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索氏抽提仪机构与原曲柄摇杆机构的运动特性

发布时间:2016-12-13 08:45:00 点击:

该机构与原曲柄摇杆机构的运动特性相同,索氏抽提仪其机构运动简图也完全一样。在设 计机构时,当曲柄长度很短•●、曲柄销需承受较大冲击载荷而工作行程较小时,常 采用这种偏心盘结构型式,在冲床•●、剪床•●、压印机床•●、柱塞油泵等设备中,均可见 到这种结构。 图 !"#$ 偏心盘结构型式 !" 具有移动副的四杆机构 曲柄滑块机构是具有一个移动副的四杆机构,在图 !"#%& 所示的曲柄滑块 机构中,若改选构件 !" 为机架(图 !"#%’),此时构件 ! 绕轴 ! 转动,而构件 ( 则 以构件 ! 为导轨沿其相对移动,构件 ! 称为导杆,机构称为导杆机构。 在导杆机构中,如果导杆能作整周转动,则称为转动导杆机构。图 !"#) 所 !"# 平面四杆机构的基本类型和演化 *# 图 !"#$ 曲柄滑块机构的演化 示的小型刨床中的 !"# 部分即为转动导杆机构。如果导杆仅能在某一角度范 围内摆动,则称为摆动导杆机构。图 !"#% 所示牛头刨床的导杆机构 !"# 即为 一例。 图 !"#& 小型刨床 图 !"#% 牛头刨床 如果在图 !"#$’ 所示的曲柄滑块机构中,改选构件 "# 为机架(图 !"#$(),则 演化成为曲柄摇块机构。其中构件 ) 仅能绕点 # 摇摆。图 !"#* 所示的自卸卡 


车翻斗的举升机构 !"# 即为一例,其中摇块 ) 为油缸,+ 为车架,用压力油推动活 *+ 第!章 平面连杆机构及其设计 塞 ! 使翻斗 " 翻转。 若在图 !#"$% 所示的曲柄滑块机构中改选滑块 & 为机架(图 !#"$’),则演化 成为定块机构。图 !#() 所示的手摇唧筒即为一应用实例。 图 !#"* 自卸卡车车厢的举升机构 图 !#() 手摇唧筒 选运动链中不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法称为机构的倒 置。铰链四杆机构•●、双滑块四杆机构等同样可以经过机构的倒置以获得不同型 式的四杆机构。 图 !#(" 运动副两元素的包容关系逆换 对于移动副来说,将运动副两元素 的包容关系进行逆换,并不影响两构件 之间的相对运动,但却能演化成不同的 机构。如 图 !#("% 所 示 的 摆 动 导 杆 机 构,当将构成移动副的构件 (•●、& 的包容 关系进行逆换后,即演化为图 + 所示的 曲柄摇块机构。由此可见,这两种机构 的运动特性是相同的。 由上述可见,四杆机构的型式虽然 多种多样,但根据演化的概念,可为我们 归类研究这些四杆机构提供方便;反之, 我们也可根据演化的概念,设计出形式各异的四杆机构。 在图 !#((% 所示的对心曲柄滑块机构中,连杆 ( 上的 ! 点相对于转动副 " 的运动轨迹为圆弧 #— #,如果设想连杆 ( 的长度变为无限长,圆弧 #— # 将变成 直线,如再把连杆做成滑块,则该曲柄滑块机构就演化成具有两个移动副的四杆 机构,如图 !#((+ 所示。这种机构多用于仪表•●、解算装置中。由于从动件位移 $ 和曲柄转角! 的关系为 $ , %&! -./!,故将该机构称为正弦机构。 !"# 平面四杆机构的基本类型和演化 *& 图 !"## 正弦机构 !"# 平面四杆机构的基本工作特性 !"#"$ 平面四杆机构中曲柄的存在条件 图 !"#$ 有曲柄的条件 在图 !"#$ 所示的四杆机构中,要使 杆 !" 成为曲柄,转动副 ! 就应为周转 副,故下面先来确定转动副成为周转副 的条件。 设图示四杆机构各杆的长度分别为 #•●、$•●、%•●、&。要转动副 ! 成为周转副,!" 杆应能占据在整周回转中的任何位置, 由 !" 杆与 !’ 杆两次共线的位置可分 别得到!’"% (% 和!’"& (& ,由两三角形 边长的关系可得 # ’ & " $ ’ % (!"() $ "( & ) #)’ % 即 # ’ $ " & ’ % (!"#) % "( & ) #)’ $ 即 # ’ % " $ ’ & (!"$) 将上述三式分别两两相加,则得 # " $,# " %,# " & (!"!) 即 !" 杆为最短杆。 分析上述各式,可得出转动副 ! 为周转副的条件是: (()最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和,此条件为 杆长条件。 (#)组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 上述条件表明:当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时,有最短杆参与构成 的转动副都是周转副(如图中的 !•●、" 副),而其余的转动副(如 (•●、’ 副)则是摆 *! 第!章 平面连杆机构及其设计 转副。于是,四杆机构有曲柄的条件是各杆的长度应满足杆长条件,且其最短杆 为连架杆或机架。当最短杆为连架杆时,机构为曲柄摇杆机构(图 !"#!$•●、%),当 最短杆为机架时则为双曲柄机构(图 !"#!&)。 图 !"#! 取不同构件为机架 在满足杆长条件的四杆机构中,如以最短杆为连杆


