2021-02-01
2021-01-25
2021-01-18
2021-01-12
2021-01-04
2020-12-28
2020-11-30
2020-11-18
2020-11-13
2020-11-02
2020-10-26
2020-10-20
此時(shí)構(gòu)件 ! 繞軸 ! 轉(zhuǎn)動(dòng),而構(gòu)件 ( 則 以構(gòu)件 ! 為導(dǎo)軌沿其相對移動(dòng),干式恒溫器構(gòu)件 ! 稱為導(dǎo)桿,機(jī)構(gòu)稱為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中,如果導(dǎo)桿能作整周轉(zhuǎn)動(dòng),則稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖 !"#) 所 !"# 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型和演化 *# 圖 !"#$ 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的演化 示的小型刨床中的 !"# 部分即為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如果導(dǎo)桿僅能在某一角度范 圍內(nèi)擺動(dòng),則稱為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖 !"#% 所示牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) !"# 即為 一例。 圖 !"#& 小型刨床 圖 !"#% 牛頭刨床 如果在圖 !"#$’ 所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中,改選構(gòu)件 "# 為機(jī)架(圖 !"#$(),則 演化成為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。其中構(gòu)件 ) 僅能繞點(diǎn) # 搖擺。圖 !"#* 所示的自卸卡 車翻斗的舉升機(jī)構(gòu) !"# 即為一例,其中搖塊 ) 為油缸,+ 為車架,用壓力油推動(dòng)活 *+ 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 塞 ! 使翻斗 " 翻轉(zhuǎn)。 若在圖 !#"$% 所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中改選滑塊 & 為機(jī)架(圖 !#"$’),則演化 成為定塊機(jī)構(gòu)。圖 !#() 所示的手搖唧筒即為一應(yīng)用實(shí)例。 圖 !#"* 自卸卡車車廂的舉升機(jī)構(gòu) 圖 !#() 手搖唧筒 選運(yùn)動(dòng)鏈中不同構(gòu)件作為機(jī)架以獲得不同機(jī)構(gòu)的演化方法稱為機(jī)構(gòu)的倒 置。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、雙滑塊四桿機(jī)構(gòu)等同樣可以經(jīng)過機(jī)構(gòu)的倒置以獲得不同型 式的四桿機(jī)構(gòu)。 圖 !#(" 運(yùn)動(dòng)副兩元素的包容關(guān)系逆換 對于移動(dòng)副來說,將運(yùn)動(dòng)副兩元素 的包容關(guān)系進(jìn)行逆換,并不影響兩構(gòu)件 之間的相對運(yùn)動(dòng),但卻能演化成不同的 機(jī)構(gòu)。如 圖 !#("% 所 示 的 擺 動(dòng) 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu),當(dāng)將構(gòu)成移動(dòng)副的構(gòu)件 (、& 的包容 關(guān)系進(jìn)行逆換后,即演化為圖 + 所示的 曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。由此可見,這兩種機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動(dòng)特性是相同的。
由上述可見,四桿機(jī)構(gòu)的型式雖然 多種多樣,但根據(jù)演化的概念,可為我們 歸類研究這些四桿機(jī)構(gòu)提供方便;反之, 我們也可根據(jù)演化的概念,設(shè)計(jì)出形式各異的四桿機(jī)構(gòu)。 在圖 !#((% 所示的對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中,連桿 ( 上的 ! 點(diǎn)相對于轉(zhuǎn)動(dòng)副 " 的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧 #— #,如果設(shè)想連桿 ( 的長度變?yōu)闊o限長,圓弧 #— # 將變成 直線,如再把連桿做成滑塊,則該曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就演化成具有兩個(gè)移動(dòng)副的四桿 機(jī)構(gòu),如圖 !