摘要
齿轮连杆机构可实现多种多样的运动,是一种日益发展、用途广泛的组合机构,所以很有必要对其进行研究,使其能更好地满足生产实际的需求。通过新的思路和方法,本文对这一课题进行了研究。
(1)首先介绍了现有文献中齿轮连杆机构在结构分析与综合、运动分析与综合和动力分析与综合方面的研究状况。
(2)引入杆组法对组合机构进行结构分析,将组合机构拆成基本机构和杆组,明确运动传递的路线,根据由此生成的组合方式框图,对一些组合机构重新归类。同时引入齿轮连杆基本杆组的概念,将一些颇有争议的齿轮连杆机构归为基本机构。
(3)对平面六杆低副基本杆组进行低副高代,得到平面六杆低副基本杆组可生成的所有的齿轮连杆基本杆组,然后利用本文的方法求出它们各自的特征矩阵,对这些齿轮连杆基本杆组进行同构识别。
(4)在得到的齿轮连杆基本杆组中选取三个高级齿轮连杆基本杆组为例,采用杆、轮分离法进行了运动分析,给出了详细分析过程。
(5)分析并总结了两种摆线控制的齿轮连杆滑块组合机构的参数设计公式,用优化法对其进行了设计,指出了现有文献中的一些错误之处,同时根据各自的位移公式推导了它们的速度和加速度公式。
(6)对第(4)点中的三个高级齿轮连杆基本杆组进行动态静力分析,给出了详细的分析过程。
(7)对两个含有高级齿轮连杆基本杆组的齿轮连杆机构采用质量流和派生转动惯量流的思想进行惯性力和惯性力矩完全平衡。质量流和派生转动惯量流的方法具有思路清晰,无需进行繁琐的推导就可得到惯性力和惯性力矩完全平衡的条件的特点。
Geared linkages mechanisms can realize many kinks of motions; it is a kind of increasingly developing used widely combined mechanism. So it is necessary to research on it, make it meet the demands of production better. By new method, the article does some study on it.
(1) Firstly, it presents the research of geared linkages on structural analysis and synthesis, kinematical analysis and synthesis, dynamical analysis and synthesis in existing literatures.
(2) Analyze the structures of combined mechanisms by the Assur grouping method, divide combined mechanisms into basic mechanisms and groups, identify their transmission route, then show the structure and transmission route in block diagrams. Based on the block diagrams, classifies some combined mechanisms over again. Simultaneity, by the concept of geared linkages groups, classifies some quite disputed geared linkages as basic mechanisms.
(3) Use the method of replacing the lower pairs by higher pairs to create new geared linkages groups from the planar Assur groups of six bars, then identify isomorphism according to their each character matrices got by the method of this article.
(4) Choosing three high-ranking geared linkages groups from the geared linkages groups we got, do their kinematical analysis by splitting link-gear method, present the detailed process.
(5) Analyze and summarize the design formulas of two kinds of cycloid gear- linkage slider mechanisms, design them by optimum method; point out some mistake in existing literatures. By differentiating their each displacement equations with respect to time, got their each velocity and acceleration equations.
(6) Do kinetostatic analysis of the three high-ranking geared linkages groups, present the detailed process.
(7) Completely balance the shaking force and shaking moment of two geared linkages with high-ranking geared linkages groups by the method of mass flow and derivative moment of inertia flow. The method can get the conditions of complete shaking force and shaking moment balancing without tedious process.
引文
[1] 洪允楣.机构设计的组合与变异方法.北京:机械工业出版社,1982.
[2] 华大年,唐之伟主编.机构分析与设计.北京:纺织工业出版社,1985.
[3] J.伏尔默,等著. 连杆机构.石则昌,陆锡年,陈立周译.北京:机械工业出版社,1989.
[4] 黄锡恺,郑文纬主编.机械原理(第六版).上海:高等教育出版社,1989.
[5] 严家杰.组合机构位移函数.第七届全国机构学学术讨论会论文集第三分册.秦皇岛:天津大学学报增刊,1990,208-212、217.
[6] 曹惟庆,徐曾荫主编.机构设计.北京:机械工业出版社,1993.
