【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，在驅(qū)動(dòng)力偶矩 Md的作用下，在軸承 2中等速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)法向反力的總和為 N21，則如前所述，軸承2對(duì)軸頸 1的摩擦力 F21＝ f*N21＝ fv*Q。則摩擦力矩 Mr為： 圖 56(56) 根據(jù)平衡條件可知： R21=Q； Md=R21*r=Mf即總反力 R21對(duì)軸頸中心 O的力矩即為摩擦阻力矩 Mf，而由式 (5—6) 知： 對(duì)于一個(gè)具體的軸頸，由于 fv及 r均為定值，所以 ρ是一固定長(zhǎng)度。以軸頸中心 O為圓心，以 ρ為半徑作圓，則稱(chēng)其為摩擦圓， ρ稱(chēng)為摩擦圓半徑。轉(zhuǎn)動(dòng)副總反力的方位可根據(jù)如下三點(diǎn)來(lái)確定：1)在不考慮摩擦的情況下，根據(jù)力的平衡條件，初步確定總反力的方向；2)總反力應(yīng)與摩擦圓相切；3)總反力 R21對(duì)軸頸中心之矩的方向必與相對(duì)角速度 ω12的 方向相反。 (57)167。 53機(jī)械的效率當(dāng)機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸入功將等于輸出功和損失功之和。即：Wd=Wr+Wf 機(jī)械效率為： 效率也可用功率表示，即： 機(jī)械效率也可以用力的比值的形式來(lái)表達(dá)。 圖 57所示一機(jī)械傳動(dòng)裝置的示意圖。 設(shè) P為驅(qū)動(dòng)力， Q為生產(chǎn)阻力， VP、 VQ分別為 P和 Q的作用點(diǎn)沿該力作用線(xiàn)方向的分速度，于是根據(jù)式 (59， a)可得： PVPQVQ圖 57 設(shè)想在該機(jī)械中不存在摩擦，為了克服同樣的生產(chǎn)阻力 Q，其所需的驅(qū)動(dòng)力 P0 (稱(chēng)為理想驅(qū)動(dòng)力 ) 顯然： PP0，且此時(shí)，其效率應(yīng)等于 。(58)(59) 故得： 將其代入式 (a)，得： 同理，機(jī)械效率也可以用力矩之比的形式來(lái)表達(dá)，即 綜合式 (c)與 (d)可得： 對(duì)于由許多機(jī)器組成的機(jī)組而言，只要知道了各臺(tái)機(jī)器的機(jī)械效率，則該機(jī)組的總效率也可以由計(jì)算求得。 (1)串聯(lián) 如圖 58所示為幾種機(jī)器串聯(lián)組成的機(jī)組。 該機(jī)組的機(jī)械效率為： 。而功率在傳遞的過(guò)程中，前一機(jī)器的輸出功率即為后一機(jī)器的輸入功率 。圖 58(510)abc 設(shè)各機(jī)器的效率分別為 η η2… ηK則得： 將 η η2… ηK連乘起來(lái)，得 此即表明，串聯(lián)機(jī)組的總效率等于組成該機(jī)組的各個(gè)機(jī)器的效率的連乘積。由此可見(jiàn)，只要串聯(lián)機(jī)組中任一機(jī)器的效率很低，就會(huì)使整個(gè)機(jī)組的效率極低。 (2)并聯(lián) 如圖 59所示為幾種機(jī)器并聯(lián)組成的機(jī)組。 總輸入功率為 總輸出功率為 圖 59(511) 所以總效率為 上式表明并聯(lián)機(jī)組的總效率不僅與各機(jī)器的效率有關(guān)，而且也與各機(jī)器所傳遞的功率大小有關(guān)。要提高并聯(lián)機(jī)組的效率，應(yīng)著重提高傳遞功率大的傳動(dòng)路線(xiàn)的效率。 (3)混聯(lián) 如圖 510所示為兼有串聯(lián)和并聯(lián)的混聯(lián)機(jī)組。 為了計(jì)算其總效率，可先將輸入功至輸出功的路線(xiàn)弄清，然后分別計(jì)算出總的輸入功率和總的輸出功率，最后可按下式計(jì)算其總機(jī)械效率。 圖 510(512)167。 54機(jī)械的自鎖有些機(jī)械，由于其結(jié)構(gòu)的形式以及摩擦影響，導(dǎo)致當(dāng)沿某一方向施加無(wú)論多大的驅(qū)動(dòng)力 (矩 )時(shí)，都無(wú)法使它運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就叫作機(jī)械的 自鎖 。 一．移動(dòng)副的自鎖條件 由圖 511可知， Pt=P*sinβ(有效分力 )Pn=P*cosβ(有害分力 ) 最大摩擦力為： 當(dāng) β≤φ 時(shí)，由上述可知 此式說(shuō)明，在 β≤φ的情況下，不管驅(qū)動(dòng)力 P如何增大，驅(qū)動(dòng)力的有效分力總是小于驅(qū)動(dòng)力本身所可能引起的最大摩擦力，因而滑塊 1總不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)，即發(fā)生了所謂的自鎖現(xiàn)象。 平面移動(dòng)副自鎖條件 ： 作用于滑塊上的合外力作用線(xiàn)落在移動(dòng)副摩擦角以?xún)?nèi)，即 β≤φ 圖 511 二、轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖條件 如圖 512所示，軸頸和軸承組成轉(zhuǎn)動(dòng)副。設(shè)作用在軸頸上的外裁荷為一單力 P，則當(dāng)力 P的作用線(xiàn)在摩擦圓之內(nèi)時(shí) (即 a＜ ρ)，因它對(duì)軸頸中心的力矩 M＝ Pa，始終小于它本身所能引起的最大摩擦力矩 Mf＝ Rρ＝ Pρ。所以力 P任意增大 [力臂 a保持不變 )，也不能驅(qū)使軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，亦即出現(xiàn)了自鎖現(xiàn)象。 轉(zhuǎn)動(dòng)副自鎖條件： 作用于軸頸且垂直于軸線(xiàn)的合外力的作用線(xiàn)切割于摩擦圓，即 a≤ρ 。三、利用效率判斷機(jī)構(gòu)自鎖的條件 當(dāng)機(jī)械自鎖時(shí)其機(jī)械效率將恒小于或等于零，即 設(shè)計(jì)機(jī)械時(shí)，可以利用上式來(lái)判斷其是否自鎖及出現(xiàn)自鎖的條件。當(dāng)然，因機(jī)械自鎖時(shí)已根本不能作功，故此時(shí)， η已沒(méi)有一般效率的意義，它只表明機(jī)械自鎖的程度。當(dāng) η＝ o時(shí)，機(jī)械處于臨界自鎖狀態(tài)；若 η＜ o，則其絕對(duì)值越大，表明自鎖越可靠。 圖 512(513)第六章 平面連桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)167。