,则机构为双摇杆机构 图 !"#’ 风扇摇头 (图 !"#!()。但这时由于作为连杆的最短杆上的 两个转动副都是周转副,故该连杆能相对于两 连架杆作整周回转。图 !"#’ 所示的风扇摇头 机构,就利用了它的这种运动特性。如图所示, 在风扇轴上装有蜗杆,风扇转动时蜗杆带动蜗 轮(即连杆 !")回转,使连架杆 !# 及固装于该 杆上的风扇壳体绕 # 往复摆动,以实现风扇摇 头的要求。 如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条 件,则无周转副,此时不论以何杆为机架均为双摇 杆机构(图 !")* 所示的等腰梯形机构即为一例)。 对于含有移动副的四杆机构,根据机构演化原理,可认为移动副是转动中心 在无穷远处(在工程实践上可理解为足够远处)的转动副,而将机构转化为铰链 四杆机构来分析其曲柄存在的条件。 !"#"$ 平面四杆机构的特性 !" 急回特性及行程速比系数 图 !"#+ 所示为一曲柄摇杆机构,设曲柄 !" 为原动件,在其转动一周的过程 中,有两次与连杆共线,这时摇杆 $# 分别处于两极限位置 $) # 和 $# #。机构所 处的这两个位置称为极限位置。机构在两个极限位置时,原动件 !" 所夹的锐 !"# 平面四杆机构的基本工作特性 ,’ 角!称为极位夹角。 如图所示,当曲柄以等角速度"! 顺时针转过#! " !#$% &!时,摇杆将由位置 !! " 摆到 !’ ",其摆角为$,设所需时间为 #! ,! 点的平均速度为 $! ;当曲柄继续 转过#’ " !#$% (!时摇杆又从位置 !’ " 回到 !! ",摆角仍然是$,设所需时间为 图 )*’+ 曲柄摇杆机构的急回特性 #’ ,! 点的平均速度为 $’ ,由于曲柄为等 速转动,而#! ,#’ ,所以有 #! , #’ ,$’ , $! ,摇杆的这种运动性质称为急回运动。 为了表明急回运动的急回程度,可用反 正行程速比系数(简称行程速比系数或 行程速度变化系数)% 来衡量,即 % " $’ $! " !!!) ’ #’ !!!) ’ #! " #! #’ "#!# ’ " !#$% &! !#$% (! ()*-) 上式表明,当机构存在极位夹角! 时,机构便具有急回运动特性。! 角愈 大,% 值愈大,机构的急回运动性质也愈显著。在图 )*’./ 所示的对心曲柄滑块 机构中,由于其!" $%,% " !,故无急回作用;而图 )*’.0 所示的偏置曲柄滑块机 构,因其!!$%,故有急回作用。在图 )*’# 所示的摆动导杆机构中,当曲柄 &! 两次转到与导杆垂直时,导杆处于两侧极位。由于其!!$%,故也有急回作用。 图 )*’. 曲柄滑块机构的急回特性 1+ 第!章 平面连杆机构及其设计 机构的这种急回作用,在


机械中常被用来节省空回行程的时间,以提高劳动 生产率。例如在牛头刨床中采用摆动导杆机构就有这种目的。但要注意,急回 作用有方向性,当原动件的回转方向改变时,急回的行程也跟着改变。故在牛头 刨床等设备上都用明显的标志标出了原动件的正确回转方向。 图 !"#$ 导杆机构的 急回特性 对于一些要求具有急回运动性质的机械,如牛头 刨床•●、往复式运输机等,在设计时,要根据所需的行程 速比系数 ! 来设计,这时应先利用下式求出!角,然 后再设计各杆的尺寸。 ! % &$’( ! ) & ! * & (!"+) !" 压力角与传动角 在图 !"#, 所示的四杆机构中,若不考虑各运动 副中的摩擦力及构件重力和惯性力的影响,则由原动 件 "# 经连杆 #$ 传递到从动件 $% 上点 $ 的力 &,将 沿 #$ 方向,力 & 与点 $ 速度方向之间的夹角",称为 机构在此位置时的压力角。而连杆 #$ 和从动件 $% 之间所夹的锐角# 称为连杆


机构在此位置时的传动角。# 和" 互为余角。传动 角# 愈大对机构的传力愈有利。所以在连杆机构中常用传动角的大小及其变 化情况来衡量机构传力性能的好坏。 图 !"#, 压力角与传动角 在机构运动过程中,传动角# 的大小是变化的,为了保证机构传力性能良 好,应使#-./!!’( 0 1’(;对于一些受力很小或不常使用的操纵机构,则可允许传 动角小些,只要不发生自锁即可。 对于曲柄摇杆机构,#-./ 出现在原动曲柄与机架共线的两位置之一,这时有 #& %"#& $& %& % 234456 ’# * (# )( ) ) *)# #’( (!"72) !"# 平面四杆机构的基本工作特性 ,7 当!!! "! # " #$%时 !! &!!! "! # & ’())*+ $! , %! -( & , ’)! !$% (./01) 或当!!! "! # 2 #$%时 !! &!!! "! # & 34$% - ’())*+ $! , %! -( & , ’)! !$% (./0)) !3 和!! 中的较小者即为!567 。 由上式可见,传动角的大小与机构中各杆的长度有关,故可按给定的许用传 动角来设计四杆机构。 !" 死点位置 在图 ./8$ 所示的曲柄摇杆机构中,设以摇杆 "# 为原动件,则当连杆与从 动曲柄共线时(虚线位置),机构的传动角! & $%,这时原动件 "# 通过连杆作用 于从动件 (! 上的力恰好通过其回转中心,所以出现了不能使构件 (! 转动的 “顶死”现象,机构的这种位置称为死点。同样,对于曲柄滑块机构,当以滑块

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