机械基础机械机构Word文档格式.docx

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雷达天线、汽车雨刮器、升降机构等实际应用的机构分析引入四杆机构的概念，介绍铰链四杆机构的组成。

通过具体实际应用的机构分析，介绍铰链四杆机构的基本形式和工作特点。

各种机械的形式，构造及用途虽然各不相同，但它们都是由一些机构所组成。

机构按其运动空间分为平面机构和空间机构如示意图：

（图2—1—1）为平面机构

搅拌机

（图2—1—1）

（图2—1—2）为空间机构：

v

图2—1—2）

1、平面四杆机构的组成：

各构件都在同一平面或平行平面内运动的机构称为平面机构，否则称为空间机构。

有四个构件组成的平面机构称为平面四杆机构。

平面机构的组成:

（图2—1—3）为平面四杆机构

（图2—1—3）

平面四杆机构主要由机架、连架杆、连杆三部分组成。

（如图2—1—3）

基本概念:

机架——-固定不动的构件，又称为固定构件。

活动构件——能够运动的构件称为活动构件。

连架杆——与机架直接相连的两杆件。

连杆——与机架相对的杆件。

曲柄——在连架杆中，能作整周回转的称为曲柄。

摇杆——只能在小于360°

范围内摆动的称为摇杆。

铰链四杆机构——当平面四杆机构中的运动副均为转动副时称铰链四杆机构。

主动件——整个机构中最开始运动的构件称为主动构件。

从动件——跟随主动件运动的构件称之为从动构件，即为从动件。

2、铰链四杆机构的基本类型：

1）曲柄摇杆机构（图2—1—4）

（图2—1—4）运动简图

缝纫机的踏板机构（图2—1—5）

在铰链四杆机构的两连架杆中，一个为曲柄一个为摇杆时即成为曲柄摇杆机构。

曲柄摇杆机构可以实现定轴转动与定轴摆动之间的运动及动力传递。

曲柄摇杆机构一般多以曲柄为主动件且作等速运转动，摇杆为从动件作往复摆动，但也有以摇杆为主动件作往复摆动，曲柄为从动件等速运转动。

如图2—1—4缝纫机的踏板机构中，脚踏板为摇杆，工作台下右端的轮子为曲柄，支撑踏板的即为缝纫机中机架，将踏板与曲柄连接的部分称为连杆。

即整个机构由四个构件组成（一个固定构件和三个活动构件），组成四个转动副，也称为铰链四杆机构。

在此机构中当工作者踏动踏板，踏板最先作60°

范围内上下摆动从而带动连杆推动曲柄作连续360°

的回转运动。

即踏板为主动件，曲柄为从动件。

两连架杆一个为曲柄一个为摇杆构成了曲柄摇杆机构。

2）双曲柄机构图2—1—6、图2—1—7

图2—1—6车门的启闭机构图2—1—7

反平行双曲柄机构应用

在铰链四杆机构中，若两个连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。

双曲柄机构可以实现定轴转动与定轴转动之间的运动及动力传递。

在双曲柄机构中，若两曲柄的长度不等，如图2—1—6所示，就必然有主动件曲柄AB等速回转一周，从动件曲柄CD变速回转一周。

如图2—1—8所示的惯性筛就是利用从动曲柄CD的变速转动，使筛子具有适当的加速度，从而利用被筛物料的惯性达到分筛的目的。

图2—1—8

双曲柄机构分为：

正平行双曲柄机构和反平行曲柄机构。

如图图2—1—6、图2—1—7为反平行双曲柄机构，图2—1—9为正平行双曲柄机构。

在双曲柄机构中，若其连杆与机架的长度相等，且两曲柄的转向、长度

图2—1—9

也相等如图2—7—9，称之为正平行双曲柄机构（又称正平行四边机构）。

这种机构的运动特点是两曲柄的角速度始终保持相等，且连杆始终作平动，故应用广泛。

在正平行四边机构中，当主动曲柄转动一周时，将出现两次与从动曲柄、连杆及机架共线的位置，此时可能出现从动曲柄与主动曲柄转向相同或相反的运动不确定现象。

