铰链四杆机构的常用机构

1、第二章常用机构学习目标1 .了解和掌握钱链四杆机构的组成、基本类型及其特点和应用2 .了解和掌握凸轮机构的组成、特点、分类、应用及其从动件常用运动规律3 .了解棘轮机构和槽轮机构的组成、分类、特点和应用无论是在生活中，还是在生产中，各种各样的机构都在为人们的生活和工作服务。例如，门窗、天平秤、铲土机、火车等、运动副使两构件直接接触而又能产生一定相对运动的连接，称为运动副。在工程上，人们把运动副按其运动范围分为空间运动副和平面运动副两大类。在一般机器中，经常遇到的是平面运动副。平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形式不同，可分为低副和局副。1 .低副低副是指两构件之间作面接触的运动副（图21）

2、,包括转动副、移动副和螺旋副。高副是指两构件之间作点或线接触的运动副平面连杆机构起重机吊运货物是利用平面连杆机铲土机为泥土流出用了平面连杆2363所示；在日常生平面连杆机构的各构件是用销轴、滑道（低副）弋连接起来的，各构件间的行移动，防止22相对运动均在同一平面或互相平行的平面内。最简单的平面连杆机构是由4个杆件组成的，简称平面四杆机构，其结构简单易于制造，工作可靠，因此应用非常广泛。图23所示钱链四杆机构机械设备中校链的一般形式如图24）也是钱链联接的具体应用21钱链（即转动副）的形式很多,门和家具上用的合叶（图图24图25钱链四杆机构在生活、生产和工作中广泛用于动力的传递或者改变运动的形式

3、，例如公共汽车车门的开闭（图25）、汽车前窗刮雨器（图26）的运动等都是利用钱链四杆机构来完成工作任务的。公共汽车车门上安装了钱链四杆机构，通过杆件的联动，使两侧车门实现同时开启、同时关闭的运动。当有雨水或雾气聚集在汽车前挡玻璃上挡住驾驶员的视线时，开启汽车前窗刮雨器,雨刮在电动机的带动下就会左右摆动刮去雨水或雾气。雨刮为什么能将电动机的旋转运动转变为来回的摆动？这也是钱链四杆机构的作用。图26一、钱链四杆机构的组成如图27所示，由4个构件通过钱链（转动副）连接而成的平面机构，称为钱链四杆机构。右图为钱链四杆机构的简图。在该机构中，固定不动的4称为机架；与机架用转动副相连接的杆1和杆3称为连架

4、杆；不与机架相连接的杆2称为连杆。曲柄一一如果连架杆能绕其回转中心做整周转动，则称为曲柄。摇杆一一如果连架杆只能在一定角度内作摆动，则称为摇杆。图274机架1,3一连架杆2一连杆钱链四杆机构的基本类型对于钱链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，按照曲柄的存在情况，分为三种基本形式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。1、曲柄摇杆机构及其应用两连架杆中一个为曲柄、另一个为摇杆的钱链四杆机构，称为曲柄摇杆机构，如图28所示G图28曲柄摇杆机构曲柄AB为主动件，逆时针等速转动。当曲柄AB的B端从B点回转到B点时，从动件摇杆CD的C端从C点逆时针摆动到Ci点，而当B端从B点回转到R点时，C端从。点顺

5、时针摆动到G点。当B端继续从B点回转到B点时，C端将从G点逆时针摆回到Ci点。C,C2两个位置是摇杆摇摆的两个极限位置。曲柄摇杆机构的主要作用是将主动件AB的整周回转运动转换成摇杆CD的往复摆动，曲柄AB是主动件并做匀速回转，摇杆CD是从动件做变速往复摆动。曲柄摇杆机构的应用如图29所示曲柄摇杆机构的应用举例曲柄AB为主动件且均匀转动，通过连杆BC带动摇杆CD作往复摆动，摇杆延伸端实现剪板机上刃口由达天统的仰坨模动用物的开合剪切动作曲柄1转动，通过连杆2使固定在摇杆3上的天线作一定角度的摆动，以调整天线的俯仰角主动曲柄AB回转，从动摇杆CD作往复摆动，利用摇杆的延长部分实现刮水动作踏板（相当于

