第七章 机构创新设计

第七章机构创新设计

第一节同轨迹连杆机构

第二节

新型内燃

机的开发

第三节

联轴器的

创新设计

第四节

抓斗的原

理方案创

新设计

第五节

过载保护

装置的机

械结构设

计

实例

第一节同轨迹连杆机构

同轨迹四连杆机构是指自由度 f相同、输入构件的运动规律相同、输出构件上的一点轨迹相同的一组连杆机构，但这组连杆机构的运动学尺寸不同，所以其受力状态、动态性能有巨大差异。因而，同轨迹连杆机构的形成方法是机构创新设计的重要方法之一。

形成同轨迹连杆机构的罗伯特－契贝谢夫定理是由美国数学家萨姆尔·罗伯特于1875年和俄国学者契贝谢夫于1878年分别发现的，因此称为“罗伯特－契贝谢夫定理”。该定理的内容是：由一个四杆铰链机

构发生的一条连杆曲线，还可以由另外两个四杆铰链机构发生出来。或表述为同一连杆曲线，可以用三个不同的机构来实现。

1.连杆点k位于连杆两铰链连线上的同迹连杆机构

图形缩放原理如下图7－1a所示为一平行四边形机构，由平行四边形obkd与机架在o点铰接而成。a点为bk杆延长线上的一点。连接ao 得交点c。当a点沿任意给定轨迹运动时，c点将给出与a点相似但缩小了的轨迹。⑴ao除以co与ab除以kb的值是相等的为常数m（射线定理）。⑵当此四边形作为一刚体绕o转动一角度时，a点转到a'，按射线定理有aa'与cc'的比值与ao与co的比例等于常数m。a点的一切运动都是这两部分运动的合成。因此c点的运动是以缩小的比例模拟a 点的运动，反之亦然。

图7－1 连杆点k在连杆线上的同还连杆机构

第一个同迹连杆机构设计如图7－1b所示，在原始机构上作平行四边形导引机构bodk。曲柄c0cdo为所示的第一个同迹连杆机构，k为连杆cd延长线上的点。所示曲柄拉摇杆机构的尺寸，如图中下面的公式。

第二个同迹连杆机构设计如图7－1c所示，在原始机构上作平行四边形导引机构a0ake。双摇杆机构a0efco为所求的第二个同迹连杆机构。第三个同迹连杆机构设计如图7－1d所示，co是两具同迹连杆机构中共同的新机架的固定铰链点，机架的三个固定铰链点a0与o，a0与co，o与co。

2.任意连杆点 k的同迹连杆机构

在图7－2a中，四杆机构a0a1b1b0为a1b1上有附加连杆点k的原始机构。由罗伯特－契贝谢夫定理决定的另两个四杆机构为a0a2c2c0

和b0b3c3c0。在这3个同迹连杆机构中有四个相似三角形；有三个不同的平行四边形。

获得两个同迹连杆机构尺寸的a·凯莱作图法：想象7－2a中机架铰链a0、b0、c0没有结牢，随后拉动a0、b0、c0互相脱开，直到各个连杆机构的曲柄、连杆和从动件形成一条直线，便得到图7－2b，后者的机架距离不等于前者，但两图中所有活动构件的长度是正确的，所有的角度也是正确的。对于任一给定的带连杆点的铰链四杆机构，都可以作出如图7－2b这样一个图形而获得它的另外两个同迹连杆机构的尺寸。

图7－2的左上图就不能用a·凯莱作图法，因为三个连杆机构压缩成一条直线。把o1abo2作为一个原始机构，为了找到连杆ab延长线上k点的同轨迹机构，在机架o1o2 的延长线上作o3，使o1o2：o2o3＝ab：bk，然后，依次作三个平行四边形。于是得到了同迹四杆机构 o2o3b2c2，c2b2延长线上点k与原始机构中的k点轨迹相同。

图7－2的左上的a、b两图是描绘同一连杆曲线的四杆机构和六杆机构。还可求出另两个同迹六杆机构，如图7－3的下面两图。

图7－2 任意连秆点x的同还连杆机构

如图7-3所示，如果轨迹点k是在直线段ab或它的延长线上，a·凯莱作图法就不能用了，因为三个连杆机构压缩成一条直线。把o1abo2作为一个原始机构，为了找到连杆ab延长线上k点的同轨迹机构，在机架olo2的延长线上作o3，使olo2：o2o3＝ab：，然后，依次作平行四边形o1a1ka，o2b2kb和o3c1kc2。于是得到了同迹四杆机构o2o3b2c2，c2b2延长线上的k点与原始机构o1abo2中的k点轨迹相同。

根据罗伯特一契贝谢夫定理求出的这三个同迹铰饺四杆机构16可以导出三个六杆机构，它们也发生同样的连杆曲线。

图7-3 连杆点p在连杆延长线上

在图7-4a中，构件a0a2总是与连杆三角形的边a1k保持平行，而构件b0b3总是与连杆三角形的边blk保持平行。由于边alk与blk的夹角y是不变的，则构件a0a2和b0b3在各个机构位置也构成等角y，因此，这两个构件可以用一个匀速传动机构连接起来。例如,如图7-4b 所示，用一个平行四边形机构a0db3b0。将它们连结起来，这样就形成了六杆机构a0da2kb3b0,其中的k点描绘出与四杆机构人a0a1b1b0中的k点同样的连杆曲线。

图7-4 描绘同一连杆曲线的四秆机构和六杆机构同理，可以求出另两个同迹六杆机构。如图7-5所示．按照罗伯特一契贝谢夫定理。图示六个导引杆中每两个杆：a0a 2和b0b3、a0a1

和c0c3、b0b1和c2c0总是具有相等的角速度。可以用平行四边形将它们连结起来。先分析bob1和c2c0，如图7-4a所示；b0b1//b3k，

c2c0//c3k，由于b3k与c3k的夹角不变，则b0bl与c2c0的夹角也保持不变。用平行四边形 c0c2db0将它们连接起来，这样就形成了六杆机构b0dc2kb1c0。再分析a0a1 和c0c3，如图7-4b所示：图7-4b描绘相同连汗曲线的两个六杆机构 a0a1//a2k，c0c3//c2k，由于a2k与c2k的夹角a不变，则a0a1与c0c3的夹角也为a保持不变。用平行四边形a0d'c3c0将它们连接起来，这样就形成了六杆机构a0d'c3ka1c0。