0033-ZL15型輪式裝載機工作裝置設計【全套5張CAD圖】,全套5張CAD圖,zl15,輪式,裝載,機工,裝置,設計,全套,cad
鉸接四桿機構會引起不穩(wěn)定運動的證明
不穩(wěn)定機構在它的運動范圍內(nèi)有兩個平衡點，它們在很多系統(tǒng)中都很重要，如閥，開關和節(jié)拍。不穩(wěn)定機構由于能量儲存和動作特征相結合并必須同時考慮而難設計。這篇論文研究的是不穩(wěn)定機構如四桿機構，它在聯(lián)接處有扭轉彈力，理論上硬質(zhì)機構的性質(zhì)已經(jīng)有所改善來保證不穩(wěn)定機構的轉動。設計師用這些知識可以解決大量的不穩(wěn)定機構的運動與能量需求問題。舉例說明在不穩(wěn)定機設計中理論的作用。
介紹
一個活動機構在它的運動范圍內(nèi)有兩個平衡位置，這是很多機構所要求的，但是活動機構在設計中存在許多問題，尤其是機構運動與能量積累特點有關。而且，通常情況下運動與能量存儲會發(fā)生在一個靈活轉動部件上。這篇論文講的是要設計一個簡單的轉動機構，研究機構的運動和不穩(wěn)定機構之間的基本關系的必要性。
許多人已經(jīng)討論了大量的轉動機構的特征，包括運動機構特征的設計。最近，他們對微型轉動機構特別感興趣，它需要的用來控制開關的動力是由轉動機構提供的，而不需要維持運轉。不穩(wěn)定微型閥，微型開關，微型繼電器，甚至是一個小的纖維開關都已經(jīng)證明了這一點。有人建議用一個轉動系統(tǒng)來提供裝配微小零件的彈力，在穩(wěn)定系統(tǒng)中這項工作也正進展。這篇論文是研究機構的結構來保證不穩(wěn)定機構的執(zhí)行，這是不存在的例子。
問題的研究
以上的每個轉動機構在運動過程中都存儲和釋放能量，事實上，所有的不穩(wěn)定系統(tǒng)需要某種形式的能量儲存，因為，穩(wěn)定點發(fā)生在能量最小處。不穩(wěn)定機械系統(tǒng)典型地靠拉緊時儲存的能量來獲得不穩(wěn)定運動。不穩(wěn)定機構表現(xiàn)的順從的方式得到不穩(wěn)定執(zhí)行運動，因為活動桿件允許活動桿件和能量儲存合并為一體。另外，有許多優(yōu)點，如減少零件數(shù)，減少摩擦，反沖和損耗。
然而，不穩(wěn)定機械的設計并非機械的，需要分析機構轉動和儲存的能量，為解決這個問題，以上提到的機械中的許多用一個簡單梁來獲得不穩(wěn)定運動的情況。但是，這個方法簡單，不能讓設計者靈活的控制滑動力或穩(wěn)定狀態(tài)的位置，尤其是對小橫梁?？渴Ｓ嗟囊稽c拉力和改變的很多的參數(shù)減少彎曲。
鉸鏈模型提供了一個簡單的方法來模擬復雜的非直線偏斜的機構。它能大約地說明一個用了一個或一個以上螺栓聯(lián)接的機構的力偏斜的特征。聯(lián)接的扭轉彈力模仿部件的剛度，如圖1所示。這個類型的模型用運了短且彎曲的旋軸，端部用螺栓固定，或直構件用螺栓固定。連桿的長度和彈簧的剛度都綜合地用運。
鉸鏈模型在精確分析與轉動機構和能量儲存特點的綜合用運已經(jīng)被充分地證明，但是為了研究分析目前的問題，人們已經(jīng)意識到許多類型的機構可能表示連桿被彎曲的彈簧螺栓聯(lián)接。因此，這篇論文將提醒我們用固定的帶有彎曲彈簧的結構在一個或多個聯(lián)接處檢查機構的轉動和運行情況，然后這個；運行的結果可能會用到固定結構或不穩(wěn)定結構中。這要依賴于執(zhí)行結果或設計者的要求。
不穩(wěn)定機構的穩(wěn)定性。機械中部件的彎曲或是彎曲彈簧要求有力的運動。當沒有外部力來保證力機構位置的時候，機構處于平衡位置。如果在小干擾之后系統(tǒng)又回到原來位置，機構就是穩(wěn)定的，但是，如果小干擾使系統(tǒng)改變了原來的位置就不穩(wěn)定。潛能和機構的穩(wěn)定性可以用拉格朗日定理聯(lián)系起來。如果符合最小潛能，平衡位置就是穩(wěn)定的，這條定理導致了更多的不穩(wěn)定機構形式上的定義，一個不穩(wěn)定機構在轉動范圍內(nèi)包括兩個最小能量點。
用鉸鏈固定的模型的潛能方程可以簡單地建立，對有聯(lián)接的桿，它的潛能方程為；
(1)
式中k是彎曲彈簧系數(shù)，θ是連桿的轉角，或桿件的彎曲角度，機構的潛能是儲存在各個桿件中的潛能之和。平衡點可以通過確定機械位置的找，它是第一次找到偏移量為零的位置。在這些點中第二次的偏移量將決定平衡位置的穩(wěn)定性，正值則符合。