[7] 吕庸厚.组合机构设计.上海:上海科学技术出版社,1996.
[8] 邹慧君.机构系统设计.上海:上海科学技术出版社,1996.
[9] 孙桓,陈作模主编.机械原理(第五版).北京:高等教育出版社,1997.
[10] 傅则绍,卢子馨主编.机构设计(修订版).山东:石油大学出版社,1998.
[11] Ye Zhonghe,Lan Zhaohui,Mike Smith .Mechanisms and Machine Theory .Beijing:Higher Education Press,2000.
[12] 陈亚琴,孔凌嘉,等.机构叠加组合与创新设计.机械设计与研究,2001(4):49-50.
[13] 陈亚琴,路敦勇,等.机构组合方法的分类.机械设计与研究,2002(6):27-29.
[14] 张春林,陈亚琴,等.机构封闭组合与创新设计.北京理工大学学报,2002(6):675-677、703。
[15] 薛小雯.串联式组合机构设计及运动分析.江南大学学报(自然科学版),2003(6):153-155、159.
[16] 严家杰主编.机械原理.上海:同济大学出版社,1987.
[17] 朱友民,洪笃利.常用齿轮连杆机构的分组运动分析第二部分:齿轮连杆基本杆组的运动分析.第七届全国机构学学术讨论会论文集第三分册. 秦皇岛:天津大学学报增刊,1990,189-193。
[18] 叶仲和,潘伶.用杆轮分离法作高级齿轮连杆杆组的运动分析.福州大学学报(自然科学版),1992(4):45-50.
[19] 洪笃利,朱友民.常用齿轮连杆机构的分组运动分析第一部分:常用齿轮连杆机构的分组方法.全国第七届机构学学术讨论会论文第三分册.秦皇岛:天津大学学报增刊,1990,184-188.
[20] 吕传毅,曹惟庆.齿轮连杆机构研究进展.中国机械工程,1996(5):51-54.
[21] 曹清林,杨玉萍,沈世德.组合机构综合的一种方法.机械科学与技术,1995(3):25-29、40.
[22] 吕传毅,曹惟庆,褚金奎.齿轮连杆机构结构分析与综合方法.西安理工大学学报,1994(4):241-249.
[23] 吕传毅,曹惟庆,褚金奎.无焊点齿轮连杆运动链的类型综合研究.西安理工大学学报,1995(1):10-15.
[24] 吕传毅,曹惟庆,褚金奎.齿轮连杆机构结构生成的研究.机械科学与技术,1995(2):17-22.
[25] 吕传毅,曹惟庆,褚金奎.齿轮连杆机构类型综合的研究.机械工程学报,1996(3):9-14.
[26] R.C 约翰逊著.机械设计综合:创造性设计与最优化.陆国贤,丁怡,倪庆兴译.北京:机械工业出版社,1987.
[27] 张美麟.高副机构结构综合方法的研究.机械设计,2000(9):7-10.
[28] 叶仲和.用杆组法作Ⅱ级齿轮连杆机构的运动分析.机械设计与研究,1992(1),7-11.
[29] 叶仲和,刘岩.含复铰的运动链、机构和杆组的同构识别.第五届全国机械传动年会论文集(第一分册).上海:1992,543-546.
[30] 叶仲和.齿轮连杆机构结构分析与分组运动分析法.福州大学学报(自然科学版),1991(3):63-68.
[31] Ye Zhonghe.Structural and Kinematic Analysis of Geared Linkages. Proceedings of International Conference 《Spatial Mechanisms and High Class Mechanisms 》(Theory and Practice),Republic of Kazakhstan:Almaty,1994.
[32] 吕传毅,曹惟庆.齿轮连杆机构运动分析广义型转化法的基本理论.机械科学与技术,1995(6):13-18.
[33] 吕传毅,曹惟庆.齿轮连杆机构运动分析广义型转化法的实现.机械科学与技术,1996(1):75-80.
[34] 曹惟庆,褚金奎,严天宏,吕传毅.齿轮连杆机构结构分解的研究.西安理工大学学报,1998(3):223-229、246.
