機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第三章

第三章平面連桿機(jī)構(gòu)

§3.1平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用

§3.2平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性

§3.3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

引言：平面連桿機(jī)構(gòu)是由一些剛性構(gòu)件用平面低副(回轉(zhuǎn)副和移動(dòng)副)聯(lián)接組成的機(jī)構(gòu)。功用：平面連桿傳動(dòng)能方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，也能實(shí)現(xiàn)一些比較復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)規(guī)律。優(yōu)點(diǎn)：①由于是低副聯(lián)接，構(gòu)件之間聯(lián)接處是面接觸，單位面積上的壓力較小，便于潤滑，故磨損較小，壽命較長；②由于兩構(gòu)件聯(lián)接處表面是圓柱面或平面，故制造比較簡單，易獲得較高的制造精度。③桿可較長，可用作實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的操縱控制。④可利用連桿實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡。缺點(diǎn)：在結(jié)構(gòu)上往往不如高副機(jī)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)也比高副機(jī)構(gòu)復(fù)雜，且低副中間有間隙存在，容易引起運(yùn)動(dòng)誤差。應(yīng)用：在機(jī)械設(shè)備及儀器儀表機(jī)構(gòu)中應(yīng)用比較廣泛。其中以由四個(gè)構(gòu)件組成的四桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣泛，而且是組成多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。因此本章著重討論四桿機(jī)構(gòu)的基本類型、性質(zhì)及常用設(shè)計(jì)方法?！?.1

平面四桿機(jī)構(gòu)的類型和應(yīng)用一、基本概念平面連桿機(jī)構(gòu)：構(gòu)件全部用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)（低副機(jī)構(gòu)）。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：若構(gòu)成平面四桿機(jī)構(gòu)的低副全部為回轉(zhuǎn)副，則稱～?；瑝K四桿機(jī)構(gòu)：若構(gòu)成平面四桿機(jī)構(gòu)的低副中含有移動(dòng)副，則稱～。連桿：在平面連桿機(jī)構(gòu)中，不直接與機(jī)架相聯(lián)的構(gòu)件稱為連桿。右圖中，固定不動(dòng)的桿4稱為機(jī)架，與機(jī)架相聯(lián)的桿1和桿3稱為連架桿，連接兩連架桿的桿2稱為連桿。曲柄：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，能繞固定鉸A或D做整周回轉(zhuǎn)的連架桿。搖桿：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，只能在某一角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的連架桿。1234圖3-1二、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式及應(yīng)用鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,根據(jù)兩連架桿運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的不同,可分為三種基本形式：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。(一)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

1、定義鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩連架桿中，一個(gè)為曲柄（整周轉(zhuǎn)）；另一個(gè)為搖桿（擺動(dòng)），則此四桿機(jī)構(gòu)為～。圖3-1中，當(dāng)主動(dòng)曲柄1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過連桿2將運(yùn)動(dòng)傳遞到搖桿3，使搖桿3作往復(fù)擺動(dòng)。

當(dāng)主動(dòng)曲柄1等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過連桿2將運(yùn)動(dòng)傳遞到搖桿3，使搖桿3做往復(fù)擺動(dòng)。2、應(yīng)用實(shí)例雷達(dá)天線俯仰角調(diào)整機(jī)構(gòu)汽車前窗刮雨器攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)圖(a)為該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖.當(dāng)踏板3(相當(dāng)于搖桿)往復(fù)擺動(dòng)時(shí),桿2(相當(dāng)于連桿)使桿1(相當(dāng)于曲柄)做整周回轉(zhuǎn)。縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)及簡圖運(yùn)動(dòng)演示(二)雙曲柄機(jī)構(gòu)