分析機構的方法 如圖2所示無鉸鏈的四桿機構，圖中有四根桿長度分別是r1,r2,r3,r4,四個扭轉彈簧系數(shù)分別是k1,k2,k3和k4，每根桿和地面的夾角為θ1，θ2，θ3，θ4，定義地面為第一根桿，認為扭轉彈簧不扭曲，機構中的位置決定于θ20，θ30，θ40，不穩(wěn)定機構的設計要保證有不穩(wěn)定結構存在。所以，可能要單獨檢查每個彈簧來確定是否有一個彈簧在機構中保證機構能執(zhí)行運動。這要選擇一個非零參數(shù)，而其它的都為零，這種潛能方程可能不同，它的偏移量等于零，方程的解決定于平衡位置。因此，可以這樣描述解決問題的方法：在一般的四桿鉸鏈機構中找到扭轉彈簧位置，該機構在轉動過程中要有兩個平衡點。
問題的解表明簡單設計的工具加工不穩(wěn)定結構如同一系列定理指導不穩(wěn)定結構，由一系列定理說明不穩(wěn)定機構的運行結果，用定理論證以上解。
定理指導不穩(wěn)定結構的運動
根據(jù)Grashof準則，四桿機構分為Grashof機構和非 Grashof機構，Grashof
準則可以用數(shù)學式描述：
（2）
式中s,l,p和q分別是最長最短，和兩根長度處于中間的桿。Grashof準則2將方程分為
符合不等式的為 機構，反之為非 機構。另外，邊為機構是對于方程左邊和右邊相等的一系列機構。變位機構將回和其它 機構類型不同地處理，所以這里有三種機構： 機構，邊為機構和非機構。
Grashof不等式機構
定理1 當且僅當四桿機構的一個聯(lián)接處的扭轉彈簧位于最短桿對面，并且不彎曲彈簧與其對面的兩桿在一條直線上的狀態(tài)不符時，它運動起來和鉸鏈桿模型機構一樣不穩(wěn)定。
準則1.1 當且僅當四桿Grashof機構有一個扭轉彈簧位于最短桿對面，并且不彎曲彈簧與其對面的兩桿在一條直線上的狀態(tài)不符時，它將不會平衡。
論證. 通過對一般的有一個聯(lián)接的四桿機構的潛能方程分析，證明定理1，分析最小潛能方程的解決定機構轉動是否能達到每個最小值，因為前面論證的鉸鏈機構的精度，結果是相當?shù)剡m合任何機構。因此準則1和定理1.1同樣的論據(jù)。
以上定理可以通過考慮Grashof機構的轉動來決定哪個螺栓聯(lián)接要在兩個位置保持相對大小一樣的角度。但是，更多的嚴密的論據(jù)給設計者更多的信息去認識自然和穩(wěn)定位置的設定方法。
能量方程發(fā)分析，對于任何四桿機構，能量方程是每個彈簧潛能的和
(3)
式中
(4)
選擇θ2為獨立的變量，第一個偏移量為：
(5)
因為這個機構可能被反轉以使它的每個桿是地面一樣固定的，只有一個彈簧位置需要分析，選擇位置4是因為方程簡單，而且θ2這個獨立變量沒在表達ψ4的方程中出現(xiàn)，如果k4不為零，方程為：
0= （6）
方程中的第一部分θ4-θ40=0，使機構有兩種符合的裝配方法，那就是說，任何長度r1,r2,r3r 和r4的桿，第四根桿的初始角θ40，有兩個不同的機械位置，假設θ40不符合要求，機構可以被裝配，如圖3，按準確的位置可以這樣列方程
（7）
方程的解是
或 （8）
式中
（9）
θ20，θ30分別是第二，第三根桿的初始交，但是如果θ20=θμ，這兩組解就相同了，和θ40的例子一樣。
方程（6）的第二部分偏移量為
（10）
如果 方程有兩組解：
θ2=θ3
θ2=θ3+π
因此，當?shù)诙鶙U和第三根桿在同一條直線上時，偏移量為零，根據(jù)方程（10）的偏移量為零時，第二，三根桿也在同一條直線上，也就是說機構是變位機構。
對解的解釋
從以上分析可知，彈簧放在四桿機構的任何一個桿件上第一個偏移量的潛能方程都有四組解。前兩組在方程（8）中給出，是機構的穩(wěn)定位置，另兩組解在方程（11）中，是不穩(wěn)定位置，除非θ40象以上定義的那樣是極值。這時，方程（7）有唯一解，和方程（11）總的解相同。因此，潛能方程在整個轉動過程中最多有兩個準確值---一個穩(wěn)定位置和一個不穩(wěn)定位置。這就證明了一個四桿機構的彈簧聯(lián)接的對桿同軸是就會穩(wěn)定。
雖然對任何長度桿件的機構和彎曲彈簧都有可能有兩個穩(wěn)定位置，但是除了以上討論的極值，有些結構達不到穩(wěn)定狀態(tài)，也就是說，一個機構總可以在穩(wěn)定位置裝配。但是裝配后不一定穩(wěn)定。為了證明這點，認為一個機構在不穩(wěn)定位置，這時與彈簧聯(lián)接的對桿在一條直線上。即當θ2=θ3時，機構達到平衡點，
（12）
相似地，如果θ2和θ3相差π弧度，方程為
（13）
方程(12)的第二個條件和方程(13)的第一個條件可以同時用任意的四桿機構證明，式中可知任意兩桿的長度小于等于另外兩桿的和，要想證明這個不等式，可以組裝一個符合不等式地機構。最長的桿也要小于等于另外兩桿之和，表達式為
s+p+q>l （14）
式中slpq如方程（2）中定義的，代數(shù)不等式為
l-q ≤ s+p （15）
l-p ≤s+q
l-s ≤ p+q
另外，由于l為最長桿，可得以下不等式：
p-s
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