1.急回特性
如图5-38所示的曲柄摇杆机构,当曲柄做匀速转动时,摇杆来回摆动的速度不相等,即摇杆摆动回来的速度快,摆动过去的速度慢,这种摇杆快速摆回的特性称为急回特性。在往复式工作的机械(如插床、插齿机、刨床、搓丝机等)中,常利用机构的急回特性来缩短空行程的时间,以提高生产率。
图5-38 曲柄摇杆机构急回特性分析
从图5-38中可以看出:如果曲柄AB为主动件,并以匀角速度作顺时针转动时,摇杆CD为从动件,其向右摆动为工作行程,向左摆动为返回行程。当曲柄转至AB1位置时,连杆位于B1C1位置,与曲柄重叠共线,摇杆处于左极限位置C1D;当曲柄由AB1位置转过(180°+θ)到达AB2位置时,连杆位于B2C2位置,与曲柄的延长线共线,摇杆则向右摆动ψ角,到达右极限位置C2D,完成了工作行程。完成工作行程所用的时间t1=(180°+θ)/ω。曲柄由AB2位置继续转过(180°-θ)回到AB1位置时,摇杆则向左摆动ψ角,到达左极限位置C1D,完成了返回行程。完成返回行程所用的时间t2=(180°-θ)/ω。因为转角(180°+θ)>(180°-θ),则t1>t2,所以,摇杆返回速度快于工作速度。机构的这种返回行程速度比工作行程速度快的特性,称为机构的急回特性。
机构的急回特性程度,可用行程速度变化系数K表示,即
从公式中可以看出,行程速度变化系数K与θ有关。θ是从动件摇杆处于两极限位置时,相应的曲柄位置线所夹的锐角,称为极位夹角。θ>0,则K>1,机构有急回特性;θ=0,则K=1,机构无急回特性。θ越大,机构急回特性越明显,但机构的传动平稳性下降。通常K=1.2~2.0。
2.压力角与传动角
如图5-39所示的曲柄摇杆机构中。主动件曲柄AB经连杆BC传递到从动件摇杆CD上,摇杆上C点受到的力F与C点的运动速度Vc之间所夹的锐角α,称为机构在该位置的压力角。压力角α的余角γ称为传动角。压力角α和传动角γ在机构运动过程中是变化的。
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图5-39 压力角与传动角分析
在生产过程中,不仅要求机构能够实现预定的运动规律,还要求传动性能良好,效率高。显然,如果压力角α越小或传动角γ越大,对机构的传动越有利;如果压力角α越大或传动角γ越小,会使转动副中的压力增大,磨损加剧,降低机构的传动效率。因此,压力角α不能太大或传动角γ不能太小,通常规定工作行程中的最小传动角是γmin≥40°~50°。
对于行程速度变化系数K>1的机构,工作行程中的最小传动角γmin通常出现在摇杆处于右极限位置,即工作行程的终点。
3.死点位置
如图5-40所示的曲柄摇杆机构中,如果主动件是摇杆,曲柄是从动件,当摇杆在左、右两个极限位置时,连杆与曲柄共线(B1AC1和AB2C2在一条直线上),通过连杆施加于曲柄的作用力正好经过曲柄的转动中心,连杆对曲柄A点的推动力矩为零,无法使曲柄转动,出现顶死现象,此时整个机构处于静止状态。机构中出现死点现象的位置称为死点位置。死点位置常使机构从动件无法运动或出现运动不确定现象。
为了使曲柄摇杆机构顺利地通过死点位置,可以在曲柄上安装飞轮,利用飞轮的转动惯性闯过死点位置,或采用错位的方法来渡过死点位置。但事物是一分为二的,有利也有弊。有时机械工程中也可以利用死点位置来满足工程上的一些特殊工作要求。例如,飞机的起落架(见图5-41)、折叠式家具的固定、机床夹具的锁紧等,就是利用死点位置获得可靠的工作状态。
图5-40 曲柄摇杆机构的死点位置分析
图5-41 飞机起落架机构运动简图
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