6、摇杆）为主动件，当用脚踩踏板时。通过连杆BC使带轮（相当于曲柄）作整周转动汽车窗雨刷图292、双曲柄机构及其应用两连架杆均为曲柄的钱链四杆机构，称为双曲柄机构，如图210所示图210不等长双曲柄机构曲柄AB为主动件，当主动曲柄AB匀速顺时针回转180到AB位置时，从动曲柄CD顺时针回转到GD,转过角度中|,主动曲柄AB继续再匀速回转1800,从动曲柄CD转过角度为%,显然科刈。双曲柄机构的运动特点是主动曲柄匀速回转一周，从动曲柄随之变速回转一周。图210所示的双曲柄机构中两曲柄长度不相等，称为不等长双曲柄机构，其应用如图211所示的惯性筛主动曲柄AB作匀速转动，从动曲柄CD作变速转动，通过构件

7、CE使筛子产生变速直线运动，筛子内的物料因惯性而来回抖动图示简图惯性睁（不等扭取曲柄机构）图211惯性筛图212双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等且转向相同，则称为平行双曲柄机构，如图212平行双曲柄机构平行双曲柄机构的应用如图213所示的天平图示简图利用平行双曲柄机构中两曲柄的转向和角速度均相同的特性，保证两天平盘始终处于水平状态。图213天平平行双曲柄机构在运动过程中，主动曲柄AB（图212）转动一周，从动曲柄CD将会出现两次与连杆BC共线位置，这样会造成从动曲柄CD运动的不确定现象，（即CD可能顺时针转，也可能逆时针转而变成反向双曲柄机构）。为避免这一现象的发生，可用增设辅助机构方法

8、来解决。图214所示为机车主动轮联动装置。，它是增设了一个曲柄EF的辅助构件，以防止平行双曲柄机构ABCDe为反向双曲柄机构。Z.机嗨吟图214机车主动轮联动装置在双曲柄机构中，若相对的两杆长度分别相等，但曲柄转向不同，称为反向双曲柄机216所示的车门开闭机构图示简图3、双摇杆机构及其应用两连架杆均为摇杆的钱链四杆机构称为双摇杆机构，如图217所示简图图示汽车前轮转向机构中,两摇杆的长度相等，当汽反向双曲柄机构的应用如图两曲柄的转向相反，角速度也不相同。牵动主动曲柄AB的延伸端E,能使两扇车门同时开启或关闭图216当摇杆AB摆动时,摇杆CD随之摆动，可使吊在连杆BC上点E处的重物G作近似水平移

9、动这样可避免重物在平移时产生不必要的升降，减少能量消耗车直线行驶时，机构保持为等腰梯形；当汽车转弯时，两摇杆摆过不同的角度，使两前轮同时转动。飞机着陆前，着陆轮须从机翼(机架)中推放至图中位置，AB与BC共线。飞机起飞后，为了减小飞行中的空气阻力，又须将着陆轮收回机翼中。上述动作由主动摇杆AB通过连杆BC驱动从动摇杆CD带动着陆轮实现图218三、钱链四杆机构的基本性质我们已经研究了钱链四杆机构的组成，了解了机架、连杆、曲柄和摇杆的定义和相互之间的关系。如果改变它们之间的某一尺寸或者位置关系，那么它们的结构性质就会发生变化，就会转化成另外一种性质的钱链四杆机构。下面我们就来研究校链四杆机构的基本

10、性质。1、曲柄存在的条件从上述钱链四杆机构的三种基本形式中可知，它们的根本区别就在于连架杆是否为曲柄，曲柄的存在条件为：1)最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。2)最短杆为机架或连架杆。根据曲柄存在的条件，可得出钱链四杆机构基本类型的判别方法。1)当最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和时：(1)若最短杆为连架杆，则机构为曲柄摇杆机构。(2)若最短杆为机架，则机构为双曲柄机构。(3)若最短杆为连杆，则机构为双摇杆机构。2)当最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和时，则不论取何杆为机架，机构均为双摇杆机构.2 .急回特性慢速工作行程：DC到DC的过程空回行程：DC到D

