齒輪五桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡設(shè)計(jì)方法的研究分析論文
齒輪連桿機(jī)構(gòu)由定傳動比的齒輪機(jī)構(gòu)與變傳動比的連桿機(jī)構(gòu)組合而成，其可根據(jù)工藝過程的不同需要復(fù)演各種特殊形狀的軌跡。齒輪連桿機(jī)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，且組成這種機(jī)構(gòu)的齒輪和連桿易于加工，精度易于保證，運(yùn)動較可靠等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用。其中齒輪五桿機(jī)構(gòu)是最常用的一種齒輪連桿機(jī)構(gòu)，它可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的運(yùn)動軌跡，具有很高的工程實(shí)用價(jià)值[1-2]。該文以軋輥機(jī)為例，研究了齒輪五桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的方法。
1 齒輪五桿機(jī)構(gòu)
五桿機(jī)構(gòu)是自由度為2的機(jī)構(gòu)，在其上必須裝載一對齒輪才能使齒輪—五桿機(jī)構(gòu)成為自由度為1的機(jī)構(gòu)[3]。齒輪五桿機(jī)構(gòu)簡圖如圖1所示。
2 齒輪五桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡設(shè)計(jì)方法
該文以軋輥機(jī)為例，在齒輪五桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)軋制的過程中，運(yùn)用解析法和圖解法設(shè)計(jì)其機(jī)構(gòu)。軋輥機(jī)工作原理如圖2所示。在軋制過程中，軋件要受到向后的推力，為使推力盡量小些，以減輕送料輥的載荷，故要求軋輥與軋件開始接觸時(shí)的嚙入角γ盡量小些。γ約取25 °左右，坯料的單邊最大壓下量約50 mm，從咬入到平整段結(jié)束的長度約270 mm[4](見圖3)。
2.1 按工藝要求確定理想的軌跡
通�？上劝窜堉谱畛Ｓ靡�(guī)格的鋼材來確定該軌跡，以此進(jìn)行機(jī)構(gòu)綜合，然后調(diào)節(jié)AB、DE間的相對位置，再畫出點(diǎn)M的軌跡，以檢驗(yàn)是否能滿足不同軋制工藝的要求(如軌跡、咬入角γ、平整段長度L等)。
由于該機(jī)構(gòu)只能近似實(shí)現(xiàn)給定的軌跡，或只能精確實(shí)現(xiàn)軌跡上若干點(diǎn)，所以根據(jù)工藝要求重點(diǎn)，考慮水平平整段和咬入角后，在軌跡上取五個(gè)點(diǎn)，其坐標(biāo)如圖2(單位為m)：
M1：(-0.15306，0.60113)、M2：(-0.04l40，0.63996)、M3：(0.06187，0.65492)、M4：(0.10243，0.65575)、M5：(0.1229l，0.65497)
2.2 圖解法和解析法確定齒輪五桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)
用圖解法按給定軌跡大致選擇AB和BM的長度。要使M能達(dá)到軌跡上的任何一點(diǎn)，AB能作整周轉(zhuǎn)動，則A點(diǎn)到軌跡的最大距離應(yīng)為，最小距離。再根據(jù)選定的AB、BM長度算出點(diǎn)M在M1～M5時(shí)對應(yīng)的連架桿AB的轉(zhuǎn)角;或直接選定與該五點(diǎn)所對應(yīng)的連架桿AB的轉(zhuǎn)角。
3 仿真分析
該文利用Working Modle仿真軟件，對連桿上一點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)圓弧運(yùn)動軌跡的.齒輪五桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真。仿真時(shí)按上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行參數(shù)選取，建立連桿上一點(diǎn)軌跡近似圓弧的齒輪五桿機(jī)構(gòu)的模型。
首先建立直徑為112 mm的三個(gè)圓，圓心坐標(biāo)分別為(0，0)、(-112，0)、(112，0)，在它們之間建立齒輪副。然后按照尺寸建立曲柄、連桿、機(jī)架。最后，建立轉(zhuǎn)動副并在其中的一個(gè)曲柄中安置電機(jī)，最終完成模型。仿真模型如圖4所示。
選中兩連桿的連接點(diǎn)(轉(zhuǎn)動副)，點(diǎn)擊上方的【W(wǎng)indow】選項(xiàng)，出現(xiàn)其下拉菜單，點(diǎn)擊【Appearance】之后，出現(xiàn)如圖6的對話框，選中【track】選項(xiàng)，并單擊【run】，便可以在動畫的過程中顯示出該點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，如圖5所示。通過觀察之后，確定此軌跡近似圓弧說明以上設(shè)計(jì)基本無誤。
4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
該文利用齒輪五桿機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該實(shí)驗(yàn)臺由三個(gè)齒輪，兩個(gè)曲柄，兩個(gè)連桿組成，實(shí)驗(yàn)臺組裝結(jié)構(gòu)如圖7所示。
利用實(shí)驗(yàn)臺畫出的近似圓弧運(yùn)動軌跡如圖8所示，與圖6中軟件仿真生成的近似圓弧的運(yùn)動軌跡進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)臺畫出的曲線與軟件生成的曲線基本一致，但也略有不同。其原因可能是：(1)在裝配的過程中，安裝精度不夠;(2)在加工零件過程中，加工精度無法達(dá)到軟件中理想化的要求;(3)畫板的平面度不夠，導(dǎo)致畫出的運(yùn)動軌跡略有偏差。(4)在齒輪傳動的過程中產(chǎn)生了波動，使運(yùn)動軌跡發(fā)生了略微的偏差。
5 結(jié)論
該文以軋輥機(jī)為例，研究了齒輪五桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的方法，經(jīng)過仿真和實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證，證明了圖解法與解析法(導(dǎo)向兩桿組綜合設(shè)計(jì)方法)相結(jié)合是確定齒輪五桿機(jī)構(gòu)的有效方法，齒輪五桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡。
參考文獻(xiàn)
[1] 徐梓斌，閔劍青.齒輪連桿機(jī)構(gòu)動力學(xué)分析與仿真[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2005(1)：22-24.
[2] 李明磊，賈育秦.基于Matlab/simulink的齒輪五桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真研究[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009(1)：59-62.
[3] 王生濤，陳再良，吳電禮.基于Pro/E的齒輪五桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真[J].蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版)，2010(3)：53-55.
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