简析基于CAD的偏置曲柄滑块机构的设计与研究论文
时间：2021-08-31简析基于CAD的偏置曲柄滑块机构的设计与研究论文
0引言
曲柄滑块机构是指将转动和移动进行相互转换的平面连杆机构。在机器的设计中，曲柄滑块机构得到了广泛应用，该机构既可以将往复移动转换为回转运动;又可以将转动转换为往复移动。工程实践中，对曲柄滑块机构的设计是机构设计中的重要课题。该机构的设计一般采用的是解析计算法，该求解方法以列方程为主，进行求解，但在实际求解中，因为方程里的未知数较多，为多元多次方程，并含有三角函数，使求解过程复杂，计算量大，容易出错，造成设计的效果不理想。本文采用CAD进行图解法与解析法结合，对偏置曲柄滑块机构进行设计，大大简化了求解难度，提高了设计准确度。
1机构的解析法设计
设计要求举例：设计一往返直线运动机构，返回的速度要比工作时的速度快，比值约1.5，往返的行程为50cm，且减速箱的轴心与工作平面的'距离为15cm。综合已知条件，可以选择曲柄滑块机构，具有往返直线运动的特点，另外根据条件作图，可设计为偏置曲柄滑块机构。
图中的AB杆和BC杆的长度都为未知，要根据已知条件，进行设计，可列公式，先进行往返速度的计算。根据行程速度变化系数K=(180°+θ)(/180°-θ)=1.5,可得θ=36°,根据角度绘制极限位置图。
求出AB杆和BC杆的长度，可根据已知条件，设BC杆为a，AB杆为b，图2中∠CA2A1=a，列出方程：
1)502=(a+b)2+(a-b)2-2(a+b)(a-b)cos36°;
2)152+c2=(a-b)2;
3)152+(c+50)2=(a+b)2。
或者：
1)502=(a+b)2+(a-b)2-2(a+b)(a-b)cos36°;
2)15=(a+b)sinα
3)15=(a-b)sin(α+36°)
经过复杂的求解，得出：a=22.4;b=42.2;c=12.9;α=13°。
这2组方程式解析a、b值都非常麻烦，过程不胜繁琐，在此，可采用CAD的绘图方法求解a、b值，通过几何作图，采用简易方法求解，从而得出AB杆和BC杆的长度。
2偏置曲柄滑块机构的CAD图解法
基于CAD的图解法采用了作图加计算的方法，步骤为：
1)先根据行程为50，θ=36°，作水平线长50的垂直平分线，再作一个角度是90°-36°=54°的直线，与垂直平分线相交于一点，再以交点为圆心，画圆经过长50的垂直平分线的端点。
2)作水平线的平行线，距离15，与圆相交，连接交点与水平线的两端点，并延长短线。
3)进行简单计算，(a+b)-(a-b)=2a，或者(a+b)+(ab)=2b也可以。在此采用前者，以E点为圆心，以EF为半径画圆，与EG相交于H点，再以HG为直径画圆。
4)以E点为圆心，复制直径为HG的圆，与EG相交于K点，测量EK和KG的长度，分别为22.43cm和42.18cm，即为a和b的数值，即曲柄和连杆的长度分别为22.43和42.18cm。
3仿真分析
按设计要求，及求出的曲柄和连杆的取值，进行机构的仿真，该机构运动灵活，滑块在曲柄的驱动下，进行往返直线运动。
4结语
通过对偏置曲柄滑块机构的求解分析，采用解析法与基于CAD的图解法，并对二者进行了分析比较。相比解析法而言，基于CAD的图解法在机构设计中有化繁为简、化难为易的显著特点，该设计方法不仅降低了设计难度，还提高了设计精度，提高了工作效率，在实际工作中具有重要的意义。
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