煙包推手機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)范文

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《機(jī)械設(shè)計(jì)與研究雜志》2014年第四期

1推手機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

1．1推手機(jī)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案生成通過(guò)形態(tài)學(xué)綜合得到多組滿足功能要求的機(jī)構(gòu)組合方案。但還必須從機(jī)構(gòu)功能屬性，機(jī)構(gòu)工作性能，機(jī)構(gòu)動(dòng)力性能，經(jīng)濟(jì)性及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊性五個(gè)方面對(duì)這些組合方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終遴選出最優(yōu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案(此處不作詳述)。

1．2推手機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案工作原理分析根據(jù)最終評(píng)價(jià)結(jié)果，遴選出的最優(yōu)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，其工作原理見(jiàn)圖3。推手機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案原理圖解如圖3。該機(jī)構(gòu)構(gòu)件2、3、4與機(jī)架1一起構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)，在構(gòu)件2和3的鉸接位置空套一個(gè)齒輪，作為構(gòu)件5，構(gòu)件5上固接桿桿長(zhǎng)與桿4一致，構(gòu)件4上固接另一齒輪，兩齒輪以傳動(dòng)比i=1嚙合，此平行四邊形齒輪機(jī)構(gòu)輸出單元為構(gòu)件5，構(gòu)件5固接桿端點(diǎn)輸出運(yùn)動(dòng)為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng);在此基礎(chǔ)上，構(gòu)件3、5、7、8構(gòu)成第二個(gè)平行四邊行機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)的輸出單元為8，輸出運(yùn)動(dòng)為往復(fù)平動(dòng);構(gòu)件6作為構(gòu)件4上固接凸輪從動(dòng)件，使構(gòu)件8始終平行于構(gòu)件6，這樣構(gòu)件7實(shí)現(xiàn)偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)變姿態(tài)動(dòng)作;通過(guò)凸輪控制桿6的偏轉(zhuǎn)，桿件8實(shí)現(xiàn)給定的導(dǎo)向運(yùn)動(dòng):工作行程沿直線路徑移動(dòng)，回程沿一條拱形路徑作變姿態(tài)運(yùn)動(dòng)。

2推手機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性

2．1推手機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性由震動(dòng)力﹑震動(dòng)力矩﹑驅(qū)動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)副反力這些指標(biāo)來(lái)決定，它們從不同角度反映了機(jī)構(gòu)的慣性作用。震動(dòng)力和震動(dòng)力矩是直接反映機(jī)構(gòu)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中慣性對(duì)機(jī)架所產(chǎn)生的作用，是造成機(jī)器振動(dòng)的主要原因。驅(qū)動(dòng)力矩是在驅(qū)動(dòng)軸上用于克服慣性作用的力矩，影響著機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速的均勻性。運(yùn)動(dòng)副反力反映機(jī)構(gòu)各構(gòu)件之間的相互作用，影響著機(jī)構(gòu)的噪音和壽命。與機(jī)架連接的運(yùn)動(dòng)副反力的總效應(yīng)構(gòu)成了震動(dòng)力和震動(dòng)力矩。因此驅(qū)動(dòng)力矩﹑運(yùn)動(dòng)副反力這兩個(gè)指標(biāo)可以間接反映機(jī)構(gòu)的震動(dòng)力和震動(dòng)力矩。另外機(jī)構(gòu)總質(zhì)心的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律也可以反映和影響機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能。式(1)﹑(2)為機(jī)構(gòu)系統(tǒng)總質(zhì)心的動(dòng)態(tài)偏移量計(jì)算公式。

2．2專利方案和改進(jìn)方案的虛擬樣機(jī)模型虛擬樣機(jī)的建立包括幾何建模和物理建模兩個(gè)階段。幾何建模是將PROE里建立的三維實(shí)體模型，導(dǎo)入動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS。物理建模就是在ADAMS/VIEW中定義運(yùn)動(dòng)副﹑重力﹑外載﹑動(dòng)力機(jī)，設(shè)定材料及轉(zhuǎn)速，這樣建立了表達(dá)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的物理模型，除此之外還要需要建立動(dòng)態(tài)質(zhì)心測(cè)量函數(shù)。確認(rèn)樣機(jī)模型無(wú)誤后，進(jìn)行數(shù)值仿真。如圖4﹑5分別為推手機(jī)構(gòu)專利方案虛擬樣機(jī)模型和推手機(jī)構(gòu)改進(jìn)方案虛擬樣機(jī)模型。

