曲柄滑块机构的结构（专业知识）.pdf
曲柄滑块机构的定义曲柄滑块机构的定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆滑块通过移动副和转动副组成的机构。曲柄滑块的特点及应用曲柄滑块的特点及应用常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。优点：1.面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传递动力大；2.低副易于加工，可获得较高精度，成本低；3.杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制；4.可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹。缺点：1.低副中存在间隙，精度低；2.不容易实现精确复杂的运动规律。凸轮滑块机构的定义凸轮滑块机构的定义凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成高副结构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮滑块的特点及应用凸轮滑块的特点及应用.优点：1.能够实现精确的运动规律；2.设计较简单。缺点：1.承载能力低,行程短；2.凸轮轮廓加工困难。丝杠螺母机构的定义丝杠螺母机构的定义丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。丝杠螺母的特点及应用丝杠螺母的特点及应用优点：1.结构简单，支撑稳定。2.制动装置由于滚珠丝杠副的传动效率高，又无自锁能力。缺点：1.传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置2.但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。曲柄滑块机构的结构（专业知识）曲柄滑块机构的结构（专业知识）齿轮齿轮齿条机构的定义齿轮齿条机构的定义齿轮齿条传动是将齿轮的回转运动转变为往复直线运动，或将齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转运动。齿轮齿条的特点及应用齿轮齿条的特点及应用齿轮传动是应用最广的传动机构之一，齿轮传动依靠主动轮于从动轮齿的啮合，传递运动与动力。优点：1.传递动力大，效率高；2.寿命长，工作平稳，可靠性高；3.能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动。缺点：1.制造，安装精度要求较高，因而成本也较高；2.不宜作与距离传动。传动方案的选择传动方案的选择根据以上四种种方案的各个特点，选择第一种方案作为电动线锯机的传动系统方案。这样电动线锯机的主要驱动部件就是由曲柄滑块组成。这种机构是使回转运动和往复运动互相转换的一种机构。电机的回转运动通过驱动曲柄滑块机构准换成上下往复运动，曲柄滑块的特性是用r 和 L 的比值（r/L）l 来说明的，一般0.5，越小，机构的工作效率就越高。在运动分析中认为曲柄机构的曲柄等速回转，其角速度为：W=n/30（弧度/秒）式中：n曲柄轴转速，已知转速为2800转/分线锯机的曲柄轴角速度为w=2800/30一般情况下0.5，在这里取 0.15，则=r/L=0.15S=2rr=15mm又已知线锯机的上下往复行程为30mm所以从上面公式可以计算出L=100mm，r=15mm图如上图所示：调速系统的设计调速系统的设计齿轮调速：齿轮调速：因为要求该线锯机的齿条速度在 5001500r/min 之间可以进行调节，所以其总传动比i=n2/n1=2800/1500=934/500=1.867.所以在我们设计齿轮的时候其传动比 i=1.867.。方案采用单级斜圆柱斜齿减速器，在相同的工作条件下，采用斜齿轮调速可比直齿轮获得较小的几何传动尺寸，也就是说斜齿轮传动比直齿轮传动具有较大的承载能力。齿轮调速又与其他调速（如皮带轮）相比、传动比精确、稳定、效率高、传递损失的功率最小。结构简图如图所示：圆柱齿轮的传动的设计计算圆柱齿轮的传动的设计计算1.选择齿轮材料小齿轮：45 钢调制HB1 250大齿轮：45 钢正火HB21902.初步计算齿宽系数d：由教材（邱宣怀遍第四版，下同）取：d=1接触疲劳极限：Him1 560Mpa初步计算许用接触应力H:H1 0.9H1=0.9*560=504MpaH 20.9H 2=0.9*530=477Mpa取Ad值：由表得Ad=85估计15度初步计算小轮直径d1：d1=.曲柄滑块机构运动分析一、相关参数在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为l1100mm,l2 300mm,110rad/s,试确定连杆 2 和滑块 3 的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。