摆动导杆机构运动特性分析

摆动导杆机构运动特性分析作者：陶军张楷强来源：《科技创新导报》2014年第35期陶军张楷强(沈阳理工大学机械工程学院辽宁沈阳110159)摘要：该文研究了摆动导杆机构的行程速比系数及影响因素，计算了相关运动参数。研究结果表明，行程速比系数K主要与曲柄长度有关，行程速比系数K随曲柄长度的增大而增大，曲柄越长，行程速比系数K值越大，即机构的急回运动越明显，急回特性受到运动稳定性的影响；随着极位夹角的增大，输出滑块的工作行程速度平稳性略有好转。应用ADAMS软件对摆动导杆机构进行了运动仿真分析，得到了摆动导杆机构的运动线图，并应用ZNH-B型连杆机构实验台对急回特性的理论分析进行了实验验证，表明该文运动参数的选取是合理的。关键词：摆动导杆机构急回特性极位夹角行程速比系数中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1674-098X(2014)12(b)-0081-02摆动导杆机构是在曲柄滑块机构中将曲柄作为机架演化而来的，将曲柄的连续回转运动转化为导杆的往复摆动，故称为摆动导杆机构。摆动导杆机构在牛头刨床、插床、低频振动攻丝机和缆线爬行机器人［1-3］等机构中得到了广泛的应用，对其运动参数进行分析研究，对于优化设计摆动导杆机构，提高工作效率具有重要意义。该文研究了摆动导杆机构的急回特性及影响因素，应用ADAMS软件对其进行了运动仿真分析，并应用ZNH-B型连杆机构实验台对运动参数的合理性进行了实验验证。1摆动导杆机构相关参数的确定如图1所示，ABCDE为摆动导杆偏置滑块机构运动简图，A1B1C1D1E1和A2B2C2D2E2是其两个极限位置，E为偏置滑块，、、和分别表示AC、AB、CD和DE的长度，AB为曲柄，为极位夹角。工作时，以曲柄AB为原动件，带动滑块B在导杆DC中往复移动，同时，导杆DC带动偏置滑块E在水平导轨上往复运动，设滑块E向左运动为工作行程，要求速度平稳，工作结束空程返回时，要求速度较快，具有急回特性，以提高工作效率。根据定义［4］，描述急回特性的行程速比系数

K值越大，说明急回特性越明显。由几何关系可知极位夹角由式（1）、式（2）可知，K值在一定时取决于的长度，K值随的增大而增大，几乎呈线性关系，说明曲柄越长，急回运动特性越明显，生产效率越高，如图2所示。经推导，滑块在工作行程内的速度不均匀系数因此，根据式（3）可得速度不均匀系数与极位夹角的关系，如图3所示。极位夹角试取〜70°。2各杆长度的确定原则根据曲柄存在的条件及满足构成摆动导杆机构的杆长条件，必须满足，且，但过长会使机构的重心偏高，因此取：对于连杆DE来说，太长将会占据较大空间，取:根据前述，由式（1）、式（2）和式（3）可得则1=1.40-2.2?.…二。部“刃.d=l,39〜L46.取爪二「6,则$=必‘?=皿6,结合式〔4）及式〔2"耿r&=6泌，JJ=2S（Mh=12guii4it

3基于ADAMS软件的摆动导杆机构运动仿真分析对摆动导杆机构进行实体建模，运用ADAMS软件得到运动仿真曲线，如图4。图4（a）为动画示意图，图（b）、（c）和（d）分别为位移线图、速度线图和加速度线图，可实时动画演示运动过程。由图（c）速度线图可知，运动到1.10s时，速度为零说明偏置滑块E工作过程结束（即工作行程时间为1.10s），开始返回，此时，位移达到最大值0.2m（图（b）），在这个过程中，速度变化较平缓，最大速度约为0.25m/s，机构反方向回程时结束时，速度又为零，用时0.68s（即回程时间为0.68s），最大速度为0.5m/s，具有明显的急回特性，行程速比系数为1.6,图中的位移、加速度曲线在工作行程时间内时，曲线变化也比较平缓，由此可得出工作行程内机构的速度稳定性较好，说明理论分析得到的行程速比系数、运动不均匀系数等运动参数值比较合理。ICh-jEiAMA4ZNH-B型连杆机构实验台的实验验证ZNH-B型连杆机构实验台装有光栅传感器，可以测量机构的位移、速度、加速度等运动参数，来了解机构的运动原理和特征，图5为操作界面。选择摆动导杆机构，输入各杆长度参数，可得位移、速度和加速度曲线。图6（a）是在实验台中输入曲柄长度时的速度曲线，图6（b）为输入曲柄长度时的速度曲线（其它条件不变），由图6可以看出，曲柄长度增大后，在工作行程中，速度变化不大，而在回程过程中，最大速度相差近两倍，而且速度曲线变陡，急回特性显著增大，说明曲柄长度影响急回特性的结论是正确。5结论（1）在曲柄支架与摆杆支架间的距离不变时，行程速比系数K值随曲柄长度的增大而增大，曲柄越长K值越大，即机构的急回运动越明显，工作效率越高;极位夹角时，随着极位夹角的增大，输出滑块的工作行程速度平稳性略有好转;经运动仿真分析和实验台验证，说明理论分析正确，所取运动参数合理。参考文献周俊，冷鸿彬，朱洪俊.高压线巡检机器人越障机构设计[J].机械设计，2012,29(12)：25.张天勇，陈哲.基于MATLAB的摆动导杆