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機(jī)械社區(qū)

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

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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)卡滯問題
http://97307.cn/thread-1066249-1-1.html
(出處: 機(jī)械社區(qū))

然而這些風(fēng)險(xiǎn)到底有多大,，我們心里還是沒有數(shù),，沒辦法對(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來簡要模擬機(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)帶來多大的影響。

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通過前面的受力分析,，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)把他們摘出來分析，其他的構(gòu)件也就都可以仿照其分析過程得出各自的結(jié)果,。
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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：
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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)超過轉(zhuǎn)動(dòng)副的實(shí)際物理尺寸）
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接下來我們運(yùn)用一些幾何知識(shí)把壓力角β求出來：
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°,，也就是說超過這個(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，是騾子是馬拉出來溜溜,。
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結(jié)果符合預(yù)料,，操作力無論如何增加，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),，無法產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
那我們再把θ1改得比臨界角小一些,，比如55°,，那情況又如何呢？
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不出所料,，機(jī)構(gòu)脫離了自鎖狀態(tài),，開始運(yùn)動(dòng)了起來，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,，看來在設(shè)計(jì)時(shí)摩擦帶來的影響的確不得不重視。

縱觀整個(gè)分析過程,，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”的問題重述為“如何減小壓力角”的問題。
從β=90°-(θ2-θ1),、θ2=arccos(2ρ/L)出發(fā),，我們可以通過增大θ2來減小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；
4. 使構(gòu)件遠(yuǎn)離自鎖臨界位置,。

需要說明的是,，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)量優(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)致我們在設(shè)計(jì)壓力角時(shí)一定要留些余量。此外很多場合并不需要或者沒有條件（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~

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

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

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作者: 湖泊凌    時(shí)間: 2023-12-17 09:53
hao

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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)

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

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

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

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作者: mfka    時(shí)間: 2023-12-18 12:55

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

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作者: DaedraMech    時(shí)間: 2023-12-19 17:19
模型下載鏈接：鏈接：https://pan.baidu.com/s/1jrdyCmQrYhry6zIjUYmDkA?pwd=2xcc
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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,，

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

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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

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

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

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作者: 百度虎威    時(shí)間: 2023-12-21 10:21
把過去的知識(shí)重新?lián)炱稹Ｖx謝

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