【機構(gòu)分析】連桿機構(gòu)卡滯問題

DaedraMech

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：


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,。

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。

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))

呵呵hahei

牛逼

十四先生

學習學習

熱青茶

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

0712103034

學習了,，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

LatersM

看了機構(gòu)圖，最上位置確實很大問題,。
樓主牛�,。�,！

firefoxfan2011

這是什么軟件做出來的,？

公斂

牛

設(shè)計夢想

學習學習

樂花生

講解專業(yè)