【文章內(nèi)容簡介】 之內(nèi)，此時由于驅(qū)動力矩總小于它產(chǎn)生的摩擦阻力矩，故無論Q如何增大，也不能使軸轉(zhuǎn)動，即出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象。總結(jié)： 機械是否發(fā)生自鎖，與驅(qū)動力作用線的位置和方向有關(guān)。在移動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦角之外，則不會發(fā)生自鎖；在轉(zhuǎn)動副中，若驅(qū)動力作用在摩擦圓之外，則不會發(fā)生自鎖；故一個機械是否會發(fā)生自鎖，可以通過分析組成機械的各個環(huán)節(jié)的自鎖情況來判斷。 若一個機械的某個環(huán)節(jié)發(fā)生自鎖,則該機械必發(fā)生自鎖。自鎖時,驅(qū)動力不超過它產(chǎn)生的摩擦阻力，即此時驅(qū)動力所做的功總小于或等于由它所產(chǎn)生的摩擦阻力所作的功。此時機械的效率小于或等于零，即 。故可借機械效率的計算式來判斷機械是否自鎖和分析自鎖產(chǎn)生的條件。 系統(tǒng)任意環(huán)節(jié)自鎖則系統(tǒng)自鎖，故在分析機械系統(tǒng)的自鎖特性時應(yīng)注意。機械通常有正反兩個行程，它們的機械效率一般并不相等，反行程的效率小于零的機械稱為自鎖機械。自鎖機械常用于卡具、螺栓連接、起重裝置和壓榨機械上。但自鎖機械的正行程效率都較低,因而在傳遞動力時,只適用功率小的場合。第五章 連桿機構(gòu)基本要求: ，掌握其演化方法。 。 。 ，熟練掌握根據(jù)具體設(shè)計條件及實際需要，選擇合適的機構(gòu)型式和合理的設(shè)計方法，解決具體設(shè)計問題。 教學(xué)內(nèi)容: 1．平面四桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用；2．平面四桿機構(gòu)的基本知識；3．平面四桿機構(gòu)設(shè)計的圖解法；4．平面四桿機構(gòu)設(shè)計的解析法。 平面四桿機構(gòu)的基本型式 連桿機構(gòu)是由若干個剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成。 平面連桿機構(gòu) 若各運動構(gòu)件均在相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為平面連桿機構(gòu)。 空間連桿機構(gòu) 若各運動構(gòu)件不都在相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為空間連桿機構(gòu)。 平面連桿機構(gòu)較空間連桿機構(gòu)應(yīng)用更為廣泛，故著重介紹平面連桿機構(gòu)。 在平面連桿機構(gòu)中，結(jié)構(gòu)最簡單的且應(yīng)用最廣泛的是由4個構(gòu)件所組成的平面四桿機構(gòu)，其它多桿機構(gòu)可看成在此基礎(chǔ)上依次增加桿組而組成。 所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)。它是平面四桿機構(gòu)的基本型式。在鉸鏈四桿機構(gòu)中，按連架桿能否作整周轉(zhuǎn)動，可將四桿機構(gòu)分為3種基本型式。 (1)曲柄搖桿機構(gòu) 定義:在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿中有一個為曲柄，另一個為搖桿，則稱為曲柄搖桿機構(gòu)。 (2)雙曲柄機構(gòu)定義:在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為曲柄，稱為雙曲柄機構(gòu)。傳動特點:當(dāng)主動曲柄連續(xù)等速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄一般不等速轉(zhuǎn)動。雙曲柄機構(gòu)中有兩種特殊機構(gòu)：平行四邊形機構(gòu)和反平行四邊形機構(gòu)定義:在雙曲柄機構(gòu)中，若兩對邊構(gòu)件長度相等且平行，則稱為平行四邊形機構(gòu)。