第22卷第12期2005年12月
机 械 设 计
JOURNALOFMACHINEDESIGN
Vol.22 No.12Dec. 2005
平行四边形机构的拓展及其应用
王忠
(西南科技大学制造学院,四川绵阳 621010)
*
摘要:以平行四边形机构为基础机构,利用其特性将其扩展为多杆机构,该多杆机构具有普通平行四边形机构的等速性优点,同时具有主从动件之间的轴间距离可变化的特点,这种机构在环保、矿山等机械设备中有着广泛的应用。
关键词:平行四边形;机构;应用
中图分类号:TH13 文献标识码:A 文章编号:1001-2354(2005)12-0057-02 在机械设备中常常需要一种能将平行两轴等速地连接起来,同时又能在传递运动的过程中轴间距离允许变化的机构。下面讨论的轴间距可变的等角速平面连杆机构可应用于平行轴间的同向等角速传动,特别是可用作平行轴间的等角速联轴器。它具有构件简单,容易加工制造,低副结构,传动精度高,耐磨损等优点。已被广泛应用的十字滑块式联轴器机构,虽也能实现上述传动,但这种双转块机构[1]含有两个移动副,在密封及其润滑性能等方面,一般不如由转动副(俗称铰链)构成的铰链机构。
2 含有平行四边形链的轴间距
可变等角速平面铰链机构
图2所示的平行四边形链是在输入轴O1与输出轴O2之间叠加两个串联的平行四边形链,而构成了两种平面八杆机构型式的单自由度轴间距可变等角速机构。该机构具有如下的特点:(1)两连架杆的等角速度性。(2)O1,O2之间距离的可伸缩性。(3)平行四边形机构的基础性。图2a中所示的平面八杆机构,构件vO1AB与构件vO2FE全等,则此时:不但轴O1与轴O2之转速相等,并且构件CD所作的运动为绕该构件上与构件O1AB上与O1相对应的点的圆周运动,显然构件的这种运动特性对整个机构的应用有益。下面将证明这个性质。
在图2a中:
因为: vO1ABTvO2FE所以: NO1BA=NO2EF
又因为:四边形ABCD和DCEF均为平行四边形所以: ABMFE
所以: O1BMO2E,O1B=O2E
所以: 四边形O1BEO2是平行四边形
故B,E两点在运动的历程中轨迹相同,且两点的距离保持与机构的两固定点O1O2相等。另,BC=常数1,CE=常数2;
1 平行四边机构的基础形机构
图1所示为最基本的同向等角速平面铰链四杆机构,即:
平行四边形机构,这种机构显然能实现两连架杆的等速连接,然而它不满足轴间距可变的要求。即:一旦传动中发生轴间距变动,则机构将失去平行四边形特点,从而使传动的等角速性被破坏。但从这种基础的机构出发,可以通过运动链的叠加、组合,综合出所要求的轴间距可变的等角速平
面铰链机构。
图1 同向等角速度平行四边形基础机构
(2)该机构调速范围较小,不适于要求调速范围大的场合。
(3)由运动分析可见,该机构运动过程中具有速度和加速度波动,但是,若负载的惯性足够大,仍能获得平稳的运动效果。
(4)对于要求动力性能高的应用,需进行必要的动力分析。
参考文献
[1] 孙桓,陈作模.机械原理[M].北京:高等教育出版社,1996.[2] 濮良贵.机械设计(第六版)[M].北京:高等教育出版社,1998.
Asimpleandeasymechanicalpatternedstep2lessvariatorCHOUXing2rong
(DepartmentofMechano2ElectronicEngineering,Guang2dongBaiyunCollege,Guangzhou510450,China)
Abstract:Akindofmechanicalpatternedstep2lessvariatorwithspecifiedrangeofapplicationhasbeenintroduced.Thecomposition,workingprincipleofthismechanismanditsdesig2ningcalculationwereexpounded.
