- 機械設計基礎（第2版)
- 高曉丁
- 1945字
- 2020-07-17 13:02:01
3.4 平面四桿機構設計
3.4.1 平面四桿機構運動設計的基本問題
機構設計就是根據給定的要求選定機構的形式，確定機構各構件的尺寸參數，并且還要滿足結構條件、動力條件和連續傳動條件等技術要求。根據機械的用途和性能要求的不同，對連桿機構設計的要求是多種多樣的，但是這些設計要求可以歸納為以下三類問題。
（1）實現連桿給定位置的設計。在這類問題中，要求連桿能有序的占據一系列的預定位置。圖3-38所示的鑄造造型機沙箱翻轉機構，沙箱與連桿BC成為一體，要求所設計的機構中，連桿能依次到達位置Ⅰ和Ⅱ，以便引導沙箱實現造型振實和拔模。
（2）實現從動件給定的運動規律。此類設計問題要求所設計機構的主、從連架桿之間的關系能滿足某種給定的函數關系。圖3-12所示的車門開關機構，工作要求兩連架桿的轉角滿足大小相等而轉向相反的運動關系，以實現車門的開啟和關閉；圖3-14所示的汽車前輪轉向機構，工作要求兩連架桿的轉角滿足某函數關系，以保證汽車順利轉彎。
（3）實現給定點的運動軌跡。要求在機構運動過程中，連桿上某些點的軌跡能符合預定的軌跡要求。圖3-13所示的鶴式起重機構，為避免貨物運送過程中上下起伏運動，連桿上吊鉤滑輪中心點E應沿水平直線移動；圖3-39所示的攪拌機機構，應保證連桿上E點能按預定的軌跡運動，以完成攪拌動作。
圖3-38 沙箱翻轉機構
圖3-39 攪拌機機構
3.4.2 按給定連桿位置設計平面四桿機構
如圖3-40所示，設連桿兩活動鉸鏈中心B、C的位置已確定，四桿機構的連桿在運動過程中能依次到達位置B1C1、B2C2和B3C3。設計的任務是要確定兩固定鉸鏈A、D的位置。由于B1、B2和B3位于以固定鉸鏈A為圓心的圓弧上，設計問題轉化為給定圓上3個點求圓心的問題；同理，通過C1、C2和C3也能求得固定鉸鏈D。具體作法如下：分別作B1B2和B2B3線段的垂直平分線，其交點即為固定鉸鏈A的位置；同理分別作C1C2和C2C3線段的垂直平分線，其交點即為固定鉸鏈D的位置，連接AB1、C1D，即得所求的四桿機構。
圖3-40 按給定連桿位置設計四桿機構
3.4.3 按給定行程速比系數設計平面四桿機構
3.4.3.1 曲柄搖桿機構的設計
設已知曲柄搖桿機構的行程速比系數K，搖桿的長度L和擺角Ψ（圖3-41），設計曲柄搖桿機構。
（1）計算極位夾角。
θ=180°×（K-1）/（K+1）
（2）定出搖桿的兩個極限位置。任選鉸鏈D，由搖桿長L和擺角Ψ作搖桿的兩極限位置C1D、C2D。
（3）以C1C2為弦作圓周角為θ的輔助圓。具體過程如下：連接C1C2，作直角三角形C1PC2，其中∠C1=90°，∠C2=90°-θ。
（4）在輔助圓上任取鉸鏈A都能滿足∠C1AC2=θ的要求，A、D為四桿機構機架。
圖3-41 曲柄搖桿機構的設計
（5）確定曲柄和連桿長度。
∵AC1=L連桿-L曲柄，AC2=L連桿+L曲柄
∴L曲柄=（AC2-AC1）/2，L連桿=（AC2+AC1）/2
求得鉸鏈B，則AB1C1D即為所設計的四桿機構。
設計時，應注意鉸鏈A不能選在劣弧段EF上，否則機構將不滿足運動連續性的要求；而鉸鏈A具體位置的確定尚需要給出一些其他的附加技術條件。
3.4.3.2 曲柄滑塊機構的設計
對于偏置曲柄滑塊機構，行程H就是兩極限位形成的弦（圖3-42），鉸鏈A可由偏距e確定，其余設計步驟與曲柄搖桿機構完全相同。
3.4.3.3 導桿機構的設計
如圖3-43所示，設已知機架長度l4、行程速比系數K，設計導桿機構。設計步驟如下。
圖3-42 滑塊機構的設計
圖3-43 導桿機構的設計
（1）計算極位夾角。
θ=180°×（K-1）/（K+1）
（2）確定導桿兩極限位置（注意：θ=ψ）。
（3）過A點作導桿的垂線AB1。
（4）確定曲柄l1=AB1。
思考題與習題
題圖3-1
題圖3-2
題圖3-3
題圖3-4