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固相萃取儀摩擦力及構件重力和慣性力的影響

時間:2020-04-18     瀏覽:35

在圖 !"#, 所示的四桿機構中,若不考慮各運動固相萃取儀 副中的摩擦力及構件重力和慣性力的影響,則由原動 件 "# 經連桿 #$ 傳遞到從動件 $% 上點 $ 的力 &,將 沿 #$ 方向,力 & 與點 $ 速度方向之間的夾角",稱為 機構在此位置時的壓力角。而連桿 #$ 和從動件 $% 之間所夾的銳角# 稱為連桿機構在此位置時的傳動角。# 和" 互為余角。傳動 角# 愈大對機構的傳力愈有利。所以在連桿機構中常用傳動角的大小及其變 化情況來衡量機構傳力性能的好壞。 圖 !"#, 壓力角與傳動角 在機構運動過程中,傳動角# 的大小是變化的,為了保證機構傳力性能良 好,應使#-./!!’( 0 1’(;對于一些受力很小或不常使用的操縱機構,則可允許傳 動角小些,只要不發生自鎖即可。 對于曲柄搖桿機構,#-./ 出現在原動曲柄與機架共線的兩位置之一,這時有 #& %"#& $& %& % 234456 ’# * (# )( ) ) *)# #’( (!"72) !"# 平面四桿機構的基本工作特性 ,7 當!!! "! # " #$%時 !! &!!! "! # & ’())*+ $! , %! -( & , ’)! !$% (./01) 或當!!! "! # 2 #$%時 !! &!!! "! # & 34$% - ’())*+ $! , %! -( & , ’)! !$% (./0)) !3 和!! 中的較小者即為!567 。 由上式可見,傳動角的大小與機構中各桿的長度有關,故可按給定的許用傳 動角來設計四桿機構。 !" 死點位置 在圖 ./8$ 所示的曲柄搖桿機構中,設以搖桿 "# 為原動件,則當連桿與從 動曲柄共線時(虛線位置),機構的傳動角! & $%,這時原動件 "# 通過連桿作用 于從動件 (! 上的力恰好通過其回轉中心,所以出現了不能使構件 (! 轉動的 “頂死”現象,機構的這種位置稱為死點。同樣,對于曲柄滑塊機構,當以滑塊為 原動件時,若連桿與從動曲柄共線,機構也處于死點位置。 圖 ./8$ 死點位置 為了使機構能順利地通過死點而正常運轉,必須采取適當的措施,如可采用 將兩組以上的同樣機構相互錯開排列組合使用(如圖 ./# 所示的機車車輪聯動 機構,其兩側的曲柄滑塊機構的曲柄位置相互錯開了 #$%);也可采用安裝飛輪加 大慣性的方法,借慣性作用使機構闖過死點(如圖 ./8 所示的縫紉機踏板機構中 的大帶輪即兼有飛輪的作用)等等。 在另一方面,在工程實踐中,也常利用機構的死點來實現特定的工作要求。 如圖 ./83 所示的飛機起落架機構,在機輪放下時,桿 !" 與 "# 成一直線,此時 機輪上雖受到很大的力,但由于機構處于死點位置,起落架不會反轉(折回),這 可使飛機起落和停放更加可靠。圖 ./8! 所示為輪椅的制動裝置,當順時針扳動 小手柄使制動刀壓住車輪,可防止輪椅沿斜坡自動下滑。因


