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標(biāo)題: 【機(jī)構(gòu)分析】連桿機(jī)構(gòu)卡滯問題 [打印本頁]

作者: DaedraMech 時(shí)間: 2023-12-15 23:09
標(biāo)題: 【機(jī)構(gòu)分析】連桿機(jī)構(gòu)卡滯問題
之前看到了壇友@15766377718發(fā)的一篇帖子討論了其設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否會(huì)卡死的問題，我之前也設(shè)計(jì)過一些連桿機(jī)構(gòu)，于是斗膽以這位壇友的機(jī)構(gòu)為例，單獨(dú)開貼說明連桿機(jī)構(gòu)卡滯問題的分析方法，希望能為壇友們?cè)谠O(shè)計(jì)其他類似機(jī)構(gòu)時(shí)稍微提供一點(diǎn)思路。如有錯(cuò)誤和遺漏之處還望壇友們指正和補(bǔ)充。
首先，把壇友的機(jī)構(gòu)抽象成無重量的桿（剛體）和運(yùn)動(dòng)副組成的物理模型，剔除掉對(duì)稱結(jié)構(gòu)，畫出機(jī)構(gòu)簡圖：
(, 下載次數(shù): 797) (, 下載次數(shù): 834)

可以看出，這是一種單自由度閉式鏈六桿機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)由動(dòng)圖示意，不多贅述；我們接下來分析其受力：
如圖所示，藍(lán)色箭頭代表構(gòu)件所受外力，例如F12代表滑塊1對(duì)連桿2的總反力；黑色圓圈代表轉(zhuǎn)動(dòng)副或支撐點(diǎn)；藍(lán)色圓圈代表摩擦圓；灰色虛線代表力的延長線或者某個(gè)運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)軌跡。
(, 下載次數(shù): 804)
那么我先下結(jié)論：理論上導(dǎo)致連桿機(jī)構(gòu)卡死的情況只有兩種，機(jī)構(gòu)進(jìn)入死點(diǎn)/死區(qū)和機(jī)構(gòu)自鎖。

進(jìn)一步作出說明，我們常把外力與受力點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向所夾的銳角稱為“壓力角”，其余角稱為“傳動(dòng)角”，機(jī)構(gòu)進(jìn)入死點(diǎn)/死區(qū)便是指壓力角達(dá)到90°，甚至繼續(xù)增大以致外力產(chǎn)生于運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)相反的分量，這時(shí)外力對(duì)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)沒有任何貢獻(xiàn)，于是機(jī)構(gòu)卡死，這種情況可能與摩擦相關(guān)，也可能不相關(guān)；機(jī)構(gòu)自鎖則是指傳動(dòng)角小于摩擦角，不論施加外力多大，摩擦力都會(huì)隨著支持力的增加而變得更大，從而始終阻礙構(gòu)件發(fā)生運(yùn)動(dòng)，這種情況則必然與摩擦相關(guān)。

為了方便理解后續(xù)分析，這里先引用摩擦角和摩擦圓的概念：
摩擦角：使物體處于滑動(dòng)臨界狀態(tài)的最總反力Foc與支持力R 的夾角α稱為摩擦角，摩擦因數(shù)μ=tanα；
摩擦圓：轉(zhuǎn)動(dòng)軸與軸瓦間的摩擦力F產(chǎn)生一個(gè)阻止軸轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦力矩MT，由于法向反力N通過軸頸中心O而不產(chǎn)生力矩，所以力矩MT可以由總反力R求出：MT= Rρ。式中ρ為R力與軸中心的垂直距離，即R力對(duì)軸中心的偏心距。所謂“摩擦圓”就是以O(shè)為圓心，以為ρ半徑的那個(gè)圓。
(, 下載次數(shù): 816) (, 下載次數(shù): 809)
回到機(jī)構(gòu)受力圖中，容易分析出連桿2和連桿4是二力桿，但由于摩擦圓的存在，其桿力并不與桿平行，而是沿著桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副上摩擦圓的公切線，其他桿件的受力情況也可以根據(jù)平面力系/力偶系平衡逐步分析得出。

接下來就可以根據(jù)受力方向和受力點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向來分析哪些運(yùn)動(dòng)副有卡滯風(fēng)險(xiǎn)了，具體來講是：
滑塊1在與機(jī)架0的滑動(dòng)副處可能有自鎖風(fēng)險(xiǎn)；
連桿2在與滑塊1的轉(zhuǎn)動(dòng)副處可能有進(jìn)入死點(diǎn)/死區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，而且由于其桿力并不與桿平行，連桿2在達(dá)到豎直姿態(tài)前就會(huì)卡死；
滑塊1在與機(jī)架0的滑動(dòng)副處可能有自鎖風(fēng)險(xiǎn)；
而對(duì)于連桿2與滑塊3、滑塊3與連桿4、連桿4與連桿5，他們之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副處由于在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)總反力與運(yùn)動(dòng)方向總呈銳角，因此沒有卡滯風(fēng)險(xiǎn)。

