梢連結
在四連桿組中,每一個連結均為瞬時中心,若以桿號表示,桿1與桿2之連結點稱為12,亦即無論其中一桿為固定,相相對運動均相同,同以點12為瞬時中心。同理23、34、14等亦為瞬時中心。由於桿1為固定桿,故與桿1有關之瞬時中心均為固定中心,其他則為移動中心。
物體上兩點速度求瞬時中心
任何兩個具有相對運動之物體均存有瞬時中心。因為若某點之速度方向為已知時,中心點應存在與該方向垂直之方向上。由於兩中心線可以決定一點,故只要有兩點之速度方向為已知,應即可確定其瞬時中心之位置。但是由物體在運動中時,其速度方向可能隨時發生變化,故其瞬時中心之位置亦會隨時發生變動。
滑動物件之中心
某一物體在另一個弧形槽內移動時,所有滑動件上之點應會順勢沿槽作弧形運動,其中心位於該物體上,故12點為此時瞬時中心。若滑塊作直線運動,則所有滑塊上之點均作直線運動,其迴轉中心均應與路徑方向垂直,故應相互平行而無交點,或可稱為其平行線交於無窮遠的地方。此時之瞬時中心應在無窮遠處。
滾動物體之瞬時中心
若一圓盤2在另一物件1上滾動,但不滑動,則兩者之接觸點12為瞬時中心,亦即桿1上之點12成為桿2之迴轉中心。此時桿1可為靜止或移動狀態。若桿1固定,而圓盤2以ω2順時針旋轉,則圓盤中心之速度為Vo,其值為Rω2,方向為向右。
在圓盤周圍上之任意點P 速度若以相對運動來看,點P對圓心O應作圓周運動,故其速度亦可寫成: Vp = Vp/o + Vo 其向量和Vp則如圖所示。由於點12為瞬時中心,故Vp之速度亦可由點P至點12繪一線段為半徑,在垂直於此線之方向上即可得到Vp之速度,其值為Rapω2。
甘乃迪定理(Kennedy’s Theorem)
甘乃迪定理的內容是任何三個平面運動中的物體,其相對運動間應存在有三個瞬時中心,且三個中心應共線。例如1,2,3三個剛體如下圖,具有相對運動,在某一特定的瞬間,設其中一桿為固定(例如桿1),則桿2與桿1之連結點即為一瞬時中心,或以12表示;桿3與桿1之連結點13亦為另一瞬時中心。今若有一點P同時在桿2及桿3上,則其對應之速度Vp均應垂直於P-12及P-13之線段。故若P要成為桿2及桿3之瞬時中心,其速度Vp無論由那一桿計算均應相同。因此點P應在12-13之連線上。甘乃迪定理對未來尋找各桿之瞬時中心位置相當有用,將在不同之例中說明。
直接接觸之瞬時中心
前面已有討論兩剛體相互接觸時之情形。此時接觸點為空間之實際點,但接觸點並不一定是瞬時中心點。依前面對接觸點所構成之連桿定義,兩剛體接觸時,其接觸點之速度分別為P2E與P2F,分別可以分成法線與切線兩向量。由於運動期間在接觸點處必須維持接觸,故在法線上之分速度p2s與P4S應相等。由於切線方向之P2M與P4L可能不相等,故應有滑動存在。為獲得瞬時中心24,因此必須沿法線上尋找。依甘乃迪定理該中心仍應在12-14之連線上,故即應在法線與此連線之交點。
若為滾動磨擦,則接觸點P之兩速度應為相同,其滑動速度應為零,此時接觸之點即為瞬時中心點24。故若兩物體要發生滾動磨擦之運動,其接觸點即應為瞬時中心。
瞬時中心之數目
任何兩連桿間具有相對運動時,必有一個瞬時中心。在一組連桿機構里,到底會構成多少個瞬時中心?這是一個配對的問題,必須因總連桿數決定。設連桿組中有N個連桿,則其可能之瞬時中心數Nc應為:
Nc = N (N - 1) / 2
例如一個四連桿組,N=4,故Nc = (4) (3) /2 = 6 個瞬時中心。
基本瞬時中心
所有可以用肉眼立判之瞬時中心稱為基本瞬時中心(Primary instant centers)。確定基本瞬時中心的工作相當重要,唯有基本瞬時中心確立後,才能繼續發掘其他隱而未現的瞬時中心,甘乃迪定理這時候變成非常有用。基本瞬時中心包括:
1. 梢連結之瞬時中心:即為R型結處。
2. 滑動物體之瞬時中心:與滑動軌跡垂直,或在其法線上。
3. 滾動剛體之瞬時中心:即為接觸點。
4. 直接接觸之機構:
a. 若系滑動接觸,則其瞬時中心在法線與其他兩瞬時中心點連線之交點。
b. 若系滾動接觸,則其瞬時中心即為接觸點。