簡析基于CAD的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究論文
0引言
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是指將轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機(jī)構(gòu)。在機(jī)器的設(shè)計(jì)中，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用，該機(jī)構(gòu)既可以將往復(fù)移動(dòng)轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);又可以將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動(dòng)。工程實(shí)踐中，對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要課題。該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般采用的是解析計(jì)算法，該求解方法以列方程為主，進(jìn)行求解，但在實(shí)際求解中，因?yàn)榉匠汤锏奈粗獢?shù)較多，為多元多次方程，并含有三角函數(shù)，使求解過程復(fù)雜，計(jì)算量大，容易出錯(cuò)，造成設(shè)計(jì)的效果不理想。本文采用CAD進(jìn)行圖解法與解析法結(jié)合，對(duì)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大簡化了求解難度，提高了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度。
1機(jī)構(gòu)的解析法設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)要求舉例：設(shè)計(jì)一往返直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，返回的速度要比工作時(shí)的速度快，比值約1.5，往返的行程為50cm，且減速箱的軸心與工作平面的距離為15cm。綜合已知條件，可以選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，具有往返直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，另外根據(jù)條件作圖，可設(shè)計(jì)為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
圖中的AB桿和BC桿的長度都為未知，要根據(jù)已知條件，進(jìn)行設(shè)計(jì)，可列公式，先進(jìn)行往返速度的計(jì)算。根據(jù)行程速度變化系數(shù)K=(180°+θ)(/180°-θ)=1.5,可得θ=36°,根據(jù)角度繪制極限位置圖。
求出AB桿和BC桿的長度，可根據(jù)已知條件，設(shè)BC桿為a，AB桿為b，圖2中∠CA2A1=a，列出方程：
1)502=(a+b)2+(a-b)2-2(a+b)(a-b)cos36°;
2)152+c2=(a-b)2;
3)152+(c+50)2=(a+b)2。
或者：
1)502=(a+b)2+(a-b)2-2(a+b)(a-b)cos36°;
2)15=(a+b)sinα
3)15=(a-b)sin(α+36°)
經(jīng)過復(fù)雜的求解，得出：a=22.4;b=42.2;c=12.9;α=13°。
這2組方程式解析a、b值都非常麻煩，過程不勝繁瑣，在此，可采用CAD的繪圖方法求解a、b值，通過幾何作圖，采用簡易方法求解，從而得出AB桿和BC桿的`長度。
2偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的CAD圖解法
基于CAD的圖解法采用了作圖加計(jì)算的方法，步驟為：
1)先根據(jù)行程為50，θ=36°，作水平線長50的垂直平分線，再作一個(gè)角度是90°-36°=54°的直線，與垂直平分線相交于一點(diǎn)，再以交點(diǎn)為圓心，畫圓經(jīng)過長50的垂直平分線的端點(diǎn)。
2)作水平線的平行線，距離15，與圓相交，連接交點(diǎn)與水平線的兩端點(diǎn)，并延長短線。
3)進(jìn)行簡單計(jì)算，(a+b)-(a-b)=2a，或者(a+b)+(ab)=2b也可以。在此采用前者，以E點(diǎn)為圓心，以EF為半徑畫圓，與EG相交于H點(diǎn)，再以HG為直徑畫圓。
4)以E點(diǎn)為圓心，復(fù)制直徑為HG的圓，與EG相交于K點(diǎn)，測(cè)量EK和KG的長度，分別為22.43cm和42.18cm，即為a和b的數(shù)值，即曲柄和連桿的長度分別為22.43和42.18cm。
3仿真分析
按設(shè)計(jì)要求，及求出的曲柄和連桿的取值，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的仿真，該機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)靈活，滑塊在曲柄的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)行往返直線運(yùn)動(dòng)。
4結(jié)語
通過對(duì)偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的求解分析，采用解析法與基于CAD的圖解法，并對(duì)二者進(jìn)行了分析比較。相比解析法而言，基于CAD的圖解法在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中有化繁為簡、化難為易的顯著特點(diǎn)，該設(shè)計(jì)方法不僅降低了設(shè)計(jì)難度，還提高了設(shè)計(jì)精度，提高了工作效率，在實(shí)際工作中具有重要的意義。
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