刚性四连杆变幅机构的反求设计

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1、第24卷第2期湖北工业大学学报2009年04月Vol.24No.2JournalofHubeiUniversityofTechnologyApr.2009[文章编号]1003-4684(2009)0220018202刚性四连杆变幅机构的反求设计123李克勤,姜翠香,许海(1湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉430068;2武汉科技大学理学院,湖北武汉430065;3武汉市质量技术监督局洪山分局,湖北武汉430079)[摘要]运用反求设计的思想对刚性四连杆变幅机构的运动学进行深入的分析研究,导出了系列的方程式,方便了设计

2、和改进四连杆变幅机构,并用MATLAB工具实现。[关键词]反求设计;变幅机构;刚性四连杆;运动学分析[中图分类号]TH218,TH113.22[文献标识码]:A刚性四连杆变幅机构在港口起重机中得到了广理可求得泛的采用,其主要的特点是变幅运动轨迹为近似水L2=A1sin(θ3+θ0)/sin(θ1-θ3).平直线,减少了变幅系统的重心和货载在变幅过程中的升降而带来的额外能量消耗。1反求设计原理[1]反求设计是对已有的产品或技术进行分析研究,运用逆向思维,掌握其功能原理、零部件的设计参数、材料、结构、尺寸、关键技术等指标,

3、再运用现代设计理论与方法,对原产品进行仿造设计、改进设计、进一步创新设计。反求设计已成为世界各国发A拉杆下铰点O2与臂架下铰点O1之铅垂距离;B拉杆下铰展科学技术、开发新产品的重要方法之一。点O2与臂架下铰点O1之水平距离;C臂架;D拉杆;E象反求设计特别强调再创造,是创新设计的重要鼻架后臂;F象鼻架前臂;G象鼻架的下沉量;Rmin最小幅方法之一。度;Rmax最大幅度;θ1臂架与水平线之夹角(主动件);θ3拉杆与水平线之夹角;β吊点M速度向量与水平线之夹角;β0象鼻架前臂与后臂之夹角;α象鼻架前臂与水平线之夹角;2刚性

4、四连杆变幅机构运动学分析ω驱动臂架之角速度图1刚性四连杆变幅机构示意图运用机构学的知识可以得出刚性四连杆变幅机[225](图1)的速度瞬心、运动轨迹方程。构2.2θ3=f(θ1)的求解2.1速度瞬心因臂架C为主动件,故θ1为输入条件,则拉杆瞬心P与拉杆D下铰点O2的距离计算。由正的摆动角θ3与θ1构成函数关系。先求出O2、O4两铰弦定理不难求得:点的距离L1=A1sin(π-θ1-θ0)/sin(θ1-θ3).22L=A1+C-2A1Ccos(π-θ1-θ0).式中:θ0=arctan(A/B),在4O1O2O4和4O

5、2O3O4中利用余弦定理可得:22A1=A+B.-1222θ3=cos((D+L-E1)/2DL)+瞬心P与臂架C下铰点O1的距离计算。由正弦定-1222cos((A1+L-C)/2A1L)-θ0.[收稿日期]2009-03-15[作者简介]李克勤(1965-),男,湖北汉川人,湖北工业大学副教授,研究方向:优化技术与现代设计.第24卷第2期李克勤等刚性四连杆变幅机构的反求设计19式中2222E1=E+G;F1=F+G.2.3象鼻架端点M的轨迹方程以臂架下铰点O1为参照坐标系时XM=Ccosθ1+F1cosα,YM=C

6、sinθ1-F1sinα,而α=γ+β0-180°-θ1,γ222=arccos((L+E1-D)/(2LE1))+222arccos((L+C-A1)/(2LC)).β0=arctan(E/G)+arctan(F/G).当以回转中心线为参照坐标系时,YM不发生变化,而XM则要加上O1到回转中心线的距离。2.4象鼻架端点M的水平分速度根据臂架上铰点O4与象鼻架的铰点O4重合,该点的速度应相等。VO4=ω1C=ωP(L2-C).由图1可知,瞬心P到象鼻架端点M的距离22L3=(L2cosθ1-XM)+(L2sinθ1-Y

7、M).则象鼻架端点M的速度VM=ω1CL3/(L2-C)而象鼻架端点M的水平分速度V′M=VMcosβ.而β=arctan((L2cosθ1-XM)/(L2sinθ1-YM)).[参考文献]3实例计算和结论[1]王国强,常绿,赵凯军,等.现代设计技术[M].北京:化学工业出版社,2006.据文献[2],选取有代表性的两台起重机,一是[2]起重机设计手册编写组.起重机设计手册[M].北京:M10230国产,另一是db10进口。其已知数据:机械工业出版社,1980.M10230:A=8.1m,B=6.3m,C=24m,D[

8、3]倪庆兴,王焕勇.起重机械[M].上海:上海交通大学出=22.4m,E=4m,F=9.5m,G=0.4m.版社,1990.db10:A=10m,B=4m,C=25.7m,D=[4]李克勤.后摇杆驱动臂架型起重机变幅系统分析与优21.3m,E=3.8m,F=10.2m,G=0.5m.化设计的研究[D].武汉:武汉交通科技大学图书馆