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死點位置

鎖定
當從動件上的傳動角等於零時,驅動力對從動件的有效迴轉力矩為零,這個位置稱為機構的死點位置,也就是機構中從動件與連桿共線的位置稱為機構的死點位置。發生死點的條件是機構中往復運動構件主動,曲柄從動;發生死點的位置為連桿與曲柄的平面連桿機構共線位置。 [1] 
中文名
死點位置
外文名
dead center position
定    義
從動件上的傳動角等於零的位置
領    域
機械原理
特    點
機構中從動件與連桿共線
影    響
對機構的連續轉動產生阻礙

死點位置簡介

圖1腳踏縫紉機上的曲柄搖桿機構 圖1腳踏縫紉機上的曲柄搖桿機構
圖1中所示為腳踏縫紉機上的曲柄搖桿機構,搖桿1(腳踏板)為主動件。當它處於兩個極限位置DC1和DC2時,從動曲柄3的傳動角γ=0,這時主動件1通過連桿2作用於從動件3上的力恰好通過構件3的迴轉中心,所以構件3不能轉動,出現了“頂死”現象。因此,將從動件的傳動角γ為零時機構所處的位置稱為死點位置。 [2] 

死點位置原理及判斷

在曲柄搖桿機構中,當搖桿為主動件時,存在曲柄和連桿共線的位置就是死點位置。
圖2 圖2
雙曲柄機構死點位置判斷: 雙曲柄機構判定條件機構若為雙曲柄機構時,滿足條件為:最短杆與最長杆之和小於或等於其餘兩杆長度之和;取最短杆為機架得到雙曲柄機構。
在圖2示曲柄搖桿機構中,若搖桿為主動件,而曲柄為從動件,則當搖桿擺動到極限位置C1D或C2D時,連桿與從動件曲柄共線,曲柄的傳動角g=0°(即θ=90°),通過連桿加於從動件上的力將經過鉸鏈中心A,從而驅使從動件曲柄運動的有效分力為零。機構的這種傳動角為零的位置稱為死點位置。
四杆機構是否存在死點位置,決定於連桿能否運動至與轉動從動件(搖桿或曲柄)共線或與移動從動件移動導路垂直。當原動件與連桿共線時為極位。在極位附近,由於從動件的速度接近於零,故可獲得很大的增力效果。 [3] 

死點位置影響及消除

圖3 圖3
死點位置對於傳力機構的運動是有害的,為了使機構能順利地通過死點而連續運轉。在設計時必須採取適當的措施。
消除死點位置對機構傳動的不利影響,程上通常採用以下兩種辦法:
(1)在曲柄軸上安裝飛輪,利用飛輪轉動的慣性,使機構衝過死點位置,如縫紉機上的飛輪(即大帶輪)和發動機曲軸上安裝的飛輪。如單缸內燃機上採用安裝飛輪的方法,利用慣性使曲柄轉過死點;縫紉機也是藉助於大帶輪的慣性通過死點的。
(2)利用多組機構錯位的辦法,使機構順利通過死點。如多缸內燃機發動機上,其各組活塞連桿機構由於點火時間不同,死點位置相互錯開,就是用錯位法的例子。又如,圖3所示的蒸汽機車車輪聯動機構,其兩側的曲柄滑塊機構的曲柄位置相互錯開90度。 [2]  [1] 
圖4 圖4
機構的死點位置並非總是起消極作用,在有些機械中就利用了死點的特性來實現一定的工作要求。例如,圖4-a所示的飛機起落架機構,在機輪放下時處於死點位置,以便承受着陸的巨大沖擊;又如圖4-b所示的鑽牀夾具,在夾緊工件時處於死點位置,工件的反作用力丁再大也不能使夾具鬆開,若要鬆開夾具就在手柄上施加壓力P。 [2] 

死點位置實例應用

應用穩定死點位置設計夾緊機構
圖5 圖5
在曲柄搖桿機構中,設曲柄AB為主動件,BC為連桿,搖桿CD為從動件。把主動件AB與從動件CD對換,使主動件AB變為從動件,從動件CD變為主動件,稱為運動倒置。運動倒置前的機構稱為正置機構,運動倒置後的機構稱為倒置機構。
圖6 圖6
在倒置曲柄搖桿機構ABCD中,搖桿CD為主動件,當搖桿CD處於兩個極限位置C1D和C2D時,連桿BC和從動件曲柄AB共線:一個位置是重疊共線,一個位置為拉直共線。在這兩個位置出現了傳動角的γ=0情況,這時主動件搖桿CD通過連桿BC作用於從動件曲柄AB上的力恰好通過其迴轉中心A,所以不論該力有多大,也不能推動從動件曲柄AB轉動,機構這種位置稱為死點位置。
應用實例:
圖5所示為應用連桿BC和搖桿CD拉直重合位置設計的夾緊機構。
圖6所示為一種基於“連桿BC與搖桿CD重疊重合位置”的夾緊機構設計方案。
參考資料
  • 1.    羅玉福,翟旭軍,戴有華,崔勇,羅凱.機械設計基礎:北京航空航天大學出版社,2015.06:23
  • 2.    李琳,鄒焱飈.機械原理教程:清華大學出版社,2014.11:125
  • 3.    段福斌,潘駿,楊華文,賀青川.機械設計基礎 第2版:南京大學出版社,2014.07:29