徐靜 桂振華

摘 要：文章主要探討一種啟閉機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)模擬裝置的設(shè)計(jì)方案，啟閉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿，且做0 ？觷～90 ？觷開(kāi)啟和關(guān)閉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)；啟閉機(jī)構(gòu)；監(jiān)測(cè)模擬裝置

中圖分類號(hào)：TH112 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）08-0072-02

啟閉機(jī)構(gòu)常用于人們的生產(chǎn)和生活中，比如車門(mén)、窗戶、艙蓋和閥門(mén)等。啟閉機(jī)構(gòu)的受力情況和使用條件與壽命息息相關(guān)，其中對(duì)啟閉機(jī)構(gòu)的壽命影響較大的因素是開(kāi)啟和關(guān)閉的頻率，所以模擬轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿啟閉機(jī)構(gòu)的開(kāi)啟和關(guān)閉并對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。

1 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)形式

導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的帶有一個(gè)移動(dòng)副的平面連桿機(jī)構(gòu)，又有擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)之分。當(dāng)曲柄比機(jī)架短時(shí)，只有曲柄做整周的轉(zhuǎn)動(dòng)，而導(dǎo)桿僅在<360 ？觷的角內(nèi)擺動(dòng)，則稱之為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，如圖1所示；當(dāng)曲柄比機(jī)架長(zhǎng)時(shí)，曲柄和導(dǎo)桿都能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是由平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化而來(lái)。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)如圖2所示。

1.2 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角發(fā)生的位置

不計(jì)摩擦力、重力和慣性力時(shí)，機(jī)構(gòu)輸出桿受力點(diǎn)的受力方向與該點(diǎn)的速度方向間所夾的銳角稱為壓力角。壓力角的余角稱為傳動(dòng)角。傳動(dòng)角越大，傳力性能越好。傳動(dòng)角在傳動(dòng)過(guò)程中是變化的，若能合理選擇各構(gòu)件尺寸，可使機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角具有最大值。機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中最小傳動(dòng)角的容許值是按受力情況、運(yùn)動(dòng)副間隙大小、摩擦和速度等因素而定。一般傳動(dòng)角≥40 ？觷，高速機(jī)構(gòu)則≥50 ？觷。

對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿為主動(dòng)時(shí)，γmin發(fā)生在主動(dòng)導(dǎo)桿與機(jī)架垂直位置處，而曲柄主動(dòng)時(shí)，γmin發(fā)生在γ=90 ？觷位置處。轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角發(fā)生的位置示意圖如圖3、圖4所示。

2 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿啟閉機(jī)構(gòu)

啟閉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，如司蒂芬Ⅲ型機(jī)構(gòu)等。若轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中的導(dǎo)桿做90 ？觷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也可成為一種啟閉機(jī)構(gòu)，其中導(dǎo)桿上滑塊的位移需根據(jù)啟閉角度進(jìn)行限位。上述做0 ？觷～90 ？觷開(kāi)啟和關(guān)閉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的啟閉機(jī)構(gòu)如圖5所示。

做0 ？觷～90 ？觷開(kāi)啟和關(guān)閉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡如下。點(diǎn)A和點(diǎn)B固定，AC繞點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)，BD繞點(diǎn)B旋轉(zhuǎn)，其中滑塊在限位槽內(nèi)移動(dòng)。AC作為導(dǎo)桿，點(diǎn)A固定，點(diǎn)C由“0 ？觷閉合狀態(tài)”旋轉(zhuǎn)至“90 ？觷開(kāi)啟狀態(tài)”。

3 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿啟閉機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)模擬裝置

3.1 裝置方案

該啟閉機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)模擬裝置總設(shè)計(jì)方案如圖6所示。

3.2 機(jī)構(gòu)詳解

其中，關(guān)于轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿部位的放大圖如圖7所示。

上述做0 ？觷～90 ？觷開(kāi)啟和關(guān)閉的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的啟閉機(jī)構(gòu)為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。由電機(jī)的輸出軸的往復(fù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)懸臂的一端進(jìn)行往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而懸臂的另一端在轉(zhuǎn)動(dòng)桿的滑槽內(nèi)進(jìn)行往復(fù)移動(dòng)，最終帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿做0 ？觷～90 ？觷往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。其機(jī)構(gòu)開(kāi)啟狀態(tài)示意圖如圖8所示。

3.3 監(jiān)測(cè)模擬

由于上述啟閉機(jī)構(gòu)的受力情況和啟閉頻率對(duì)其壽命較有影響，所以受力和頻率將是監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。若不計(jì)重力和摩擦力，如圖7所示，測(cè)力計(jì)擺好后使其帶鉤一端鉤在滑槽內(nèi)，從而測(cè)出不同力臂情況下瞬時(shí)力的大小。電機(jī)輸出軸的往復(fù)旋轉(zhuǎn)最終帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿做0 ？觷～90 ？觷往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬了轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿啟閉機(jī)構(gòu)，由此可進(jìn)行頻率方面的壽命試驗(yàn)，從而得出疲勞次數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2] 楊天興，于國(guó)紅.基于Pro/E的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析[J].煤，2012，（8）.

[3] 冷興聚.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的解析法[J].阜新礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1996，（10）.