急回曲柄摇杆机构的解析设计.pdf

．- _ 一 一 机 械 2 0 0 4 年第 2 期 -_ 一一 文章编 号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 o o 4 o 2 。 0 0 3 0 ． 0 3 急回曲柄摇杆相构硇髓析设计 马东晓‘ 。吕延利‘ 。王利 I ． 平顶山工学 院 ，河南 平顶山 4 6 7 0 0 1 ；2 ． 平顶 山市工业学校 ，河南 平顶 山 4 6 7 0 0 1 摘 要 导 出了具有急回运动的曲柄摇杆机构运动综合 的解析设计方程 ， 从而解决 了图解设 计带来的质量差的问题。通过对机构进行运动和动力的优化设计 ， 获得 了一些重要结论， 这些结论 对指导这类机构的设计有指导意义。各杆相对于摇杆的杆长比列表可供设计时使 用。 关键词 急回；曲柄摇杆机构 ；解析设计 中图号 T H 1 3 3 ． 5 文献 标识 码 A 1 曲柄摇杆机构的综合方程式 当给出行程速比系数 K， 可 以求出机构的极位 夹角 。如果再 给出摇杆 长度 c和摇杆 的摆 角 这 2个设计参数通常可 以根据设计的具体内容确 定 ， 则可以画出图 1 所示曲柄摇杆机构设计 的等视 角圆 0。图 1中设 ／A O C ． a ； 曲柄、 连杆和机架的 长度分别为 口 、 b 、 d； 等视角圆的半径为 ； 圆心 0 到铰链 D的距离为 日。根据图 1中的几何关系可得 曲柄摇杆机构的机构综合方程 Rc s i n q ／ 2 ／ s i n 0 HC C O S ／ 2 一R e o s O 口 2 R c o s 字 s in 导 6 2 TO a c o s 导 d ／ R 2 R H c o s 0 口 当再给出曲柄 口或连杆 b或机架 d的长度 ， 则 由式 1 可以解出 a ， 由求出的 a可综合出满足设计 要求的曲柄摇杆机构 。 例如 要求设计 K1 ． 3 ， c 1 0 0哪 ， 4 0 的 曲柄 摇杆 机 构。如果 口3 1 ． 4 I B m， 可求 出 a 2 8 ． 4 9 。 ， 解 出 b7 3 ． 6 5 m m； d9 5 ． 9 5哪 。又如 当 K1 ． 3 ； c 1 0 0 m n l ； 4 0 。 时 ， 要求机架 与摇杆 摆角平分线垂直 ， 可以从 AA D O中算 出a7 6 ． 7 4 o ， 习 芑 出 口2 2 ． 4 m m； b 1 2 8 ． 9 7 m ／ n ； d8 4 ． 4 8 to n i 。 图 1 曲柄 摇 杆 机 构 设 计 等 视 角 圆 Fi g． 1 Ci r c l e o f c o e qu a l i ns p e c t i o n a ng l e f o r c r a n k- s wa y l i nk sme c ba n| s m 机构传动角是机构设计的一个重要设计参数 ， 当综合考虑机构行程速比系数和传动角两方面设计 要求时 ， 将式 1 代入 c ] 2 参考文献 [ 1 ] 王金诺 。 于兰峰 ． 起重运输 机金属结构[ 』 If ] ． 北京 中国铁道 出版 社 。 2 0 0 2 ． [ 2 ] 刘鸿文 ． 材料力学[ ．1l f ] ． 北京 高等教育出版社 ， 1 9 8 9 ． [ 3 ] 徐灏 ． 机械设计手册[ 』 I f ] ． 北京 机械工业出版社。 1 9 9 3 ． 作者简介梁伯图 1 9 7 0一 ， 浙江绍兴人 ， 工程师 ， 毕业于 山东 科技大学机械工程系 ， 现在煤炭科学研究 总院南京研究 所从事科 研 工作 ． 收稿 15 1 期 2 0 0 3 ． 1 1 ． 1 8 Th e c a l c u l a t i n g me t h o d o f t e l e s c o p e b o o ms o n t e mp o r a r y r o o f p r o t e c t i n g m a c h i n e LI ANG BaI． t u N a n j i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n j i I l g 2 1 0 0 1 8 l C h i n a } Abs t r a c t I n t h i s p a p e r 。 