一種轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿啟閉機構(gòu)的監(jiān)測模擬裝置

徐靜 桂振華

摘 要：文章主要探討一種啟閉機構(gòu)的監(jiān)測模擬裝置的設(shè)計方案，啟閉機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿，且做0 ？觷～90 ？觷開啟和關(guān)閉的往復(fù)運動。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)；啟閉機構(gòu)；監(jiān)測模擬裝置

中圖分類號：TH112 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）08-0072-02

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

1 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)

1.1 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)形式

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

1.2 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)最小傳動角發(fā)生的位置

不計摩擦力、重力和慣性力時，機構(gòu)輸出桿受力點的受力方向與該點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角。傳動角越大，傳力性能越好。傳動角在傳動過程中是變化的，若能合理選擇各構(gòu)件尺寸，可使機構(gòu)的最小傳動角具有最大值。機構(gòu)運轉(zhuǎn)中最小傳動角的容許值是按受力情況、運動副間隙大小、摩擦和速度等因素而定。一般傳動角≥40 ？觷，高速機構(gòu)則≥50 ？觷。

對于轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)，導(dǎo)桿為主動時，γmin發(fā)生在主動導(dǎo)桿與機架垂直位置處，而曲柄主動時，γmin發(fā)生在γ=90 ？觷位置處。轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)最小傳動角發(fā)生的位置示意圖如圖3、圖4所示。

2 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿啟閉機構(gòu)

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

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

3 轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿啟閉機構(gòu)的監(jiān)測模擬裝置

3.1 裝置方案

該啟閉機構(gòu)的監(jiān)測模擬裝置總設(shè)計方案如圖6所示。

3.2 機構(gòu)詳解

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

上述做0 ？觷～90 ？觷開啟和關(guān)閉的往復(fù)運動的啟閉機構(gòu)為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。由電機的輸出軸的往復(fù)旋轉(zhuǎn)帶動懸臂的一端進行往復(fù)轉(zhuǎn)動，從而懸臂的另一端在轉(zhuǎn)動桿的滑槽內(nèi)進行往復(fù)移動，最終帶動轉(zhuǎn)動桿做0 ？觷～90 ？觷往復(fù)轉(zhuǎn)動。其機構(gòu)開啟狀態(tài)示意圖如圖8所示。

3.3 監(jiān)測模擬

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

參考文獻：

[1] 聞邦椿.機械設(shè)計手冊（第2卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2] 楊天興，于國紅.基于Pro/E的轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)的運動仿真分析[J].煤，2012，（8）.

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