Keywords:step2lessvariator;gear;camFig4Tab0Ref2/JixieSheji04783动,C点的轨迹与B点的轨迹相同,所以构件CD所作的运动为
同时,在运动的过程中,vBCE形状不变,整个三角形作平动运
*收稿日期:2005-01-18;修订日期:2005-04-18
作者简介:王忠(1963-),男,四川南充人,硕士研究生,西南科技大学制造学院副教授,现西南石油学院在职博士生,主要从事机构学的教学、
,余篇。
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机 械 设 计第22卷第12期
绕该构件上与构件O1AB上O1对应的点的圆周运动。
然而,图2b所示的,机构虽然具有等速性、轴间距离可变化的特性,但不具有图2a所示构件CD
作定轴转动。
4 轴间距可变等角速平面铰链
机构的扩展
含有平行四边形链的轴间距可变等角速平面铰链八杆机构,可以通过增加平行四边形基础机构的量,演化为:两自由度的11杆机构和三自由度的14杆机构等等。这类机构无论构件数目怎么多,显然满足:当给定一个连架杆的确定位置时,另一连架杆的位置也唯一地确定,即机构自由度仍为1。如图5所示的平面11杆机构,据库氏公式计算出自由度为2,但显而易见,除连架杆以外的其它构件的运动状态对其连架杆的运动输出是没有影响的。根据机构学的观点,此类机构出现了局部自由度,应用中应该作为自由度为1的机构来看待,当然这与实际情
况也是统一的。
(a) (b)图2 平面八杆机构(平行四边形链)
3 轴间距可变等角速平面铰链
机构的演化
图2所示的轴间可变等角速度平面铰链机构,通过将构件CD的两个复合铰链分别布置在3个点上或4个点上,可得到该机构的其它型式,如图3所示。
在图3所示的机构中,如果构件CD上的运动副布置满足一定的条件,就能够保证构件CD绕其构件上固定点作定轴转动。下面就介绍该类机构并证明其具有的性质
。
图5 平面11杆机构(简单平行四边形链的扩展)
5 轴间距可变等角速平面铰链
机构的应用
轴间距可变等角速度平面铰链机构有着广泛的应用,在环保设备中使用它作为两个滚轮的连接就是一个非常成功的例子。由于它具有平行四边形机构的优点,同时轴间距可变化,可以用它作为平行轴的柔性联结。这里特别需要指出的是:图4所示的平行四边形八杆机构更具有良好的动力性能,对机架能够实现惯性力和惯性力偶的双平衡。
参考文献
[1] 郑文纬,吴克坚.机械原理(第7版)[M].北京:高等教育出版社,
1997.[2] 陈辛波,李晏.轴间距可变的等角速平面铰链机构综合[J].机械
设计与研究,1998(1):31-32.
(a) (b)图3 平面八杆机构的其它形式
在图4中,如在构件CD上存在着这样一个点O3,构造一个vO3CD全等于vO1BA,且字母顺序相同,若vO3CcD也与vO2EF全等,且字母顺序相同,则构件CCcD绕其上O3作定轴转动。如果构件CD上的4个运动副位置分开布置,满足一定的条件,
仍然具有上面的性质。
图4 构件CD作定轴转动的轴间可变的等角速度机构
在图4中:
因为:vO1ABTvO3DC且ABMDC所以:O1BMO3C;O1B=O3C
所以:四边形O1BCO3为平行四边形所以:O1O3=BC
同样可以证明:O2O3=CcE
即:O3与两个固定点O1,O2的距离为定长
所以:构件CD上的O3为一个对机架的不动点,即:构件CD绕O3作定轴转动。
ExtendingofparallelogrammechanismanditsapplicationWANGZhong
(SchoolofManufacturingEngineering,SouthwestUniver2sityofScienceandTechnology,Mianyang621010,China)
Abstract:Takingtheparallelogrammechanismasafunda2mentalmechanismandletitbeextendedtoamulti2rodmecha2nismbyutilizingitscharacteristics.Thismulti2rodmechanismpossessestheadvantageofconstantspeednessoftheordinaryparallelogrammechanism,andatthesametimepossessingthecharacteristicsofavariabledistancebetweenaxlesofdrivingandfollowingcomponents.Thiskindofmechanismhasabroadapplicationinmechanicalequipmentsofenvironmentalprotec2tion,mining,etc..
Keywords:parallelogram;mechanism;applicationFig5Tab0Ref2/JixieSheji05063