棒料沖剪機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性分析

譚曉霞

摘要： 平面十桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有對(duì)稱性機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，本論文設(shè)計(jì)了平面十桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的一個(gè)實(shí)例––棒料沖剪機(jī)，在給定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的情況下，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)表達(dá)式，繪制運(yùn)動(dòng)曲線，分析棒料沖剪機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性。

關(guān)鍵詞： 棒料沖剪機(jī);平面十桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu);運(yùn)動(dòng)特性

引言

曲柄壓力機(jī)的工作機(jī)構(gòu)是曲柄連桿，是通過傳動(dòng)系統(tǒng)將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和能量傳遞給曲軸，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過連桿使滑塊產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于機(jī)器的導(dǎo)軌與滑塊之間存在有間隙，滑塊并不會(huì)沿其整個(gè)導(dǎo)軌長度進(jìn)行接觸工作，而是有一端呈傾斜狀態(tài)局部接觸，造成導(dǎo)軌與滑塊上的主動(dòng)力之間存在一個(gè)夾角，而且會(huì)隨滑塊位移而變化的，所以會(huì)出現(xiàn)局部接觸區(qū)上發(fā)熱、產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力和摩擦力，以致引起導(dǎo)軌面嚴(yán)重磨損，影響滑塊的位置精度要求。如果要增加導(dǎo)軌與滑塊之間的接觸面積，采取在滑塊的上、下端部增加彈性邊緣，能夠減小磨損，降低接觸應(yīng)力和摩擦力，但橫向作用力依然會(huì)存在著，而且該力還會(huì)引起曲柄壓力機(jī)的橫向振動(dòng)。因此本論文提出了棒料沖剪機(jī)，是一種平面十桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，當(dāng)工作阻力作用于滑塊的幾何中心線上時(shí)，滑塊與導(dǎo)軌之間沒有作用力，從而減輕了導(dǎo)軌的磨損、消除了機(jī)架的橫向振動(dòng)，確保了滑塊獲得長時(shí)間的位置精度。棒料沖剪機(jī)的設(shè)計(jì)是根據(jù)平面十桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)特性來展開的，設(shè)計(jì)和制造都較簡單，根據(jù)設(shè)計(jì)的參數(shù)推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)表達(dá)式，并計(jì)算出相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果，棒料沖剪機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例表明了該種機(jī)構(gòu)用作為機(jī)械壓力機(jī)工作機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性。

分析平面十桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖1所示是平面十桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖，構(gòu)件總數(shù)N=10，自由度F=1，低副數(shù)PL =13，高副數(shù)PH=0。該機(jī)構(gòu)由主動(dòng)桿1、機(jī)架10、二個(gè)Ⅱ級(jí)組（桿組6、7;桿組8、9）和一個(gè)Ⅲ級(jí)組（桿組2、3、4、5）組成。當(dāng)曲柄的角位移Ψ1 =0時(shí)，該機(jī)構(gòu)對(duì)于x軸對(duì)稱，即h11=h12=250mm，h21=h22 =100mm，h31=h32=110mm，BD1=BD2=r3=250mm，BC1=BC2=a=100mm，D1E1=D2E2=r4=300mm， C1K1=C2K2=r5=250mm，r1=100mm，r2=300mm。根據(jù)圖示建立的直角坐標(biāo)系，現(xiàn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性分析過程如下：

由以上表達(dá)式分析可得各位移角的表達(dá)式，的表達(dá)式中含有未知的位移角，的表達(dá)式中含有未知的位移角、、，的表達(dá)式中含有未知的位移角，的表達(dá)式中含有未知的位移角，所以只要知道了位移角的范圍，其他的位移角就可以求出來了，從圖1可以看到，桿1的轉(zhuǎn)動(dòng)位移范圍是0°–360°，故的范圍是0°–360°，根據(jù)求出的各位移角，可以求出滑塊9的線位移，用曲線圖表達(dá)出來如下圖所示：

此式即為速度方程式，在經(jīng)過位置方程分析以后，上式中的角速度、、為未知量，故不可求解此方程，所以要用方程組對(duì)時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)來求解出各個(gè)未知的角速度。根據(jù)求出的各角速度，可以求出滑塊9的速度，用曲線圖表達(dá)出來如下圖所示：

此式即為加速度方程式，在經(jīng)過速度方程式分析以后，上式中的角速度、、為未知量，故不可求解此方程，所以要用方程組對(duì)時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)來求解出各個(gè)未知的角加速度。根據(jù)求出的各角加速度，可以求出滑塊9的加速度，用曲線圖表達(dá)出來如下圖所示：

結(jié)論

本設(shè)計(jì)通過分析平面十桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)稱性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)給出的參數(shù)來推導(dǎo)出棒料沖剪機(jī)的有關(guān)表達(dá)式，用CAD軟件繪制運(yùn)動(dòng)曲線圖，根據(jù)直觀的運(yùn)動(dòng)線圖，它可以查得任一瞬時(shí)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并可以清楚地看出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變化情況，這使得分析過程清晰明了，更容易理解棒料沖剪機(jī)的工作原理。

參考文獻(xiàn)

楊群，機(jī)構(gòu)壓力機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1990.

李作有等譯，曲柄壓力機(jī)譯文集[A].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.

王洪欣，聶如春，彎家立，等.一個(gè)平面十桿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的研究[J]，機(jī)械設(shè)計(jì)，1998.