1、定義鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿均為曲柄（整周轉(zhuǎn)），則此四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。當(dāng)主動(dòng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄一般做變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其主要功用是改變構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)速度。2、應(yīng)用舉例（1）旋轉(zhuǎn)式水泵它由相位依次相差90°的四個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)組成。圖（b）為其中一個(gè)雙曲柄機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖。當(dāng)原動(dòng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿2帶動(dòng)從動(dòng)曲柄3做周期性變速轉(zhuǎn)動(dòng)，因此相鄰兩從動(dòng)曲柄（隔板）間的夾角也周期性的變化，轉(zhuǎn)到右邊時(shí)相鄰兩隔板間的夾角及容積增大，形成真空，于是從進(jìn)水口吸水；轉(zhuǎn)到左邊時(shí)，相鄰兩隔板間的夾角及容積變小，壓力升高，從出水口排水，從而起到泵水的作用。（2）慣性篩機(jī)構(gòu)圖中的AB桿和CD桿均為曲柄，當(dāng)原動(dòng)曲柄AB桿等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)柄CD桿做變速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過桿5將運(yùn)動(dòng)傳給篩子6，使篩子做變速運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到分篩的目的。（物料顆粒在慣性力的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)）

ACBD132465圖中，AB桿和CD桿均為曲柄，當(dāng)原動(dòng)曲柄AB桿等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄CD桿做變速轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過桿5將運(yùn)動(dòng)傳給篩子6，使篩子做變速運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到分篩的目的。

機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)3、特例（1）平行雙曲柄機(jī)構(gòu)（平行四邊形機(jī)構(gòu)）：兩相對(duì)桿的長度平行且相等。

特點(diǎn)：兩曲柄旋轉(zhuǎn)方向相同，且角速度相等。圖3-8機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)（2）反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)：兩曲柄長度相同，連桿與機(jī)架長度相同但不平行。特點(diǎn)：主、從動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)向相反。(三)雙搖桿機(jī)構(gòu)（1）定義：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿（擺動(dòng)），則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。（圖3-12所示）

圖3-13所示為港口用鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)。當(dāng)搖桿AB擺動(dòng)時(shí)，搖桿CD隨之?dāng)[動(dòng)，連桿BC上E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡中的一段近似為一水平直線，完成貨物搬運(yùn)，這樣在搬運(yùn)貨物時(shí)可以節(jié)省動(dòng)力消耗。鶴式起重機(jī)機(jī)構(gòu)起重機(jī)機(jī)構(gòu)圖3-14

汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，兩搖桿AB、CD長度相等，稱等腰梯形機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)，它能使兩前輪軸轉(zhuǎn)過的角度不同，保證了車輪在地面上作純滾動(dòng)。圖3-15飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)，當(dāng)搖桿AB擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)另一搖桿CD擺動(dòng)，從而使飛機(jī)輪子收起（雙點(diǎn)劃線所示）或放下（實(shí)線所示）。當(dāng)搖桿AB擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)另一搖桿CD擺動(dòng)，從而使飛機(jī)輪子收起或放下。ABDC飛機(jī)起落架（實(shí)景）

三、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本形式的判定條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本形式的區(qū)別在于有無曲柄存在，以及有幾個(gè)曲柄存在。這是由于各桿間的相對(duì)長度不同所致。因?yàn)楦鳂?gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系主要取決于各構(gòu)件的相對(duì)長度。下面分析曲柄存在的條件：如圖3-16所示，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)各桿長為：LAB=l1=a,LBC=l2=b,LCD=l3=c,LAD=l4=d。AB桿若能轉(zhuǎn)整周，它必須順利通過與機(jī)架共線的兩個(gè)位置AB’和AB’’。當(dāng)AB桿處于AB’’時(shí)，各桿長度必須滿足

a+d≤b+c

（3-1）

當(dāng)AB桿處于AB’時(shí)，各桿長度必須滿足

d-a+b≥c或d-a+c≥b

可得a+c≤b+d

（3-2）

a+b≤c+d（3-3）

聯(lián)立以上三式可解得：

a≤b

a≤c

a≤d由此可知，AB桿為最短桿，并且，最短桿與任意一桿之和小于其余兩桿之和，但在其余三桿中必有一桿是最長桿，因此，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件為：

