曲柄與搖桿擺角的關(guān)系

蘇 慧

(保定職技術(shù)學(xué)院，河北 保定 071000)

平面四桿機(jī)構(gòu)是平面多桿機(jī)構(gòu)，空間多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)，所以對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究有著很重要的意義。其中曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)械特性參數(shù)有很多，他們的綜合性能的合理決定著整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能的好壞。這里主要研究曲柄搖桿的擺角ψ。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)按照其壓力角γ的情況可分為兩類：Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin=180°-δm,Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin=δ0。連桿BC和輸出桿CD的最小夾角是δ0，它們的最大夾角是δm，如圖1所示。

圖1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)δ角極值位置

曲柄與搖桿之間不好直接找表達(dá)式數(shù)值上的關(guān)系，這里利用圖解法設(shè)計(jì)利用圖解法設(shè)計(jì)θ<90°,θ=90°,θ>90°時(shí)的Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，Ⅱ曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在任意位置時(shí)的圖解特點(diǎn)，分析總結(jié)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ與搖桿擺角ψ的關(guān)系。

已知要設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角，擺角ψ，搖桿CD長(zhǎng)度。D為機(jī)架，畫出擺桿的兩個(gè)極限位置C1D,C2D即∠C1DC2=ψ,在做以C1C2為弦的圓周角為θ的圓η，延長(zhǎng)C1D,C2D，分別交圓η與F,E。在弧C1E,C2F上任意點(diǎn)可作為機(jī)架另一鉸點(diǎn)A。用這種方法即可作出規(guī)定極位夾角θ，擺角ψ，搖桿CD長(zhǎng)度的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

下面根據(jù)圖解結(jié)果，對(duì)θ取不同范圍時(shí)研究曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ與搖桿擺角ψ的關(guān)系。

1 Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在兩極位時(shí)，機(jī)架A,D分布于極位點(diǎn)C1，C2兩側(cè)，所以在用圖解法時(shí)以C1C2為弦的圓周角∠C1AC2=θ應(yīng)在遠(yuǎn)離D的C1C2的一側(cè)找。即得到圖1，由圖可知E,F,A和D處于C1C2異側(cè)，可得：

圖2 Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

2 Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

(1)θ=90°的情況。圖解法得圖3，由圖可知，θ=90°時(shí)，C1C2是圓的直徑，由圖分析參數(shù)間的關(guān)系特點(diǎn)：θ=90°時(shí)，對(duì)于ψ∈(0,∏),C∈(0,∞)任意取值，都可作出符合要求的Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

圖3 θ=90°的Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

結(jié)論2: Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)θ=90°時(shí),ψ∈(0,∏), ∈(0,∞)。

(2)θ>90°的情況。圖解法得圖4，由圖可知，θ>90°時(shí)，C1C2D分布在圓中心O同側(cè)，由圖分析參數(shù)間的關(guān)系特點(diǎn)：θ>90°時(shí)，圓弧C1E,C2F>0，C1,C2,E,F,D分布在圓中心O同側(cè),即有角度關(guān)系∠OC1D<90°,θ-90°<ψ/2,在弧上任意點(diǎn)可作為機(jī)架另一鉸點(diǎn)有解。

結(jié)論3：Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)θ>90°時(shí)， 90°<θ<90°+ψ/2。

圖4 θ>90°的Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

(3)θ<90°的情況。圖解法得圖5，由圖可知，θ<90°時(shí)，C1C2D分布在圓中心O兩側(cè)。參數(shù)間的關(guān)系特點(diǎn)：θ<90°時(shí)，θ,ψ,C之間互不影響，在θ∈(0,90°),ψ∈(0,∏),C∈(0,∞)任意取值，都可作出符合要求的Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。

結(jié)論4：Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)θ<90°時(shí)，ψ∈(0,∏),C∈(0,∞)。

圖5 θ<90°的Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

由結(jié)論2、3、4可知，Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角的取值范圍為θ∈(0°,180°)。即Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角θ∈(0°,90°)，Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角θ∈(0°, ∏)。