[35] 褚金奎,严天宏,曹惟庆.齿轮连杆机构的通用运动分析算法及程序设计.西安理工大学学报,1999(3):13-17.
[36] 蓝兆辉,石则昌.寄生型齿轮连杆机构运动分析.机械设计,1992(6):23-26.
[37] 刘云霞,杨军良,郗向儒.单张纸输送装置变速机构的运动分析.包装工程,2000(4):30-32.
[38] 孙鲁涌.复合式齿轮连杆机构的计算机辅助设计.机械设计与制造,1997(6):28-29、48.
[39] Dan Gibson,Steven Kramer. Kinematic Design and Analysis of the Rack-and-Gear Mechanism of Function Generation. Mechanism and Machine Theory.1984,19(3):369-375.
[40] Peter Duschl,Steven Kramer. Kinematic Synthesis and Analysis of the Rack and Pinion Mechanism for Planar Path Generation and Function Generation for six Precision Conditions. Mechanism and Machine Theory.1987,22(6):563-568.
[41] Yoshiaki Yokoyama. Studies on the Geared Linkage Mechanisms. Bulletin of the JSME. 1974,17(112):1332-1339.
[42] 刘政昆编著.间歇运动机构.大连:大连理工大学出版社,1991.
[43] J.Hirschhorn.New equations locate dwell position of 3-gear drivers.Product Engineering,June 8,1959(23):80-81.
[44] 吕庸厚.短暂停歇运动齿轮连杆机构的设计.南京工学院学报,1983(1):96-106.
[45] 佟桂林.三齿轮四杆步进机构简易设计法.机械工程师,1986(4):11-14.
[46] 叶仲和.三齿轮连杆机构临界尺寸计算公式.机械设计与研究,1990(2):38-39.
[47] Ye Zhonghe,Smith M R. A New Equation for the Critical Frame Length in the Three-Gear Drive. Mech.Mach.Theory,1990(5):557-562.
[48] 叶仲和.齿轮连杆机构的临界尺寸和设计. 第七届全国机构学学术讨论会论文集第三分册.秦皇岛:天津大学学报增刊,1990,208-212、217.
[49] 朱邦贤,胡开顺.非回归式齿轮四连杆组合机构的停歇研究. 第七届全国机构学学术讨论会论文集第三分册.秦皇岛:天津大学学报增刊,1990,233-236.
[50] 胥光申.齿轮连杆机构的瞬停特性.纺织高校基础科学学报,2000(1):12-15.
[51] 吕庸厚.输出构件能实现大摆角的齿轮-连杆机构.无锡轻工大学学报,1997(3):63-68.
[52] 蔡利,董世民,韩秀花.新型齿轮连杆式长冲程抽油机及其优化设计.大庆石油学院学报,1994(4):57-60.
[53] 王洪欣,张雪梅.一类双齿轮曲柄机构传动特性的研究.机械传动,1995(2):31-32、35.
[54] 蔡志坡.齿轮四杆机构的停歇性能分析.武汉交通科技大学学报,1995(4):364-369.
[55] 韩继光,刘少刚,魏继光.双齿轮曲柄摇杆组合机构综合.佳木斯工学院学报,1996(3):233-237.
[56] 张美麟.齿轮连杆步进机构的运动特点.北京化工大学学报,1996(2):95-98.
[57] 宁先雄,朱友民.摆线导杆机构基本尺寸与运动特性的关系.重庆大学学报(自然科学版),1997(6):58-61.
[58] 张眉,刁燕.齿轮—连杆滑块组合机构的停歇精度研究及优化综合.成都科技大学学报,1996(2):84-89.
[59] 王洪欣,张雪梅,张元山.双侧近似停歇的行星式齿轮连杆组合机构.机械,1995(4):25-26.
[60] 蔡敢为,刘良国,蔡志坡.摆线齿轮四杆机构停歇特性的分析.湘潭矿业学院学报,1994(4):27-32.
[61] 葛文杰,陈作模.齿轮五杆机构的轨迹特性研究.西北工业大学学报,1997(4):542-546.
