3.1.1 平面四杆机构的基本形式
图3.1 铰链四杆机构
1,3—连架杆;2—连杆;4—机架
构件之间联接都是转动副的平面四杆机构。 称为铰链四杆机构。 它是平面四杆机构的基本形式。 如图3.1 所示,固定不动的构件4 称为机架;与机架相连的两个构件1 和3 称为连架杆,分别绕A,D 作定轴转动,其中能绕机架作360°整周转动的连架杆称为曲柄,只能在一定角度内摆动的连架杆称为摇杆;与机架相对的构件2 称为连杆,连杆作复杂的平面运动。
根据两连架杆运动形式的不同,铰链四杆机构可分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构3种基本形式。
1)曲柄摇杆机构
两连架杆中一杆为曲柄另一杆为摇杆的铰链四杆机构,称为曲柄摇杆机构。 曲柄摇杆机构中,当以曲柄为原动件时,可将匀速转动变成从动件的摆动。 如图3.2(a)所示的雷达天线俯仰角调整机构;或利用连杆的复杂运动实现所需的运动轨迹,如图3.2(b)所示的搅拌器机构。 当以摇杆为原动件时,可将往复摆动变成曲柄的整周转动,如图3.2(c)所示的脚踏砂轮机构。
2)双曲柄机构
两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构,称为双曲柄机构。 双曲柄机构中、通常主动曲柄作匀速转动,从动曲柄作同向变速转动。 如图3.3 所示的惯性筛机构,当曲柄1 作匀速转动时,曲柄3 作变速转动,通过构件5 使筛子6 产生变速直线运动、筛子内的物料因惯性而来回抖动,从而达到筛选的目的。
图3.2 曲柄摇杆机构的应用
1—曲柄;2—连杆;3—摇杆;4,5—机架
图3.3 惯性筛机构
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图3.4 平行双曲柄机构
1,3—曲柄;2—连杆;4—机架
在双曲柄机构中,若相对的两杆长度分别相等,则称平行双曲柄机构或平行四边形机构。它有如图3.4(a)所示的正平行双曲柄机构和如图3.4(b)所示的反平行双曲柄机构两种形式。 前者的运动特点是两曲柄的转向相同且角速度相等,连杆作平动,故应用较为广泛;后者的运动特点是两曲柄的转向相反且角速度不相等。 如图3.5(a)所示的机车驱动轮联动机构和如图3.5(b)所示的摄影车座斗机构是正平行双曲柄机构的应用实例。 如图3.5(c)所示为车门启闭机构,是反平行双曲柄机构的一个应用。 它使两扇车门朝相反的方向转动,从而保证两扇门能同时开启或关闭。
图3.5 平行双曲柄机构的应用
在正平行双曲柄机构中,当各构件共线时,可能出现从动曲柄与主动曲柄转向相反的现象,即运动不确定现象,而成为反平行双曲柄机构。 为克服这种现象,可采用辅助曲柄或错列机构等措施解决,如机车联动机构中采用3 个曲柄的目的就是防止其反转。
另外,对平行双曲柄机构,无论以哪个构件为机架都是双曲柄机构。 但若取较短构件为机架,则两曲柄的转动方向始终相同。
3)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。 一般情况下,两摇杆的摆角不等,常用于操纵机构、仪表机构等。
如图3.6(a)所示为飞机起落架机构。 ABCD 为双摇杆机构,当摇杆AB 运动时,可使另一摇杆CD 带动飞机轮子收进机舱,以减少空气阻力。
如图3.6(b)所示为汽车、拖拉机中的前轮转向机构。 它是具有等长摇杆的双摇杆机构,又称等腰梯形机构。 它能使与摇杆固联的两前轮轴转过的角度β,δ 不同,使车辆转弯时每一瞬时都绕一个转动中心P 点转动,保证4 个轮子与地面之间作纯滚动,从而避免了轮胎拖滑而引起的磨损,增加了车辆转向的稳定性。
图3.6 双摇杆机构的应用
1—从动构件;2—连杆;3,5—摇杆;4—机架