淺析鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

王蕓

摘要:基于教學(xué)的實踐,本文針對大學(xué)生學(xué)習(xí)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程之鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化時存在的一些模糊概念,以及理解較為困難的演化方法等此類問題,實事求是的對演化過程進(jìn)行了詳實的分析,總結(jié)出一些有效的學(xué)習(xí)方法和分析此類問題的技巧,從而提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞:機(jī)構(gòu)曲柄搖桿演化運(yùn)動特性

中圖分類號:TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(c)-0122-02

在各種機(jī)床和實際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用著各種四桿機(jī)構(gòu),這些機(jī)構(gòu)雖然具有不同的外形和構(gòu)造,但都具有相同的運(yùn)動特性,只要運(yùn)動特性不變,機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的形狀可以有好多種,而這些機(jī)構(gòu)都可以看作是從鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來的,下面通過分類介紹平面四桿機(jī)構(gòu)的演化方法與過程。

簡單而言,鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化過程可以全部總結(jié)為下列兩種。

1 改變構(gòu)件的形狀和尺寸,同時擴(kuò)大轉(zhuǎn)動副,使轉(zhuǎn)動副變成移動副

1.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)演化曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

如圖1a)所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中,假定桿1為曲柄,桿3為搖桿,根據(jù)演化方法把桿3作成滑塊(結(jié)構(gòu)變化),D點(diǎn)的轉(zhuǎn)動副擴(kuò)大,桿4與機(jī)架相連,可轉(zhuǎn)化成環(huán)形槽,如圖1b)所示,演化之后3構(gòu)件仍然以D為圓心做圓周擺動,2、3構(gòu)件的相對運(yùn)動未發(fā)生變化,3、4構(gòu)件間的運(yùn)動副類型也未發(fā)生變化,即機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性不變。由于稈3在環(huán)形槽的一部分中運(yùn)動,因此,可將環(huán)形槽的多余部分出去,如圖1c)所示。如果再將槽的半徑增加到無窮大,轉(zhuǎn)動副D的中心移到無窮遠(yuǎn)處,則環(huán)形槽變成了直槽,此時轉(zhuǎn)動副變成了移動副,如圖1d)所示,機(jī)構(gòu)演化成偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu),e為偏置距,當(dāng)e=0,稱為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

1.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化偏心輪機(jī)構(gòu)

如圖2所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu),假定桿1長度為L1,當(dāng)曲柄較短時,如圖2a)所示,往往由于工藝,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面的要求,將轉(zhuǎn)動副B的曲柄銷半徑逐漸擴(kuò)大,如圖2b)所示,直到超過曲柄長度L1,如圖2c)所示,使曲柄成為繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動的偏心輪(運(yùn)動副尺寸變化),由于偏心輪的幾何中心B與其回轉(zhuǎn)中心A的偏心距e等于曲柄長度L1,所以該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件間的相對運(yùn)動與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)沒有差別運(yùn)動特性未發(fā)生變化。這種機(jī)構(gòu)工程上用的較多,主要是因為此機(jī)構(gòu)減少了曲柄的驅(qū)動力,增加了轉(zhuǎn)動副的尺寸,提高了曲柄的強(qiáng)度和剛度,廣泛應(yīng)用于沖壓機(jī)構(gòu),破碎機(jī)等承受較大沖擊載荷的機(jī)械中。

2 改變機(jī)架

2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中取不同的構(gòu)件為機(jī)架,可以得到不同的演化類型

如圖3a)所示,假定為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),其中1構(gòu)件為曲柄,3構(gòu)件為搖桿,曲柄1相鄰的轉(zhuǎn)角度α和β可達(dá)360°,即滿足圓周轉(zhuǎn)動的條件,而搖桿3相鄰的轉(zhuǎn)角θ和δ均小于360°,不滿足整周轉(zhuǎn)動的條件。

據(jù)此,若以桿4或桿2為機(jī)架,其相鄰轉(zhuǎn)角分別為α和δ、β和θ,此時可得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(圖3a、c);若以桿1為機(jī)架,其相鄰轉(zhuǎn)角為α和β,故得到雙曲柄機(jī)構(gòu)(圖3b);若以桿3為機(jī)架其相鄰轉(zhuǎn)角為δ和θ,此時可得到雙搖桿機(jī)構(gòu)(圖3d)。

2.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中取不同的構(gòu)件為機(jī)架,同樣得到不同的類型

同理,對于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來說,選取不同的機(jī)構(gòu)為機(jī)架也可以的到不同形式的機(jī)構(gòu)。如圖4a)所示,假定是以構(gòu)件4為機(jī)架的曲柄滑塊機(jī)構(gòu),當(dāng)以構(gòu)件1為機(jī)架時,可得到導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(圖4b),桿4為導(dǎo)桿,當(dāng)桿2的長度L2＞L1時,構(gòu)件2和構(gòu)件4均能作整周轉(zhuǎn)動,稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),小型刨床是它的應(yīng)用實例。當(dāng)桿2的長度L2＜L1時,導(dǎo)桿4只能作來回擺動,稱為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)以構(gòu)件2為機(jī)架時,可演化成曲柄搖塊機(jī)構(gòu)(圖4c),插齒機(jī)中的驅(qū)動機(jī)構(gòu)是它的應(yīng)用實例。當(dāng)以構(gòu)件3為機(jī)架時,可演化成移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)(圖4d),這種機(jī)構(gòu)常應(yīng)用于手搖唧筒中。

以上的演化方法及過程全面有效,如果采取一些針對性的教法,使得整個演化過程變得重點(diǎn)突出且具體,那么教育教學(xué)質(zhì)量的提高就會顯著！

參考文獻(xiàn)

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