t h e c a l c u l a t i n g me t h o d o f t e l e s c o p e b o o ms o n t e mp o r a r y r o o f pr o t e c t i n g ma c h i n e i s p r o p o s e d- t h e c a l c u l a t i n g f o r mu l a o f t e l e s c o p e b o o m’ S s t r e n g t h。 a n a l y z i n g me c h a n i c s f o r c e c o mb i n i n g s t r u c t u re c h a r a c t e ris t i c of t e l e s c o p e b o o m ． E s p e c i a l l y an a l y z i n g an d c a l c u l a t i n g of s u pe r p o s i t i o n s e c t i o n a n d n o n - s u p e r p o s i t i o n s e c t i o n． Ke y wo r d s t e mp o r a r y r o o f p rot e c t i n g ma c h i n et e l e s c o p i c b o o ms ；s u pe r p o s i t i o n s e c t i o n；n o n 。 s u pe r p o s i t i o n； s e c t i o n； s t r e n gth 维普资讯 生箜 塑 璺 堂 机构的 解析设计马东晓， 等 ．3 1． 得同时满足机构运动和动力两方面设计要求的 机构 的综合方程。例如 已知 K1 ． 2 5 ； c 5 0 0 m i l l 4 0 。 ； [ y ] 4 0 。 ， 可解 出 2 个 四杆机构的各杆长 1 a l 1 6 5 ． 8 I m ；b l2 9 1 ． 6 2 6 m m； d l 4 9 9． 9 9 6 mm。 2口 2 1 4 6 ． 2 mm；b 25 3 0 ． 8 0 3 mm；d 2 5 0 0． 0 08 mm。 验算机构的另一个“ 最小传动角” 分别为 6 9 ． 2 。 和 7 7 ． 5 9 。 ， 均符合设计要求。 2 曲柄 摇杆 机构 的运 动和 动力分析 分析式 1 和式 2 知 机构的最小传动角是摆 杆摆角 和行 程速 比系数 的函数 即为 a的 函 数 ， 以 4 0 。 画出不同 值的 ay 曲线如图 2 所示。从图中可知 若要求设计 K1 ． 3 ， y [ y ] 3 8 。 的四杆机构 ， 过图 2纵坐标轴上 y 3 8 。 的点 作水平直线与 K1 ． 3的曲线相交 ， 求得两交点 P 。 、 P ， 再分别求 出对应 P。 点的 口 。 约为 1 5 。 ； 对应 P 点的 口 约为 4 6 。 ， 设 c1 0 0 m m， 则 1 口 I3 2 ． 9 8 m m； b l 5 5 ． 3 9 m m； d l 9 8 ． 2 3 mm ； yⅢ i 3 7． 9 7 。 o 2 口 22 8 ． 7 1 m m； b 2 2 9 5 ． 8 m m； d 29 2 ． 2 9 mm ； yⅢ i 3 7． 8 2 。 o 从图 2中还可知 值曲线的抛物线顶点为该 值条件下最小传动角最大的点 ， 根据不 同的 K 、 值求 出这些最小传动角最大的四杆机构 ， 并将各杆 相对于摇杆的杆长比列在表 1中供设计时参考。 6 0 5 0 4 0 曼 3 0 2 0 1 0 ， 。 ＼ 膏 I ． 5 ／ ， f ，／ 一一 ． ～一 ／ ，_一 ／ ， ，一 r／ l 、 ’、 ‘ 1 ． 0 K I ． 5 a／ 0 图 2曲柄摇杆 机构不 同 K值 a与 y 变化 关系图 Fi g． 2 K a y r e l at i o n 例如 当要求综合 K1 ． 3 ； 3 0 。 最小传动角 最大的曲柄摇杆机构 ， 可从表 1中直接查出 a l c 0 ． 