[62] 葛文杰,陈作模.基于参数化机构动画仿真的齿轮-连杆机构轨迹图谱的研究.机械科学与技术,1999(3):435-437.
[63] 吕传毅,杨先海,李团结.齿轮五杆机构连杆曲线的长周期性及其应用.山东工程学院学报,2000(2):11-13.
[64] 李团结,曹惟庆.对称双曲柄齿轮五杆机构连杆曲线及其应用.机械科学与技术,2000(6):930-931、934.
[65] 曹冲振,吕传毅,董涛.一种实现直线轨迹的齿轮五杆机构参数分析.山东工程学院学报,2001(3):43-46.
[66] 袁剑雄.长停留期齿轮连杆间歇机构分析与综合.哈尔滨电工学院学报,1990(3):
303-309.
[67] 袁剑雄,陆钟吕.瞬心线法分析齿轮连杆机构输出运动.哈尔滨电工学院学报,1990(4):393-400.
[68] 袁剑雄.齿轮连杆间歇机构停留角初探.哈尔滨船舶工程学院学报,1991(2):195-202.
[69] 于影,韩继光.近似间歇齿轮连杆机构参数存在范围的确定.佳木斯工学院学报,1995(2):164-167.
[70] 刘葆旗,刘春有,黄荣.实现双轨迹和平行直线轨迹的齿轮五杆机构综合.东北重型机械学院学报,1990(4):1-11.
[71] 李团结,褚金奎,曹惟庆.摆线齿轮连杆机构的函数综合.机械科学与技术,1998(5):717-718、731.
[72] 李团结,曹惟庆.齿轮连杆机构带预定时标的刚体导引综合.机械科学与技术,1998(6):869-870、874.
[73] 李团结,曹惟庆,褚金奎.齿轮五杆机构轨迹综合的连续法.西安理工大学学报,1999(4):76-79.
[74] 张彦斌,吴鑫.齿轮四杆机构连杆轨迹的尺度综合研究.机械设计,2003(3):41-43.
[75] 刘明亮,韩继光,石阿薇.一种双齿轮滑块间歇机构综合.机械工程师,1995(6):27-28.
[76] 孔凡国,邹慧君,王知行.摆线曲柄双滑块间歇运动机构综合.机械设计与研究,1996(2):14-16、9.
[77] 孔凡国,邹慧君,王知行.摆线曲柄滑块摆杆间歇运动机构综合.机械传动,1996(3):1-3、16.
[78] 胡继强.实现近似平行直线轨迹差动推送的齿轮五杆机构.包装工程,1997(2.3):117-119.
[79] 胡继强,李宏.齿轮五杆机构两近似平行直线段轨迹参数的分析.包装工程,1999(4):33-35.
[80] 方毅,薛小雯.带停歇的齿轮连杆组合机构的设计方法.机械工程师,2002(7)46-47.
[81] 周明溥.齿轮-连杆组合机构CAD及性能扩展方法.机械设计与研究,1987(4):39-42.
[82] 张眉,刁燕,候力.非回归式齿轮-连杆机构的最优函数综合及机构的动态模拟.机械科学与技术,1995(6):45-49.
[83] 周洪,蔡培.齿轮连杆组合机构的优化设计.机械,1996(2):32-33.
[84] 周洪,蔡培.近似停歇优选行星轮系滑块组合机构的尺寸参数.浙江工业大学学报,1996(1):49-52.
[85] 吕传毅,曹惟庆.基于广义型转化法的齿轮-连杆机构优化运动综合方法.机械科学与技术,1996(2):172-175、186.
[86] 张眉,刁燕,候力.复合式组合的齿轮连杆机构的综合、优化设计和动态模拟.机械设计,1997(5):25-27.
[87] 陈佩芳.三轮四杆机构设计新方法.轻工机械,1998(1):18-21.
[88] 崔灵芝,李树森.齿轮四杆组合机构优化设计.天津轻工业学院学报,2000(3):46-49.
[89] 叶仲和.三齿轮连杆机构临界尺寸与设计表.福州大学学报(自然科学版),1989(1):63-68.