#((+ 所示。這種機(jī)構(gòu)多用于儀表、解算裝置中。由于從動(dòng)件位移 $ 和曲柄轉(zhuǎn)角! 的關(guān)系為 $ , %&! -./!,故將該機(jī)構(gòu)稱為正弦機(jī)構(gòu)。 !"# 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型和演化 *& 圖 !"## 正弦機(jī)構(gòu) !"# 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本工作特性 !"#"$ 平面四桿機(jī)構(gòu)中曲柄的存在條件 圖 !"#$ 有曲柄的條件 在圖 !"#$ 所示的四桿機(jī)構(gòu)中,要使 桿 !" 成為曲柄,轉(zhuǎn)動(dòng)副 ! 就應(yīng)為周轉(zhuǎn) 副,故下面先來確定轉(zhuǎn)動(dòng)副成為周轉(zhuǎn)副 的條件。 設(shè)圖示四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度分別為 #、$、%、&。要轉(zhuǎn)動(dòng)副 ! 成為周轉(zhuǎn)副,!" 桿應(yīng)能占據(jù)在整周回轉(zhuǎn)中的任何位置, 由 !" 桿與 !’ 桿兩次共線的位置可分 別得到!’"% (% 和!’"& (& ,由兩三角形 邊長的關(guān)系可得 # ’ & " $ ’ % (!"() $ "( & ) #)’ % 即 # ’ $ " & ’ % (!"#) % "( & ) #)’ $ 即 # ’ % " $ ’ & (!"$) 將上述三式分別兩兩相加,則得 # " $,# " %,# " & (!"!) 即 !" 桿為最短桿。 分析上述各式,可得出轉(zhuǎn)動(dòng)副 ! 為周轉(zhuǎn)副的條件是: (()最短桿與最長桿的長度之和小于或等于其余兩桿長度之和,此條件為 桿長條件。 (#)組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為最短桿。 上述條件表明:當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度滿足桿長條件時(shí),有最短桿參與構(gòu)成 的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副(如圖中的 !、" 副),而其余的轉(zhuǎn)動(dòng)副(如 (、’ 副)則是擺 *! 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)副。于是,四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件是各桿的長度應(yīng)滿足桿長條件,且其最短桿 為連架桿或機(jī)架。當(dāng)最短桿為連架桿時(shí),機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(圖 !"#!$、%),當(dāng) 最短桿為機(jī)架時(shí)則為雙曲柄機(jī)構(gòu)(圖 !"#!&)。 圖 !"#! 取不同構(gòu)件為機(jī)架 在滿足桿長條件的四桿機(jī)構(gòu)中,如以最短桿為連桿,則機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖 !"#’ 風(fēng)扇搖頭 (圖 !"#!()。但這時(shí)由于作為連桿的最短桿上的 兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副,故該連桿能相對于兩 連架桿作整周回轉(zhuǎn)。圖 !"#’ 所示的風(fēng)扇搖頭 機(jī)構(gòu),就利用了它的這種運(yùn)動(dòng)特性。如圖所示, 在風(fēng)扇軸上裝有蝸桿,風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)蝸桿帶動(dòng)蝸 輪(即連桿 !")回轉(zhuǎn),使連架桿 !# 及固裝于該 桿上的風(fēng)扇殼體繞 # 往復(fù)擺動(dòng),以實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇搖 頭的要求。 如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長度不滿足桿長條 件,則無周轉(zhuǎn)副,此時(shí)不論以何桿為機(jī)架均為雙搖 桿機(jī)構(gòu)(圖 !")* 所示的等腰梯形機(jī)構(gòu)即為一例)。 對于含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu),根據(jù)機(jī)構(gòu)演化原理,可認(rèn)為移動(dòng)副是轉(zhuǎn)動(dòng)中心 在無窮遠(yuǎn)處(在工程實(shí)踐上可理解為足夠遠(yuǎn)處)的轉(zhuǎn)動(dòng)副,而將機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為鉸鏈 四桿機(jī)構(gòu)來分析其曲柄存在的條件。 !"#"$ 平面四桿機(jī)構(gòu)的特性 !" 急回特性及行程速比系數(shù) 圖 !"#+ 所示為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu),設(shè)曲柄 !" 為原動(dòng)件,在其轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程 中,有兩次與連桿共線,這時(shí)搖桿 $# 分別處于兩極限位置 $) # 和 $# #。機(jī)構(gòu)所 處的這兩個(gè)位置稱為極限位置。機(jī)構(gòu)在兩個(gè)極限位置時(shí),原動(dòng)件 !" 所夾的銳 !"# 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本工作特性 ,’ 角!稱為極位夾角。 如圖所示,當(dāng)曲柄以等角速度"! 順時(shí)針轉(zhuǎn)過#! " !#$% &!時(shí),搖桿將由位置 !! " 擺到 !’ ",其擺角為$,設(shè)所需時(shí)間為 #! ,! 點(diǎn)的平均速度為 $! ;當(dāng)曲柄繼續(xù) 轉(zhuǎn)過#’ " !#$% (!時(shí)搖桿又從位置 !’ " 回到 !! ",擺角仍然是$,設(shè)所需時(shí)間為 圖 )*’+ 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性 #’ ,! 點(diǎn)的平均速度為 $’ ,由于曲柄為等 速轉(zhuǎn)動(dòng),而#! ,#’ ,所以有 #! , #’ ,$’ , $! ,搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱為急回運(yùn)動(dòng)。 為了表明急回運(yùn)動(dòng)的急回程度,可用反 正行程速比系數(shù)(簡稱行程速比系數(shù)或 行程速度變化系數(shù))% 來衡量,即 % " $’ $! " !!!) ’ #’ !!!) ’ #! " #! #’ "#!# ’ " !#$% &! !#$% (! ()*-) 上式表明,當(dāng)機(jī)構(gòu)存在極位夾角! 時(shí),機(jī)構(gòu)便具有急回運(yùn)動(dòng)特性。! 角愈 大,% 值愈大,機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)也愈顯著
。在圖 )*’./ 所示的對心曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)中,由于其!" $%,% " !,故無急回作用;而圖 )*’.0 所示的偏置曲柄滑塊機(jī) 構(gòu),因其!!$%,故有急回作用。在圖 )*’# 所示的擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中,當(dāng)曲柄 &! 兩次轉(zhuǎn)到與導(dǎo)桿垂直時(shí),導(dǎo)桿處于兩側(cè)極位。由于其!!$%,故也有急回作用。 圖 )*’. 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的急回特性 1+ 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 機(jī)構(gòu)的這種急回作用,在機(jī)械中常被用來節(jié)省空回行程的時(shí)間,以提高勞動(dòng) 生產(chǎn)率。例如在牛頭刨床中采用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)就有這種目的。但要注意,急回 作用有方向性,當(dāng)原動(dòng)件的回轉(zhuǎn)方向改變時(shí),急回的行程也跟著改變。故在牛頭 刨床等設(shè)備上都用明顯的標(biāo)志標(biāo)出了原動(dòng)件的正確回轉(zhuǎn)方向。 圖 !"#$ 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的 急回特性 對于一些要求具有急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的機(jī)械,如牛頭 刨床、往復(fù)式運(yùn)輸機(jī)等,在設(shè)計(jì)時(shí),要根據(jù)所需的行程 速比系數(shù) ! 來設(shè)計(jì),這時(shí)應(yīng)先利用下式求出!角,然 后再設(shè)計(jì)各桿的尺寸。 ! % &$’( ! ) & ! * & (!"+) !" 壓力角與傳動(dòng)角 在圖 !"#, 所示的四桿機(jī)構(gòu)中,若不考慮各運(yùn)動(dòng) 副中的摩擦力及構(gòu)件重力和慣性力的影響,則由原動(dòng) 件 "# 經(jīng)連桿 #$ 傳遞到從動(dòng)件 $% 上點(diǎn) $ 的力 &,將 沿 #$ 方向,力 & 與點(diǎn) $ 速度方向之間的夾角",稱為 機(jī)構(gòu)在此位置時(shí)的壓力角。而連桿 #$ 和從動(dòng)件 $% 之間所夾的銳角# 稱為連桿機(jī)構(gòu)在此位置時(shí)的傳動(dòng)角。