61連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn) 連桿機(jī)構(gòu) (linkages)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)，圖 61中 所示機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是其原動(dòng)件 1的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過(guò)一個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件 2才能傳動(dòng)從動(dòng)件 3，這個(gè)不直接與機(jī)架相聯(lián)的中間構(gòu)件稱(chēng)為連桿，而把具有連桿的這些機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱(chēng)為連桿機(jī)構(gòu)。 圖 61ba c優(yōu)點(diǎn) ：1)其運(yùn)動(dòng)副為低副面接觸，壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷。便于潤(rùn)滑，不易產(chǎn)生大的磨損，幾何形狀較簡(jiǎn)單，便于加工制造。2)從動(dòng)件能實(shí)現(xiàn)各種預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3)連桿上各不同點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的，從而可以得到各種不同形狀的曲線(xiàn)，我們可以利用這些曲線(xiàn)來(lái)滿(mǎn)足不同軌跡的要求。缺點(diǎn) ： 1)有較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)鏈，使連桿機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的積累誤差，降低機(jī)械效率。2)連桿及滑塊的質(zhì)心都在作變速運(yùn)動(dòng)，它們所產(chǎn)生的慣性力難于用一般的平衡方法加以消除，增加機(jī)構(gòu)的動(dòng)載荷。所以連桿機(jī)構(gòu)一般不宜用于高速傳動(dòng)。連桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際中用處較多，如圖 62,a中的機(jī)械手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，圖 62,b中的溜冰鞋剎車(chē)機(jī)構(gòu)和圖 62,c中的夾子驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖 62， a 圖 62， b圖 62， c167。62平面四桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型和應(yīng)用一、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 圖 6l， b所示的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) (所有運(yùn)動(dòng)副都是回轉(zhuǎn)副的四桿機(jī)構(gòu) )是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式，其他型式的四桿機(jī)構(gòu)可看作是在它的基礎(chǔ)上通過(guò)演化而成的。 AD為機(jī)架， AB、 CD為連架桿， BC為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱(chēng)為 曲柄 ，只能在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)的則稱(chēng)為 搖桿 。1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)這架稈中一個(gè)為曲柄，另一個(gè)為搖桿，則此四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(carnkrockermeghanism)；當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動(dòng)。該機(jī)構(gòu)在實(shí)際中多有應(yīng)用，如圖 63和 64。2.雙曲柄機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)這架桿都是曲柄，則稱(chēng)為 雙曲柄機(jī)構(gòu)(doublecrank mechanism)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若其相對(duì)兩桿平行且相等，則成為平行四邊形機(jī)構(gòu)。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中兩連架桿都是搖桿，則稱(chēng)為 雙搖桿機(jī)構(gòu) (doublerockermechanism)。 圖 68 圖 69二、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化型式 1.改變構(gòu)件的形狀和運(yùn)動(dòng)尺寸在圖 610,圖 b所示的曲線(xiàn)導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)可看成是由圖 a所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中所演化而來(lái)。其中搖桿 DC可由饒 D點(diǎn)沿軌道 ββ運(yùn)動(dòng)的滑塊 3所替代 。當(dāng)將搖桿 3的長(zhǎng)度增至無(wú)窮大，則鉸鏈 c運(yùn)動(dòng)的軌跡 ββ將變?yōu)橹本€(xiàn)，而與之相應(yīng)的圖 b中的曲線(xiàn)導(dǎo)軌將變?yōu)橹本€(xiàn)導(dǎo)軌，于是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)將演化成為常見(jiàn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖 610,d所示。其中圖 c所示為具有一偏距 e的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) (offset slidercrank mechanism)；圖 b所示為沒(méi)有偏距的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖 610在圖 610,d所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，由于鉸鏈 B相對(duì)于鉸鏈 c運(yùn)動(dòng)的軌跡為 αα圓弧，所以如將連桿 2作成滑塊形式，并使之沿滑塊 3上的圓弧導(dǎo)軌αα運(yùn)動(dòng) (如圖 611， a所示 )，此時(shí)已演化成為一種具有兩個(gè)滑塊的四桿機(jī)構(gòu)。