双曲柄滑块机构设计的一种简便方法

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1、2009年8月机床与液压Aug．2009第37卷第8期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．37No．8DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2009．08．015双曲柄滑块机构设计的一种简便方法陈江义，刘竹丽，袁峰(郑州大学机械工程学院，河南郑州450001)摘要：给出了一种设计双曲柄滑块机构的简便方法，利用双曲柄机构来保证良好的急回运动特性，利用曲柄滑块机构获得较好的动力性能和运动要求，计算实例表明了该方法的可行性。关键词：双曲柄滑块机构；机构设计中图分类号

2、：THl12文献标识码：B文章编号：1001—3881(2009j8—049—3ASimpleDesignMethodforTwo．crank．sliderMechanismCHENJiangyi，LIUZhuli，YUANFeng(SchoolofMechanicalEngineering，ZhengzhouUniversity，ZhengzhouHenan450001，China)Abstract：Asimpledesignmethodfortwo—crank-sliderWaSpresen

3、ted．Thequickreturn，kinematicanddyna~erequirementswererealizedbydoublecrankandcrankslidermechanisms．ThissimpleandfeasiblemethodWaSillustratedandverifiedbyanexample．Keywords：Two—crank—slidermechanism；Mechanismdesign双曲柄滑块机构在工业中具有很广泛的用途，如根据图中的几何关系各转角的表达式

4、为冲床的主传动机构、平台印刷机的主传动机构等⋯⋯s等。将双曲柄机构良好的急回运动特性及曲柄滑块机构良好的动力性能相结合，可以设计出很实用的i~b2=2"rr-arccos连杆机构。作者拟用分步设计法来确定双曲柄滑块机构，在设计中通过双曲柄机构来保证机构的急回运⋯s动，利用曲柄滑块机构来保证机构的运动特性和动力性能，并将二者正确组合来获得综合性能良好的机I⋯⋯s构，对这一类机构的应用有重要的意义。zx4,=：一，△=：一(3)1双曲柄机构设计根据双曲柄机构行程速度变化系数的定义，其计算公式为。tb

5、I：一(2(4),tr一△西)△、’在双曲柄机构中，主动曲柄与机架的两次共线位置是传动角的两个极限位置，对应的传动角分别记为Gy。和y：。其中T，为慢转阶段的最小传动角，y：为快转阶段的最小传动角。在工业应用中，一般慢转阶段作为工作行程，而快转阶段作为空回行程，因此在设计中只关注慢转阶段的最小传动角。此时根据几何关＼／q系，可以计算出慢转阶段的最小传动角与各杆长之间＼一／的关系为图1双曲柄机构及尺寸(Z+1)。=m。+n。+2mneosy1(5)如图1所示的双曲柄机构，AB、BC、CD、AD的在

6、双曲柄滑块机构的设计中，其设计条件大致如杆长分别为a、b、c、d。令机架AD为单位长度，其下：(1)满足一定的工作行程，该条件由曲柄滑块机他三杆与机架长度之比分别为z=a／d，m=b／d，rt=构的构件长度确定；(2)使机构具有一定的工作效c／d。BC和B：c：是连杆与机架平行的两个位置，率，即有急回运动特性；(3)在工作行程中速度尽量收稿日期：2008—07—24作者简介：陈江义(1974～)，男，湖北仙桃人，郑州大学机械工程学院副教授，博士，研究方向为结构动力学、机构学。电话：0371—67

7、781235，E—mail：cjy1974@ZZU．edu．CB。·5O·机床与液压第37卷均匀；(4)在工作行程中机构有良好的动力特性，即cos=要保证一定的最小传动角。根据上述条件和工作要求，可以给出式(1)一且0=1『(k一1)／(k+1)，k：为曲柄滑块机构的行程(5)中的k。、y。及△。根据k与△，利用式(4)速度变化系数。整理上式有可以求出△。根据式(5)可以将z表示成m和n的函数，然后代人式(1)一(3)中，这样形成了6个方程包含6个未知数的非线性方程组，可以用来确定各由于2≤s／

8、r≤2／sin[r]，因此有杆杆长。在解算该方程组时，直接求解析解较困难，因此可以转化为优化问题来进行计算。将式(1)一手r≤√卜(cos0一1)sin丽Il(、12)(3)整理，得到如下目标函数：综合式(9)和(12)，可知连杆与曲柄长度比milm，n)=(咖：一咖一△咖)+(一一△)(6)的取值范围为由于在式(1)一(5)的推导过程中已经包含了四1≤杆机构曲柄存在条件，因此不须加杆长约束便能保证手≤√·一筹优化结果是双曲柄机构，所以上述优化问题是一个简而且根据，／r的两个方程(7)和(11)