齿轮—五杆机构的轨迹特性研究

采用计算机机构动画仿真的方法，对齿轮五杆机构的轨迹特性进行了研究。分析了该机构双曲柄存在的条件，两连杆铰接点Ｃ的轨迹曲线可到达的区域及该轨迹曲线形状随机构结构参数的不同而变化的规律，从而为齿轮五杆机构的轨迹综合提供了重要依据。     

Kinematic Characteristics Analysis and Parametric Solving of SnowMelting Agent Throwing Mechanism with Variable Crank Length

变曲柄长度融雪剂抛撒机构运动特性分析与参数求解

刘文武¹,陆念力²,刘宏新¹

（1. 东北农业大学 工程学院,哈尔滨 150030;

2. 哈尔滨工业大学 机电工程学院,哈尔滨 150001）

摘要：变曲柄长度凸轮连杆机构由于其具有实现复杂运动规律的同时,整体结构紧凑的特点而受到关注,针对特殊轨迹要求进行机构的运动特性分析与参数求解,为本文设计的变曲柄长度融雪剂抛撒机构的实施奠定基础。由点的轨迹方程建立了抛撒机构的数学模型,通过编程求解得出抛撒机构端点的理论轨迹,利用CATIA（computer aided three-dimensional interactive application）进行参数化建模与轨迹绘制,通过对比验证所建立数学模型的正确性;运用轨迹区域定位法,研究抛撒机构端点的区域轨迹分布特性;运用数值循环比较法,研究各参数对轨迹的影响规律,利用VB（Visual Basic）软件构建了变曲柄长度融雪剂抛撒机构的人机交互系统,结合约束条件,采用正交试验表求得适合于哈尔滨市一级道路的最佳结构调整参数和作业参数组合,为实现脉冲式光滑轨迹的变曲柄长度凸轮机构的参数求解提供有效方法。

关键词：抛撒机构;变曲柄长度凸轮机构;数学模型;运动学特性;参数求解

     

混合驱动二自由度并联机构的动力学优化设计

基于Kane方法对混合驱动二自由度五杆机构建立了动力学方程,在此基础上进行了动力学逆问题的分析,探讨了影响主驱动功率和辅助驱动功率的因素.实现一组椭圆轨迹为实例,以混合驱动二自由度五杆机构辅助运动最大瞬时的驱动功率最小优化目标函数,无条件双曲柄的杆长条件约束条件,采用遗传算法进行了动力学优化设计,得到了主驱动功率与辅助驱动功率之间的最佳匹配关系.为实现混合驱动二自由度并联机构综合性能最优以及系统的最优控制了基础.     

按行程速比系数综合双曲柄机构新思路

双曲柄机构在工程实际中应用非常广泛,主要是利用主动曲柄等速转动,推动从动曲柄变速转动而产生的运动不均衡性。根据双曲柄机构从动曲柄单向转动的运动特性,在双曲柄机构运动特性研究的基础上,定义双曲柄机构行程速比系数K,给出行程速比系数K的参数方程及其定义域,通过几何分析推导,重点讨论K值为定值,设计、制造及安装对K值的影响最小时从动曲柄所在位置的时候,双曲柄机构的设计方法,提出一种综合优化双曲柄机构的新思路。     

六自由度Gough-Stewart并联机构的姿态能力

为了优化并联机构的构型参数,以单位四元数为姿态参数构建Gough-Stewart并联机构位于给定位置处的具有一般符号形式的三维姿态奇异轨迹表达式,并给出机构姿态奇异曲面的三维图形化描述。分析机构姿态奇异轨迹的性质,给出无奇异姿态空间的概念并说明其存在的必然性。定义具有规则形状的无奇异姿态球的体积为姿态能力,并将其作为衡量机构无奇异姿态空间体积大小的一项重要指标。探究机构构型参数和位置参数对姿态能力的影响情况并建立性能图谱。研究表明：单位四元数可以有效地应用于该类型并联机构的姿态奇异和姿态能力描述。     

倒悬挂复摆颚式破碎机机构尺寸参数研究

倒悬挂复摆颚式破碎机和传统复摆型颚式破碎机一样,它的机构也是四杆机构,即曲柄摇杆机构.通过研究机构尺寸参数对破碎机的动颚轨迹性能值、机器尺寸和重量、齿板寿命、功耗、生产能力等机器性能造成的影响,导出了该机构中各杆长度的计算公式,以及动颚齿面任意点的位移方程式.该研究为机构尺寸参数优化设计程序中的约束条件边界值、设计变量及其初始值的确定与选择提供了计算依据.     

