2 铰链四杆

2、死点 在曲柄摇杆机构中，如图右所示，若取摇杆为主动件，当 摇杆在两极限位置时，连杆与曲柄共线，通过连杆加于曲柄 的力F经过铰链中心A，该力对A点的力矩为零，故不能推动 曲柄转动，从而使整个机构处于静止状态。这种位置称为死 点。 平面四杆机构是否存在死点位置，决定于从动件是否与连 杆共线。凡是从动件与连杆共线的位置都是死点。
二、运动特性 1、急回特性 图所示为曲柄摇杆机构，设等速转动的曲柄AB为主动件，它在回转一周的过程 中，与连杆BC有两次共线位置ABl和AB2，此时从动件摇杆CD分别位于左、右两个 极限位置ClD和C2D，其夹角称为摇杆的摆角。主动曲柄与连杆在两共线位置时所夹 的锐角称为极位夹角。 当曲柄等速转动时，摇杆来回速度是不同的，其空回行程的平均速度大于工作行程 的平均速度，这种性质为机构的急回特性。为了表达这个特征的相对程度，设
①以最短杆的相邻杆为机架，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另一杆为摇杆，则 该机构为曲柄摇杆机构。 ②以最短杆为机架，则其相邻两杆均为曲柄，故该机构为双曲柄机构。 ③以最短杆相对杆为机架，则无曲柄存在，因此该机构为双摇杆机构。 (2)若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则 无论以哪一杆为机架，均为双摇杆机构。 除了铰链四杆机构的上述三种形式外，人们还广泛采用其他形式的平面四杆机构。 分析、研究这些平面四杆机构的运动特性可以发现：这些平面四杆机构是由铰链四杆 机构通过一定途径演化而来的。 1．偏心轮机构 在图a所示的曲柄摇杆机构中，杆1为曲柄，杆3为摇杆，若将转动副的销钉B的半 径逐渐扩大至超过曲柄的长度，便可得到如图b所示的机构，这时曲柄演变成一几何 中心不与回转中心相重合的圆盘，此圆盘称偏心轮，该两轮中心之间的距离称为偏心 距，它等于曲柄长。曲柄为偏心轮的机构称偏心轮机构。
曲柄摇杆机构的演化 曲柄滑块机构在机械中应用十分广泛。如内燃机、搓丝机、自动送料装置以及 压力机都是曲柄滑块机构。在曲柄滑块机构中，若曲柄为主动件，可将曲柄的连续 旋转运动，经连杆转换为从动滑块的往复直线运动，
3、定块机构 若将曲柄滑块机构（图1）中的构件3作为机架，就演化成定块机构（图2a)，此 机构中滑块固定不动。图2b所示的抽水机，就应用了定块机构。当摇动手柄1时， 在杆2的支撑下，活塞杆4即在固定滑块3（唧筒作为静件）内上下往复移动，以达 到抽水的目的。
6、铰链四杆机构
当连杆在B1点时，形成△B1C1D。根据三角形两边之和必大于第三边的定理，得： b+c>d+a——① 当连杆在B2点时，形成△B2C2D, 得： (d-a)+c>b 即d+c>b+a—— ② (d-a)+b>c 即d+b>c+a ——③ 考虑到四杆位于同一直线时，则①②③可写成如下形式： b+c≥d+a —— ④ d+c≥ b+a —— ⑤ d+b≥ c+a —— ⑥ 将式④、⑤、⑥分别两两相加，则得c≥a,b≥a, d≥a，即AB杆为最短杆。 曲柄摇杆机构 在曲柄摇杆机构中，要使连架杆AB为曲柄，它必须是四杆中的最短杆，且最短 杆与最长杆长度之和应小于其余两杆长度之和，考虑到更一般的情形，可将铰链四杆 机构曲柄存在条件概括为： (1)连架杆与机架中必有一个最短杆； (2)最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和。 上述两条件必须同时满足，否则机构中无曲柄存在，根据曲柄条件，还可作如下推 论： (1)若铰链四杆机构中最短杆长度与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和， 则可能有以下三种情况：
C 2C1 K v2 v1 t2 CC
1

2
t1 t2

1 2

180 180
该值称为从动件的行程速比系解释上式， K的大小表示急回的程度。由上式可知，K与θ有关， 当θ=0时，K=1，说明该机构无急回特性；当θ>0，则机构具有急回特性，θ越大， K 1 180 K值越大，急回特性越明显。θ与K的关系为: K 1
一、曲柄存在条件 从铰链四杆机构的三种基本形式可知，它们的根本区别在于连架杆是否为曲 柄。而连架杆能否成为曲柄，则取决于机构中各杆的长度关系和选择哪个构件 为机架有关。即要使连架杆成为能整周转动的曲柄，各杆必须满足一定的长度 条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。 如下图所示的曲柄摇杆机构，其中AB为曲柄，BC为连杆，CD为摇杆，AD 为机架，它们的长度分别用a、b、c、d来表示，在AB转动一周中，曲柄AB与 机架AD两次共线。借助这两个位置，可找出一些铰链四杆机构的几何关系。
销钉扩大
偏心轮的结构形式
偏心轮机构一般多用于曲柄销承受较大冲击载荷或曲柄较短的机构，如剪床、冲 床以及破碎机等。
2．曲柄滑块机构 在下图a所示的曲柄摇杆机构中，杆1为曲柄，杆3为摇杆，若在机架上作一 弧形槽，槽的曲率半径等于摇杆3的长度，把摇杆3改成弧形滑块，如图b所示，这 样尽管把转动副改成了移动副，但相对运动的性质却完全相同。如果将圆弧形槽的 半径增加到无穷大，则圆弧形槽变成了直槽，这样曲柄摇杆机构就演化成了偏置的 曲柄滑块机构(图c)，图中P为曲柄中心A至直槽中心线的垂直距离，称偏心距。当时， 称为对心曲柄滑块机构，常简称为曲柄滑块机构(图d)。因此，可以认为曲柄滑块机 构是由曲柄摇杆机构演化而来的。
图1 曲柄滑块机构 图2 定块机构 5．摇块机构 若将曲柄滑块机构（图1）中的构件2作为机架， 就演化成摇块机构（图3a)，此机构中滑块相对机架 摇动。这种机构常应用于摆缸式内燃机或液压驱动装 置。图3b所示的自卸翻斗装置，也应用了摇块机构。 杆1（车厢）可绕车架2上的B点摆动。杆4（活塞 杆），液压缸3（摇块）可绕车架上C点摆动，当液 压缸中的压力油推动活塞杆运动时，迫使车厢绕B点 翻转，物料便自动卸下。 图3 摇块机构
死点位置
对机构传递运动来说，死点是有害的，因为死点位置常使机构从动件无法运动或 出现运动不确定现象。如前面我们所学的缝纫机踏板机构（曲柄摇杆机构），当踏 板CD为主动件并作往复摆动时，机构在两处有可能出现死点位置，致使曲柄AB不转 或出现倒转现象。为了保证机构正常运转，可在曲柄轴上装飞轮，利用其惯性作用 使机构顺利地通过死点位置。 在工程上，有时也利用死点进行工作，如下图所示的铰链四杆机构中，就是应用死 点的性质来夹紧工件的一个实例。当夹具通过手柄1，施加外力F使铰链的中心B、C、 D处于同一条直线上时，工件2被夹紧，此时如将外力F去掉，也仍能可靠地夹紧工件， 当需要松开工件时，则必须向上扳动手柄1，才能松开夹紧的工件。 夹 紧 机 构