圖9-18搖塊機(jī)構(gòu)圖9-19自卸卡車車廂舉升機(jī)構(gòu)

5．定塊機(jī)構(gòu)

在如圖9-13(a)所示的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選滑塊3為機(jī)架，則得到如圖9-20所示的定塊機(jī)構(gòu)。在此機(jī)構(gòu)中，導(dǎo)桿4做往復(fù)移動(dòng)，構(gòu)件2做往復(fù)擺動(dòng)。如圖9-21所示的手壓抽水機(jī)為該機(jī)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例。

圖9-20定塊機(jī)構(gòu)圖9-21手壓抽水機(jī)

9.2.1周轉(zhuǎn)副存在條件

在如圖9-22所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的兩構(gòu)件能相對(duì)整周轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱其為周轉(zhuǎn)副，不能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)者，則稱為擺轉(zhuǎn)副。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否存在周轉(zhuǎn)副，取決于各構(gòu)件長度間的關(guān)系，可判別如下：9.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本性質(zhì)如果最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和，則最短桿兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副同為周轉(zhuǎn)副，其他的轉(zhuǎn)動(dòng)副為擺轉(zhuǎn)副。

如果最短桿與最長桿長度之和大于其他兩桿長度之和，則該機(jī)構(gòu)不存在周轉(zhuǎn)副，全部為擺轉(zhuǎn)副。

例9-1

在圖9-22所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，各構(gòu)件的長度已標(biāo)出，試判別周轉(zhuǎn)副和擺轉(zhuǎn)副，及四個(gè)構(gòu)件分別為機(jī)架時(shí)機(jī)構(gòu)的基本類型。

圖9-22鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

解因?yàn)樽疃虠U的長度80與最長桿的長度150之和230小于其余兩桿長度之和(130＋120＝250)，所以最短桿AB兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副A和B是周轉(zhuǎn)副，轉(zhuǎn)動(dòng)副C和D是擺轉(zhuǎn)副。當(dāng)AD為機(jī)架時(shí)，因?yàn)锳是周轉(zhuǎn)副，D是擺轉(zhuǎn)副，所以該機(jī)構(gòu)是以AB為曲柄、CD為搖桿的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)AB為機(jī)架時(shí)，因?yàn)锳和B都是周轉(zhuǎn)副，所以該機(jī)構(gòu)是以AD和BC為曲柄的雙曲柄機(jī)構(gòu)。當(dāng)BC為機(jī)架時(shí)，因?yàn)锽是周轉(zhuǎn)副，C是擺轉(zhuǎn)副，所以該機(jī)構(gòu)是以BA為曲柄CD為搖桿的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)CD為機(jī)架時(shí)，因?yàn)锳和D都是擺轉(zhuǎn)副，所以該機(jī)構(gòu)是以CB和DA為搖桿的雙搖桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)周轉(zhuǎn)副存在條件及曲柄與搖桿的定義，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型可判別如下：

如果最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和，則取最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)；取最短桿的臨桿為機(jī)架時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；取最短桿的對(duì)桿為機(jī)架時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。

如果最短桿與最長桿長度之和大于其他兩桿長度之和，則不論取哪個(gè)構(gòu)件為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。9.2.2急回運(yùn)動(dòng)特性

在如圖9-23所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄AB為原動(dòng)件，它以等角速度ω1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)曲柄與連桿在AB1C1共線時(shí)(稱為拉直共線)，搖桿處于右極限位置C1D；當(dāng)曲柄與連桿在AB2C2共線時(shí)(稱為重疊共線)，搖桿處于左極限位置C2D。機(jī)構(gòu)所處的AB1C1D和AB2C2D這兩個(gè)位置稱為極位，搖桿兩個(gè)極位C1D、C2D之間的夾角ψ稱為擺角，與此對(duì)應(yīng)，曲柄兩個(gè)位置AB1、AB2之間所夾的銳角θ稱為極位夾角。

圖9-23曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性當(dāng)機(jī)構(gòu)從極位AB1C1D運(yùn)動(dòng)到另一極位AB2C2D時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過的角度為φ2＝180°－θ，搖桿轉(zhuǎn)過的角度為ψ，所用時(shí)間為t2＝φ2/ω1，搖桿的平均角速度為ωm2＝ψ/t2；當(dāng)機(jī)構(gòu)從極位AB2C2D轉(zhuǎn)回到極位AB1C1D時(shí)，曲柄轉(zhuǎn)過的角度為φ1＝180°＋θ，搖桿轉(zhuǎn)過的角度仍為ψ，所用時(shí)間為t1＝φ1/ω1，搖桿的平均角速度為ωm1＝ψ/t1；因?yàn)棣?<φ1，所以t2<t1，ωm2>ωm1，即搖桿往復(fù)擺動(dòng)的平均角速度不同，一快一慢，這一運(yùn)動(dòng)特性稱為急回運(yùn)動(dòng)特性。機(jī)構(gòu)急回運(yùn)動(dòng)的程度可用行程速比系數(shù)K來衡量，即

