机构的演化是指在各构件相对运动关系保持不变的情况下,对某些构件的形状、长度以及运动副尺寸、机架等进行改变,以得到其他类型的平面四杆机构。四杆机构的演化,不仅是为了满足运动方面的要求,还是为了改善受力状况以及满足结构设计上的需要等。
各种演化机构的外形虽然各不相同,但性质以及分析和设计方法却相似,为连杆机构的研究提供了方便。四杆机构的演化方法如下。
一、转动副转化为移动副
如图2-1-14(a)所示的曲柄摇杆机构。把杆4做成环形槽,槽的中心在D点,把杆3做成弧形滑块,与槽配合,如图2-1-14(b)所示。图2-1-14(a)和图2-1-14(b)所示机构的运动性质等效。若槽的半径无穷大,则变成直槽,转动副变成了移动副,机构演化成偏置曲柄滑块机构,如图2-1-14(c)所示。
在图2-1-14(c)中,e为曲柄中心A至直槽中心线的垂直距离,称为偏心距。当e=0时,称为对心曲柄滑块机构,如图2-1-14(d)所示。因此可以认为,曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。
图2-1-14 曲柄摇杆机构的演化
图2-1-1所示内燃机中的平面连杆机构是曲柄滑块机构吗?由什么机构演化而来?
二、选用不同的构件为机架
运动链中以不同构件作为机架以获得不同机构的演化方法称为机构的倒置。(www.xing528.com)
如图2-1-15(a)所示的曲柄滑块机构,以不同构件作为机架可以获得不同的机构。
图2-1-15 曲柄滑块机构的演化
(a)曲柄滑块机构;(b)转动导杆机构;(c)曲柄摇块机构;(d)移动导杆机构
三、扩大转动副
由于结构需要,通常将机构中转动副B的半径扩大,超过曲柄AB的尺寸则演化成偏心轮机构,如图2-1-16所示,称此圆盘为偏心轮,几何中心与回转中心间的距离称为偏心距(等于曲柄长度)。
图2-1-16 偏心轮机构
曲柄滑块机构除了在内燃机中采用,还有哪些应用实例呢?曲柄滑块机构演化之后能应用于哪些领域?
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