摆动导杆机构

11学科採素Disciplines Exploration基于仿真与试验平台的摆动导杆机构急特性教学研究张蔚乔生红张永其（常州纺织服装职业技术学院江苏•常州213164）摘要以摆动导杆机构急回特性的教学为例，设计了结合虚拟样机仿真手段与实物样机试验手段的教学环节，为学生提供了一种便捷和开放的互动学习途径，增进了学生对急回特性的感性认识和理性理解，为强化以学生为主体餉教学模式和提高课堂教学质量进行了尝试.关键词摆动导杆机构急回特性虚拟样机探索者中图分类号：G712文献标识码:A D01:10.16400/ki.kjdks.2019.10.011 Teaching Research on Rapid Return Characteristic of SwingGuide Bar Mechanism Based on Simulation and Test PlatformZHANG Wei,QIAO Shenghong,ZHANG Yongqi(Changzhou Vocational Institute of Textile and Garment,Changzhou,Jiangsu213164) Abstract In this paper,based on the quick・retum characteristic of swinging guide rod mechanism,the teaching link combi­ning virtual prototype simulation method and real prototype test method is designed,which provides a convenient and open way of interactive learning for students,and improves perceptual knowledge and rational understanding of the quick-return characteristic.Strengthening the teaching mode of with students as the main body and improve the quality of classroom teach・ing were made.Keywords swinging guide rod mechanism;quick-return characteristic;virtual prototype;explorer0引言急回特性是平面连杆机构的重要运动特性之一，在实际应用中，可以用来调节执行件的往复运动速度，缩短空行程的时间，提高生产效率。

摆动导杆机构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握摆动导杆机构的基本概念、工作原理及其在工程中的应用。

2. 学生能够描述摆动导杆机构的运动特性，包括运动轨迹、速度和加速度的变化规律。

3. 学生能够运用相关的数学知识，分析摆动导杆机构的几何关系，并解决实际问题。

技能目标：1. 学生能够运用CAD软件绘制摆动导杆机构的三维模型，并进行简单的运动仿真。

2. 学生能够通过实验或模拟，观察和分析摆动导杆机构的运动状态，提出并解决问题。

3. 学生能够运用所学知识，设计简单的摆动导杆机构，实现特定的运动要求。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对机械运动的兴趣，增强对机械设计、制造等相关专业的认识和认同。

2. 学生通过小组合作完成课程任务，培养团队协作精神和沟通能力。

3. 学生能够认识到摆动导杆机构在生活中的应用，提高对科学技术的认识和尊重，激发创新意识。

课程性质：本课程为机械设计基础课程，旨在帮助学生建立摆动导杆机构的基本理论，培养其运用CAD软件进行设计和分析的能力。

学生特点：学生为高中二年级学生，具备一定的物理、数学基础，对机械运动有一定了解，但对摆动导杆机构的认识有限。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，充分运用现代教学手段，激发学生的学习兴趣，提高其动手能力和解决问题的能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于教学设计和评估。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 摆动导杆机构的基本概念：介绍摆动导杆机构的定义、分类及其在工程中的应用。