2．3專利方案與改進(jìn)方案的數(shù)值分析建立好樣機(jī)模型后，進(jìn)入數(shù)值仿真階段，通過(guò)ADAMS/VIEW求解器中的運(yùn)動(dòng)學(xué)﹑動(dòng)力學(xué)等分析算法，對(duì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)數(shù)學(xué)建模，迭代運(yùn)算和求解，得到所需的分析結(jié)果。在轉(zhuǎn)速為ω=3000rad/s的條件下，在PostProcessor里分別獲得一個(gè)周期T=0．12s內(nèi)兩組機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)質(zhì)心位移曲線﹑驅(qū)動(dòng)力矩﹑各運(yùn)動(dòng)副反力等動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)數(shù)據(jù)。由于兩組方案機(jī)構(gòu)中存在較多的運(yùn)動(dòng)副，不便在文中一一列出各運(yùn)動(dòng)副反力數(shù)值曲線。機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的震動(dòng)力與震動(dòng)力矩體現(xiàn)在與機(jī)架相連的運(yùn)動(dòng)副反力上，故只列出與機(jī)架桿相連的接地副反力及峰值超過(guò)1000N的其他運(yùn)動(dòng)副反力數(shù)值曲線圖。如表2﹑3分別為專利方案與改進(jìn)方案動(dòng)態(tài)特性指標(biāo)數(shù)值曲線。通過(guò)數(shù)值曲線的分析結(jié)果，取機(jī)構(gòu)中各動(dòng)態(tài)指標(biāo)數(shù)值在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)的峰值。

3結(jié)論

3．1動(dòng)態(tài)受力分析(1)與專利方案相比，改進(jìn)方案動(dòng)態(tài)質(zhì)心偏離驅(qū)動(dòng)軸中心峰值要小很多，且在x方向上動(dòng)態(tài)變化區(qū)域要小，這樣能夠最大限度地降低機(jī)構(gòu)自身在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的慣性的作用。(2)改進(jìn)方案的驅(qū)動(dòng)力矩小于專利方案的驅(qū)動(dòng)力矩，說(shuō)明改進(jìn)機(jī)構(gòu)在驅(qū)動(dòng)軸上要克服的慣性力矩小，同時(shí)也表明改進(jìn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率較高。(3)專利方案與機(jī)架相連的運(yùn)動(dòng)副有固定鉸鏈和固定凸輪高副兩個(gè)，為F11_2、F11_4，其峰值分別為1200N、1000N;改進(jìn)方案的兩個(gè)固定鉸鏈為F12、F41，其峰值分別為1145N、1513N。與機(jī)架相連的運(yùn)動(dòng)副反力峰值相差不大，改進(jìn)方案固定鉸鏈反力稍小，說(shuō)明改進(jìn)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)力和震動(dòng)力矩稍小，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)和噪音也會(huì)較小。專利機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副反力變動(dòng)范圍較大，改進(jìn)機(jī)構(gòu)只在t=0．88s出現(xiàn)峰值突躍的情況外，其余時(shí)段運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程幅值較低，且幅值變化都較小。(4)改進(jìn)機(jī)構(gòu)存在幾處鉸鏈反力過(guò)大的地方，分別是F23、F35。對(duì)應(yīng)峰值參照上表。因此在涉及這四個(gè)鉸鏈位置的機(jī)構(gòu)元件除了在結(jié)構(gòu)上應(yīng)考慮鉸鏈反力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響外，在后期詳細(xì)設(shè)計(jì)的選材方面也要考慮使用疲勞強(qiáng)度高、耐久性好的材料，來(lái)克服鉸鏈反力過(guò)大對(duì)機(jī)器疲勞壽命、安全性和可靠性方面的不利影響。

3．2結(jié)構(gòu)分析在機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)上，將運(yùn)動(dòng)構(gòu)件分為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、一般平面平動(dòng)、往復(fù)直線移動(dòng)和一般平面運(yùn)動(dòng)。表6為專利方案與改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)對(duì)比分析。機(jī)構(gòu)震動(dòng)力完全平衡的條件是整個(gè)機(jī)構(gòu)總質(zhì)心靜止不動(dòng)。質(zhì)量再平衡法可以部分或全部實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)震動(dòng)力的平衡。表3針對(duì)推手機(jī)構(gòu)專利方案與改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)中具體構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)特性，將其劃分為定軸轉(zhuǎn)動(dòng)﹑直線平動(dòng)﹑平面平動(dòng)﹑一般平面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了對(duì)比分析。從質(zhì)量平衡的角度，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)﹑直線平動(dòng)﹑平面平動(dòng)﹑一般平面運(yùn)動(dòng)通過(guò)配重能夠?qū)崿F(xiàn)震動(dòng)力平衡的可能性分別為100%﹑75%﹑50%﹑0%。表中可知，專利方案中作一般平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于改進(jìn)方案，定性來(lái)分析，專利方案能夠通過(guò)質(zhì)量平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)震動(dòng)力平衡的難度要遠(yuǎn)大于改進(jìn)方案，這也驗(yàn)證了改進(jìn)方案機(jī)構(gòu)總質(zhì)心動(dòng)態(tài)變化范圍要要大大小于專利方案，從而能夠降低慣性力對(duì)機(jī)構(gòu)自身動(dòng)態(tài)性能的影響。

作者：熊如意林松單位：同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院