全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构,如图 4-1 所示。机构的固定件 4 称 为机架;与机架用回转副相联接的杆1 和杆 3 称为连架杆;不与机架直接联接的杆 2 称为连杆。
能作整周转动的连架杆,称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆,称为摇杆。对于铰链四杆机 构来说,机架和连杆总是存在的,因此可按照连架杆是曲柄还是摇杆,将铰链四杆机构分为三种 基本型式:曲柄摇杆机构......、双曲柄机构和双摇杆机构。............
图4-1 铰链四杆机构
一、 曲柄摇杆机构
在铰链四杆机构中,若两个连架杆中,一个为曲柄,另一个为摇杆,则此铰链四杆机构称为 曲柄摇杆机构。
图4-2 所示为调整雷达天线俯仰角的曲柄摇杆机构。曲柄 1 缓慢地匀速转动,通过连杆 2 使 摇杆3 在一定的角度范围内摇动,从而调整天线俯仰角的大小。
图4-2 雷达天线俯仰角调整机构
图4-3a 所示为缝纫机的踏板机构,图 b 为其机构运动简图。摇杆 3(原动件)往复摆动,通 过连杆2 驱动曲柄 1(从动件)作整周转动,再经过带传动使机头主轴转动。
图4-3 缝纫机的踏板机构
下面详细讨论曲柄摇杆机构的一些主要特性:
1.急回运动
如图4-4 所示为一曲柄摇杆机构,其曲柄 AB 在转动一周的过程中,有两次与连杆 BC 共线。
在这两个位置,铰链中心A 与 C 之间的距离 AC1和AC2分别为最短和最长,因而摇杆CD 的位 置C1D 和 C2D 分别为两个极限位置。摇杆在两极限位置间的夹角ψ称为摇杆的摆角。
图4-4 曲柄摇杆机构的急回特性
当曲柄由位置 AB1顺时针转到位置 AB2时,曲柄转角ϕ1=180+θ,这时摇杆由极限位置 C1D 摆到极限位置C2D,摇杆摆角为ψ;而当曲柄顺时针再转过角度ϕ2=180-θ时,摇杆由位置C2D 摆 回到位置 C1D,其摆角仍然是ψ 。虽然摇杆来回摆动的摆角相同,但对应的曲柄转角却不等 (ϕ1>ϕ2);当曲柄匀速转动时,对应的时间也不等(t1>t2),这反映了摇杆往复摆动的快慢不同。令摇杆 自C1D 摆至 C2D 为工作行程,这时铰链 C 的平均速度是 V1=C1C2/t1;摆杆自C2D 摆回至 C1D 为
空回行程,这时 C 点的平均速度是 V2=C1C2/t2,V1<V2,表明摇杆具有急回运动的特性。牛头刨
由此可得
图4-7 插床双曲柄机构 图4-8 天平机构
双曲柄机构中,用得最多的是平行双曲柄机构,或称平行四边形机构,它的连杆与机架的长 度相等,且两曲柄的转向相同、长度也相等。由于这种机构两曲柄的角速度始终保持相等。且连 杆始终作平动,故应用较广。如图4-8a 所示的天平机构能保证天平盘 1,2 始终处于水平位置。
必须指出,这种机构当四个铰链中心处于同一直线(如图 4-9b 所示)时,将出现运动不确定状 态,例如在图 4-9a 中,当曲柄 1 由 AB2转到AB3时,从动曲柄 3 可能转到 DC3’,也可能转到 DC3’’。为了消除这种运动不确定现象,除可利用从动件本身或其上的飞轮惯性导向外,还可利 用错列机构(图4-9b)或辅助曲柄等措施来解决。如图 4-10 所示机车驱动轮联动机构,就是利 用第三个平行曲柄(辅助曲柄)来消除平行四边形机构在这个位置运动时的不确定状态。
a) b)
图4-9 平行四边形机构
图4-10 机车驱动轮联动机构
三、 双摇杆机构
两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。
图4-11 所示为起重机机构,当摇杆 CD 摇动时,连杆 BC 上悬挂重物的 M 点作近似的水平 直线移动,从而避免了重物平移时因不必要的升降而发生事故和损耗能量。
图4-11 起重机起重机构
两摇杆长度相等的双摇杆机构,称为等腰梯形机构。图4-12 所示,轮式车辆的前轮转向机 构就是等腰梯形机构的应用实例。车子转弯时,与前轮轴固联的两个摇杆的摆角β和δ不等。如果 在任意位置都能使两前轮轴线的交点P 落在后轮轴线的延长线上,则当整个车身绕 P 点转动时,
四个车轮都能在地面上纯滚动,避免轮胎因滑动而损伤。等腰梯形机构就能近似地满足这一要求。
图4-12 汽车前轮转向机构