2 3 6 ； b l c0 ． 5 7 1 ； d l c0 ． 9 2 0 。如果 c1 0 0 m m； 则 口2 3 ． 6 m m， b5 7 ． 1 m m， d9 2 m m o在 K 1 ． 3 ； 3 0 o 的曲柄摇杆 中， 该机构的最小传动角最 大值 y 一 4 1 ． 2 4 。 ， 进一步分析可知 1 曲柄摇杆机构若规定许用传动角[ y ] 4 0 。 ， 行程速 比系数不可能大于 1 ． 3 3 。 2 可以证明 在相同 值 的曲柄摇杆机构 中， 摇杆摆角 等于机构的极位夹角0时 即 A、 D铰链 均在同一等视角 图上选取 ， 机构 的最小传 动角最 大。证明如下 一 将式 2 对 求导得 d y d 一 b b c2a b e d一2a a d e b c 6 e c l 一2a b e d 口 6 c 一 4 6 c s i n y m i 3 式 中口 、 b 、 d 口 、 b 、 d对 的导数。 将 式 1 甲对 求 导 ， 由 0得 。 n 导 c o s ／ c o s 0 。 ， 。 c o s ／ 2 6 。 i c c o s - s in - -Y- ／ 2 s in 导 d ⋯o s - T - ／ c o s 导 d 0 将式 4 代人式 3 得 0 4 通过 对 与 0的变化关 系进行分 析后知 当 时， y 有极大值。 因此， 在设计曲柄摇杆机构时， 如果对摇杆摆角 的大小无特殊要求 ， 应使 与机构的极位夹角 0 相等或相近 ， 从而可以提高机构的传动质量。 3 最小传 动角最 大 曲柄 摇杆机 构设 计表 表 1 最小传动角最大 曲柄摇杆机构设计表 Ta b． 1 Ma x i mum c H岫 r o c k e r mL [1 l l g i s l n de s i g n t a bl e o f mi ni mu m d r i v i ng a ng l e 置 杆长 比 1 ． 0 5 I ． I O I ． I 5 I ． 2 0 I ． 2 5 I ． 3 o I ．3 5 I ．柏 I ．4 5 d f c O ． 0 8 6 O m I O ．∞O ． 0 8 2 O ．循I O _ 啁9 O ．仉9 O ．仉9 O 册 6 f c O ． 蝴 O ． 3 I 9 O ． O ． 2 3 0 O ． 2 0 6 O ． I 9 0 O ． m O ． O ． 啊 I o ． d f c I ．O I l O ． 9 6 6 O ．9 5 2 O ．9 钉 O ．9 I 5 O ． 9 I 5 O ． 9 I 5 O ． 9 盯 O ．9 4 8 ， 、 ～6 7 ．5 I 5 9 ．4 1 5 3 ．3 6 4 8 ．4 3 4 4 ． 2 4 4 0 ．5 9 3 7 ．3 6 3 4 ．4 5 3 1 ．10 d f c O ． ”I O ． I 6 8 O ． I6 5 O ． I 6 3 O ． I 6 0 O ． I 5 8 O ． I O ． I5 5 O ．I 5 4 6 f c O ． 8 I2 O ． 6 I 6 O ．5 I 7 O ．4 5 9 O ． 4 ” O ． 3 ＆ s O ． 3 5 9 O ． 3 3 8 O ．3 2 I d f c I ． 1 6 4 I ． O ．9 6 9 O ．9 3 9 O ． O ． 9 l4 O ． 9 0 9 O ． 嘶 O ．9 0 6 ， 、 ” 6 5 ．5 5 8 ．4 3 5 3 ． 0 4 4 8 ． 5 9 4 4 ． 7 6 4 1 ．3 9 3 8 ． 37 3 5 ．6 5 3 3 ． ” d f c O ． 2 5 5 O ．2 5 1 O ． 2 4 7 O ． 2 4 3 O ．2 4 0 O ．2 3 6 O ．2 3 3 O ． 2 3 1 O ． 2 2 8 6 f c I I l I 5 O ．8 6 6 O ．7 鹞O ． 鲫O ． 6 l 3 O ． O ．5 ” O ．5 0 9 O ． 4 8 5 d f c I ． I ． 1 3 9 I ．o 1 0 O ．9 8 2 O ． 9 I 5 O ． 9 2 o O ． 9 0 3 O ． 鹤I O ． 烈 ， 、 ra ， i f 。 