摆动导杆机构运动特性分析_陶军

偏 置 滑 块 机 构 运 动 简 图，A 1 B 1 C 1 D 1 E 1 和 E为偏置滑 A 2 B 2C 2 D 2 E 2 是其两个极限位置， AB、 CD 块， l1 、 l2 、 l3 和 l4 分别表 示AC、 和 DE的长度， A B为曲柄， 为极位夹角。 工作时， 以曲柄A B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。 描述急回特 性的行程 速比 根据定义 [4]， 系数
(a)
(b)
4 Z N H-B型连杆机构实验台的实验验 证
(c) 图4 运用ADAMS软件得到运动仿真曲线 (d) Z N H- 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 图 6（b）为 输 入 l2 65mm 时 的 速 度 曲 线， 曲柄 长 度 l2 130mm 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。
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 l1 高， 因此取： 且 l2 ，
l3 l1 l2 ， 但 l3 过长 会 使 机 构 的 重 心 偏
1.1(l1 l 2 ) l3 1.5(l1 l 2 )
5 结论
（1）在曲柄 支 架与 摆 杆支 架间的 距离 图5 ZNH-B型连杆机构实验台操作界面 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； 随 着极 （2）极位 夹角 0 0 ~ 90 0 时， 位夹角的增大,输出滑 块的工作行程 速度平 稳性略有好转； （3）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。
由式 （1） 、 式 （2） 可知， K值在 l1 一定时

v E max v E min v 2(1 sin ) 2
（3）
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。 图2 行程速比系数与曲柄长度的关系 ～70 ° 。 极位夹角试取 300
（4）
对于 连杆DE来说， l4 太长将 会占据较 大空间,取：
0.2l3 l 4 0.5l3
（5）
由 式（1） 、 式 根 据 前述 300 ~ 700 ， （2） 和式 （3） 可得 则 图3 运动不均匀系数与极位夹角的关系
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，
l2 0.36 ，结 合 式（ 4 ）及 式wk.baidu.com 2 ），取 l1
l3 280mm ，
l1 180mm ， l2 65mm ，
l4 120mm 。
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参考文献
[1] 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. [2] 张 天 勇，陈 哲. 基 于 M A T L A B 的 摆 动 导 杆机 构 运动 分析 [J] .轻 工科 技， 2 013 (a) (b) （9） :68. [3] 柯 建 宏 . 摆 动 导 杆 机 构 在 低 频 振 动 攻 丝 机 中 的 应 用 [ J ] . 机 床 与 液 压 ，2 0 0 2 （2） :180. [4] 孙 桓， 陈 作 模， 葛文 杰. 机 械 原 理 [M] . 8 版.北京： 高等教育出版社， 2013. 图6 ZNH-B型连杆机构实验台输入不同曲柄长度的速度曲线
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摆动导杆机构运动特性分析
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： 文献标识码： 文章编号： TP311 A 1674-098X(2014)12 （b） -0081-02
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线图 可知， 运 动 到1.10 s 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1.10 s） ， 开始 返回， 此 时， 位 移 达 到最 大 值 0 . 2 m（图( b)） ， 在 这个 过 程中， 速度 变化 较平 缓， 最 大 速 度 约为 0 .2 5 m /s， 机 构反方向回程 时 结束 时， 速度 又为零， 用时 0 . 6 8 s（即回程 时间为 0 . 6 8 s） ， 最大 速度为 0.5 m /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。
（1） K值 越 大， 说明急回特 性 越明显。 由几
K
1 摆动导杆机构相关参数的确定
图1 摆动导杆机构运动简图 如 图 1 所 示 ，A B C D E 为 摆 动 导 杆
何关系可知极位夹角
2 arcsin
l2 l1
（2）
K值随 l2 的增大而增大， 取决于 l2 的长度， 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
l2 0.26 ~ 0.57 l1 ， 1.39 ~ 1.46 ，取 K 1 . 6 ，则 420
K 1 . 40 ~ 2 . 27 ，
3 基于ADAM S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 A DA M S 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
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A DA MS 软件对其进行了运动仿真分析， 并应 用Z N H-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。