平面铰链五杆机构的奇异性研究

推导了平面铰链五杆机构的雅可比矩阵,得出机构处于奇异位置时的姿态,并给出了避免五杆机构奇异的方法:当五杆机构雅可比矩阵的行列式det(J)=0时,可使规划的轨迹远离工作空间的边界,避免该种奇异;当五杆机构雅可比矩阵的行列式det(J)→∞时,可选择合适的机构尺寸、合适的机构位姿形式或使规划的轨迹不通过奇异轨迹避免机构奇异.开发了五杆机构奇异轨迹的仿真软件,为五杆机构的设计提供了依据.     

双曲柄机构的杆长参数方程及应用

根据按照急转速度系数设计双曲柄机构的现状,提出了按照急转速度系数设计双曲柄机构的参数设计法.通过几何分析推导,完成了双曲柄机构分类型及杆长参数方程,设计实例叙述了双曲柄机构的杆长参数方程及应用.     

旋转活塞式气动发动机气口设计

针对旋转活塞式气动发动机工作原理及差速驱动机构结构上的特点,分析发动机配气的需求及特点,选定位置配气方式,确定进排气口的布置形式.对进排气口的大小、开始位置与差速驱动机构各个构件的尺寸及压缩比之间的关系,以及机构各个构件尺寸对于极限压缩比的影响进行分析.在保证选定压缩比小于极限压缩比的前提下,优选一组机构构件尺寸,计算进排气口大小和开始位置相对于构件各个尺寸的变化率.研究结果表明：排气口的大小不受构件尺寸及压缩比的影响,进气口参数随着构件尺寸及压缩比的变化而变化;曲柄长度对于气口参数的影响最大,可以通过改变曲柄长度有效地调节气口参数.     

正置空间曲柄摇杆剑杆引纬机构的分析研究

通过对典型的正置空间曲柄摇杆引纬机构的运动学和动力学分析,研究了在摇杆最大摆角和输出杆长度取不同的值时输出杆的运动和结构压力变化规律,选出了能满足传动性能要求的较佳机构参数,同时提出机构尚存在的有待进一步研究的问题。     

基于开口工艺要求的多臂机机构参数分析

为了探寻多臂机机构参数与开口工艺要求的关系,采用基本原理分析、机构运动学分析等方法,对法国Staubli公司的2658型多臂机的提综机构进行分析。研究结果表明:偏心盘控制单元应设计成无急回特性的曲柄摇杆机构,相邻综框对应的曲柄相位差应为180°,确保了综平位置和综平时刻的一致性,且综平时刻偏心方向与提综臂方向平行,但是上下开口极限动程无法一致,下开口极限动程大于上开口极限动程;综平时刻,综框调节机构的提综臂圆弧中心应在送杆和大刀片的铰接点;通过合理设计综框机架与大刀片中心的相对位置,可以确保上下开口动程的一致性;共轭凸轮旋转变速机构的引入增加了开口的静止时期,延长了纬纱通过梭口的时间。     

基于ADAMS软件的无碳小车转向机构设计

为使无碳小车运行出更好的“S”型轨迹,利用ADAMS软件参数化建模功能和仿真功能,分别对以曲柄摇杆机构、正弦机构、RSSR空间四杆机构作为无碳小车转向机构的情况进行了仿真试验分析。对比各转向机构的仿真试验结果,得出正弦机构通过设计相关参数可成为无碳小车的最佳转向机构的结论,为目前无碳小车转向机构的设计提供了理论参考。     

混合输入五杆机构实现给定轨迹的功率分配

混合输入五杆机构是一种新型的可控机构,采用恒速电机和伺服电机作为驱动元,两种类型的运动通过一个五杆机构复合后,可得到柔性输出运动.通过对混合输入五杆机构的工作空间的研究,对该机构实现给定轨迹进行了逆运动学和动力学分析,得到了电动机功率计算的数学模型.为了实现对连续时变轨迹的跟踪任务,该系统采用PD控制算法对伺服电动机的运动进行控制.对混合输入五杆机构实现直线轨迹和抛物线轨迹进行了仿真研究,得出了机构在实现给定轨迹时电动机功率分配的规律.     