1 n ] tu x 6 2 ．4 1 5 6 ．2 6 5 1 ． 5 5 4 7 ． 6 3 44 ． 2 4 4 I ．3 4 3 8 ． 5 3 3 6 ．o 7 3 3 ． 8 1 维普资讯 鱼旦堕 讥构的解析设计马东晓， 等 2 0 0 4 年第2 期 杆长 比 1 ．∞ 1 ． 1 0 1 ． 15 1 ． 2 D 1 ． 1 ．3 D 1 ．3 5 1 ． 4 0 1 ．4 5 口 ， 0 ． ， 冀 0 ．3 3 3 0 ． 3 2 8 0 ． 3 2 3 0 ． 3 1 8 0 ． 3 1 4 0 ．3 1 0 0 ． 3 0 6 0 ． b i t 1 ．3 6 6 1 ．0 7 7 O ． 9 3 6 O ． 8 4 8 O ． 7 8 6 O ． 7 3 8 O ．O J 9 O ． 6 6 6 O ． 6 3 9 杼 d ， c I ． I ．2 6 8 I ． 13 6 I ．蟛 I ． 彻0 ．9 6 o 0 ．9 2 9 0 ．9 口 7 0 瑚 一5 8 ． 7 6 5 3 ． 竹4 9 ． I 9 4 5 ．7 7 4 2 ．E I 8 I 3 5 ．6 s 3 3 ．6 s s i t 0 ． 4 1 9 0 ．4 I 3 0 ．稍 0 ．讹 0 ． 3 9 6 0 ． 0 ． 3 8 6 0 堋 0 ． 弼 ‘ 』 c I ． I ．2 5 4 I ． 0 9 9 I ．0 0 1 0 ．妣0 ．鼹l 0 ． 8 3 8 0 ．8 0 4 0 ．仍 d 』 c I ． 7 I 2 I ． 3 9 2 I ． 拼 I ． 1 4 0 I ．0 7 I I ．呻l 0 ． 0 ． 0 一 4 9 ． 4 6 ．2 7 4 3 ． 2 6 4 0 ． 6 1 3 8 ． 3 9 3 6 ．竹3 4 ． 4 5 3 2 ． 7 2 e h 0 ． 0 ． 棚0 ．4 8 4 0 ． 俑0 朋2 0 ．粕0 ．拍l 0 ． 缁0 ．枷 6 』 c 2 ．0 I 5 I ． I ．掰 I ．粥 I ． 2 4 4 I ． 1 8 5 I - l 3 8 I ． I伽 I ． o 6 8 d 』 c 2 ． 町6 I ． 6 7 6 I ．稻 I I ．2 7 4 I ． 斯 I - l s 4 I - l 0 9 I ． 竺 4结 语 1 导出了曲柄摇杆机构在给定行程速比系数 时机构综合的解析方程， 为机构 的解析设计和优化 设计提供 了条件。 2 在给 出行程速 比系数 K和许用传动角[ y] 的条件下 ， 曲柄摇杆机构在一般情况下均可综合出 能满足设计要求 ， 而杆长 比不 同的 2个机构运动简 图。 3 当限定机构的最小传动角[ y ] 4 0 。 时， 曲柄 摇杆机构行程速比系数可 以选取 的最大值 为 1 ． 3 3 。 许用传动角值规定越大， 能满足设计要求机构 的行 程速比系数越小。相 比之下 ， 导杆机构的行程速 比 系数可以设计得 比较大 K可 以大 于 2 ， 且机构的 传动角不受机构运 动的影 响始终可 以保 持最 大值 9 0 o ， 机构设计简单容易 ， 具 有急回运动且传动性能 良好的平面连杆机构。 4 在相 同杆长条件 下， 摇杆 摆角 与机构极 位夹角 0相等的曲柄摇杆机构的最小传动角最大。 5 给出了曲柄摇杆机构在不同 K值条件下最 小传动角最大的机构优化设计表可供设计时参考。 参考文献 [ 1 】 马东晓 ， 周前 ． 给定杆长的平面四杆机构简易设计方法[ J 】 ． 煤矿 机械 ， 2 0 0 3 。 1 o 1 31 5 ． [ 2 ] 申永胜 ． 机械原理教程[ M ] ． 北京 清华大学出版社。 2 O 0 0 ． [ 3 ] 吴宗泽 ． 机械设计实用手册 [ M] ． 北京 化学工业出版社， 2 0 0 0 ． 作者简介 马东晓 1 9 6 2一 ， 河南鲁山人 。 平顶 山工 学院高级工 程 师。 主要从事机械设计 及加工方 法的研 究 ． T e l 0 3 7 53 6 7 3 5 6 7 。 E ． m a l l m a c kh n e j ． e d u ． c n ． 收稿 日期 2 0 0 3 ． 0 9 ． 