- 教材章节：第二章第一、二节- 内容：摆动导杆机构的类型、特点及应用实例。

2. 摆动导杆机构的工作原理：讲解摆动导杆机构的运动原理、运动关系及运动特性。

- 教材章节：第二章第三节- 内容：摆动导杆机构的运动分析、几何关系、速度和加速度的计算。

3. 摆动导杆机构的设计与CAD软件应用：学习如何使用CAD软件进行摆动导杆机构的设计与运动分析。

机构优化设计综合实验报告摆动导杆机构资料.doc机构优化设计综合实验报告学号: 姓名: 班级: 成绩:同组实验同学: 实验日期: 指导教师:1. 实验目的:学习在ADAMS软件平台上建立摆动导杆机构的参数化仿真模型,并对该机构模型进行运动学､动力学分析和机构的优化设计｡2. 实验内容:摆动导杆机构是一种应用十分广泛的典型机构,如下图所示｡该机构工作时,曲柄为原动件,匀速转动,滑块2为执行构件,做往复直线运动｡滑块2从左向右运动时称为工作行程,此时要求速度较低并且均匀;滑块2从右向左运动时称为空回行程,此时要求速度较高,以提高工作效率｡为此,该机构应具有急回特性｡另外,滑块2在工作行程中,受到阻力F P的作用,而在空回行程中则不受阻力作用｡已知:曲柄的转速为n(r/min),各构件的尺寸､质心位置和质量;导杆绕质心的转动惯量J S及阻力F P的变化规律;滑块2的导路位于导杆端点B所做圆弧高的平分线上｡要求:（1）建立摆动导杆机构运动尺寸的数学模型;（2）建立摆动导杆机构的参数化仿真模型;（3）对机构进行运动学和动力学仿真分析;（4）对机构进行设计研究和优化设计｡3. 实验参数:4. 实验结果;(1) 机构在左极限位置时,在直角坐标系下的建模过程,即机构各点的坐标表达式｡10 X + 30 Y(2)滑块2质心点的位移､速度和加速度曲线｡(3)导杆的角速度和角加速度曲线｡(4)阻力曲线､各转动副的受力曲线和曲柄上的平衡力矩曲线｡（5）机构优化结果报告｡5. 思考题:(1)摆动导杆有没有急回特性?如果有,所设计方案中其行程速度变化系数k为多少?答:有,且k=(180°+θ)/(180°-θ),根据现有数据,得θ=2*α=2*arcsin(11/38)= 33.65°,故k=1.460｡(2)对摆动导杆机构进行参数化建模的步骤是什么?答:1.建立设计变量:即建立设计初始参数和建立设计变量;2.建立设计点:在Point Table上创建设计点及其数值或表达式;3.创建运动件:对于本模型,有滑块1､导杆､曲柄､滑块2和连杆;4.创建运动副:即创建相应位置的转动副或移动副;5.给机构施加驱动:在相应位置加驱动力;6.机构仿真:观察其运动情况;7.细化机构仿真模型:即修改质心位置､惯性参数､加力､力的参数化等｡(3)在对摆动导杆机构进行优化设计前,为什么要进行设计研究?答:当需要迅速获得一个经过改善的模型,即在对摆动导杆机构进行优化设计前,它应满足机构设计提出的各种要求和所有的必须动作,在满足一定的设计条件下,要对一些变量进行设计方案的研究,从中找出一种方案使机构中各铰链点的支反力达到最小值｡故进行设计研究很有必要｡(4)试举摆动导杆机构在工程实际中2—3个应用案例｡答:1. M6的低频振动攻丝工作台用摆动导杆机构近似替代低频振动攻丝机中的简谐扭振机构,对近似替代的可能性和可行性进行了分析｡得出结论:当曲柄长度与机架长度之比小于0.1时,摆动导杆机构可以足够精确地输出正弦函数｡给出了该机构在攻螺纹直径为M6的低频振动攻丝工作台中的应用实例｡2. 小袋包装机针对我国国内全自动计量杯式小袋包装机上传动系统的不足,提出了摇块式摆动导杆滑槽间歇机构实施量杯旋转盘动停结合,保证计量杯有充足的时间加料和排料;并确定了此机构的基本参数和几何尺寸,还分析了该机构的运动特性.3. 牛头刨床牛头刨床的摆动导杆的机构用于调整滑枕的行程。

摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角的关系摆动导杆机构是应用于机械技术的一种重要机构，它可以实现平面三维活动运动，由摆杆、齿条和摆杆驱动。

摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角是非常重要的理论研究，其关系对机械动力、机械控制等机械工程技术有着重大的影响。

摆动导杆机构的极位夹角与导杆摆角是摆动导杆机构中最重要的指标之一。

极位夹角也称为齿轮夹角，它是描述摆杆和齿条两个直接相连的轴之间的夹角。

一般情况下，仅通过改变齿条的摆角就可以调整摆杆和齿条的极位夹角。

导杆摆角是指导杆再水平面的摆动角度，它可以衡量摆动机构的质量，也是变位机构和电动机械运动控制的基本指标。

由于摆动导杆机构轴端夹角所改变的量相当大，如果不适当地控制摆动机构的极位夹角和导杆摆角，就可能出现摆动不精确、角度误差大、行程不够长等问题，从而影响机械的动力性能和控制性能。

