1?1?1平面連桿機構(gòu)
連桿機構(gòu)由若干構(gòu)件用低副（轉(zhuǎn)動副、移動副、球面副、螺旋副等）連接而成，故又稱低副機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件的相對運動情況，連桿機構(gòu)可分為平面連桿機構(gòu)、空間連桿機構(gòu)和球面連桿機構(gòu)。本章討論平面連桿機構(gòu)。根據(jù)平面連桿機構(gòu)自由度的不同，又可將其分為單自由度、兩自由度和三自由度平面連桿機構(gòu)。根據(jù)機構(gòu)中構(gòu)件數(shù)的多少，平面連桿機構(gòu)分為四桿機構(gòu)、五桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)等，一般將五桿及五桿以上的連桿機構(gòu)稱為多桿機構(gòu)。
1?鉸接四桿機構(gòu)
所有運動副為轉(zhuǎn)動副的平面四桿機構(gòu)為鉸接四桿機構(gòu)，如圖12所示。它是平面連桿機構(gòu)的最基本的形式，其他形式的平面四桿機構(gòu)都可看作是在它的基礎(chǔ)上演化而成的。在此機構(gòu)中，構(gòu)件4為機架，圖12鉸接四桿機構(gòu)
1、3—連架桿2—連桿4—機架構(gòu)件1和3為連架桿，構(gòu)件2為連桿。能整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為曲柄，不能整周回轉(zhuǎn)的連架桿稱為搖桿或擺桿。若兩構(gòu)件在某一點以轉(zhuǎn)動副相連接并能繞該點作整周相對轉(zhuǎn)動，則稱該轉(zhuǎn)動副為回轉(zhuǎn)副，否則，稱為擺動副。
根據(jù)平面鉸鏈四桿機構(gòu)中兩連架桿的運動特點，對其進(jìn)行命名。例如，當(dāng)一連架桿為曲柄，另一連架桿為搖桿時，稱其為曲柄搖桿機構(gòu)；當(dāng)兩連架桿均為曲柄時，稱其為雙曲柄機構(gòu)。當(dāng)兩連架桿均為搖桿時，稱其為雙搖桿機構(gòu)。
2?曲柄搖桿機構(gòu)
紡織機械中很多地方都應(yīng)用到曲柄搖桿機構(gòu)，如圖13（a）所示，家用縫紉機的踏腳機構(gòu)為曲柄搖桿機構(gòu)。曲柄搖桿機構(gòu)的兩個連架桿中，一個為主動件，另一個為從動件。曲柄為主動件時，曲柄搖桿機構(gòu)將主動件曲柄的轉(zhuǎn)動變換為從動件搖桿的擺動或搖動。圖13（b）所示為織機的打緯機構(gòu)，織機主軸轉(zhuǎn)動，通過連桿變換為筘座的擺動。搖桿為主動件時，曲柄搖桿機構(gòu)將主動件搖桿的擺動變換為從動件曲柄的轉(zhuǎn)動。
圖13機械中的曲柄搖桿機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)又可以分為正置曲柄搖桿機構(gòu)、正偏置曲柄搖桿機構(gòu)和負(fù)偏置曲柄搖桿機構(gòu)。
如圖14所示，曲柄1繞A點轉(zhuǎn)動，曲柄轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，搖桿繞D點往復(fù)擺動一個來回，擺角為∠C1DC2，C1D和C2D是搖桿的兩個極限位置，將搖桿的兩極限位置上的點C1和C2連線，并將連線C1C2延長，該延長線通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心，這樣的曲柄搖桿機構(gòu)稱為正置曲柄搖桿機構(gòu)。
