簡析基于CAD的偏置曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計與研究論文
0引言
曲柄滑塊機構(gòu)是指將轉(zhuǎn)動和移動進行相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機構(gòu)。在機器的設(shè)計中，曲柄滑塊機構(gòu)得到了廣泛應用，該機構(gòu)既可以將往復移動轉(zhuǎn)換為回轉(zhuǎn)運動;又可以將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為往復移動。工程實踐中，對曲柄滑塊機構(gòu)的設(shè)計是機構(gòu)設(shè)計中的重要課題。該機構(gòu)的設(shè)計一般采用的是解析計算法，該求解方法以列方程為主，進行求解，但在實際求解中，因為方程里的未知數(shù)較多，為多元多次方程，并含有三角函數(shù)，使求解過程復雜，計算量大，容易出錯，造成設(shè)計的效果不理想。本文采用CAD進行圖解法與解析法結(jié)合，對偏置曲柄滑塊機構(gòu)進行設(shè)計，大大簡化了求解難度，提高了設(shè)計準確度。
1機構(gòu)的解析法設(shè)計
設(shè)計要求舉例：設(shè)計一往返直線運動機構(gòu)，返回的速度要比工作時的速度快，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(gòu)，具有往返直線運動的特點，另外根據(jù)條件作圖，可設(shè)計為偏置曲柄滑塊機構(gòu)。
圖中的AB桿和BC桿的長度都為未知，要根據(jù)已知條件，進行設(shè)計，可列公式，先進行往返速度的計算。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偏置曲柄滑塊機構(gòu)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(jù)行程為50，θ=36°，作水平線長50的垂直平分線，再作一個角度是90°-36°=54°的直線，與垂直平分線相交于一點，再以交點為圓心，畫圓經(jīng)過長50的垂直平分線的端點。
2)作水平線的平行線，距離15，與圓相交，連接交點與水平線的兩端點，并延長短線。
3)進行簡單計算，(a+b)-(a-b)=2a，或者(a+b)+(ab)=2b也可以。在此采用前者，以E點為圓心，以EF為半徑畫圓，與EG相交于H點，再以HG為直徑畫圓。
4)以E點為圓心，復制直徑為HG的圓，與EG相交于K點，測量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)計要求，及求出的曲柄和連桿的取值，進行機構(gòu)的仿真，該機構(gòu)運動靈活，滑塊在曲柄的驅(qū)動下，進行往返直線運動。
4結(jié)語
通過對偏置曲柄滑塊機構(gòu)的求解分析，采用解析法與基于CAD的圖解法，并對二者進行了分析比較。相比解析法而言，基于CAD的圖解法在機構(gòu)設(shè)計中有化繁為簡、化難為易的顯著特點，該設(shè)計方法不僅降低了設(shè)計難度，還提高了設(shè)計精度，提高了工作效率，在實際工作中具有重要的意義。
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