因此，摆动导杆机构的极位夹角和导杆摆角之间关系必须得到切实控制，这对摆动机构的正常运行具有重要的意义。

摆动导杆机构的极位夹角和导杆摆角之间的关系大体上可以用于解决摆动导杆机构安装角度调整、刚度调整、内部结构调整等问题。

其具体方法是将摆动导杆机构极位夹角中心线固定，通过调整齿条摆角来改变极位夹角。

为了实现最佳状态，摆动导杆机构的摆角要在极位夹角的基础上进行精细调整。

当摆动导杆机构修正装配后，极位夹角和导杆摆角会产生变化，这会影响机械动力性能和控制性能。

由于后续的维护调整有可能超出极位夹角的范围，这将导致摆动机构的准确性降低，从而影响机械的性能和效率。

因此，在调整摆动导杆机构时，应重视极位夹角和导杆摆角之间的关系，以确保摆动机构能够得到准确调整，实现最佳。

1.1 摆动导杆机构的组成
图1所示为摆动导杆机构,曲柄AB为原动件,以等角速度ω1转动,其长度为l1,角位移为φ1。

导杆回转中心与曲柄回转中心的中心距为e(e > l1)。

将该机构置于直角坐标系Oxy中,导杆的固定铰链C点与坐标原点O重合,假设滑块在导杆上的位置距C点距离为S。

摆动导杆机构简图
1.2 摆动导杆转角函数的建立[4-6]
(7)
式(7)为摆动导杆BC一个周期内转角函数ω2的表达式。

1.3 摆动导杆角速度函数的建立
式(11)为摆动导杆BC一个周期内角速度函数ω2的表达式。

1.4 摆动导杆角加速度函数的建立
式(13)为摆动导杆BC一个周期内角加速度函数ε2的表达式。

PPT1 本次课讲授导杆机构应用
PPT2 本次课的教学目标是,了解导杆机构应用的实例
PPT３１．摆动导杆机构请注意看动画运动情况
１）结构组成：是由机架曲柄摇杆（导杆）滑套（滑块）组成
２）工作原理：曲柄作定轴匀速转动，带动滑套（滑块）转动并摆动，滑套（滑块）套在导杆上，使导杆往复来回摆动。

PPT４２．摆动导杆机构应用实例
１）摆动导杆机构在插床上的应用请注意看动画运动情况,工作原理为
ＡＢ构件绕销轴Ａ作定轴转动，带动滑块Ｂ转动并摆动，滑块Ｂ在导杆ＣＤ上滑动,并带动导杆ＣＤ绕销轴Ｃ做定轴摆动，摆杆ＣＤ带动连杆ＤＥ做平面运动，连杆ＤＥ带动滑块Ｅ和刀架及插刀做往复运动，实现插削加工。

PPT4 ２）摆动导杆机构在牛头刨床上的应用请注意看动画运动情况
构件２绕铰链Ｂ作定轴转动，带动滑块３一起转动，滑块３绕铰链Ｃ摆动，并沿导杆ＤＡ滑动，带动导杆ＤＡ绕固定铰链Ａ摆动，连杆ＤＥ做平面运动，滑块Ｅ沿ＦＥ导杆上下滑动，并带动刨床的滑枕做水平往复移动，从而实现刨刀的切削加工。

PPT５下面对本次课内容进行小结：本次课，
１．摆动导杆机构１）结构组成２）工作原理
２．摆动导杆机构应用实例
１）摆动导杆机构在插床上的应用
２）摆动导杆机构在牛头刨床上的应用
PPT６本次课作业：选择题图示牛头刨床机构的导杆为。

Ａ．构件ＡＤＢ．构件ＢＣＣ．构件ＤＥ。

摆动导杆机构杆长条件一、摆动导杆机构的基本结构和原理摆动导杆机构由导杆、摆杆、连杆和固定杆组成。

导杆通过摆杆与连杆相连，连杆又与固定杆相连。

当导杆绕固定杆旋转时，摆杆和连杆就会发生相应的运动，实现输入旋转运动到输出直线运动的转换。

二、摆动导杆机构杆长的定义和影响摆动导杆机构杆长指的是导杆的长度，记为L。

杆长的选择对机构的运动特性和性能有着重要影响。

1. 运动范围：杆长的不同会导致机构的运动范围不同。

当杆长较短时，机构的运动范围较小；当杆长较长时，机构的运动范围较大。

因此，在实际应用中，需要根据需要选择合适的杆长，以满足机构的运动要求。

2. 运动平稳性：杆长的选择还会影响机构的运动平稳性。

当杆长较短时，机构的运动会比较剧烈，容易产生震动和冲击；当杆长较长时，机构的运动相对平稳。

因此，在设计机构时，需要考虑杆长对运动平稳性的影响，选择合适的杆长以保证机构的工作稳定性。

3. 动力传递效率：杆长的选择还会对机构的动力传递效率产生影响。

一般来说，杆长越短，动力传递效率越高；杆长越长，动力传递效率越低。

因此，在设计机构时，需要根据实际需求选择合适的杆长，以保证动力传递的效率。

4. 结构紧凑性：杆长的选择还会影响机构的结构紧凑性。

当杆长较短时，机构的结构相对紧凑；当杆长较长时，机构的结构相对松散。

因此，在设计机构时，需要根据实际需求选择合适的杆长，以保证机构的结构紧凑性。

三、摆动导杆机构杆长的确定方法确定摆动导杆机构的杆长需要考虑多个因素，包括机构的运动要求、工作环境和结构限制等。

1. 运动要求：根据机构的运动要求确定杆长的范围。

根据机构的运动范围和运动平稳性要求，确定最小和最大杆长。

2. 工作环境：考虑机构的工作环境，包括机构所处的空间限制和工作位置要求等。

根据实际情况，确定机构的杆长范围。

3. 结构限制：考虑机构的结构限制，包括导杆、摆杆和连杆的材料和制造工艺等。

根据结构限制，确定机构的杆长范围。

根据以上几个因素，可以确定摆动导杆机构的杆长范围。