如圖15所示，將搖桿的兩極限位置上的點C1和C2連線，并將連線C1C2延長，該延長線沒有通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心，C1C2延長線距曲柄轉(zhuǎn)動中心A的距離為e，e稱為偏心距。TP500型劍桿織機、噴氣織機的打緯機構(gòu)均采用了正偏置曲柄搖桿機構(gòu)。圖14正置曲柄搖桿機構(gòu)圖15正偏置曲柄搖桿機構(gòu)如圖16所示，將搖桿的兩極限位置上的點C1和C2連線，并將連線C1C2延長，該延長線沒有通過曲柄的轉(zhuǎn)動中心，C1C2延長線距曲柄轉(zhuǎn)動中心A的距離為e，e稱為偏心距。正偏置曲柄搖桿機構(gòu)搖桿兩極限位置連線的延長線通過機架AD外側(cè)，負(fù)偏置曲柄搖桿機構(gòu)搖桿的兩極限位置連線通過機架連線。
項目1機械機構(gòu)分析00機械分析與應(yīng)用3?雙搖桿機構(gòu)
圖17所示的鉸接四桿機構(gòu)，兩個連架桿都不能作整周回轉(zhuǎn)，故兩個連架桿都是搖桿，這種鉸接四桿機構(gòu)稱雙搖桿機構(gòu)。雙搖桿機構(gòu)的主動件和從動件都作擺動，圖18為SOMET劍桿織機傳劍機構(gòu)中的雙搖桿機構(gòu)。
圖16負(fù)偏置曲柄搖桿機構(gòu)圖17雙搖桿機構(gòu)4?雙曲柄機構(gòu)
圖19所示的平面鉸鏈四桿機構(gòu)即為雙曲柄機構(gòu)，兩連架桿1和3均能轉(zhuǎn)整周，即兩連架桿均為曲柄，這樣的平面鉸接四桿機構(gòu)為雙曲柄機構(gòu)。一般情況下，主動曲柄與從動曲柄的傳動比為變量，即主動曲柄勻速轉(zhuǎn)動時，從動曲柄將作變速轉(zhuǎn)動。雙曲柄機構(gòu)根據(jù)運動情況又可以分為正平行四邊形雙曲柄機構(gòu)和反平行四邊形雙曲柄機構(gòu)。
在圖110所示的平面鉸接四桿機構(gòu)（正平行四邊形機構(gòu)）中，構(gòu)件1和構(gòu)件3的長度相等，構(gòu)件2和構(gòu)件4的長度相等，構(gòu)件1和構(gòu)件3的轉(zhuǎn)向始終相同，這樣的機構(gòu)在運動過程中，四桿始終構(gòu)成平行四邊形，這樣的平面鉸接四桿機構(gòu)稱為正平行四邊形機構(gòu)。正平行四邊形機構(gòu)的兩個連架桿不僅轉(zhuǎn)向相同，它們的轉(zhuǎn)速也恒相等，是連桿機構(gòu)中能實現(xiàn)定傳動比的一種機構(gòu)。圖111所示是機車車輪的傳動機構(gòu)，為一正平行四邊形機構(gòu)。為保證機構(gòu)能按正確的方向運動，在機構(gòu)中增加了另一連架桿（虛約束）5，這樣可以使兩個連架桿總能同向回轉(zhuǎn)。
圖18SOMET劍桿織機傳劍機構(gòu)中的雙搖桿機構(gòu)圖19雙曲柄機構(gòu)圖110正平行四邊形機構(gòu)圖111機車車輪的傳動機構(gòu)在圖112所示的平面鉸接四桿機構(gòu)（反平行四邊形機構(gòu)）中，構(gòu)件1和構(gòu)件3的長度相等，構(gòu)件2和構(gòu)件4的長度相等，構(gòu)件1和構(gòu)件3的轉(zhuǎn)向始終相反，這樣的平面鉸接四桿機構(gòu)稱為反平行四邊形機構(gòu)。反平行四邊形機構(gòu)的兩個連架桿的轉(zhuǎn)向相反，而且它們的轉(zhuǎn)速也恒相等，是連桿機構(gòu)中能實現(xiàn)定傳動比的另一種機構(gòu)。圖113所示的汽車車門開閉機構(gòu)即使用的這種機構(gòu)。圖112反平行四邊形機構(gòu)圖113車門開閉機構(gòu)5?平面四連桿機構(gòu)曲柄存在條件
若連架桿中與機架相連的轉(zhuǎn)動副為回轉(zhuǎn)副，該構(gòu)件即為曲柄。所以，分析轉(zhuǎn)動副為回轉(zhuǎn)副的條件又稱為曲柄存在條件分析。
圖114平面鉸鏈四桿機構(gòu)回轉(zhuǎn)副條件分析如圖114所示，平面鉸鏈四桿機構(gòu)ABCD，設(shè)構(gòu)件1、2、3和4的長分別為L1、L2、L3和L4。圖中ABd和ABs為構(gòu)件1運動至分別與機架線重合的兩個位置。為了使構(gòu)件1和4之間的轉(zhuǎn)動副A0能成為回轉(zhuǎn)副，只要構(gòu)件1能通過ABd和ABs這兩個關(guān)鍵位置。
設(shè)L1
L1+L4≤L2+L3（11）