0 g An a l y t i c a l d e s i g n me t h o d f o r t h e c r a n k s wa y l i n k s me c h a n i s ms MA D o n g - x i a o ‘ ，L v Y a h ． 1 i ‘ ， WA NG u2 1 ． P i n g d i n g s h a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ， P i n g d i n g s h a n 4 6 7 0 0 1 ． C h l n a ； 2． P i n g d l n g s h a n I n d u s tr i a l S c h o o l ， P i n g d l n g s h a n46 7 0 0 1 ， C h i n a Abs t r a c t T h i s p a p e r p r o p o s e s a r t a n a l y t i c a l d e s i g n me t h o d f o r the q u i c k ret u rn me c h a n i s ms s u c h a s t h e f o u r - b a r l i n k a g e an d d e v e l o p e s a n o p t i mu m d esi gn me tho d for t h o s e me c h an i s ms i n wh i c h the t i me r a t i o an d t h e mi n i mu m t r a n s mi s s i o n a n g l e a 陀 g i v e n s i mu l t an e o u s l y． Us i n g t h i s me tho d。 t he ma x i mu m v alu e o f the t i me r a t i o i s s i r e n o n l y． Th e q u i c k ‘ ret u rn me c h an i s ms i n wh i c h t h e mi n i mu m t r a n s mi s s i o n an g l e s h o u l d b e the maxi mum C an be d esi gn e d e a s i l y u s i n g the p r o p o r t i o n of t he l i n k s p r e s e n t e d i n t h e t a b l es i n t h i s p a p e r ． Ke y wo r d s q u i c k ret u rn ；c r a n k s wa y l i n k s me c han i s ms ；an aly t i c al d e s i gn 纳 米 级 Ca CO 在P VC输 送 带 中 的 应 用 最近， 兖州矿业 集团 公司唐村煤矿开展了聚合物基无机纳米复合材料在输送带 中应用的研究 ， 提高了 输送带的抗拉强度等物理机械性能 ， 取得了显著的效果。 首先将 P V C制成糊状 ， 然后把纳米级 C a C O ， 与分散剂在高速搅拌机内均匀混合 ， 并加入到糊状树脂 中， 再用超声波处理混合物， 使之均匀分散。分散剂是他们 自行研制开发的产品， 是一种兼有分散剂、 内脱模剂 等功能的阳离子表面活化剂 。这种方法 的优点， 一是固态与液成能够实现均匀混合 ， 二是具有表面处理性能 的分散剂能够使纳米级 C a C O ， 均匀分散到 P V C树脂中而不发生二次聚结现象 ， 有效地解决 了纳米材料极易 形成团聚体的问题。成品检测表明 其耐磨性能提高了 2 0 ％， 并降低了增塑剂的用量 ， 亦减少了环境污染。 李 剑锋供稿 螂 乱 咖 m } 嗡 啷 锄 Ⅲ - 二 L 晰 m 研 L L 强 玑 噼 m 粥 ⋯ 眦 愀 躜 L - 二 鸵 L - 二 疆 艉 姗 眦 C C f _ j 螂 m 跏 嗍 Ⅲ 鲫 蚴 螂 嘲 假 麒 加 m 鲫 L 竹 瑚 胛 L 研 研 m L - 二 玎 旧 瑚 m L 也 ㈨ 眦 C C C 一 舻 维普资讯