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標(biāo)題: 【機(jī)構(gòu)分析】連桿機(jī)構(gòu)卡滯問(wèn)題（完結(jié)篇） [打印本頁(yè)]

作者: DaedraMech 時(shí)間: 2023-12-17 06:32
標(biāo)題: 【機(jī)構(gòu)分析】連桿機(jī)構(gòu)卡滯問(wèn)題（完結(jié)篇）
在上一篇中，我們闡述了連桿機(jī)構(gòu)的兩種卡滯失效模式及其成因，定性分析出六桿機(jī)構(gòu)中哪些運(yùn)動(dòng)副有卡滯風(fēng)險(xiǎn)：
【機(jī)構(gòu)分析】連桿機(jī)構(gòu)卡滯問(wèn)題
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(出處: 機(jī)械社區(qū))

然而這些風(fēng)險(xiǎn)到底有多大，我們心里還是沒(méi)有數(shù)，沒(méi)辦法對(duì)我們的設(shè)計(jì)優(yōu)化提出更具體的建議。因此，本著理論為實(shí)踐服務(wù)的原則，本篇將借助多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件Adams來(lái)簡(jiǎn)要模擬機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，定量地分析兩種卡滯失效模式，由此獲得一些實(shí)實(shí)在在的能幫到我們改善設(shè)計(jì)的結(jié)論。
在前面的分析中，我們已經(jīng)了解到即使運(yùn)動(dòng)副絕對(duì)光滑，機(jī)構(gòu)仍然可以因?yàn)閴毫?90°而進(jìn)入死點(diǎn)，我們可以把這種情況作為參考，看看后面引入摩擦后會(huì)帶來(lái)多大的影響。

(, 下載次數(shù): 684)
通過(guò)前面的受力分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)架0、滑塊1和連桿2之間恰好同時(shí)有摩擦角和摩擦圓存在，這是一種非常典型的情況，我們不妨單獨(dú)把他們摘出來(lái)分析，其他的構(gòu)件也就都可以仿照其分析過(guò)程得出各自的結(jié)果。
(, 下載次數(shù): 685)
如圖所示，連桿2對(duì)滑塊1的總反力F21與滑塊運(yùn)動(dòng)方向的夾角β就是我們需要研究的壓力角。按照之前的分析，如果他的余角（90°-β）小于摩擦角α，機(jī)構(gòu)就會(huì)進(jìn)入自鎖狀態(tài)。我們不妨假設(shè)所有運(yùn)動(dòng)副的摩擦因數(shù)均為0.4，先考察下轉(zhuǎn)動(dòng)副的受力情況：
(, 下載次數(shù): 674)
(, 下載次數(shù): 688)
易知f12/N12=tanγ=0.4，于是有γ=arctan0.4=21.8°；
設(shè)轉(zhuǎn)軸半徑R=5，則摩擦圓半徑ρ=R·sinγ=1.86。
（從動(dòng)圖中還能獲知一處值得關(guān)注的地方：摩擦圓隨著摩擦因數(shù)的增大而增大，但不會(huì)超過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副的實(shí)際物理尺寸）
(, 下載次數(shù): 683)
接下來(lái)我們運(yùn)用一些幾何知識(shí)把壓力角β求出來(lái)：
從上圖的幾何關(guān)系中不難發(fā)現(xiàn)β=90°-(θ2-θ1) ；
而cos(θ2)=2ρ/L，從模型中量出L=20，于是θ2=arccos(2ρ/L)=79.28° ；
θ1是連桿與水平面的夾角，代表了機(jī)構(gòu)的初始位置，我們可以人為規(guī)定，那干脆通過(guò)β的余角(θ2-θ1)≤21.8°，算一下使機(jī)構(gòu)進(jìn)入自鎖狀態(tài)的臨界角度，于是有θ1≥57.48°，也就是說(shuō)超過(guò)這個(gè)值機(jī)構(gòu)一定自鎖，那索性我就把θ1規(guī)定為60°。
現(xiàn)在，終于可以將上述計(jì)算得到的數(shù)據(jù)輸入Adams軟件中，運(yùn)算一下，是騾子是馬拉出來(lái)溜溜

。
(, 下載次數(shù): 677) (, 下載次數(shù): 685)
結(jié)果符合預(yù)料，操作力無(wú)論如何增加，摩擦力總是隨著正壓力等比增加，機(jī)構(gòu)的確進(jìn)入了自鎖狀態(tài)，無(wú)法產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
那我們?cè)侔薛?改得比臨界角小一些，比如55°，那情況又如何呢？
(, 下載次數(shù): 678) (, 下載次數(shù): 685)
不出所料，機(jī)構(gòu)脫離了自鎖狀態(tài)，開(kāi)始運(yùn)動(dòng)了起來(lái)，正壓力和摩擦力也隨著壓力角變小而不斷變小。
現(xiàn)在讓我們回憶下最開(kāi)始不考慮摩擦的情況，連桿2對(duì)滑塊1的壓力角要達(dá)到90°才能進(jìn)入死點(diǎn)/死區(qū)，而現(xiàn)在考慮了摩擦之后，居然不到60°機(jī)構(gòu)就先進(jìn)入自鎖狀態(tài)了，看來(lái)在設(shè)計(jì)時(shí)摩擦帶來(lái)的影響的確不得不重視。