由△BdCdD，有：

L2≤(L4－L1)+L3（12）
L3≤(L4－L1)+L2（13）

整理后變?yōu)?
L1+L2≤L3+L4（14）
L1+L3≤L2+L4（15）
L1+L4≤L2+L3（16）

將上式兩兩相加后，得:

L1≤L2（17）
L1≤L3（18）
L1≤L4（19）

同理，當(dāng)L1>L4時，可得到轉(zhuǎn)動副A能成為回轉(zhuǎn)副的條件為:

L4+L1≤L2+L3（110）
L4+L2≤L1+L3（111）
L4+L3≤L1+L2（112）
L4≤L1（113）
L4≤L2（114）
L4≤L3（115）

由式（14）~式（19）可以看出，組成回轉(zhuǎn)副A的兩個構(gòu)件1和4中，必有一個構(gòu)件是四個桿長中的最短桿，且該最短桿與四個桿長的最長桿長度之和必小于等于其他兩桿長度之和。
綜合上述分析，平面鉸鏈四桿機構(gòu)中，一個構(gòu)件上的兩個轉(zhuǎn)動副能成為回轉(zhuǎn)副的必要條件是：該構(gòu)件的桿長是四個桿長中的最短桿，且該最短桿與四個桿長的最長桿長度之和必小于或等于其他兩桿長度之和。該條件也稱之為平面鉸鏈四桿機構(gòu)曲柄存在條件或稱格拉霍夫定理。
例11TP500劍桿織機打緯機構(gòu)，桿1與機架4的鉸接點為A，桿3與機架4的鉸接點為D，桿1與桿2的鉸接點為B，桿2與桿3的鉸接點為C，AD的水平距離為498，AD鉛垂距離為150，桿1長度為75，桿2長度為110，桿3長度為520?2，判斷此機構(gòu)為何種機構(gòu)？
解：