（1）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。（2）機(jī)架或連架桿為最短桿。然后根據(jù)機(jī)架的情況來判定有幾個(gè)曲柄：（1）以最短桿的相鄰桿為機(jī)架，存在一個(gè)曲柄，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（2）以最短桿為機(jī)架，存在兩個(gè)曲柄，為雙曲柄機(jī)構(gòu)。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)不存在曲柄的情況有兩種：（1）最短桿與最長桿之和大于其余兩桿之和，沒有曲柄，為雙搖桿機(jī)構(gòu)（2）最短桿與最長桿之和小于其余兩桿之和，但以最短桿的相對(duì)桿為機(jī)架。四、滑塊四桿機(jī)構(gòu)的形式及應(yīng)用引言：如上節(jié)所述，當(dāng)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件長度關(guān)系發(fā)生變化時(shí)，構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的形式將發(fā)生變化。若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)尺寸關(guān)系作某種特殊變化或取不同桿件為機(jī)架時(shí)，還能演化成一些其它形式的機(jī)構(gòu)?；瑝K四桿機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而生成的。圖3-17（a）所示為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為C’、C’’，若增大搖桿CD的長度，則C點(diǎn)的軌跡C’C’’的曲率將變小而趨于平直,當(dāng)搖桿CD的長度增至無窮大時(shí),即D點(diǎn)趨于無窮遠(yuǎn)處,C點(diǎn)的軌跡變?yōu)橹本€,搖桿CD變?yōu)榛瑝K.于是,曲柄搖桿機(jī)構(gòu)變?yōu)榍瑝K機(jī)構(gòu)。（圖3-18）圖3-17、3-18（一）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

1、描述

圖中，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件時(shí)，曲柄做整周連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過連桿帶動(dòng)滑塊做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。2、類型（1）對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

如圖（a），滑塊導(dǎo)路的中心線m-m通過曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（2）偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖（b），滑塊導(dǎo)路的中心線m-m不通過曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心A。3、應(yīng)用

廣泛應(yīng)用于往復(fù)式機(jī)械中。曲柄每轉(zhuǎn)一周，即從料倉中推出一個(gè)工件，若滑塊為主動(dòng)件，滑塊做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過連桿帶動(dòng)曲柄做整周連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。（二）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

1、演化過程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，將曲柄改為機(jī)架時(shí)，就演化成導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。演化過程

圖中，當(dāng)曲柄2做整周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過滑塊3帶動(dòng)桿4做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)桿4在滑塊3中作相對(duì)移動(dòng)，桿4稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿?；剞D(zhuǎn)式泵——由6個(gè)相同的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)組成2、類型（1）轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1<L2L1——機(jī)架長度L2——曲柄長度（2）擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)L1>L2

圖中，當(dāng)桿2為原動(dòng)件時(shí)，桿4不能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，只能繞A點(diǎn)在小于180°范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，故稱擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。3、應(yīng)用

牛頭刨床機(jī)構(gòu)

（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）

簡易刨床（轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）（三）搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)

1、搖塊機(jī)構(gòu)（擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)）（1）演化過程

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將連桿改為機(jī)架時(shí)，就演化成搖塊機(jī)構(gòu)。演化過程（2）應(yīng)用擺動(dòng)液壓泵液壓自卸貨車翻斗機(jī)構(gòu)2、定塊機(jī)構(gòu)（移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）(1)演化過程曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)將滑塊改為機(jī)架時(shí)，就演化成定塊機(jī)構(gòu)。

通常取構(gòu)件1（紅色）為原動(dòng)件，當(dāng)1繞鉸鏈中心擺動(dòng)時(shí)，導(dǎo)桿4（藍(lán)色）即在定塊3中做往復(fù)移動(dòng)(2)應(yīng)用移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

手壓抽水機(jī)其他滑塊四桿機(jī)構(gòu)

雙滑塊機(jī)構(gòu)曲柄移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)§3.2平面四桿機(jī)構(gòu)的工作特性圖3-32曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性一、急回特性在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，AB為曲柄,是原動(dòng)件,等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，BC為連桿，CD為搖桿，當(dāng)CD桿處于C1D位置為初始位置，C2D終止位置，搖桿在兩極限位置之間所夾角度稱為搖桿的擺角，用

表示。當(dāng)搖桿CD由C1D擺動(dòng)到C2D位置時(shí)，所需時(shí)間為t1，則平均速度為:

ν1=C1C2——t1

曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB1,轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過角度為：