以上闡述了連桿機(jī)構(gòu)卡滯問題的定性分析，明天將繼續(xù)更新后續(xù)內(nèi)容，通過計(jì)算和仿真的方式進(jìn)行一些定量的分析，并驗(yàn)證上述結(jié)論。

補(bǔ)充內(nèi)容 (2023-12-18 14:55):
續(xù)篇傳送門：
【機(jī)構(gòu)分析】連桿機(jī)構(gòu)卡滯問題（完結(jié)篇）
http://e-learninguniversity.com/thread-1066271-1-1.html
(出處: 機(jī)械社區(qū))

作者: 呵呵hahei 時(shí)間: 2023-12-16 07:47
牛逼

作者: 十四先生 時(shí)間: 2023-12-16 08:32
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

作者: 熱青茶 時(shí)間: 2023-12-16 08:54
一句話，運(yùn)動(dòng)方向的力大于垂直分量壓力產(chǎn)生的摩擦力（包含系統(tǒng)摩擦力）即無死點(diǎn)

作者: 0712103034 時(shí)間: 2023-12-16 10:35
學(xué)習(xí)了，受教，一般最多用4桿，6桿的沒玩過，分析的比較通俗易懂了

作者: LatersM 時(shí)間: 2023-12-16 10:42
看了機(jī)構(gòu)圖，最上位置確實(shí)很大問題。
樓主牛！��！

作者: firefoxfan2011 時(shí)間: 2023-12-16 10:44
這是什么軟件做出來的？

作者: 公斂 時(shí)間: 2023-12-16 11:06
牛

作者: 設(shè)計(jì)夢(mèng)想 時(shí)間: 2023-12-16 11:48
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

作者: 樂花生 時(shí)間: 2023-12-16 12:16
講解專業(yè)

作者: 位的地方vv 時(shí)間: 2023-12-16 14:10
加油

作者: zl-zyq 時(shí)間: 2023-12-16 17:01
學(xué)習(xí)

作者: 15766377718 時(shí)間: 2023-12-16 17:33
厲害了，感謝樓主，分析透徹；我那后面又改了一下，抽空可以看一下我感覺我那連桿太多了，有點(diǎn)累贅

作者: dickych 時(shí)間: 2023-12-17 08:28
謝謝樓主分享

作者: 微光axi 時(shí)間: 2023-12-18 10:29
@聯(lián)合艦隊(duì) 來看看

作者: 黑暗中火焰 時(shí)間: 2023-12-18 13:57
得好好學(xué)習(xí)

作者: jelly_木 時(shí)間: 2023-12-21 09:02
不錯(cuò)，不同狀態(tài)的受力分析力的時(shí)候，有一些摩擦力不好算

作者: s52402010 時(shí)間: 2023-12-22 14:14
“由于摩擦圓的存在，其桿力并不與桿平行，而是沿著桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副上摩擦圓的公切線”
請(qǐng)問兩個(gè)圓之間有兩條公切線，我應(yīng)該取哪條？

作者: DaedraMech 時(shí)間: 2023-12-23 11:03

s52402010 發(fā)表于 2023-12-22 14:14
“由于摩擦圓的存在，其桿力并不與桿平行，而是沿著桿兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副上摩擦圓的公切線”
請(qǐng)問兩個(gè)圓之間有兩條 ...

這是個(gè)好問題。
還是以連桿2為例，其兩端轉(zhuǎn)動(dòng)副的摩擦圓之間確實(shí)有兩條公切線，但我們還知道摩擦力總是阻礙物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，看出構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)（趨勢(shì)）才好判斷哪條公切線是我們需要的，這也是我帖子中采用動(dòng)圖的原因之一。從原貼動(dòng)圖中已經(jīng)知道機(jī)構(gòu)下壓時(shí)，連桿2的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，再如下圖所示，只有這樣畫出的公切線，其對(duì)應(yīng)的摩擦力偶（由f12、f32形成）才沿著阻礙運(yùn)動(dòng)（趨勢(shì)）的方向，而另一條公切線對(duì)應(yīng)的摩擦力偶則順著運(yùn)動(dòng)（趨勢(shì)）的方向，成為了一種“動(dòng)力矩”，而這顯然是不符合物理規(guī)律的。
(, 下載次數(shù): 586)

作者: 安多福 時(shí)間: 2023-12-26 13:43
學(xué)習(xí)了

作者: 逸竹 時(shí)間: 2023-12-26 17:30
學(xué)習(xí)了

作者: 機(jī)械社區(qū)618 時(shí)間: 2023-12-26 22:08
才注冊(cè)沒多久就有這么專業(yè)的帖子？本壇還是有能人啊

作者: haipengtop 時(shí)間: 2023-12-27 08:34
機(jī)構(gòu)連桿可以簡化為滑塊，受力好一些。

作者: 機(jī)械~啊哈 時(shí)間: 2023-12-27 10:39
學(xué)習(xí)了

作者: 管理團(tuán)隊(duì) 時(shí)間: 2023-12-27 14:54
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(, 下載次數(shù): 513)

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