AD=4982+1502=520?1
520?2+75≤520?1+110

答：以最短桿1的相鄰桿4為機架，為曲柄搖桿機構(gòu)。
6?平面四桿機構(gòu)的演變形式
在生產(chǎn)機械中有各種形式的平面四連桿機構(gòu)，這些平面四連桿機構(gòu)都由鉸接四連桿機構(gòu)演變而得，演變的方式主要有將轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈�、擴大轉(zhuǎn)動副元素、以不同的桿件為機架三種。
(1)將轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈�。鉸鏈四桿機構(gòu)中的移動副可以認(rèn)為是由轉(zhuǎn)動副演變而來的。圖115（a）所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，1為曲柄，3為搖桿，C點的軌跡為以D點為圓心、桿長CD為半徑的圓弧Kc。今在機架4上制作一同樣軌跡的圓弧槽Kc，并將搖桿3做成弧形滑塊置于槽中滑動，如圖115（b）所示。這時，弧形滑塊在圓弧形槽中的運動完全等同于轉(zhuǎn)動副D的作用，圓弧槽Kc的圓心即相當(dāng)于搖桿3的擺動中心D，其半徑相當(dāng)于搖桿3的長度CD。又若再將圓弧槽Kc的半徑增加到無窮大，其圓心D移至無窮遠(yuǎn)處，則圓弧槽變成了直槽，置于其中的滑塊3作往復(fù)直線運動，從而轉(zhuǎn)動副D演變?yōu)橐苿痈�，曲柄搖桿機構(gòu)演變?yōu)楹�一個移動副的四桿機構(gòu)，稱為曲柄滑塊機構(gòu)，如圖115（c）所示。圖中e為曲柄回轉(zhuǎn)中心A到過C點的直槽中心線的距離，稱為偏距。當(dāng)e≠0時,稱為偏置曲柄滑塊機構(gòu)；當(dāng)e=0時,稱為對心曲柄滑塊機構(gòu)，如圖115（d）所示。
圖115轉(zhuǎn)動副演化為移動副圖(2)擴大轉(zhuǎn)動副元素。在圖115（d）所示的曲柄滑塊機構(gòu)或其他含有曲柄的平面四桿機構(gòu)中，如果曲柄長度很短，則在桿狀曲柄兩端設(shè)兩個轉(zhuǎn)動副將存在結(jié)構(gòu)上的困難，而如果曲柄需要安裝在直軸的兩支撐之間，則將導(dǎo)致連桿與曲柄軸的運動干涉。為此，工程中常將曲柄設(shè)計成偏心距為曲柄長的偏心圓盤，此偏心圓盤稱為偏心輪，如圖116所示。曲柄為偏心輪結(jié)構(gòu)的平面四桿機構(gòu)，稱為偏心輪機構(gòu)。
圖116偏心輪機構(gòu)(3)以不同桿件為機架。當(dāng)最短桿與四個桿長的最長桿長度之和小于或等于其他兩桿長度之和的鉸接四連桿機構(gòu)，以不同的桿件為機架，分別可以得到曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)，如圖117所示。
圖117鉸接四桿機構(gòu)以不同桿件為機架得到的機構(gòu)將曲柄搖桿機構(gòu)的一個轉(zhuǎn)動副演變?yōu)橐苿痈�，如圖118所示得到含一個移動副的機構(gòu)。若以不同的桿件為機構(gòu)架可得到曲柄滑塊機構(gòu)、轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)（L1L2）、曲柄搖塊機構(gòu)和移動導(dǎo)桿機構(gòu)（又稱定塊機構(gòu)）。
圖118含一個移動副的平面四桿機構(gòu)7?含有兩個移動副的平面四連桿機構(gòu)
