簡(jiǎn)析基于CAD的偏置曲柄滑塊機構的設計與研究論文
0引言
曲柄滑塊機構是指將轉動(dòng)和移動(dòng)進(jìn)行相互轉換的平面連桿機構。在機器的設計中，曲柄滑塊機構得到了廣泛應用，該機構既可以將往復移動(dòng)轉換為回轉運動(dòng);又可以將轉動(dòng)轉換為往復移動(dòng)。工程實(shí)踐中，對曲柄滑塊機構的設計是機構設計中的重要課題。該機構的設計一般采用的是解析計算法，該求解方法以列方程為主，進(jìn)行求解，但在實(shí)際求解中，因為方程里的未知數較多，為多元多次方程，并含有三角函數，使求解過(guò)程復雜，計算量大，容易出錯，造成設計的效果不理想。本文采用CAD進(jìn)行圖解法與解析法結合，對偏置曲柄滑塊機構進(jìn)行設計，大大簡(jiǎn)化了求解難度，提高了設計準確度。
1機構的解析法設計
設計要求舉例：設計一往返直線(xiàn)運動(dòng)機構，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構，具有往返直線(xiàn)運動(dòng)的特點(diǎn)，另外根據條件作圖，可設計為偏置曲柄滑塊機構。
圖中的AB桿和BC桿的長(cháng)度都為未知，要根據已知條件，進(jìn)行設計，可列公式，先進(jìn)行往返速度的計算。根據行程速度變化系數K=(180°+θ)(/180°-θ)=1.5,可得θ=36°,根據角度繪制極限位置圖。
求出AB桿和BC桿的長(cháng)度，可根據已知條件，設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(guò)復雜的求解，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(guò)程不勝繁瑣，在此，可采用CAD的繪圖方法求解a、b值，通過(guò)幾何作圖，采用簡(jiǎn)易方法求解，從而得出AB桿和BC桿的`長(cháng)度。
2偏置曲柄滑塊機構的CAD圖解法
基于CAD的圖解法采用了作圖加計算的方法，步驟為：
1)先根據行程為50，θ=36°，作水平線(xiàn)長(cháng)50的垂直平分線(xiàn)，再作一個(gè)角度是90°-36°=54°的直線(xiàn)，與垂直平分線(xiàn)相交于一點(diǎn)，再以交點(diǎn)為圓心，畫(huà)圓經(jīng)過(guò)長(cháng)50的垂直平分線(xiàn)的端點(diǎn)。
2)作水平線(xiàn)的平行線(xiàn)，距離15，與圓相交，連接交點(diǎn)與水平線(xiàn)的兩端點(diǎn)，并延長(cháng)短線(xiàn)。
3)進(jìn)行簡(jiǎn)單計算，(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(huà)圓，與EG相交于H點(diǎn)，再以HG為直徑畫(huà)圓。
4)以E點(diǎn)為圓心，復制直徑為HG的圓，與EG相交于K點(diǎn)，測量EK和KG的長(cháng)度，分別為22.43cm和42.18cm，即為a和b的數值，即曲柄和連桿的長(cháng)度分別為22.43和42.18cm。
3仿真分析
按設計要求，及求出的曲柄和連桿的取值，進(jìn)行機構的仿真，該機構運動(dòng)靈活，滑塊在曲柄的驅動(dòng)下，進(jìn)行往返直線(xiàn)運動(dòng)。
4結語(yǔ)
通過(guò)對偏置曲柄滑塊機構的求解分析，采用解析法與基于CAD的圖解法，并對二者進(jìn)行了分析比較。相比解析法而言，基于CAD的圖解法在機構設計中有化繁為簡(jiǎn)、化難為易的顯著(zhù)特點(diǎn)，該設計方法不僅降低了設計難度，還提高了設計精度，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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