傳動特點:主動曲柄和從動曲柄均以相同角速度轉(zhuǎn)動。定義: 兩曲柄長度相同，而連桿與機架不平行的鉸鏈四桿機構(gòu)，稱為反平行四邊形機構(gòu)(3)雙搖桿機構(gòu) 定義:在鉸鏈四桿機構(gòu)中，若兩連架桿均為搖桿，則稱為雙搖桿機構(gòu)。2. 平面四桿機構(gòu)的演化 由于各種工程實際的需要，所用四桿機構(gòu)的型式是多種多樣的。這些四桿機構(gòu)可看作是由鉸鏈四桿機構(gòu)通過不同方法演化而來的，并與之有著相同的相對運動特性。掌握這些演化方法，有利于對連桿機構(gòu)進行創(chuàng)新設(shè)計。當(dāng)取不同的構(gòu)件為機架時，會得到不同的四桿機構(gòu)。下面我們看一下表： 四桿機構(gòu)的幾種型式 I鉸鏈四桿機構(gòu)II含一個移動副的四桿機構(gòu)III含有兩個移動副的四桿機構(gòu)機架曲柄搖桿機構(gòu)曲柄滑塊機構(gòu)正切機構(gòu)4雙曲柄機構(gòu)轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)雙轉(zhuǎn)塊機構(gòu)1曲柄搖桿機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)曲柄搖塊機構(gòu) 正弦機構(gòu) 2雙搖桿機構(gòu)移動導(dǎo)桿機構(gòu)雙滑塊機構(gòu) 3鉸鏈四桿機構(gòu)可以通過四種方式演化出其他形式的四桿機構(gòu)。即⑴取不同構(gòu)件為機架；⑵轉(zhuǎn)動副變移動副；⑶桿狀構(gòu)件與塊狀構(gòu)件互換；⑷銷釘擴大。在曲柄搖桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)中，當(dāng)載荷很大而搖桿（或滑塊）的擺角（或行程）不大時，可將曲柄與連桿構(gòu)成的轉(zhuǎn)動副中的銷釘加以擴大，演化成偏心盤結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在工程上應(yīng)用很廣。 平面四桿機構(gòu)的基本知識周轉(zhuǎn)副:兩構(gòu)件能做360176。相對轉(zhuǎn)動的運動副。否則稱擺轉(zhuǎn)副。曲柄：與機架相鉸接能整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。下面以圖示的四桿機構(gòu)為例，說明平面四桿機構(gòu)有曲柄存在的條件。在圖中，設(shè)d a，在桿1繞轉(zhuǎn)動副A轉(zhuǎn)動過程中，鉸鏈點B與D之間的距離g 是不斷變化的，當(dāng)B點到達圖示點B1和B2兩位置時，g 值分別達到最大值 gmax=d +a 和最小值 gmin=d a。 如要求桿1能繞轉(zhuǎn)動副A相對桿4作整周轉(zhuǎn)動，則桿1應(yīng)通過AB1和AB2這兩個關(guān)鍵位置，即可以構(gòu)成三角形B1C1D和三角形B2C2D。根據(jù)三角形構(gòu)成原理經(jīng)過公式推導(dǎo)可得出如下重要結(jié)論：在鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果某個轉(zhuǎn)動副能成為周轉(zhuǎn)副，則它所連接的兩個構(gòu)件中，必有一個為最短桿，并且四個構(gòu)件的長度關(guān)系滿足桿長之和條件我們考慮一下當(dāng)選取不同的構(gòu)件作機架時，會得到什么樣的機構(gòu)？（1）若取最短桿為機架得雙曲柄機構(gòu)；（2）若取最短桿的任一相鄰的構(gòu)件為機架得曲柄搖桿機構(gòu)；（3）若取最短桿對面的構(gòu)件為機架得雙搖桿機構(gòu)。（4）如果四桿機構(gòu)不滿足桿長之和條件，則不論選取哪個構(gòu)件為機架，所得機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。