礦山機電設備 平面連桿機構

第二章平面連桿機構平面連桿機構特點①能夠?qū)崿F(xiàn)多種運動形式的轉(zhuǎn)換和得到各種復雜的運動軌跡。②連桿機構是低副機構，各構件之間的相對運動部分均為面接觸，故單位面積上的壓力較小。所以摩擦磨損較小，構件的使用壽命較長。適于傳遞較大的動力。③各構件之間的接觸面為圓柱面或平面，幾何形狀簡單，便于加工制造，能得到較高精度。④構件間的相互接觸是依靠運動副元素的幾何形狀來保證的，不像凸輪機構那樣，有時需外加的彈簧力來保證從動件與凸輪的接觸。因此運動構件接觸簡單可靠。⑤當構件數(shù)目比較多或制造精度較低時,機構的運動累積誤差較大，會影響運動準確性。⑥連桿機構中，由于有的構件的運動速度在變化，產(chǎn)生慣性動負荷，因此常會引起沖擊或振動。當機構運動速度較高時,這種沖擊或振動更為嚴重。（慣性力不易平衡）平面連桿機構的類型平面連桿機構中固定的構件稱為機架，直接與機架相聯(lián)接的構件稱為連架桿，在連架桿中能繞固定軸線作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄，只能在某一角度內(nèi)擺動的稱為搖桿，聯(lián)接連架桿的構件稱為連桿（它作平面運動）。

二桿機構平面連桿機構中最簡單的型式是二桿機構。工業(yè)上常用的電動機、砂輪機、水泵等都是二桿機構的應用實例。平面低副聯(lián)接的三個構件不能組成機構，而只能聯(lián)成一個構件。平面四桿機構根據(jù)兩個連架桿能否成為曲柄，鉸鏈四桿機構可分為三種基本形式：曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構。平面四桿機構曲柄搖桿機構特點是：既能將曲柄的整周轉(zhuǎn)動變換為搖桿的往復擺動，又能將搖桿的往復擺動變換為曲柄的連續(xù)回轉(zhuǎn)運動。例如：攪拌機、縫紉機等。雙曲柄機構的特點是：能將等角速度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛缘淖兘撬俣绒D(zhuǎn)動。例如：慣性篩、挖掘機（平行四邊形機構）、車門啟閉機構（反平行四邊形機構）等。雙搖桿機構的特點是：兩個連架桿均為搖桿。例如：起重機、電風扇搖頭機構等。含有一個移動副的平面四桿機構1.曲柄滑塊機構：鉸鏈四桿機構中，擴大轉(zhuǎn)動副，使轉(zhuǎn)動副變成移動副。根據(jù)滑塊往復移動的導路中心線是否通過曲柄轉(zhuǎn)動中心，曲柄滑塊機構可分為對心曲柄滑塊機構和偏置曲柄滑塊機構。特點：可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動和往復移動的變換。應用：活塞式內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床等機械等。含有一個移動副的平面四桿機構2.曲柄導桿機構:取曲柄滑塊機構的不同構件為機架而獲得的。取構件2為機架，構件3為主動件，若l3＞l2

，導桿1作整周運動，稱為轉(zhuǎn)動導桿機構；若l3＜l2

，導桿1作往復擺動，稱為擺動導桿機構。應用實例：回轉(zhuǎn)式油泵（轉(zhuǎn)動導桿機構）牛頭刨床的主體機構（擺動導桿機構）。含有一個移動副的平面四桿機構3.曲柄搖塊機構：取曲柄滑塊機構中的連桿3為機架而得到的。當曲柄2為原動件繞點轉(zhuǎn)動時，滑塊4繞機架3上的鉸鏈中心擺動，故稱該機構為曲柄搖塊機構或稱為擺動滑塊機構。應用于各種擺動式原動機和工作機中。擺缸式液壓泵、卡車車箱自動翻轉(zhuǎn)卸料機構。含有一個移動副的平面四桿機構4.移動導桿機構：取曲柄滑塊機構中的滑塊4為機架而得到的。當曲柄2轉(zhuǎn)動時，導桿1可在固定滑塊4中往復移動，故該機構稱為移動導桿機構（或定塊機構）。應用實例：手壓抽水機、抽油泵等。曲柄機構定塊平面四桿機構平面四桿機構可以進行多種運動變換和實現(xiàn)復雜運動軌跡，如內(nèi)燃機中的曲柄滑塊機構，如圖（b）所示雷達仰角調(diào)節(jié)機構。如圖（c）所示的多桿機構（六桿機構〕，可以看成由兩個四桿機構串接而成。因此，四桿機構是平面連桿機構中最基本形式，它是多桿機構的基礎。圖所示為一曲柄搖桿機構，設曲柄AB為原動件,搖桿CD為從動件。曲柄在回轉(zhuǎn)一周的過程中與連桿BC有兩次共線，這時揺桿CD分別位于極限位置C1D和C2D。平面四桿機構運動的急回特性ABCDAB1C1D1AB2C2D2