1＝180°+θ，當(dāng)搖桿CD由C2D擺回到C1D位置時(shí)，所需時(shí)間為t2，平均速度為ν2=C1C2t2——

曲柄AB以等角速度順時(shí)針從AB2轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過的角度為：

2＝180°-θ，由于曲柄AB等角速度轉(zhuǎn)動(dòng),所以

1>

2，t1>t2,因此，v2>v1。

由此可見，主動(dòng)件曲柄AB以等角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件搖桿CD往復(fù)擺動(dòng)的平均速度不相等。往往我們把進(jìn)程平均速度定為V1，而空行程返回速度則為V2，顯而易見，從動(dòng)件返回速度比進(jìn)程速度快。這個(gè)性質(zhì)稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。

通常把回程平均速度與進(jìn)程平均速度之比稱為行程速比系數(shù)，用K表示:式中θ稱為極位夾角，即搖桿在極限位置時(shí)，曲柄兩位置之間所夾銳角。K=t1φ2t2φ1180°+θ180°－θ==顯然，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越顯著。

K值與極位夾角θ有關(guān)，θ越大，K值越大；當(dāng)θ=0°時(shí)，K=1，機(jī)構(gòu)無急回特性。由此可見，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有急回特性的條件是：機(jī)構(gòu)有極位夾角。在實(shí)際生產(chǎn)中，常利用滿行程為工作行程，快行程為空回行程，這樣既保證了加工質(zhì)量，又縮短了非生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以按對(duì)急回特性要求的不同程度確定K值，由公式求出θ角，根據(jù)θ角確定各桿的長度。

由上式可得：θ=180°K－1K+1由上式可得：θ=180°K－1K+1二、壓力角和傳動(dòng)角

在生產(chǎn)中，不僅要求連桿機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，還希望運(yùn)轉(zhuǎn)輕便，效率較高。如圖3-35所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如不計(jì)各桿質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦，則連桿BC作用于從動(dòng)搖桿CD上的力F是沿BC方向的。作用在從動(dòng)件上的驅(qū)動(dòng)力F與該力作用點(diǎn)絕對(duì)速度υc之間所夾的銳角α稱為壓力角。作用在C點(diǎn)處的力F可以分解為兩個(gè)分力，即切向力Ft和法向力Fn。其中，F(xiàn)t＝Fcosα,它是使從動(dòng)件CD運(yùn)動(dòng)的有效分力；Fn＝Fsinα，它使鉸鏈中壓力增大，摩擦力增大，不利于從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)，是有害分力。這說明壓力角越小，有效分力Ft就越大,機(jī)構(gòu)的傳力性能越好。也即是說，壓力角可作為判斷機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的標(biāo)志。在連桿設(shè)計(jì)中，為了度量方便，習(xí)慣用壓力角α的余角γ（即連桿和從動(dòng)搖桿之間所夾的銳角）來判斷傳力性能，γ稱為傳動(dòng)角。因γ＝90°－α，所以α越小，γ越大，機(jī)構(gòu)傳力性能越好；反之，α越大，γ越小，機(jī)構(gòu)傳力越費(fèi)勁，傳動(dòng)效率越低。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)角和壓力角是變化的，為了保證機(jī)構(gòu)正常工作，必須規(guī)定最小傳動(dòng)角γmin。對(duì)于一般機(jī)械，通常取γmin

≥40°；對(duì)于顎式破碎機(jī)、沖床等大功率機(jī)械，最小傳動(dòng)角應(yīng)當(dāng)取大一些，可取γmin≥50°；對(duì)于小功率的控制機(jī)構(gòu)和儀表，γmin可略小于40°。三、死點(diǎn)位置

在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)搖桿CD為主動(dòng)件、曲柄AB為從動(dòng)件時(shí)，當(dāng)連桿BC與曲柄AB處于共線位置時(shí)，連桿BC與曲柄AB之間的傳動(dòng)角γ＝0°，壓力角α=90°，這時(shí)無論連桿BC給從動(dòng)件曲柄AB的力多么大曲柄AB不動(dòng)，機(jī)構(gòu)所處的這種位置稱為死點(diǎn)位置。機(jī)構(gòu)存在死點(diǎn)位置是不利的，對(duì)于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮機(jī)構(gòu)順利通過死點(diǎn)的問題。