得出鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄存在的條件為：（1）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其它兩桿長度之和。（2）邊架桿和機架中必有一桿是最短桿。2．壓力角和傳動角 在圖示的鉸鏈四桿機構(gòu)中，如果不計慣性力、重力、摩擦力，則連桿2是二力共線的構(gòu)件，由主動件1經(jīng)過連桿2作用在從動件3上的驅(qū)動力 F的方向?qū)⒀刂B桿2的中心線BC。力 F 可分解為兩個分力：沿著受力點C的速度υc方向的分力Ft和垂直于υc方向的分力Fn。設(shè)力F與著力點的速度υc方向之間所夾的銳角為a，則 其中，沿υc方向的分力Ft 是使從動件轉(zhuǎn)動的有效分力，對從動件產(chǎn)生有效回轉(zhuǎn)力矩；而Fn 則是僅僅在轉(zhuǎn)動副 D 中產(chǎn)生附加徑向壓力的分力。由上式可知：a 越大，徑向壓力Fn 也越大，故稱角a 為壓力角。壓力角的余角稱為傳動角，用γ表示，γ=90a 。顯然，γ 角越大，則有效分力Ft 越大，而徑向壓力Fn 越小，對機構(gòu)的傳動越有利。因此，在連桿機構(gòu)中，常用傳動角的大小及其變化情況來衡量一機構(gòu)傳力性能的優(yōu)劣。在機構(gòu)的運動過程中，傳動角的大小是變化的。當(dāng)曲柄AB轉(zhuǎn)到與機架AD重疊共線和展開共線兩位置ABAB2時，傳動角將出現(xiàn)極值γ′和γ″（傳動角總?cè)′J角）。這兩個值的大小為比較這兩個位置時的傳動角，即可求得最小傳動角γmin。為了保證機構(gòu)具有良好的傳力性能，設(shè)計時通常應(yīng)使γmin≥40176。；對于高速和大功率的傳動機械，應(yīng)使γmin≥50176。3．急回運動和行程速比系數(shù)在圖示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)主動曲柄1位于B1A而與連桿2成一直線時，從動搖桿3位于右極限位置C1D。當(dāng)曲柄1以等角速度ω1逆時針轉(zhuǎn)過角φ1而與連桿2重疊時，曲柄到達位置B2A，而搖桿3則到達其左極限位置C2D。當(dāng)曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)過角φ2而回到位置B1A時，搖桿3則由左極限位置C2D 擺回到右極限位置C1D。從動件的往復(fù)擺角均為 y 。由圖可以看出，曲柄相應(yīng)的兩個轉(zhuǎn)角φ1和φ2為：式中，θ為搖桿位于兩極限位置時曲柄兩位置所夾的銳角，稱為極位夾角。介紹急回運動產(chǎn)生的原因，為了表明急回運動的急回程度，通常用行程速度變化系數(shù)（或稱行程速比系數(shù)）K來衡量，即機構(gòu)具有急回特性必有K 1，則極位夾角q 0。 q =180176。（K1）/（K +1） 有時某一機構(gòu)本身無急回特性，但當(dāng)它與另一機構(gòu)組合后，此組合后的機構(gòu)并不一定也無急回特性。機構(gòu)有無急回特性，應(yīng)從急回特性的定義入手進行分析。4．死點位置下面我們來看一下死點位置的形成：在圖示的曲柄搖桿機構(gòu)中，設(shè)搖桿 CD 為主動件，則當(dāng)機構(gòu)處于圖示的兩個虛線位置之一時，連桿與曲柄在一條直線上，出現(xiàn)了傳動角γ = 0的情況。這時主動件CD 通過連桿作用于從動件AB 上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心，所以將不能使構(gòu)件AB 轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)頂死現(xiàn)象。機構(gòu)的此種位置稱為死點位置。提出問題：四桿機構(gòu)中是否存在死點位置，決定于什么？ 答：從動件是否與連桿共線。 對于傳動機構(gòu)來說，機構(gòu)有死點是不利的，應(yīng)該采取措施使機構(gòu)能順利通過死點位置。 措施： a. 對于連續(xù)運轉(zhuǎn)的機器，可以利用從動件的慣性來通過死點位置；b. 