圖119（a）所示為曲柄滑塊機構(gòu)，若再將另一個轉(zhuǎn)動副變?yōu)橐苿痈�，則演變?yōu)楹�有兩個移動副的平面四連桿機構(gòu)。圖119(b)所示為將轉(zhuǎn)動副C演變?yōu)橐苿痈倍�得到含有兩個移動副的機構(gòu)，該機構(gòu)有稱為正弦機構(gòu)的。在實際機械中應(yīng)用較多，如圖120所示的縫紉機的刺布機構(gòu)、十字滑塊聯(lián)軸器、橢圓規(guī)。
圖119轉(zhuǎn)動副C演變?yōu)橐苿痈奔八�得的正弦機構(gòu)圖120正弦機構(gòu)應(yīng)用實例1?1?2凸輪機構(gòu)
1?凸輪機構(gòu)的組成、應(yīng)用和特點
凸輪機構(gòu)是機械中的一種常用機構(gòu)，主要由凸輪、從動件和機架組成。它可將凸輪的轉(zhuǎn)動或移動變?yōu)閺膭蛹�的移動或擺動。
凸輪機構(gòu)能將主動件的連續(xù)等速運動變?yōu)閺膭蛹�的往�?fù)變速運動或間歇運動。在自動機械、半自動機械中應(yīng)用非常廣泛。凸輪機構(gòu)是機械中的一種常用機構(gòu)。
圖121所示為內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)。凸輪1以等角速度回轉(zhuǎn)時，它的輪廓驅(qū)動從動件2（閥桿）按預(yù)期的運動規(guī)律啟閉閥門。
圖122所示為繞線機中用于排線的凸輪機構(gòu)。當(dāng)繞線軸3快速轉(zhuǎn)動時，繞軸線上的齒輪帶動凸輪1緩慢地轉(zhuǎn)動，通過凸輪輪廓與尖頂A之間的作用，驅(qū)使從動件2往復(fù)搖動，因而使線均勻地繞在繞線軸上。
圖121內(nèi)燃機配氣凸輪機構(gòu)圖122繞線機中排線凸輪機構(gòu)圖123所示為驅(qū)動動力頭在機架上移動的凸輪機構(gòu)。圓柱凸輪1與動力頭連接在一起，它們可以在機架3上作往復(fù)移動。滾子2的軸固定在機架3上，滾子2放在圓柱凸輪的凹槽中。凸輪轉(zhuǎn)動時，由于滾子2的軸是固定在機架上的，故凸輪轉(zhuǎn)動時帶動動力頭在機架3上作往復(fù)移動，以實現(xiàn)對工件的鉆削。動力頭的快速引進(jìn)、等速進(jìn)給、快速退回、靜止等動作均取決于凸輪上凹槽的曲線形狀。
圖124所示為應(yīng)用于沖床上的凸輪機構(gòu)示意圖。凸輪1固定在沖頭上，當(dāng)沖頭上下往復(fù)運動時，凸輪驅(qū)使從動件2以一定的規(guī)律作水平往復(fù)運動，從而帶動機械手裝卸工件。
圖123動力頭用凸輪機構(gòu)圖124沖床上的凸輪機構(gòu)從以上所舉的例子可以看出，凸輪機構(gòu)主要由凸輪1、從動件2和機架3三個基本構(gòu)件組成。從動件與凸輪輪廓為高副接觸傳動，因此理論上講可以使從動件獲得所需要的任意的預(yù)期運動。
凸輪機構(gòu)的優(yōu)點為：只需設(shè)計適當(dāng)?shù)耐馆嗇喞�，便可使從動件得到所需的運動規(guī)律，并且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設(shè)計方便。它的缺點是：凸輪輪廓與從動件之間為點接觸或線接觸，易于磨損，所以，通常多用于傳力不大的控制機構(gòu)。
2?凸輪機構(gòu)的分類
凸輪機構(gòu)的種類繁多，可以按凸輪的形狀、從動件的形狀及運動、從動件與凸輪的鎖合方式分類，見表11。
表11凸輪機構(gòu)的分類凸