为消除这种运动不确定现象，可采取两种措施：

1在从动曲柄上加飞轮，利用惯性保证其确定运动；

如缝纫机踏板机构中，在缝纫机机头上安装的小轮子等。

2采用多个机构错位联动，如机车车轮的联动机构等。

如图2—1—11。

图2—1—10为机车主动联动装置的错列装置。

它增设了一个曲柄EF的辅助机构，以防止正平行双曲柄机构ABCD变成反平行双曲柄机图2—1—10机车主动联动装置

图2—1—11所示为两组车轮的错列装置，利用左右两车轮相错90°

的方法，使车轮能正常运转。

图2—1—11两组车轮的错列装置

对于两个曲柄长度相等转向相反，如图2—1—6车门的启闭机构就是反平行双曲柄机构（又称逆平行四边机构）的实例。

当主动件曲柄AB转动时，通过连杆BC使从动曲柄CD朝反向转动，从而保证两扇门能同时开启或关闭到预定的工作位置。

正平行双曲柄机构特点:

四杆中对边杆两两相等，两曲柄角速度相等且转向相同，而连杆做平动，应用广泛。

。

反平行双曲柄机构特点:

其对边杆长相等，但两曲柄转向相反，角速度不相等。

3）、双摇杆机构

在铰链四杆机构中若两连架杆均为摇杆，则称为为双摇杆机构。

图2—1—12双摇杆机构应用（起重机）图2—1—13双摇杆机构简图

图2—1—12所示为鹤式起重机的起吊机构，当AB杆摆动时，CD杆也作摆动，连杆BC上外伸点E点作近似于水平直线的运动，使其在起吊重物时，可避免由于不必要的升降而增加能量的损耗。

3、铰链四杆机构的基本性质：

三种铰链四杆机构类型之间的根本区别：

在于机构是否存在曲柄，铰链四杆机构有无曲柄和有几个曲柄与机构中各杆的相对长度有关。

4、铰链四杆机构曲柄存在条件：

三种铰链四杆机构类型之间的根本区别：

下面分析机构存在一个曲柄的条件：

5、铰链四杆机构基本类型的判别方法：

（图2—1—14）

（1）若四杆长度满足最长杆与最短杆长度之和小于或等于其他两杆长度之和则按机架取法有以下三种基本类型：

①取最短杆的相邻杆为机架，则机构为曲柄摇杆机构；

②取最短杆为机架，则机构为曲柄摇杆机构；

③取最短杆的的对边杆为机架，则机构为双摇杆机构；

（2）若最短杆与最长杆之和大于其他两杆长度之和，则无论取何杆作为机架均为双摇杆机构。

例：

如（图2—1—14）所示的四杆机构中，系杆件尺寸如图，试判别该机构的类型。

解：

50+100＞80+60

则该机构为双摇杆机构。

6、平面四杆机构的演化形式

除上述三种基本形式外，在生产实际应用中，还广泛采用其它形式的四杆机构。

1）曲柄滑块机构

曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的一种演化型式由下图知摇杆趋近无穷大时，连杆的长度又为有限值，则C点就由原来的圆弧往复轨迹演变成直线往复轨迹，这时摇杆变成了沿导轨往复运动的滑块。

（图2—1—16）为偏心的曲柄摇杆机构，满足的条件：

L1+B≤L2,道路的中线不通过曲柄的转动中心。

（图2—1—15）图为对心的曲柄摇杆机构，满足的条件：

道路的中线通过曲柄的转动中心。

e

对心曲柄滑块机构图2—1—15

偏心曲柄滑块机构图2—1—16

曲柄滑块机构的运动特点是将转动转化为往复移动，或将移动转化为转动。

曲柄滑块机构应用实例

图2—1—17所示的自动送料装置，是以曲柄为主动件的曲柄滑块机构

工作原理：

自动送料机构图中，主动件为曲柄可以作连续转动。

当曲柄逆时针开始运转时就带动连杆及滑块在仓口中向左移动因此横向的出口被推出一物品，同时仓库的进口补充一物品。

直至完成工作任务。

自动送料机构就是利用曲柄为主动件带动推杆从而移动物品，属偏心的曲柄滑块机构。

图2—1—18所示的内燃机是以滑块为主动件的曲柄滑块机构

内燃机工作特点是:

燃料在气缸内燃烧，所产生的燃气直接推动活塞作功。

下面，以图示2—1—18汽油机为例加以说明。

开始，活塞向下移动（图中滑块为活塞主动件），进气阀开启，排气阀关闭，汽油与空气的混合气进入气缸。

当活塞到达最低位置后，改变运动方向而向上移动（曲柄为从动件可以改变运动方向推动滑块向上移动。

），这时进排气阀关闭，缸内气体受到压缩。

压缩终了，电火花塞将燃料气点燃。

燃料燃烧所产生的燃气在缸内膨胀，向下推动活塞而作功。

当活塞再次上行时，进气阀关闭，排气阀打开，作功后的烟气排向大气。

重复上述压缩、燃烧，膨胀，排气等过程，周期循环，不断地将燃料的化学能转化为热能，进而转换为机械能。

图2—1—17

图2—1—18

2）、导杆机构

若将对心滑块机构中（如图2—1—15）中构件1作为机架，就演变了导杆机构。

导杆机构又分为转动导杆机构和摆动的导杆机构两种。

（1）转动的导杆机构当L1＜L2时，机架是最短杆，它的相邻杆2与导杆4均能绕机架作连续转动，故称为导杆机构。

图2—1—19所示插床机构（转动的导杆机构）

图2—1—19图2—1—20

图2—1—20为插床机构，其中构件1、2、3、4组成转动导杆机构。

工作时导杆绕A点回转，带动构件5及插刀6，使插刀往复运动，进行切削。

（2）摆动的导杆机构，当L1＞L2时，如图下图机架1不是最短杆，它的相邻构件导杆4只能绕机架摆动，故称为摆动的导杆机构。

图2—1—21

图2—1—21图2—1—22

3）定块机构

若取原对心曲柄滑块机构中的滑块为机架如图2—1—24,则滑块固定不动，故称为固定滑块机构，简称为滑块机构。

图2—1—23手动水泵示意图图2—1—24手动水泵（定块机构）运动简图

工作原理：

工作时搬动手柄2，使导杆3连同活塞上下移动，便可以抽水或抽油。

4）摇块机构

若取曲柄滑块机构如（图2—1—15）中的构件2为机架，因滑块3只能相对机架摆动，故称为摇动的滑块机构，简称为摇块机构。

如下图：

图2—1—25汽车翻斗简图）图2—1—26

图2—1—26为卡车车厢的自动翻转卸料机构（摇块机构），工作时利用油缸中的油压推动活塞杆4运动时，迫使车厢1绕B点翻转，物料便自动卸下。

6、四杆机构的基本特性

1）、急回特性与行程速比系数。

①急回特性

在铰链四杆机构中，当主动件（一般为曲柄）作等速从动摇杆作往复摆动而且摆回时的平均速度比摆去时得平均速度要这性质称为铰链四杆机构的急回特性。

如图2—1—27所示曲柄摇杆机构，在主动曲柄AB等速转动一周的过程中它与连杆BC两次共线，此时从动摇杆CD分别位于两极限位置C1D和C2D,在此两极限位置时曲柄相应的两个位置夹角称为极为夹角。

如图2—1—27曲柄摇杆机构，曲柄主动，匀速，顺时针；

摇杆从动

—摇杆摆角（行程）—极位夹角

图2—1—27

工作行程：

图2—1—27

曲柄由，转过，用时图2—1—27

摇杆由，走过，用时，平均速度

空回行程：

曲柄由，转过，用时

因则

机构空回行程的速度大于工作行程的速度，机构具有急回特性，减少空回时间，