采用機構(gòu)錯位排列的方法，即將兩組以上的機構(gòu)組合起來，而使各組機構(gòu)的死點位置相互錯開；機構(gòu)的死點位置的積極作用：在工程實際中，不少場合也利用機構(gòu)的死點位置來實現(xiàn)一定的工作要求。夾緊工件用的連桿式快速夾具是利用死點位置來夾緊工件的。在連桿2的手柄處施以壓力F 將工件夾緊后，連桿BC 與連架桿CD 成一直線。撤去外力F 之后，在工件反彈力T 作用下，從動件3處于死點位置。即使此反彈力很大，也不會使工件松脫。當(dāng)飛機起落架處于放下機輪的位置時，此時連桿BC 與從動件CD 位于一直線上。因機構(gòu)處于死點位置，故機輪著地時產(chǎn)生的巨大沖擊力不會使從動件反轉(zhuǎn)，從而保持著支撐狀態(tài)。連桿式快速夾具 飛機起落架5．3平面四桿機構(gòu)設(shè)計的圖解法1．平面四桿機構(gòu)設(shè)計的兩類基本問題平面連桿機構(gòu)在工程實際中應(yīng)用十分廣泛。根據(jù)工作對機構(gòu)所要實現(xiàn)運動的要求，這些范圍廣泛的應(yīng)用問題，通常可歸納為三大類設(shè)計問題。 （1）實現(xiàn)剛體給定位置的設(shè)計 在這類設(shè)計問題中，要求所設(shè)計的機構(gòu)能引導(dǎo)一個剛體順序通過一系列給定的位置。該剛體一般是機構(gòu)的連桿。（2）實現(xiàn)預(yù)定運動規(guī)律的設(shè)計 在這類設(shè)計問題中，要求所設(shè)計機構(gòu)的主、從動連架桿之間的運動關(guān)系能滿足某種給定的函數(shù)關(guān)系。如車門開閉機構(gòu)，工作要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足大小相等而轉(zhuǎn)向相反的運動關(guān)系，以實現(xiàn)車門的開啟和關(guān)閉；又如汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)，工作要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角滿足某種函數(shù)關(guān)系，以保證汽車順利轉(zhuǎn)彎；再比如，在工程實際的許多應(yīng)用中，要求在主動連架桿勻速運動的情況下，從動連架桿的運動具有急回特性，以提高勞動生產(chǎn)率。平面連桿機構(gòu)的設(shè)計方法大致可分為圖解法、解析法和實驗法三類。2． 按給定連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)如圖示，設(shè)工作要求某剛體在運動過程中能依次占據(jù)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三個給定位置，試設(shè)計一鉸鏈四桿機構(gòu)，引導(dǎo)該剛體實現(xiàn)這一運動要求。設(shè)計問題為實現(xiàn)連桿給定位置的設(shè)計。首先根據(jù)剛體的具體結(jié)構(gòu)，在其上選擇活動鉸鏈點B，C 的位置。一旦確定了B，C 的位置，對應(yīng)于剛體3個位置時活動鉸鏈的位置B1C1，B2C2，B3C3也就確定了。設(shè)計的主要任務(wù)：確定固定鉸鏈點A、D的位置。設(shè)計步驟： 因為連桿上活動鉸鏈B，C 分別繞固定鉸鏈A，D 轉(zhuǎn)動，所以連桿在3個給定位置上的B1，B2和B3點，應(yīng)位于以A為圓心，連架桿AB為半徑的圓周上；同理，C1，C2和C3三點應(yīng)位于以D 為圓心，以連架桿DC為半徑的圓周上。因此，連接BB2和BB3，再分別作這兩條線段的中垂線a12和a23，其交點即為固定鉸鏈中心A。同理，可得另一固定鉸鏈中心D。則AB1C1D即為所求四桿機構(gòu)在第一個位置時的機構(gòu)運動簡圖。 在選定了連桿上活動鉸鏈點位置的情況下，由于三點唯一地確定一個圓，故給定連桿3個位置時，其解是確定的。改變活動鉸鏈點B，C 的位置，其解也隨之改變，從這個意義上講，實現(xiàn)連桿3個位置的設(shè)計，解有無窮多個。如果給定連桿兩個位置，則固定鉸鏈點A，D 的位置可在各自的中垂線上任取，故其解有無窮多個。設(shè)計時，可添加其他附加條件（如機構(gòu)尺寸、傳動角大小、有無曲柄等），從中選擇合適的機構(gòu)。