給定行程、極位夾角解析設計偏置曲柄滑塊機構(gòu)

蘇有良

（合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

給定行程、極位夾角解析設計偏置曲柄滑塊機構(gòu)

蘇有良

（合肥工業(yè)大學機械與汽車工程學院，安徽 合肥 230009）

通過分析曲柄滑塊機構(gòu)處于極限位置其結(jié)構(gòu)尺寸和角度所存在的事實關(guān)系，建立方程式；并通過分析曲柄滑塊機構(gòu)圖解原理圖，推導出曲柄、連桿、偏距在給定行程、極位夾角條件下其取值范圍。設計中在相應取值范圍內(nèi)確定曲柄、連桿、偏距中的某一結(jié)構(gòu)尺寸，即可代入所推導的設計計算公式進行結(jié)構(gòu)尺寸解析設計計算，設計過程簡捷明了。

設計公式；最大壓力角；取值范圍

平面曲柄滑塊機構(gòu)可實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動與直線往復運動之間的相互轉(zhuǎn)換，在機械設備中應用廣泛，其設計例命題一般是：已知滑塊的行程、行程速比系數(shù)和一些附加條件，進行設計平面曲柄滑塊機構(gòu)。設計的方法主要有圖解法和解析法，圖解法在高校教材中有詳細介紹，我們較為熟悉，解析法在一些文獻資料中也有不同方式的闡述。本文從另一個角度出發(fā)，通過分析曲柄滑塊機構(gòu)處于極限位置其結(jié)構(gòu)尺寸和角度所存在的事實關(guān)系，建立方程式；并通過分析曲柄滑塊機構(gòu)圖解原理圖，推導出曲柄、連桿、偏距在給定行程、極位夾角條件下其取值范圍。設計中在相應取值范圍內(nèi)確定曲柄、連桿、偏距中的某一結(jié)構(gòu)尺寸，即可代入所推導的設計計算公式進行結(jié)構(gòu)尺寸解析設計計算，設計過程簡捷清析。

一、設計計算公式的推導

已知曲柄滑塊機構(gòu)的行程速比系數(shù)為k、H行程為[1]。圖解法設計此曲柄滑塊機構(gòu) ：

③過點C1、C2各作一直線與C1C2成（90°-θ）的夾角，此兩線相交于點O，以O點為圓心過C1、C2點作圓。

④在C1F或弧C2E（其中不含弧上的點C1、F、C2、E點）選擇一點A，該點A即為曲柄的軸心。

⑤根據(jù)給定的附加條件進行校核。

圖1

令圖1中的曲柄AB=a，連桿BC=c，則由上述圖解原理可知:

由△AC1C2和直角三角形△AC1D容易得到：

由△AC1C2得：

由（2）式得

當曲柄位于離滑塊導路最遠的垂直位置時，壓力角為最大值 ，即圖1中的角∠DCB，由△BCD得：

1．給定曲柄a設計公式:

將（3）代入（1）式得方程：

解方程（6）得給定曲柄長度a的設計計算公式：

2．給定連桿長度b的設計計算公式:

由（4）式代入（1）得：

解方程（8）得給定連桿長度b的設計計算公式：

3．給定偏距e長度的設計計算公式

解方程（6）、（8）得給定連桿長度e的設計計算公式：

二．設計實例

已知平面曲柄滑塊機構(gòu)行程H=100mm，行程速比系數(shù)K=1.2，許用壓力角[]=45°，設計此曲柄滑塊機構(gòu)。

（1）給定曲柄長度a的設計計算：

由設計算公式（7）得曲柄a的取值范圍為：1 4.68＜a＜50，取a=45mm，由設計算公式（7）得：

（2）給定曲柄長度b的設計計算:

由設計算公式（9）得曲柄b的取值范圍為：50＜b＜347.84，取b=100mm，由設計算公式（7）得：

（3）給定曲柄長度b 的設計計算:

由設計算公式（10）得曲柄e的取值范圍為0

三、結(jié)束語：

通過設計實例可知，在給定行程、行程速比系數(shù)條件下，依據(jù)所推導的曲柄、連桿、偏距取值范圍不等式，即可算出其相應的結(jié)構(gòu)尺寸取值范圍，在相應取值范圍內(nèi)確定曲柄、連桿、偏距中的某一結(jié)構(gòu)尺寸后，即可代入所推導的設計計算公式進行結(jié)構(gòu)尺寸解析設計計算，設計過程簡捷明了、易于完成。

[1]孫恒,陳作模.機械原理[M].北京：高等數(shù)學教育出版社，1996：180.

[2]蘇有良．根據(jù)許用壓力角、行程速比系數(shù)和行程設計曲柄滑塊機構(gòu)的解析法[J]．機械設計，2008,（9）：71-73.

[3]鄭文偉,吳克堅.機械原理(第七版)[M].北京：高等教育出版社,1997：96-103.

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[6]李明,賴尚丁,李春曄.也談同時按K和[a]設計平面曲柄滑塊機構(gòu)的解析法[J].機械設計，2000,（6）：36.

[7]梁崇高.平面連桿機構(gòu)的計算設計[M].北京：高等教育出版社，1993.

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A

1671-5993（2010）03-0064-02

2010-09-02

蘇有良（1969-），男，安徽滁州人，滁州職業(yè)技術(shù)學院機電工程系副教授，合肥工業(yè)大學在讀碩士，側(cè)重研究組合機構(gòu)設計。