# 和" 互為余角。傳動(dòng) 角# 愈大對機(jī)構(gòu)的傳力愈有利。所以在連桿機(jī)構(gòu)中常用傳動(dòng)角的大小及其變 化情況來衡量機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。 圖 !"#, 壓力角與傳動(dòng)角 在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中,傳動(dòng)角# 的大小是變化的,為了保證機(jī)構(gòu)傳力性能良 好,應(yīng)使#-./!!’( 0 1’(;對于一些受力很小或不常使用的操縱機(jī)構(gòu),則可允許傳 動(dòng)角小些,只要不發(fā)生自鎖即可。 對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu),#-./ 出現(xiàn)在原動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的兩位置之一,這時(shí)有 #& %"#& $& %& % 234456 ’# * (# )( ) ) *)# #’( (!"72) !"# 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本工作特性 ,7 當(dāng)!!! "! # " #$%時(shí) !! &!!! "! # & ’())*+ $! , %! -( & , ’)! !$% (./01) 或當(dāng)!!! "! # 2 #$%時(shí) !! &!!! "! # & 34$% - ’())*+ $! , %! -
( & , ’)! !$% (./0)) !3 和!! 中的較小者即為!567 。 由上式可見,傳動(dòng)角的大小與機(jī)構(gòu)中各桿的長度有關(guān),故可按給定的許用傳 動(dòng)角來設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。 !" 死點(diǎn)位置 在圖 ./8$ 所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中,設(shè)以搖桿 "# 為原動(dòng)件,則當(dāng)連桿與從 動(dòng)曲柄共線時(shí)(虛線位置),機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角! & $%,這時(shí)原動(dòng)件 "# 通過連桿作用 于從動(dòng)件 (! 上的力恰好通過其回轉(zhuǎn)中心,所以出現(xiàn)了不能使構(gòu)件 (! 轉(zhuǎn)動(dòng)的 “頂死”現(xiàn)象,機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)。同樣,對于曲柄滑塊機(jī)構(gòu),當(dāng)以滑塊為 原動(dòng)件時(shí),若連桿與從動(dòng)曲柄共線,機(jī)構(gòu)也處于死點(diǎn)位置。 圖 ./8$ 死點(diǎn)位置 為了使機(jī)構(gòu)能順利地通過死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn),必須采取適當(dāng)?shù)拇胧,如可采?將兩組以上的同樣機(jī)構(gòu)相互錯(cuò)開排列組合使用(如圖 ./# 所示的機(jī)車車輪聯(lián)動(dòng) 機(jī)構(gòu),其兩側(cè)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄位置相互錯(cuò)開了 #$%);也可采用安裝飛輪加 大慣性的方法,借慣性作用使機(jī)構(gòu)闖過死點(diǎn)(如圖 ./8 所示的縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)中 的大帶輪即兼有飛輪的作用)等等。 在另一方面,在工程實(shí)踐中,也常利用機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)特定的工作要求。 如圖 ./83 所示的飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu),在機(jī)輪放下時(shí),桿 !" 與 "# 成一直線,此時(shí) 機(jī)輪上雖受到很大的力,但由于機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置,起落架不會(huì)反轉(zhuǎn)(折回),這 可使飛機(jī)起落和停放更加可靠。圖 ./8! 所示為輪椅的制動(dòng)裝置,當(dāng)順時(shí)針扳動(dòng) 小手柄使制動(dòng)刀壓住車輪,可防止輪椅沿斜坡自動(dòng)下滑。因機(jī)構(gòu)處于自鎖位置, 不會(huì)在制動(dòng)力的作用下自動(dòng)松脫,可始終維持制動(dòng)狀態(tài)。 #4 第!章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì) 圖 !"#$ 飛機(jī)起落架 圖 !"#% 輪椅的制動(dòng)裝置