3.3.2 用实验法(图谱法)设计四杆机构
按给定的运动轨迹设计四杆机构通常采用实验法。 这里介绍工程中常用的图谐法。
四杆机构运动时,连杆作复杂平面运动,连杆上任一点的轨迹,称为连杆曲线。 连杆曲线的形状随点在连杆上的位置及各杆相对长度的不同而变化。 由连杆曲线的多样性,常将它应用于工程中的某些机械,以实现所给定的运动轨迹,或完成一定的生产要求和动作。 例如,如图3.27 所示的水稻插秧机,为使秧爪能顺利地取秧和将秧苗插入土中,要求秧爪上的E 点能按β—β 轨迹运动,这条复杂的运动轨迹就是用连杆曲线实现的;又如,起重机、搅拌机等机器中所要求的运动轨迹,也都是用连杆曲线来实现的。
图3.27 水稻插秧机秧爪的运动轨迹
在运动精度要求不高时,可运用图谱法设计四杆机构。 工程中应用的“四杆机构分析图谱”就是用实验方法,取不同杆长获得的连杆上不同点的轨迹集成,设计者可先从图谱中找出与给定运动轨迹相似的连杆曲线,然后查出形成该曲线的四杆机构各杆长度的相对值,从而确定所设计机构的各尺寸参数。(https://www.daowen.com)
如图3.27 所示所要求的β—β 轨迹,可在图谱中某页找到如图3.28(a)所示连杆曲线图中的相似曲线β—β,它是连杆上E 点的轨迹。 可直接查出机构各杆相对长度为lAB∶lBC∶lCD∶lAD =1∶2∶2,5∶3(lAB为一个单位长度),并量得E 点在连杆上的位置。
由于各杆长度按比例放大或缩小,不会改变连杆曲线的特性。 因此,当已知轨迹与相似曲线大小不同时,可用缩放仪求出两者之间的倍率,并将查得的相对杆长乘以这个倍率,即可求得各构件的实际尺寸,确定所设计机构的运动简图。 如图3.28(b)所示为按上述图谱法设计的秧爪机构的运动简图。
图3.28 图谱法设计四杆机构
近年来,随着计算机应用技术CAD 的发展,用计算机动态模拟显示定点运动轨迹技术已相当成熟,设计精度因此大大提高。 连杆轨迹设计计算机解决方案的理论基础是解析法。