烟包推手机构改进方案设计范文

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《机械设计与研究杂志》2014年第四期

1推手机构改进方案设计

1．1推手机构改进设计方案生成通过形态学综合得到多组满足功能要求的机构组合方案。但还必须从机构功能属性，机构工作性能，机构动力性能，经济性及机构结构紧凑性五个方面对这些组合方案进行综合评价，最终遴选出最优的改进设计方案(此处不作详述)。

1．2推手机构改进方案工作原理分析根据最终评价结果，遴选出的最优改进设计方案，其工作原理见图3。推手机构改进方案原理图解如图3。该机构构件2、3、4与机架1一起构成平行四边形机构，在构件2和3的铰接位置空套一个齿轮，作为构件5，构件5上固接杆杆长与杆4一致，构件4上固接另一齿轮，两齿轮以传动比i=1啮合，此平行四边形齿轮机构输出单元为构件5，构件5固接杆端点输出运动为直线往复运动;在此基础上，构件3、5、7、8构成第二个平行四边行机构，此机构的输出单元为8，输出运动为往复平动;构件6作为构件4上固接凸轮从动件，使构件8始终平行于构件6，这样构件7实现偏转，实现变姿态动作;通过凸轮控制杆6的偏转，杆件8实现给定的导向运动:工作行程沿直线路径移动，回程沿一条拱形路径作变姿态运动。

2推手机构的动态特性

2．1推手机构的动态特性指标机构的动力特性由震动力﹑震动力矩﹑驱动力矩和运动副反力这些指标来决定，它们从不同角度反映了机构的惯性作用。震动力和震动力矩是直接反映机构在转动过程中惯性对机架所产生的作用，是造成机器振动的主要原因。驱动力矩是在驱动轴上用于克服惯性作用的力矩，影响着机构转速的均匀性。运动副反力反映机构各构件之间的相互作用，影响着机构的噪音和寿命。与机架连接的运动副反力的总效应构成了震动力和震动力矩。因此驱动力矩﹑运动副反力这两个指标可以间接反映机构的震动力和震动力矩。另外机构总质心的动态运动规律也可以反映和影响机构的动力学性能。式(1)﹑(2)为机构系统总质心的动态偏移量计算公式。

2．2专利方案和改进方案的虚拟样机模型虚拟样机的建立包括几何建模和物理建模两个阶段。几何建模是将PROE里建立的三维实体模型，导入动力学分析软件ADAMS。物理建模就是在ADAMS/VIEW中定义运动副﹑重力﹑外载﹑动力机，设定材料及转速，这样建立了表达机构系统动力学特性的物理模型，除此之外还要需要建立动态质心测量函数。确认样机模型无误后，进行数值仿真。如图4﹑5分别为推手机构专利方案虚拟样机模型和推手机构改进方案虚拟样机模型。

2．3专利方案与改进方案的数值分析建立好样机模型后，进入数值仿真阶段，通过ADAMS/VIEW求解器中的运动学﹑动力学等分析算法，对机构系统进行自动数学建模，迭代运算和求解，得到所需的分析结果。在转速为ω=3000rad/s的条件下，在PostProcessor里分别获得一个周期T=0．12s内两组机构动态质心位移曲线﹑驱动力矩﹑各运动副反力等动态特性指标数据。由于两组方案机构中存在较多的运动副，不便在文中一一列出各运动副反力数值曲线。机构在运转过程中的震动力与震动力矩体现在与机架相连的运动副反力上，故只列出与机架杆相连的接地副反力及峰值超过1000N的其他运动副反力数值曲线图。如表2﹑3分别为专利方案与改进方案动态特性指标数值曲线。通过数值曲线的分析结果，取机构中各动态指标数值在一个运转周期内的峰值。

3结论

3．1动态受力分析(1)与专利方案相比，改进方案动态质心偏离驱动轴中心峰值要小很多，且在x方向上动态变化区域要小，这样能够最大限度地降低机构自身在运转过程中的惯性的作用。(2)改进方案的驱动力矩小于专利方案的驱动力矩，说明改进机构在驱动轴上要克服的惯性力矩小，同时也表明改进机构的传动效率较高。(3)专利方案与机架相连的运动副有固定铰链和固定凸轮高副两个，为F11_2、F11_4，其峰值分别为1200N、1000N;改进方案的两个固定铰链为F12、F41，其峰值分别为1145N、1513N。与机架相连的运动副反力峰值相差不大，改进方案固定铰链反力稍小，说明改进机构的震动力和震动力矩稍小，在运转过程中产生的震动和噪音也会较小。专利机构的运动副反力变动范围较大，改进机构只在t=0．88s出现峰值突跃的情况外，其余时段运转过程幅值较低，且幅值变化都较小。(4)改进机构存在几处铰链反力过大的地方，分别是F23、F35。对应峰值参照上表。因此在涉及这四个铰链位置的机构元件除了在结构上应考虑铰链反力对疲劳强度的影响外，在后期详细设计的选材方面也要考虑使用疲劳强度高、耐久性好的材料，来克服铰链反力过大对机器疲劳寿命、安全性和可靠性方面的不利影响。

3．2结构分析在机构结构上，将运动构件分为定轴转动、一般平面平动、往复直线移动和一般平面运动。表6为专利方案与改进方案结构对比分析。机构震动力完全平衡的条件是整个机构总质心静止不动。质量再平衡法可以部分或全部实现机构震动力的平衡。表3针对推手机构专利方案与改进方案结构中具体构件的运动特性，将其划分为定轴转动﹑直线平动﹑平面平动﹑一般平面运动进行了对比分析。从质量平衡的角度，定轴转动﹑直线平动﹑平面平动﹑一般平面运动通过配重能够实现震动力平衡的可能性分别为100%﹑75%﹑50%﹑0%。表中可知，专利方案中作一般平面运动的构件数要远远大于改进方案，定性来分析，专利方案能够通过质量平衡来实现震动力平衡的难度要远大于改进方案，这也验证了改进方案机构总质心动态变化范围要要大大小于专利方案，从而能够降低惯性力对机构自身动态性能的影响。

作者：熊如意林松单位：同济大学中德学院