使機(jī)構(gòu)順利地通過死點(diǎn)位置的常用措施：1.利用從動(dòng)件的慣性順利地通過死點(diǎn)位置。2.采用錯(cuò)位排列地方式順利地通過死點(diǎn)位置。有時(shí)可利用死點(diǎn)位置實(shí)現(xiàn)某種功能。如教材圖3-41所示的工件夾緊機(jī)構(gòu)。當(dāng)工件被夾緊后，四桿機(jī)構(gòu)的鉸鏈中心B、C、D處于同一條直線上，工件經(jīng)桿1通過桿2傳給桿3的力將通過桿3的回轉(zhuǎn)中心D。此力不能使桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，因此當(dāng)F去掉后仍能夾緊工件。工件夾緊機(jī)構(gòu)

平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般有兩種情況：

1、根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定平面連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的尺寸，并應(yīng)滿足其它條件，如最小傳動(dòng)角、幾何條件等；

2、根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡確定平面連桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的尺寸。常用的設(shè)計(jì)方法：圖解法、解析法、實(shí)驗(yàn)法。本章主要介紹圖解法。一、按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)

按行程速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)往往是已知曲柄機(jī)構(gòu)搖桿L3的長度及搖桿擺角ψ和速度變化系數(shù)K。怎樣用作圖法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是確定鉸鏈中心A點(diǎn)的位置，定出其他三桿的尺寸L1、L2和L4-。其設(shè)計(jì)步驟如下：§3.3平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(1)由給定的行程速比系數(shù)K，按式:

求出極位夾角θ。(2)任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長度L3和擺角ψ，作出搖桿兩個(gè)極限位置C1D和C2D。(3)連接C1和C2，并作CM垂直于C1C2.(4)作∠C1C2O=90°－θ，∠C2C1O=90°－θ，C2O與C1O相交于O點(diǎn)，由圖可見，∠C1OC2=2θ。(三角形內(nèi)角和為180°)(5)作△C10C2的外接圓，此圓上任取一點(diǎn)A作為曲柄的固定鉸鏈中心。連AC1和AC2，因同一圓弧的圓周角相等，故∠C1AC2＝∠C1OC2/2＝θ。θ=180°K－1K+1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)(6)因極限位置處曲柄與連桿共線,由圖可見,AC1=BC-AB,AC2=BC+AB,由此可求得:AB=(AC2-AC1)/2,BC=(AC1+AC2)/2.再以A為圓心和以L1為半徑作圓，交C1A的延線于B1，交C2A于B2，即得B1C1＝B2C2＝L2及AD＝L4。

由于A點(diǎn)是△C1OC2外接圓上任選的點(diǎn)，所以若僅按行程速比系數(shù)K設(shè)計(jì)，可得無窮多的解。A點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角的大小也不同。如欲獲得良好的傳動(dòng)質(zhì)量，可按照最小傳動(dòng)角最優(yōu)或其他輔助條件來確定A點(diǎn)的位置。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)二、按給定連桿位置和長度設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一加熱爐門啟閉機(jī)構(gòu)，圖3-43為熱處理加熱爐爐門，已知爐門的兩個(gè)位置。要求能把爐門從開啟位置B2C2（水平位置）轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉位置B1C1（垂直位置）。

設(shè)計(jì)分析：圖中，爐門相當(dāng)于要設(shè)計(jì)的四桿機(jī)構(gòu)中的連桿。故設(shè)計(jì)的主要問題是根據(jù)給定的兩個(gè)連桿長度及位置，確定兩連架桿AB和CD的回轉(zhuǎn)中心A及D的位置。由圖（a）可知，連桿BC上兩點(diǎn)B及C的運(yùn)動(dòng)軌跡是以A、D兩點(diǎn)為中心，以AB、CD為半徑的圓弧，故A、D兩點(diǎn)必分別位于B1B2、C1C2的中垂線上。設(shè)計(jì)步驟：（1）由設(shè)計(jì)要求，畫出連桿（爐門）BC的兩個(gè)已