图 1曲柄滑块机构二、数学模型的建立1 1、位置分析、位置分析为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。l1l2 SC将各矢量分别向 X 轴和 Y 轴进行投影，得l1cos1l2cos2 SCl1sin1l2sin2 0 (1)由式（1）得l1sin12 arcsinl2SC l1cos1l2cos22 2、速度分析、速度分析将式（1）对时间 t 求导，得速度关系l11cos1l22cos2 0l11sin1l22sin2 vC将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示l2sin21 2l1sin1l2cos20.vC1l1cos13 3、加速度分析、加速度分析WORD.2）（3）（.将（2）对时间 t 求导，得加速度关系1 22l2cos20 2l2sin21l1cos1 1avl cos0l sin0l sin2212 C2 2 C1 1三、计算程序1 1、主程序、主程序%1.输入已知数据clear;l1=0.1;l2=0.3;e=0;hd=pi/180;du=180/pi;omega1=10;alpha1=0;%2.曲柄滑块机构运动计算for n1=1:721 theta1(n1)=(n1-1)*hd;%调用函数 slider_crank 计算曲柄滑块机构位移、速度、加速度theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)=slider_crank(theta1(n1),omega1,alpha1,l1,l2,e);endfigure(1);n1=0:720;subplot(2,3,1)plot(n1,theta2*du);title(连杆转角位移线图);xlabel(曲柄转角theta_1/circ);ylabel(连杆角位移/circ);WORD.grid onsubplot(2,3,2)plot(n1,omega2);title(连杆角速度运动线图);xlabel(曲柄转角theta_1/circ);ylabel(连杆角速度/radcdots-1);grid onsubplot(2,3,3)plot(n1,alpha2);title(连杆角加速度运动线图);xlabel(曲柄转角theta_1/circ);ylabel(连杆角加速度/radcdots-2);grid onsubplot(2,3,4)plot(n1,s3);title(滑块位移线图);xlabel(曲柄转角theta_1/circ);ylabel(滑块位移/m);grid onsubplot(2,3,5)plot(n1,v3);title(滑块速度运动线图);xlabel(曲柄转角theta_1/circ);ylabel(滑块速度/mcdots-1);grid onsubplot(2,3,6)plot(n1,a3);title(滑块加速度运动线图);xlabel(曲柄转角theta_1/circ);ylabel(滑块加速度/mcdots-2);grid onWORD.2、子程序functiontheta2,s3,omega2,v3,alpha2,a3=slider_crank(theta1,omega1,alpha1,l1,l2,e);%计算连杆 2 的角位移和滑块 3 的线位移s3=l1*cos(theta1)+l2*cos(theta2);theta2=asin(e-l1*sin(theta1)/l2);%计算连杆 2 的角速度和滑块 3 的线速度A=l2*sin(theta2),1;-l2*cos(theta2),0;B=-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1);omega=A(omega1*B);omega2=omega(1);v3=omega(2);%计算连杆 2 的角加速度和滑块 3 的线加速度At=omega2*l2*cos(theta2),0;omega2*l2*sin(theta2),0;Bt=-omega1*l1*cos(theta1);-omega1*l1*sin(theta1);alpha=A(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt);alpha2=alpha(1);a3=alpha(2);四、程序运行结果及分析WORD.图 2运动规律曲线图从仿真曲线可以看出，当曲柄以w1=10rad/s 匀速转动时，连杆的转角位移变化围大约在-2020 度之间，在 90或 270有极值，呈反正弦变化趋势；连杆的角速度变化围大约在-3.33.3rad/s，在 0或 180有极值，成反余弦变化趋势；连杆角加速度变化围大约在-3535rad/s，在 90或 270有极值，呈正弦变化趋势。滑块位移变化围大约在 0.20.4m 之间，在0或 180有极值，呈反余弦变化趋势；滑块速度变化围大约在-11m/s 之间，大致上呈正弦变化趋势；滑块加速度变化围大约在-136.9m/s，在 0或 180有极值。22WORD.