機構處于自鎖位置, 不會在制動力的作用下自動松脫,可始終維持制動狀態。 #4 第!章 平面連桿機構及其設計 圖 !"#$ 飛機起落架 圖 !"#% 輪椅的制動裝置 !"! 平面四桿機構的設計 !"!"# 平面四桿機構的設計的基本問題及設計方法 連桿機構設計的基本問題是根據給定的要求選定機構的形式,確定各構件 的尺寸,同時還要滿足結構條件(如要求存在曲柄、桿長比恰當等)、動力條件(如 適當的傳動角等)和運動連續條件等。 根據機械的用途和性能要求的不同,對連桿機構設計的要求是多種多樣的, 但這些設計要求可歸納為以下三類問題: ($)滿足預定的運動規律要求 如要求兩連架桿的轉角能夠滿足預定的對應位置關系;或要求在原動件運 動規律一定的條件下,從動件能夠準確地或近似地滿足預定的運動規律要求。 (%)滿足預定的連桿位置要求 即要求連桿能占據一系列的預定位置。因這類設計問題要求機構能引導連 桿按一定方位通過預定位置,故又稱為剛體導引問題。 (#)滿足預定的軌跡要求 即要求在機構運動過程中,連桿上某些點的軌跡能符合預定的軌跡要求。 如圖 !"$% 所示的鶴式起重機構,為避免貨物作不必要的上下起伏運動,連桿上 吊鉤滑輪的中心點 ! 應沿水平直線 !!& 移動;而圖 !"! 所示的攪拌機機構,應保 證連桿上的 ! 點能按預定的軌跡運動,以完成攪拌動作等等。 連桿機構的設計方法有圖解法、解析法和實驗法,現分別介紹如下。 !"!"$ 圖解法設計平面四桿機構 對于四桿機構來說,當其鉸鏈中心位置確定后,各桿的長度也就跟著確定 !"! 平面四桿機構的設計 ’’ 了。用圖解法進行設計,就是利用各鉸鏈之間相對運動的幾何關系,通過作圖確 定各鉸鏈的位置,從而定出各桿的長度。下面根據設計要求的不同,對四桿機構 設計的圖解法加以介紹。 !" 按給定連桿的位置設計平面四桿機構 圖 !"## 給定連桿 的位置設計平面四桿機構 如圖 !"## 所示,設連桿上兩活動鉸 鏈中心 $ 、! 的位置已確定,要求在機構 運動 過 程 中 連 桿 能 占 據 "% !% 、"& !& 、 "# !# 三個位置。設計的任務是要確定 兩固定鉸鏈中心 #、$ 的位置。由于在 鉸鏈四桿機構中,活動鉸鏈 "、! 的軌跡 為圓弧,故 #、$ 應分別為其圓心。因 此,可分別作 "% "& 和 "& "# 的垂直平分 線 %%& 、%&# ,其交點即為固定鉸鏈 # 的位 置;同理,可求得固定鉸鏈 $ 的位置,聯結 #"% 、!% $,即得所求四桿機構。如果 只給定 "% !% 、