11、C的过程工作行程和空回行程摇杆的摆角相同,曲柄AB的转角翻80+0。-。图219曲柄摇杆机构图219所示为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，当曲柄旋转一周时，在AB和AR两位置上与连杆BC共线，同时摇杆CD分别位于两极限位置CiD和C2D,其夹角小为摇杆的摆角。曲柄与连杆两次共线位置之间所夹的锐角。称为极位夹角。设从动件摇杆CD工作行程所需时间为fI,C点的平均速度为曲柄AB从Bi转至R的转角为戈，则Vi=CC2/V又设从动杆摇杆CD空回行程所需时间为C点的平均速度为4,曲柄AB从B转回至B的转角为华二,则v2=C2C1/.因为曲柄AB是以等角速度旋转，所以t=4/co,故%也,从而以；.上述分

12、析表明，摇杆在返回过程中运动较快，即机构具有急回特性。知识拓展：急回特性当曲柄作等速转动时，摇杆空回行程的平均速度大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。急回特性用急回特性系数K表示：人从动件空的程平雌皮_吟_k1犷+8K=从勘件工作行程平均速度靴41驮。-90=180K-1K-2石干叱于方极式位.时连杆马队劫件由璃杆处于左限左及置时,建杆与从动件曲我）的，先汽,直瓦R.当0=0。，K=1时，机构无急回特性。当00。，机构有急回特性，且。越大，急回特性越显著。3 .死点位置在图220所示的曲柄摇杆机构中，设摇杆CD为主动件，曲柄AB为从动件，当机构处于图示的两个虚线位置之一时，连杆

13、与曲柄在一条直线上。这时主动件CD通过连杆作用于从动件AB上的力恰好通过其回转中心，此力对A点不产生力矩。所以不能使构件AB转动而出现“顶死”或者运动不确定状态（即工作件在该位置可能反向转动），这个位置称为死点位置。图220图221为了使机构能够顺利地通过死点，继续正常运转，可以采用机构错位排列的办法，即将两组以上的机构组合起来，而使各组机构的死点相互错开（如图221所示的蒸汽机车车轮联动机构，就是由两组曲柄滑块机构EFG与E1F1G1组成的，而两者的曲柄位置相互错开90。）；也常采用加大惯性的办法，借惯性作用使机构闯过死点。“死点”位置是有害的，但在某些场合却利用“死点”来实现工作要求。图2

14、22所示的飞机起落架机构，在机轮放下时，杆BC与杆CD成一直线，机构出于死点，此时虽然机轮上可能受到很大的力，起落架不会反转（折回），使降落更加可靠。图222飞机起落架机构图223所示的钻床工件夹紧机构，也是利用机构的死点进行工作的，当工件夹紧后，BCD成一直线，机构处于死点位置，将工件紧紧压住，保证在钻削加工时，工件不会松脱。图2232-2凸轮机构凸轮机构广泛应用于各种自动机械、仪器和操纵控制装置中。凸轮机构之所以得到如此广泛的应用，主要是由于凸轮机构可以实现各种复杂的运动要求，而且结构简单、紧凑。一、凸轮机构的组成、特点图224所示，凸轮机构是由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成的高副机构

15、。凸轮是一个具有曲线轮廓的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复移动。与凸轮轮廓接触的构件一般作往复直线运动或摆动，称为从动杆。凸轮机构的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，只要根据从动件的运动规律就可以设计出凸轮的轮廓曲线。-机架图224二、凸轮机构的类型由于凸轮的形状和从动杆的结构形式、运动方式不同，所以凸轮机构有不同的类型。1 .按照凸轮的形状分类按照凸轮的几何形状分为三种：盘形凸轮、圆柱凸轮、移动凸轮和圆锥凸轮。如图225所示凸轮形状图例运动特点凸轮的最基本形式，是一个绕固定轴转动且径向尺寸变化的盘形构件，其轮廓盘形凸轮,曲线位于外缘处，当