(9-1)

上式表明，當(dāng)θ＝0時(shí)，K＝1，機(jī)構(gòu)無急回特性；當(dāng)θ≠0時(shí)，機(jī)構(gòu)具有急回特性；θ角愈大，K值愈大，急回特性愈顯著。θ角的大小與各構(gòu)件的長度有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)，通常要預(yù)選K值，求出θ，因此，由式(9-1)可求得

(9-2)

除曲柄搖桿機(jī)構(gòu)外，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等也具有急回特性，可用類似的方法進(jìn)行分析。如前所述，在牛頭刨床一類的往復(fù)式工作機(jī)器中，利用機(jī)構(gòu)的急回特性，在慢速行程工作，在快速行程空回，可以縮短非工作時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。9.2.3壓力角和傳動(dòng)角

在如圖9-24所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如果不計(jì)質(zhì)量和摩擦力，則連桿2是二力構(gòu)件，由原動(dòng)件1經(jīng)過連桿2作用在從動(dòng)件3上點(diǎn)C的驅(qū)動(dòng)力F，將沿著BC方向。力F與點(diǎn)C速度vC方向之間所夾的銳角a稱為機(jī)構(gòu)在此位置的壓力角，而力F與vC方向的垂直方向之間所夾的銳角γ稱為機(jī)構(gòu)在此位置的傳動(dòng)角。顯然，α和γ互為余角。力F在速度vC方向的分力為Ft＝Fcosa＝Fsinγ，力F在vC方向的垂直方向的分力為Fn＝Fsina＝Fcosγ，其中，分力Ft對(duì)D點(diǎn)有力矩作用，是使從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)的有用分力；而分力Fn對(duì)D點(diǎn)無力矩作用，僅使運(yùn)動(dòng)副壓緊，增加了摩擦，是有害分力?？梢?，傳動(dòng)角γ越大(壓力角α越小)，有用分力Ft越大，有害分力Fn越小，對(duì)機(jī)構(gòu)的傳力越有利。因此，在連桿機(jī)構(gòu)中常用傳動(dòng)角γ的大小及其變化情況來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。

圖9-24曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角和傳動(dòng)角機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，其傳動(dòng)角的大小是變化的。根據(jù)分析，當(dāng)曲柄AB轉(zhuǎn)到與機(jī)架AD重疊共線和拉直共線兩位置AB1、AB2時(shí)，對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)角γ′和γ″中較小者為機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin。為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使γmin≥40°~50°。9.2.4死點(diǎn)位置

在如圖9-25所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)以搖桿CD為主動(dòng)件，則當(dāng)連桿與從動(dòng)曲柄兩次共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ＝0，這時(shí)搖桿CD通過連桿作用于從動(dòng)曲柄AB上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心A，此力對(duì)A點(diǎn)不產(chǎn)生力矩，所以出現(xiàn)了不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死”現(xiàn)象，或轉(zhuǎn)向不確定現(xiàn)象。機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)位置?？梢姡臈U機(jī)構(gòu)中是否存在死點(diǎn)位置，決定于從動(dòng)件是否與連桿共線，或機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ是否會(huì)為零。

圖9-25曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置圖9-26鉆床夾具對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來說，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)是不利的，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?，使機(jī)構(gòu)能順利地通過死點(diǎn)而正常工作。如可采用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機(jī)構(gòu)沖過死點(diǎn)，縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)中的大帶輪即兼有飛輪的作用；也可采用將兩組以上的相同的機(jī)構(gòu)并聯(lián)使用，而使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)相互錯(cuò)開排列的方法。在工程實(shí)踐中，也常利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)來滿足一些特定的工作要求。如圖9-26所示的鉆床夾具，用力F壓下手柄2，工件5即被夾緊，此時(shí)連桿2與從動(dòng)件3共線(BCD)；外力F撤除后，在夾緊反力Fn的作用下，因機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，夾具并不會(huì)自動(dòng)松開而仍保持夾緊狀態(tài)；當(dāng)需要取出工件時(shí)，抬起手柄松開夾具即可。

平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是：根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)要求，選定機(jī)構(gòu)的形式，確定各構(gòu)件的長度。四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法有圖解法、實(shí)驗(yàn)法和解析法。本章主要介紹按給定連桿位置或行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的圖解法。9.3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)9.3.1按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

