偏置摆动导杆机构的解析设计与运动仿真.pdf

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1、第30卷第10期机械设计Vo1．30No．102013年10月J0URNALOFMACHINEDESIGN0ct．2013偏置摆动导杆机构的解析设计与运动仿真苏有良(滁州职业技术学院机电工程系，安徽滁州239000)摘要：借助辅助角和偏置摆动导杆机构最小传动角的位置，建立偏置摆动导杆机构解析方程，通过此解析方程很好地解决了偏置摆动导杆机构在解析设计时因找不到合适的解析方程而很难得到理想设计结果的问题。将推导出的偏置摆动导杆机构的设计计算公式应用于实例，经实践可得到满意的设计结果，应用MATLAB对实例

2、设计计算结果进行运动仿真，并成功输出导杆的角加速度、角速度等随时间变化的曲线图，这些曲线图为分析偏置摆动导杆机构运动提供了又一途径。关键词：偏置摆动导杆机构；解析方程；MATLAB；运动仿真中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1001—2354(2013)10—0021—04摆动导杆机构按偏距是否为零分正置和偏置两种，其设计命题一般可归结为：给定行程速比系数、机1摆动导杆机构解析公式的推导架尺寸和一些附加条件来设计摆动导杆机构。采用解析法设计正置摆动导杆机构较容易获得满意的设计结如图1偏置摆

3、动导杆机构，令曲柄AB、机架AD、偏果，而采用解析法设计偏置摆动导杆机构时，因不能找距DC的长度分别为a，d，e，极位夹角为0，摆角为，到较合适的解析方程，很难得到理想的设计结果¨。／_B1FB2=，辅助角／_DFA=。文中借助辅助角和偏置摆动导杆机构最小传动角因为直线BC：内切圆A和圆D，直线BC外切于的位置，建立了行程速比系数、偏距e、机架圆A和圆D，所以／BAB：的角平分线和C2DC的角d、曲柄a之间的两个解析方程式。依据这两个解析方平分线必交于点F，且AF上DF，显然0==。程，很好地解决了给

4、定行程速比系数和某一尺寸，求解由RtAADF和AAB】F得：4F=dcos=其余尺寸的设计命题。a／sin(0／2)，即：应用MATLAB／Simulink对平面连杆机构进行COS=a／dsin(0／2)(1)运动仿真在国内出现较早的文献是2002年周进雄由RtADFC．和ADAF得：DF=e／sin(0／2)：等翻译由美国人加德纳撰写的《机构动态仿真——dsinJ8，即：使用MATLAB和Simulink)一书，书中部分章节论sin

5、8：e／dcos(0／2)(2)述了平面四杆机构的运动学仿真J。随

6、后陆续出将式(1)和式(2)两边平方，相加整理得：现很多关于应用MATLAB／Simulink对曲柄摇杆机tan(0／2)·e=d2sin(0／2)一a(3)构、曲柄滑块机构等运动仿真研究文献。但因应用MATLAB／Simulink对偏置摆动导杆机构进行运动仿真所需的数学模型不易建立，导致不能有效输出导杆的角速度、角加速度、转角及滑块的速度、加速度等随时间变化的曲线图。文中建立了应用MAT．LAB／Simulink对偏置导杆机构进行运动仿真所需要的数学模型，并通过实例成功输出了偏置摆动导杆机构中导杆的

7、角速度、角加速度、转角及滑块的速度、加速度随时间变化的曲线图，这些曲线图为分析偏置摆动导杆机构运动提供了新途径。图1偏置摆动导杆机构收稿日期：2012—12—25；修订日期：2013—04—30作者简介：苏有良(1969一)，男，安徽来安人，副教授，硕士，专业方向：机械与电子工程、组合机构设计，已发表论文14篇。机械设计第3O卷第10期由图2可知当曲柄与机架重叠或伸展成一直线的角速度按逆时针方向转动。令曲柄向量A，导杆向量位置，其中A和A中必有一为最小传动角。显然当曲商、偏距向量、机架向量的模分别为。

8、，。，，do曲柄处于位置时有最小传动角，即A=。由柄AB、导杆CB、偏距DC和轴正向夹角分别为0，，0：，ADClBl得：0。将此4个向量分别向轴、Y轴分解得：e=COSy⋯(d—o)(4)recos01+CCOS02：acos03+d【esin0l+csin02=asin03将式(4)代入式(3)，整理后得：(cosi一c0sO)d一2cos·。·d+cos⋯·n+因为偏距CD上CB、角0的一边和轴平行，所以m卅CD与Y轴之间的夹角等于0，于是有0=0一90。，即0cotn=0(5)上式可写成：当初

9、定曲柄U，以d为参变量，由式(5)解方程得f。。。s口+。i“·。。+d(9)resin01一CCOS01=asin03偏置摆动导杆机构的设计计算公式为J：将上式两边对时间t求1阶、2阶导数，并写成矩阵n《COSi一COSLO／【(60)形式可得：【：。。y01COS-esosin0s⋯(d一。)【一sinin011ie]=【-。at】(10)。i+。。。。。当初定机架d，以a为参变量，由式(5)解方程得。。。，n01cos0-es偏置摆动导杆机构的设计