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機械社區(qū)

標(biāo)題: 【機構(gòu)分析】連桿機構(gòu)卡滯問題 [打印本頁]
作者: DaedraMech    時間: 2023-12-15 23:09
標(biāo)題: 【機構(gòu)分析】連桿機構(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)計的機構(gòu)是否會卡死的問題,，我之前也設(shè)計過一些連桿機構(gòu),，于是斗膽以這位壇友的機構(gòu)為例,，單獨開貼說明連桿機構(gòu)卡滯問題的分析方法,，希望能為壇友們在設(shè)計其他類似機構(gòu)時稍微提供一點思路,。如有錯誤和遺漏之處還望壇友們指正和補充,。
首先,，把壇友的機構(gòu)抽象成無重量的桿（剛體）和運動副組成的物理模型,，剔除掉對稱結(jié)構(gòu),，畫出機構(gòu)簡圖：
(, 下載次數(shù): 813) (, 下載次數(shù): 847)

可以看出,，這是一種單自由度閉式鏈六桿機構(gòu)，其運動趨勢由動圖示意,，不多贅述,；我們接下來分析其受力：
如圖所示，藍色箭頭代表構(gòu)件所受外力,，例如F12代表滑塊1對連桿2的總反力,；黑色圓圈代表轉(zhuǎn)動副或支撐點；藍色圓圈代表摩擦圓,；灰色虛線代表力的延長線或者某個運動副的運動軌跡,。
(, 下載次數(shù): 822)
那么我先下結(jié)論：理論上導(dǎo)致連桿機構(gòu)卡死的情況只有兩種，機構(gòu)進入死點/死區(qū)和機構(gòu)自鎖,。

進一步作出說明,，我們常把外力與受力點運動方向所夾的銳角稱為“壓力角”，其余角稱為“傳動角”,，機構(gòu)進入死點/死區(qū)便是指壓力角達到90°,，甚至繼續(xù)增大以致外力產(chǎn)生于運動趨勢相反的分量，這時外力對構(gòu)件的運動沒有任何貢獻,，于是機構(gòu)卡死,，這種情況可能與摩擦相關(guān)，也可能不相關(guān),；機構(gòu)自鎖則是指傳動角小于摩擦角,，不論施加外力多大,，摩擦力都會隨著支持力的增加而變得更大，從而始終阻礙構(gòu)件發(fā)生運動,，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)動軸與軸瓦間的摩擦力F產(chǎn)生一個阻止軸轉(zhuǎn)動的摩擦力矩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半徑的那個圓。
(, 下載次數(shù): 830) (, 下載次數(shù): 822)
回到機構(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)受力方向和受力點運動方向來分析哪些運動副有卡滯風(fēng)險了,，具體來講是：
滑塊1在與機架0的滑動副處可能有自鎖風(fēng)險,；
連桿2在與滑塊1的轉(zhuǎn)動副處可能有進入死點/死區(qū)風(fēng)險，而且由于其桿力并不與桿平行,，連桿2在達到豎直姿態(tài)前就會卡死,；
滑塊1在與機架0的滑動副處可能有自鎖風(fēng)險；
而對于連桿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)動副處由于在運動范圍內(nèi)總反力與運動方向總呈銳角,，因此沒有卡滯風(fēng)險,。


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


補充內(nèi)容 (2023-12-18 14:55):
續(xù)篇傳送門：
【機構(gòu)分析】連桿機構(gòu)卡滯問題（完結(jié)篇）
http://giwivy.com.cn/thread-1066271-1-1.html
(出處: 機械社區(qū))
作者: 呵呵hahei    時間: 2023-12-16 07:47
牛逼
作者: 十四先生    時間: 2023-12-16 08:32
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
作者: 熱青茶    時間: 2023-12-16 08:54
一句話,，運動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
作者: 0712103034    時間: 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    時間: 2023-12-16 10:42
看了機構(gòu)圖,，最上位置確實很大問題。
樓主牛�,。,。�
作者: firefoxfan2011    時間: 2023-12-16 10:44
這是什么軟件做出來的,？
作者: 公斂    時間: 2023-12-16 11:06
牛
作者: 設(shè)計夢想    時間: 2023-12-16 11:48
學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)
作者: 樂花生    時間: 2023-12-16 12:16
講解專業(yè)
作者: 位的地方vv    時間: 2023-12-16 14:10
加油
作者: zl-zyq    時間: 2023-12-16 17:01
學(xué)習(xí)
作者: 15766377718    時間: 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，有點累贅
作者: dickych    時間: 2023-12-17 08:28
謝謝樓主分享
作者: 微光axi    時間: 2023-12-18 10:29
@聯(lián)合艦隊 來看看
作者: 黑暗中火焰    時間: 2023-12-18 13:57
得好好學(xué)習(xí)
作者: jelly_木    時間: 2023-12-21 09:02
不錯,，不同狀態(tài)的受力分析力的時候,，有一些摩擦力不好算
作者: s52402010    時間: 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)動副上摩擦圓的公切線”
請問兩個圓之間有兩條公切線,，我應(yīng)該取哪條？
作者: DaedraMech    時間: 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)動副上摩擦圓的公切線”
請問兩個圓之間有兩條 ...

這是個好問題,。
還是以連桿2為例,，其兩端轉(zhuǎn)動副的摩擦圓之間確實有兩條公切線，但我們還知道摩擦力總是阻礙物體間的相對運動或相對運動趨勢,，看出構(gòu)件之間的相對運動（趨勢）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圖的原因之一。從原貼動圖中已經(jīng)知道機構(gòu)下壓時,，連桿2的運動趨勢,，再如下圖所示，只有這樣畫出的公切線,，其對應(yīng)的摩擦力偶（由f12,、f32形成）才沿著阻礙運動（趨勢）的方向，而另一條公切線對應(yīng)的摩擦力偶則順著運動（趨勢）的方向,，成為了一種“動力矩”,，而這顯然是不符合物理規(guī)律的。
(, 下載次數(shù): 598)
作者: 安多福    時間: 2023-12-26 13:43
學(xué)習(xí)了
作者: 逸竹    時間: 2023-12-26 17:30
學(xué)習(xí)了
作者: 機械社區(qū)618    時間: 2023-12-26 22:08
才注冊沒多久就有這么專業(yè)的帖子,？本壇還是有能人啊
作者: haipengtop    時間: 2023-12-27 08:34
機構(gòu)連桿可以簡化為滑塊,，受力好一些。
作者: 機械~啊哈    時間: 2023-12-27 10:39
學(xué)習(xí)了
作者: 管理團隊    時間: 2023-12-27 14:54
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(, 下載次數(shù): 526)




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