1．按給定連桿的兩個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

如圖9-27(a)所示為一加熱爐的爐門啟閉機(jī)構(gòu)ABCD，爐門(即連桿BC)關(guān)閉時(shí)在鉛垂位置E1，爐門開啟時(shí)在水平位置E2。爐門上兩鉸鏈中心B和C的位置已知，要求設(shè)計(jì)該鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。該設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是已知連桿長度及連桿兩個(gè)位置B1C1、B2C2，確定其余三構(gòu)件的長度，如圖9-27(b)所示。要確定其余三構(gòu)件的長度，關(guān)鍵是確定固定鉸鏈中心A、D的位置。由于在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，鉸鏈B的軌跡是以A為圓心的圓弧，鉸鏈C的軌跡是以D為圓心的圓弧，所以A點(diǎn)必在B1B2的垂直平分線b12上，D點(diǎn)必在C1C2的垂直平分線c12上。顯然，只給定連桿兩個(gè)位置，將有無窮多解。本設(shè)計(jì)中，固定鉸鏈A、D的位置受加熱爐結(jié)構(gòu)的限制，只能安裝在y—y線上。連接AB1、C1D，即得所求的四桿機(jī)構(gòu)。

圖9-27按給定連桿的兩個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

2．按給定連桿的三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

如圖9-28所示，已知連桿的長度及連桿經(jīng)過的三個(gè)位置B1C1、B2C2、B3C3，設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。同上分析，因?yàn)锽1、B2、B3三點(diǎn)共圓，C1、C2、C3三點(diǎn)共圓，所以作B1B2和B2B3的垂直平分線b12、b23，其交點(diǎn)即為固定鉸鏈A的位置，作C1C2和C2C3的垂直平分線c12、c23，其交點(diǎn)即為固定鉸鏈D的位置，連接AB1、C1D，即得所求的四桿機(jī)構(gòu)。此時(shí)，有惟一解。

圖9-28按給定連桿的三個(gè)位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)9.3.2按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，已知搖桿長度lCD、擺角ψ和行程速比系數(shù)K，試用圖解法確定其余三個(gè)構(gòu)件的長度。

參考圖9-23，本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A，設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)求出極位夾角θ＝180°×(K－1)/(K＋1)。

(2)選定比例尺，任選一點(diǎn)作為搖桿的擺動(dòng)中心D，作出搖桿兩個(gè)極位C1D和C2D，使C1D＝C2D＝lCD，∠C1DC2＝ψ，如圖9-29所示。

圖9-29按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)

(3)連接C2、C1，并作C2M垂直于C2C1，再作∠C2C1N＝90°－θ，得C1N與C2M相交于P點(diǎn)，則∠C1PC2＝θ。

(4)作出Rt△PC1C2的外接圓(圓心O在斜邊PC1的中點(diǎn))，因?yàn)橥瑘A弧上的圓周角相等，此圓周上(弧C1C2和弧EF除外)的任意一點(diǎn)A，滿足∠C1AC2＝∠C1PC2＝θ，所以均可作為曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)中心。((

(5)從圖9-23可知，機(jī)構(gòu)在極位時(shí)有AC1＝AB1＋B1C1,

AC2＝B2C2－AB2，因?yàn)锳B1＝AB2＝AB，B1C1＝B2C2＝BC，聯(lián)立求解有：曲柄AB＝(AC1－AC2)/2，連桿BC＝(AC1＋AC2)/2，其中，AC1、AC2和機(jī)架AD可從圖上直接量取。通過比例換算即可確定三個(gè)構(gòu)件的實(shí)際長度lAB、lBC、lAD。

因?yàn)锳點(diǎn)是在△PC1C2的外接圓任意選取的，所以滿足已知條件的解有無窮多。A點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角的大小也不同，為了得到良好的傳動(dòng)性能，還須根據(jù)最小傳動(dòng)角及其他附加條件來確定A點(diǎn)的位置。

9-1平面連桿機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？

9-2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型有哪些？試列舉其應(yīng)用實(shí)例。

9-3什么是機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性？機(jī)構(gòu)的急回特性有何意義？如何判斷？

9-4什么是壓力角和傳動(dòng)角？它對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能有何影響？思考與練習(xí)題

9-5何謂機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置？克服死點(diǎn)位置的方法有哪些？舉例說明死點(diǎn)位置的應(yīng)用。

9-6在圖9-30中已注明鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸，當(dāng)構(gòu)件1、2、3、4分別為機(jī)架時(shí)，試判斷該機(jī)構(gòu)的基本類型。

圖