設(shè)將圖 610,d所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的連桿 2的長(zhǎng)度增至無(wú)窮長(zhǎng)．則圓弧導(dǎo)軌 αα將成為直線(xiàn)，于是該機(jī)構(gòu)將演化成為圖 611,b所示的所謂正弦機(jī)構(gòu)。 圖 6112.改變運(yùn)動(dòng)副的尺寸 在圖 612,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄 AB的尺寸較小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的需要，常將曲柄改作成如圖 b所示的一個(gè)幾何中心不與回轉(zhuǎn)中心相重合的圓盤(pán)，此圓盤(pán)稱(chēng)為 偏心輪 ，這種機(jī)構(gòu)則稱(chēng)為 偏心輪機(jī)構(gòu) 。圖 6— 19圖 613圖 612在圖 613,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若改選構(gòu)件 AB為機(jī)架，如圖 b所示，則稱(chēng)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(chēng)為回轉(zhuǎn)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如果導(dǎo)桿僅能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)，則稱(chēng)為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。如果在圖 613,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，改選構(gòu)件 BC為機(jī)架 (如圖 c)，則將演化成為曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。 在圖 613,a所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中改選滑塊為機(jī)架 (圖 d)，則將演化為直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)。 167。 63有關(guān)平面四桿機(jī)構(gòu)的一些基本知識(shí)一、平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件 如圖 614所示，設(shè)分別以 a、 b、 c、 d表示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度， AD桿為機(jī)架，討論能作整周回轉(zhuǎn) (即轉(zhuǎn)動(dòng)副 A為周轉(zhuǎn)副 )的條件。設(shè) a＜ d當(dāng) AB桿能繞 A點(diǎn)作整周回轉(zhuǎn)時(shí)， AB桿應(yīng)能占據(jù) AB39。與 AB39。39。兩個(gè)位。由圖可見(jiàn)，為了使 AB桿能轉(zhuǎn)至位置 AB39。，各桿的長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足 圖 614為了使 AB桿能夠轉(zhuǎn)至位置 AB39。39。，各桿的長(zhǎng)度應(yīng)滿(mǎn)足 或?qū)⑹?(6—1) 、 (6—2) 、 (6—3) 分別兩兩相加，則得 即 AB桿為最短稈。 d+a≤b+cd≤ad+b≤a+cd≤bd+c≤b+ad≤c由此可得 曲柄存在條件 (Crashoff’slaw)：1)最短桿是機(jī)架或連架桿。2)最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度和應(yīng)小于或等于其他兩桿的長(zhǎng)度和 。 二、急回運(yùn)動(dòng)和行程速比系數(shù)圖 615所示為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)曲柄 AB為原動(dòng)件，以等角速度順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過(guò)程中，有兩次與連桿共線(xiàn)，這時(shí)從動(dòng)件搖桿CD分別位于兩極限位置 C1D和 C2D。 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)到兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件 AB所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角 θ 稱(chēng)為 極位夾角 (crankanglebetweenextremeposition)。 顯然 ： α1α2搖桿的這種運(yùn)動(dòng)性質(zhì)稱(chēng)為急回運(yùn)動(dòng) (quick_returnmotion)。為了表明急回運(yùn)動(dòng)的急回程度，常用行程速比系數(shù) (advanceto returntimeratio)來(lái)衡量，即 圖 615三、 四桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角與死點(diǎn)1.壓力角與傳動(dòng)角(1)壓力角 (pressuresngle)(α)：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，作用于點(diǎn) C的力 P與點(diǎn) C速度方向之間所夾的銳角。(2)傳動(dòng)角 (γ)：壓力角的余角 。 如 圖 616所 示，力 P可分解為：Pn=Psinα=Pcosγ， Pt=Pcosα=Psinγ，其中 Pn只能使鉸鏈 C、 D產(chǎn)生徑向壓力，才 Pt是推動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的有效分力。可見(jiàn)， γ角愈大，則有效分力 Pt愈大，而 Pn愈小，因此對(duì)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)愈有利。圖 616(3)最小傳動(dòng)角 γmind的確定由圖 6—33 可見(jiàn)， γ與機(jī)構(gòu)的 ∠ BCD有關(guān)。在 ΔABD和 ΔBCD中，由余弦定理得：BD2=b2+c22bccos∠ BCD；1