如果給定連桿4個位置，因任一點的4個位置并不總在同一個圓周上，因而活動鉸鏈B，C 的位置就不能任意選定。但總可以在連桿上找到一些點，它的4個位置是在同一圓周上，故滿足連桿4個位置的設(shè)計也是可以解決的，不過求解時要用到所謂圓點曲線和中心點曲線理論。關(guān)于這方面的問題，需要時可參閱有關(guān)文獻，這里不再作進一步介紹。 綜上所述，剛體導(dǎo)引機構(gòu)的設(shè)計，就其本身的設(shè)計方法而言，一般并不困難，關(guān)鍵在于如何判定一個工程實際中的具體設(shè)計問題屬于剛體導(dǎo)引機構(gòu)的設(shè)計。3．按給定連架桿對應(yīng)位置設(shè)計四桿機構(gòu)設(shè)計一個四桿機構(gòu)作為函數(shù)生成機構(gòu)，這類設(shè)計命題即通常所說的按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)角位置設(shè)計四桿機構(gòu)。如圖示，設(shè)已知四桿機構(gòu)中兩固定鉸鏈A和D的位置，連架桿AB的長度，要求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能實現(xiàn)三組對應(yīng)關(guān)系。設(shè)計此四桿機構(gòu)的關(guān)鍵：求出連桿BC上活動鉸鏈點C 的位置，一旦確定了C 點的位置，連桿BC 和另一連架桿DC的長度也就確定了。設(shè)已有四桿機構(gòu)ABCD，當(dāng)主動連架桿AB 運動時，連桿上鉸鏈B相對于另一連架桿CD 的運動，是繞鉸鏈點C的轉(zhuǎn)動。因此，以C 為圓心，以BC長為半徑的圓弧即為連桿上已知鉸鏈點B 相對于鉸鏈點C 的運動軌跡。如果能找到鉸鏈B 的這種軌跡，則鉸鏈C 的位置就不難確定了。主要采用機構(gòu)反轉(zhuǎn)法在函數(shù)生成機構(gòu)的設(shè)計中，當(dāng)要求實現(xiàn)幾組對應(yīng)位置，即設(shè)計一個四桿機構(gòu)使其兩連架桿實現(xiàn)預(yù)定的對應(yīng)角位置時，可以用所謂的剛化反轉(zhuǎn)法求此四桿機構(gòu)。這個問題是本章的難點之一。剛化反轉(zhuǎn)法也適用于曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計，但要注意曲柄滑塊機構(gòu)與曲柄搖桿機構(gòu)的關(guān)系，根據(jù)不同的設(shè)計命題，分清楚什么情況反轉(zhuǎn)，什么情況反移。從以上分析可知，在設(shè)計某個連桿機構(gòu)時，首先應(yīng)分清已知什么，要設(shè)計什么，然后再選定設(shè)計參考位置，用剛化反轉(zhuǎn)或反移法進行設(shè)計。這種運動倒置的方法是一種帶有普遍性的方法，如在凸輪機構(gòu)設(shè)計中用的反轉(zhuǎn)法，在輪系的傳動比計算中的轉(zhuǎn)化機構(gòu)法等，均是運動倒置的原理。3． 按給定行程速比系數(shù)K設(shè)計四桿機構(gòu)已知曲柄搖桿機構(gòu)中搖桿長CD和其擺角 Ψ以及行程速比系數(shù) K，要求設(shè)計該四桿機構(gòu)。設(shè)計步驟: 首先，根據(jù)行程速比系數(shù)K，計算極位夾角θ，即 其次，任選一點D作為固定鉸鏈，如圖所示，并以此點為頂點作等腰三角形DC2C1，使兩腰之長等于搖桿長CD，∠C1DC2=Ψ。然后過C1點作C1N C1C2 ，再過C2 點作∠C1C2M = 90176。θ，得到直線C1N和C2M的交點為P 。最后以線段為直徑作圓，則此圓周上任一點與C1，C2連線所夾之角度均為θ。而曲柄轉(zhuǎn)動中心 A可在圓弧 或上任取。由圖可知，曲柄與連桿重疊共線和拉直共線的兩個位置為 和 ，則 由以上兩式可解得曲柄長度 線段可由以 A 為圓心、 為半徑作圓弧與的交點E來求得，而連桿長為 由于曲柄軸心A位置有無窮多，故滿足設(shè)計要求的曲柄搖桿機構(gòu)有無窮多個。如未給出其他附加條件，設(shè)計時通常以機構(gòu)在工作行程中具有較大的傳動角為出發(fā)點，來確