一般位置極限位置2極限位置1平面四桿機構運動的急回特性曲柄搖桿機構所處的這兩個位置，稱為極限位置（簡稱極位)。搖桿在兩極限位置間的夾角φ稱為搖桿的擺角。從動件的兩個極限位置所對應的主動件的兩個位置所夾角的銳角θ，稱為極限位置夾角。C1DC2B1B2Aθα1α2φ平面四桿機構運動的急回特性C1DC2B1B2Aθα1α2φ平面四桿機構運動的急回特性C1DC2B1B2Aθα1α2φ行程速比系數(shù)K—從動件（搖桿)行程速比系數(shù)；當θ=0°時無急回特性；當θ≠0°時有急回特性，而且θ角越大，K值越大，急回特性越明顯。設計機械時，應根據(jù)工作要求恰當?shù)剡x擇K值。θ角常作為設計四桿機構時的給定運動條件。偏置曲柄滑塊機構的急回特性如圖(a)所示的對心曲柄滑塊機構，極位夾角θ=0°，故K=1，說明該機構無急回特性。圖(b)所示的偏置曲柄滑塊的機構，其極位夾角θ≠0°，所以K≠1，說明該機構有急回特性。導桿機構的急回特性在圖所示的擺動導桿機構中，當曲柄AC兩次轉(zhuǎn)到與導桿垂直時，導桿就擺到兩個極限位置C1D和C2D，由圖可知θ=φ≠0，所以它有急回特性。急回特性的應用四桿機構的這種急回特性，在機器中可以用來節(jié)省空回行程的時間，以節(jié)省動力和提高勞動生產(chǎn)率。對于一些要求具有急回運動性質(zhì)的機械，如牛頭刨床、往復式運輸機等，常根據(jù)所需要的K值，先算出極位夾角，再確定各桿的尺寸。壓力角主動件上的驅(qū)動力通過連桿傳給從動件的力P是沿BC方向作用的。從動件所受壓力P的作用線與受力點C的線速度vc之間所夾的銳角α稱為壓力角。力P在vc方向的有效分力Pt=Pcosα。顯然，壓力角越小,有效分力Pt就越大，所以判斷一連桿機構是否具有良好的傳動性能，可用壓力角作為標志。傳動角在實際應用中，為了度量方便，通常以壓力角α的余角γ(即連桿和從動件搖桿之間所夾的銳角）來判斷連桿機構的傳動性能，γ稱為傳動角。因為γ=90°-α，所以γ角愈大，有效分力Pt也愈大，對機構的傳動愈為有利。因此，在連桿機構中常用傳動角的大小及變化情況來表示機構的傳動性能。傳動角的許用最小值〔γ〕當連桿BC與從動件CD的夾角δ為銳角時則γ=δ；若δ為鈍角時，則γ=180°-δ。為了保證機構能夠正常工作、傳動良好，應使傳動角的最小值γmin≥〔γ〕，這里〔γ〕為傳動角的許用最小值。一般機械中推薦〔γ〕=40°~50°，傳遞的功率大時，傳動角γmin應取大一些。如顎式破碎機、沖床等大功率機械，可取γmin≥50°；而在一些控制機構、儀表機構中，γmin甚至可小于40°。傳動角——最大、最小位置死點位置曲柄搖桿機構，當搖桿為主動件時，在兩個(曲柄和連桿共線)極限位置：

曲柄上的力通過回轉(zhuǎn)中心A，產(chǎn)生的力矩為0，曲柄不轉(zhuǎn)動。稱為死點。這時，壓力角α=90o,傳動角γ=0o克服死點單缸內(nèi)燃機利用飛輪克服死點，并控制速度波動。多缸內(nèi)燃機則利用錯位克服死點，缸數(shù)越多，速度越平穩(wěn)。利用機構的死點來實現(xiàn)一定的工作要求

鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件連架桿和機架中必有一桿是最短桿；最短桿與最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和最短桿為機架時，為雙曲柄機構。最短桿為連架桿時，為曲柄搖桿機構。平面四桿機構的演化擴大轉(zhuǎn)動副

曲柄變成偏心輪。適用于曲柄尺寸小，受力大時。