縱觀整個(gè)分析過(guò)程，連桿機(jī)構(gòu)的卡滯失效總是與壓力角相關(guān)，因此我認(rèn)為可以把“如何防止連桿機(jī)構(gòu)卡滯”的問(wèn)題重述為“如何減小壓力角”的問(wèn)題。
從β=90°-(θ2-θ1)、θ2=arccos(2ρ/L)出發(fā)，我們可以通過(guò)增大θ2來(lái)減小β，這意味著減小ρ、增加L，而ρ=R·sinγ，于是應(yīng)用三角函數(shù)規(guī)律我們可以得到如下設(shè)計(jì)時(shí)可供參考的建議：
1. 減小轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的摩擦因數(shù)；
2. 減小轉(zhuǎn)動(dòng)副的實(shí)際物理尺寸；
3. 增加連桿的桿長(zhǎng)；
4. 使構(gòu)件遠(yuǎn)離自鎖臨界位置。

需要說(shuō)明的是，這樣的仿真仍然忽略了許多現(xiàn)實(shí)因素，比如靜摩擦因數(shù)一般比動(dòng)摩擦因數(shù)大一些、摩擦因數(shù)隨相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生變化、運(yùn)動(dòng)副的表面質(zhì)量?jī)?yōu)劣以及現(xiàn)實(shí)中的構(gòu)件不是剛體等等這些因素的存在導(dǎo)致我們?cè)谠O(shè)計(jì)壓力角時(shí)一定要留些余量。此外很多場(chǎng)合并不需要或者沒(méi)有條件（比如摩擦因數(shù)就不容易獲得）做些精確設(shè)計(jì)，一般會(huì)采用一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我想這也許就是很多前輩在設(shè)計(jì)壓力角時(shí)直接采用≤30°、≤40°等等這類指標(biāo)的原因。

我個(gè)人對(duì)連桿機(jī)構(gòu)卡滯問(wèn)題的理解到此就講解完成了，如有錯(cuò)誤和遺漏之處還望壇友們指正和補(bǔ)充。如果覺(jué)得我的內(nèi)容確實(shí)能在工作中幫到您，還請(qǐng)壇友賞小弟點(diǎn)積分快活快活~

作者: dickych 時(shí)間: 2023-12-17 08:18
謝謝樓主分享

作者: 斯文棒棒 時(shí)間: 2023-12-17 09:04
樓主理論功底深厚，

作者: 湖泊凌 時(shí)間: 2023-12-17 09:53
hao

作者: 那一抹星空 時(shí)間: 2023-12-17 12:01
太專業(yè)了，學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)

作者: fangxikang 時(shí)間: 2023-12-17 14:58
樓主專業(yè)

作者: MC狗 時(shí)間: 2023-12-18 10:06
學(xué)習(xí)了

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

作者: mfka 時(shí)間: 2023-12-18 12:55

作者: SNT 時(shí)間: 2023-12-19 13:03
我猜沒(méi)幾個(gè)人認(rèn)真看...

作者: DaedraMech 時(shí)間: 2023-12-19 17:19
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作者: haipengtop 時(shí)間: 2023-12-20 14:31
這個(gè)機(jī)構(gòu)不合適，他不符合機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的情況，你們計(jì)算一下機(jī)構(gòu)自由度，

作者: haipengtop 時(shí)間: 2023-12-20 14:39
這個(gè)機(jī)構(gòu)就是亂動(dòng)

作者: DaedraMech 時(shí)間: 2023-12-20 14:43

haipengtop 發(fā)表于 2023-12-20 14:31
這個(gè)機(jī)構(gòu)不合適，他不符合機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的情況，你們計(jì)算一下機(jī)構(gòu)自由度，

不是的哦老哥，該機(jī)構(gòu)自由度為F=5×3-7×2=1，是有確定運(yùn)動(dòng)的

作者: haipengtop 時(shí)間: 2023-12-20 14:47
多算了一個(gè)件，

作者: haipengtop 時(shí)間: 2023-12-20 15:11
試試把兩個(gè)連桿簡(jiǎn)化成滑塊

作者: 百度虎威 時(shí)間: 2023-12-21 10:21
把過(guò)去的知識(shí)重新?lián)炱�。謝謝

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