16、凸轮转动时，可使从（圆盘凸轮）动杆在垂直平面内运动。结构简单，应用/最为广泛，但从动杆的行程不能太大，多用于行程较短的场合盘形凸轮回转中心趋向无穷远时就变移动凸轮、HP移动凸轮，可以相对机架作往复直线移动St（板状凸轮）凸轮移动时，可推动从动杆得到预定要求的运动。圆柱凸轮圆锥凸轮图225在圆柱端面上做出曲线轮廓或者在圆柱面上开有曲线凹槽，从动杆一端顶在端面上或夹在凹槽中，当凸轮转动时从动杆沿端面或沟槽作直线往复运动或摆动。这种凸轮与从动杆的运动不在同一平面内，因此是一种空间凸轮，可以使从动杆得到较大的行程。主要适用于行程较大的机械。在圆锥表面上制成合乎要求的封闭曲线槽使从动杆沿一倾斜导轨移动。

17、2.按照从动杆的运动方式分类按照从动杆的运动方式由分为移动和摆动两种，如图226所示移动（直动）从动杆凸轮机构摆动从动杆凸轮机构3.按照从动杆的端部结构形式分按照从动杆的端部结构分为尖顶式从动杆、滚子式从动杆和平底式从动杆。图227所示主要特点从动杆做成尖顶能与任意复杂的凸轮轮廓保持接触。从而保证从动件实现复杂的运动规律，结构简单动作灵敏，但无论是从动杆还是凸轮轮廓都容易磨损，适用于低速、传力小和动作灵敏等场合。从动杆顶端装有滚子，与凸轮的接触为线接触，且滚子与凸轮之间为滚动摩擦，所以凸轮接触摩擦阻力小，解决了凸轮机构摩擦过快的问题，可用传递较大的动力。从动杆顶端做成较大的平底与凸轮接触，凸轮

18、对推杆的作用力始终垂直于推杆的底边，故受力比较平稳，而且凸轮与底面接触面较大，容易形成油膜，减少摩擦，但灵敏性较差三、凸轮机构的应用凸轮机构在生活中应用广泛，如图228所示内燃机配气机构自动车床横刀架进给机构凸轮转动时，依靠凸轮的轮廓，使从动件（气门）向下移动打开气门，借助弹簧的作用力关闭，实现按预定时间打开或关闭气门，完成内燃机的配气动作。当凸轮转动时，依靠凸轮的轮廓可使从动杆作往复完成进刀和退刀动作。摆动，从动杆上装有扇形齿轮，通过它可带动横刀架完成进刀和退刀动作。移动凸轮，可使从动杆沿凸轮轮廓运动，带动刀架进退，完成与凸轮轮廓曲线相同的工件外形的加工。图228四、凸轮机构的有关参数1 .

19、基圆半径在图229所示的机构中，从动件（杆）在最低位置时，尖顶在a点（图229a）,以凸轮的最小半径rb=Oa所作的圆称为基圆，rb称为基圆半径。2 .行程和转角当凸轮按逆时针方向转过一个角度8时（图229b）,从动件将上升一段距离，即产生一段位移so当凸轮转过6。时，从动件到达最高位置（图229c）,此时从动件的最大升距称为行程，用h表示，凸轮转动的角度8,称为转角（也称为运动角）。图2292-3间歇运动机构间歇机构是能够将主动件的连续运动转换成从动件的周期性运动或停歇的机构。间歇机构的类型很多，只介绍常用的棘轮机构和槽轮机构。一.棘轮机构1.棘轮机构的组成如图230所示，该机构由棘轮、棘爪和机架组成。当摇杆向左摆动时，装在摇杆上的棘爪嵌入棘轮的齿槽内，推动棘轮朝逆时针方向转过一角度；当摇杆向右摆动时，棘爪便在棘轮的齿背上滑回原位，棘轮静止不动。为了使棘轮的静止可靠和防止棘轮的反转，在机架上安装止回棘爪。这样，当曲柄作连续回转时，棘轮只能作单向的间歇运动。2.棘轮机构的类型图230如图231所示类型简图工作原理特点单向式棘轮机构如图230原理和230所示原理相同双向式棘轮机构把棘轮的齿制成矩形，棘爪制成可翻转的。当棘爪处在图示位置B时，棘轮获得逆时针单向间歇运动；而当把棘爪绕其销轴A翻转到虚线所示位置1时，