輪平板（盤形）凸輪圓柱凸輪圓錐凸輪續(xù)表從
動
件尖頂滾子平底直動平動凸輪與從動件保持接觸的鎖合方式利用彈簧力槽道凸輪等寬凸輪等徑凸輪共軛凸輪內(nèi)外凸輪
（1）按凸輪的形狀分類，凸輪機構(gòu)可以分為平板凸輪、圓柱凸輪、圓錐凸輪。
①平板（盤形）凸輪。其形狀如表11中圖（a）所示，這種凸輪是繞固定軸線轉(zhuǎn)動并具有變化向徑的盤形構(gòu)件，這種凸輪是凸輪最基本的形式，在生產(chǎn)機械中應(yīng)用最多，如噴水織機的夾緯器機構(gòu)。
②圓柱凸輪。其形狀如表11中圖（b）所示，圓柱凸輪是在圓柱體上加工了槽而形成，這種凸輪機構(gòu)其凸輪和從動件的運動平面不平行，是空間凸輪機構(gòu)，這種凸輪機構(gòu)在絡(luò)筒機導(dǎo)紗機構(gòu)上就被應(yīng)用了。
③圓錐凸輪。其形狀如表11中圖（c）所示，圓錐凸輪是在圓錐體上加工了槽而形成，這種凸輪機構(gòu)其凸輪和從動件的運動平面不平行，是空間凸輪機構(gòu)。
（2）按從動件的形狀分類，凸輪可以分為尖頂從動件凸輪、滾子從動件凸輪和平板從動件凸輪。
①尖頂從動件如表11中圖（d）所示，它能與任何形狀的凸輪保持接觸，以實現(xiàn)從動件的運動規(guī)律，但尖頂易磨損，適用于作用力較小的低速凸輪機構(gòu)。
②滾子從動件如表11中圖（e）所示，在從動件上安裝了個可以轉(zhuǎn)動的滾子，減少了磨損，增大了承載能力，因此應(yīng)用最廣。
③平底從動件如表11中圖（f）所示，從動件與凸輪輪廓表面接觸的端面為平面，受力平穩(wěn)，利于潤滑，但不能與凹形凸輪輪廓接觸，常用于高速重載凸輪機構(gòu)。
（3）按從動件的運動形式分類，可以分為直動從動件和擺動從動件兩類。
如表11所示，擺動從動件凸輪機構(gòu)，從動件相對機架做往復(fù)擺動。直動從動件凸輪機構(gòu)，從動件相對于機架往復(fù)移動，若從動件的導(dǎo)路通過凸輪轉(zhuǎn)動中心，稱為對心直動從動件，如圖125（a）所示。若從動件導(dǎo)路中心偏離轉(zhuǎn)動中心一定距離e（e為偏心距），稱為偏置直動從動件，如圖125（b）所示。
圖125直動從動件（4）按凸輪與從動件保持接觸的鎖合方式分類，可以分為力鎖合和形鎖合兩類。
①力鎖合凸輪機構(gòu)。利用外力使從動件與凸輪保持接觸，該外力可以是彈簧力、重力、壓縮空氣或蒸汽壓力。
②形鎖合凸輪機構(gòu)。利用凸輪和從動件的特殊形狀讓從動件與凸輪始終保持接觸。常見的有槽道凸輪、等徑凸輪、等寬凸輪、共軛凸輪和內(nèi)外凸輪。如片梭織機就應(yīng)用了共軛凸輪打緯機構(gòu)，自動小樣機則應(yīng)用了槽道凸輪機構(gòu)作為打緯機構(gòu)。
1?1?3螺紋聯(lián)接
螺紋聯(lián)接是利用螺紋零件構(gòu)成的可拆卸聯(lián)接。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便，應(yīng)用范圍廣泛。
1?螺紋的類型和基本牙型
根據(jù)母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。
根據(jù)螺紋牙型不同，螺紋分為三角形螺紋、梯形螺紋、鋸齒形螺紋、圓弧形螺紋和矩形螺紋，如圖126所示。梯形螺紋多用于排污設(shè)備、水閘閘門等的傳動螺旋及玻璃器皿的瓶口螺旋。矩形螺紋因牙根強度低，精確制造困難，對中性差，已逐漸被淘汰。
圖126螺紋牙型根據(jù)螺旋線的繞行方向，螺紋分為右旋螺紋和左旋螺紋，如圖127所示。其中右旋螺紋應(yīng)用較為廣泛，左旋螺紋只用于有特殊要求的場合。
圖127螺紋的旋向根據(jù)螺旋線的線數(shù)，螺紋分為單線螺紋、雙線螺紋和多線螺紋。聯(lián)接多用單線螺紋。根據(jù)螺紋所處位置，螺紋可分為內(nèi)螺紋和外螺紋。根據(jù)用途不同，螺紋分為聯(lián)接螺紋和傳動螺紋。
2?螺紋的主要參數(shù)
如圖128所示，螺紋有以下主要參數(shù)。
圖128螺紋的旋向(1)外徑d:與外螺紋牙頂相重合的假想圓柱面直徑，亦稱公稱直徑。
(2)內(nèi)徑d1:與外螺紋牙底相重合的假想圓柱面直徑（危險剖面直徑）。
(3)中徑d2:在軸向剖面內(nèi)，牙厚與牙間寬相等處的假想圓柱面的直徑。
(4)螺距P:相鄰兩牙在中徑圓柱面的母線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。
(5)導(dǎo)程L:同一螺旋線上相鄰兩牙在中徑圓柱面母線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。
(6)線數(shù)n:螺紋螺旋線數(shù)目，一般為便于制造，n≤4。
(7)螺旋升角ψ:中徑圓柱面上螺旋線的切線與垂直于螺旋線軸線的平面的夾角。
(8)牙型角α:螺紋軸向平面內(nèi)螺紋牙型兩側(cè)邊的夾角。
(9)牙型斜角β:螺紋牙的側(cè)邊與螺紋軸線垂直平面的夾角。

d2≈0?5(d+d1)

螺距、導(dǎo)程、線數(shù)之間關(guān)系：L=nP