"& !& 兩個位置,則兩固定鉸鏈中心 #、$ 的位置不能惟一確定,必 須根據另外的輔助條件來確定。 #" 按給定連架桿的位置設計平面四桿機構 (%)按給定兩連架桿的兩組對應位置設計鉸鏈四桿機構 已知連架桿 #" 和機架 #$ 的長度;兩連架桿 #" 和 $! 的兩組對應位置分 別為 #"% 、$&% 和 #"& 、$&& ( 其中 &% 、&& 兩點為 $! 桿上任意選取的一點 & 所占 據的位置),對應角度關系分別為!% 、"% 和!& 、"& ,如圖 !"#!’ 所示。要求設計 此鉸鏈四桿機構。 設計這種四桿機構,就是要確定連桿 "! 和連架桿 !$ 的長度,實際上只需 確定連桿與連架桿相連的轉動副 !。 用圖解法設計時,通常將給定兩連架桿的對應位置,轉化為給定連桿的位置 來處理。為此對已有鉸鏈四桿機構 #"!$ 進行分析(圖 !"#!()。連架桿 #" 由 #"% 順時針方向轉到 #"& 時,另一連架桿 $! 由 $!% 順時針方向轉到 $!& ,兩連 架桿的角位移分別為!%& )!% *!& 和"%& )"% *"& 。如果把第二個位置上各構 件組成的四邊形 #"& !& $ 視為剛體,然后將此剛體繞 $ 點反轉過"%& ( 即按逆時 針方向轉),使其中的 $!& 與 $!% 相重合,則點 # 和 "& 將分別轉到 #+ 和 "& + 。這 樣,可以認為連架桿 $! 在 $!% 保持不動,而另一連架桿 #" 由位置 #"% 運動到 #+ "& + 。經過反轉后,連架桿 $! 轉化為機架,而另一連架桿 #" 轉化為連桿。因 此,#"% 和 #+ "& + 就是轉化后“連桿”的兩個給定位置。因桿 "! 的長度不變,即 "% !% ) "& + !% ,故欲求的轉動副中心 !% 必在 "% 、"& + 兩點連線的中垂線 %%& 上。此 %,, 第!章 平面連桿機構及其設計 圖 !"#! 給定連架桿的兩組對應位置設計平面四桿機構 法稱為反轉法。 由上分析可知,設計此機構的關鍵在于求得 !$ % 點。為了便于設計,可借助 "& 、"$ 兩點。在圖 !"#!’ 中,將點 !$ 、"$ 、# 和 !$ % 、"& 、# 分別連成兩個三角形 !!$ "$ # 和!!$ % "& #。由于機構在反轉過程中被視為剛體,故上述兩三角形完 全相等,因此,在設計時只要作出!!$ "$ #"!!$ % "& #,即可求出 !$ % 點。在求得 !$ % 點后,再作 !& 、!$ % 兩點連線的中垂線 $&$ ,則其上任意一點都可作為轉動副中 心 %& ,故有無窮多個解。若在中垂線 $&$ 上任取一點 %& 作為轉動副中心,如圖 !"#!( 所示。由于 %& 不在連架桿 #" 的第一個位置 #"& 線上,因此連架桿 #% 必須與 #" 固接成一個構件 #%"。于是當機構分別在圖示的兩個位置時,連架 !"! 平面四桿機構的設計 &)& 桿 !"# 上的直線 !# 分別在 !#! 和 !#" 位置,從而滿足了設計要求。若附加 其他條件,例如 "! 應取在 !#! 直線上,這時 "! 就是 $!" 與 !#! 的交點,只有惟 一解,如圖 #$%#& 所示。 (")按給定連架桿的三組對應位置設計四桿機構 已知兩連架桿的三組對應位置 %&! 、!#! ;%&" 、!#" ;%&% 、!#% ;其對應角分 別為!! 、"! ;!" 、"" ;!% 、"% ;連架桿 %& 和機架 %! 的長度分別為 ’ 和 (,如圖 #$%’( 所示。要求設計此鉸鏈四桿機構。 圖 #$%’ 給定連架桿的三組對應位置設計平面四桿機構 對于這個問題,與給定連架桿的兩組對應位置的設計方法相同。設計步驟 如下(圖 #$%’&): !)選取適當的長度比例尺#) ( )*))),按給定的條件畫出兩連架桿


的三組 對應位置 %&! 、!#! ,%&" 、!#" ,%&% 、!#% ;并連接 &" 、#" 、! 和 &% 、#% 、! 得兩個 三角形,即!&" #" ! 和!&% #% !。 ")作!&" + #! ! 和!&% + #! !,并 使!&" + #! ! "!&" #" !,及!&% + #! ! " !&% #% ! 得到點 &" + 和 &% + 。 %)分別作 &! 、&" + 和 &" + 、&% + 連線的中垂線 $!" 和 $"% ,該兩直線的交點便是連 !," 第!章 平面連桿機構及其設計 桿 !" 與連架桿 "# 的鉸鏈點 "! 。這樣求得的圖形 $!! "! # 就是要設計的鉸鏈 四桿機構,其中 "! %! # 為一個構件,即為一個連架桿。這樣,可以保證當 "# 桿 到達 "! # 位置時,與其相固接成一體的 #% 到達題中要求的位置 #%! 。 ")由圖上量出尺寸乘以比例尺!& ,即得連桿 !" 和連架桿 "# 的長度 ’ #!& $ !! "! ( #!& $ "! # 由于 ’!% 和 ’%& 的交點只有一個,故該機構只有一個解。 !" 按給定行程速比系數設計平面四桿機構 根據行程速比系數設計四桿機構時,可利用機構在極限位置時的幾何關系, 再結合其他輔助條件進行設計?,F將幾種常見機構的作圖設計方法介紹如下。 圖 "’&( 給定行程速比系數 設計平面四桿機構 (!)曲柄搖桿機構 設已知搖桿的長度 "#,擺角" 及行程 速比系數 ),試設計此曲柄搖桿機構。

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