混合输入五杆机构实现给定轨迹的功率分配

混合输入五杆机构是一种新型的可控机构,采用恒速电机和伺服电机作为驱动元,两种类型的运动通过一个五杆机构复合后,可得到柔性输出运动．通过对混合输入五杆机构的工作空间的研究．对该机构实现给定轨迹进行了逆运动学和动力学分析,得到了电动机功率计算的数学模型．为了实现对连续时变轨迹的跟踪任务,该系统采用PD控制算法对伺服电动机的运动进行控制．对混合输入五杆机构实现直线轨迹和抛物线轨迹进行了仿真研究,得出了机构在实现给定轨迹时电动机功率分配的规律．     

一种平面曲柄滑块五杆机构的路径生成方法

平面连杆机构的路径生成问题是机构综合中三个基本任务之一。讨论了曲柄滑块四杆机构的同源机构建立,且在曲柄滑块五杆机构向量环的基础上,得出了曲柄滑块机构综合的向量方程,并使用Cramer法则对方程进行求解。最后由此方法给出了相应的机构综合实例。     

基于ADAMS的发动机新型动力输出机构的仿真

目的研究基于曲柄摆杆机构的发动机动力输出机构,改善传统发动机活塞与气缸的受力状况,提高动力传递效率.方法利用Pro/E三维建模软件构建曲柄摆杆机构发动机的三维实体模型,将其导入到动力学分析软件ADAMS中进行运动学及动力学仿真分析,得到主轴扭矩、连杆摆角、活塞对气缸的侧压力等参数并与传统曲柄连杆发动机对应参数相比较.结果完成了ADAMS的仿真分析,获得了一些仿真数据.结果表明发动机采用曲柄摆杆机构具有可行性,其摆杆摆角在0~0.97°范围内,远小于传统曲轴连杆发动机的相应值.同等燃气压力条件下其气缸侧压力约为传统发动机相应值的1/20.结论通过仿真分析验证,曲柄摆杆作为动力输出机构能够满足发动机工作循环要求,活塞与气缸受力状况比传统发动机有显著的改善,对延长活塞和气缸的工作期限及简化发动机结构均有重要意义.     

空间开链机构与闭链五杆机构的最优轨迹综合

本文运用最优化理论和方法,研究了一般类型的空间开链机构与空间闭链五杆机构的轨迹综合,为一些常见机构建立了全结构参数最优轨迹综合的数学模型。明确提出:把一般类型的空间开链机构区分为只能精确再现有限个任意给定的空间点的机构和理论上可精确再现无穷多个任意给定的空间点的机构;首次完成了一般类型空间五杆闭链RRRSR机构的全结构参数最优轨迹综合数值计算。     

一种新型打纬机构的设计与分析

提出了一种新的椭圆齿轮—曲柄摇杆打纬机构,分析该机构重要参数椭圆齿轮偏心率对机构性能的影响,得到了合适的范围,并给出了曲柄与支座夹角和椭圆齿轮长轴初始偏角的设计规则,初步验证了机构的可行性。与常用的两种打纬机构进行性能比较,体现了机构的优良性。     

光纤连接器端面研磨与抛光的运动分析

目的 为了获得光纤连接器端面研磨与化学机械抛光(CMP)过程中的运动状态对加工精度的影响规律.方法 建立双驱动差动行星式抛光机的运动学方程,基于这个方程利用随机磨料点法对磨料切削轨迹和平均相对速度场等进行了计算机数值模拟,然后依据PRESTON方程讨论了在加工中运动参量对光纤连接器端面的平均速度分布的均匀性,以及对加工形状精度的影响.结果 获得了磨料切削轨迹,平均相对速度分布等对形状精度的影响规律.结论 增大系杆长度和齿环转速可以使轨迹与平均相对速度分布获得合理状态,而系杆的转速存在一个合理的参数区域.     

一种基于最佳传动角的曲柄摇杆机构设计方法

传动角是表明曲柄摇杆机构传动性能的重要参数.本文以作图法为基础,通过理论推导,确定出在取摇杆长等于机架长等于辅助圆半径R的情况下,其最小传动角具有最大时曲柄回转中心的相对位置;并分析讨论了摇杆长度的变化对最小传动角的影响.结果表明,当摇杆长度在R～2R之间时,随着摇杆长度的增加,最小传动角变大;当摇杆长度小于R时,最小传动角明显变小,对传动性能影响较大.根据理论推导和分析给出了基于最佳传动角曲柄摇杆机构设计的一种方法.