[90] Ye Zhonghe,Smith M R. Design Optimization of the Three Gear Drive. Proceedings of the Fifth IF To MM International Symposium on Linkages and Computer Design Methods-Theory and Practice of Mechanisms(SYROM’89),Vol.Ⅲ,Romania:Bucharest,1989:407-414.
[91] 叶仲和.三齿轮连杆机构的简易实用设计法.包装与食品机械,1990(4):33-36.
[92] 叶仲和.从动轮作短暂停歇的三齿轮连杆机构的简易设计方法.机械设计与研究,1991(2):7-10.
[93] 方炜镖,常治斌.齿条齿轮四杆函数发生机构的运动综合.湖北汽车工业学院学报,1997(3):48-52.
[94] 方炜镖,孙传琼.齿条齿轮四杆函数发生机构的运动综合.广西机械,1998(2):17-18、37.
[95] 李团结,曹惟庆,褚金奎.齿条-齿轮连杆机构的运动综合.机械设计与研究,1998(4):34-36.
[96] Ching Kuo Lin,C.H.Chiang. Synthesis of Planar and Spherical Geared Five –Bar Function Generators by the Pole Method. Mechanism and Machine Theory. 1992,27(2):131-141.
[97] 曹清林,吴云,沈菲.旋轮线实现从动件步进运动的机构尺度综合.机械科学与技术,2000(9):705-708.
[98] 佟桂林.平面齿轮连杆机构力分析与效率计算.哈尔滨电工学院学报,1990(1):71-79.
[99] 林永水,叶仲和.常用齿轮连杆杆组的动态静力分析.第五届全国机械传动年会论文集(第一分册),上海,1992:111-114.
[100] 王洪欣,张元山.一种实用的齿轮连杆组合传动机构的综合及铰链反力的求解法.现代机械,1993(4):24-26.
[101] 王洪欣,张元山,张雪梅.辊式破碎机变轴距恒速比传动机构的设计计算.矿山机械,1996(1):28-31.
[102] 林永水,蓝兆辉.寄生型齿轮连杆机构的力分析.机械设计与研究,1997(2):14-15.
[103] 李团结,曹惟庆,褚金奎.齿轮连杆杆组的力分析.机械科学与技术,2000(5):753-754、757.
[104] 李团结,李芳伟,孙怀安,曹惟庆.齿轮连杆机构的力分析.机械设计,2000(9):43-45.
[105]高晓红,褚金奎,郭晓宁.齿轮连杆机构力分析与运动仿真.西安理工大学学报,2002(3):289-293.
[106] 叶仲和,Smith M R.平面连杆机构完全力平衡中的质量流.福州大学学报(自然
科学版)(增刊),1989(2):149-153.
[107] 叶仲和,林永水.平面连杆机构的质量流与派生转动惯量流.福州大学学报(自然科学版),1993(1):44-49.
[108] 叶仲和,林永水.用等效法直接写出平面连杆机构的完全平衡条件.机械设计,1993(3):7-11.
[109] Ye Zhonghe,Smith M R. Complete Balancing of Planar Linkages by an Equi-valence Method. Mech.Mach.Theory,1994(5):701-712.
[110] 叶仲和,林永水.齿轮连杆机构震动力和震动力矩的完全平衡.机械工程师,1992(5):38-41.
[111] 林永水,叶仲和.软麻机齿轮连杆机构的完全平衡.纺织器材,1993(4):40-44.
[112] Ye Zhonghe,Smith M R. Mass Flow and Derivative Moment of Inertia Flow in Planar(Geared)Linkages. Proceedings of the 22nd ASME Biennial Mechanisms Conferences. USA:Arizona,1992:471-475.
[113] 林永水,叶仲和.齿轮连杆机构的质量流与派生转动惯量流.福州大学学报(自然科学版),1993(3):51-56.
[114] 叶仲和,林永水.机构完全平衡时的质量流和派生转动惯量流.第五届全国机械传动年会论文集(第一分册),上海,1992:399-402.
[115] Ye Zhonghe,Smith M R. Complete Shaking Force and Shaking Moment Balancing of Planar Geared Linkages by an Equivalence Method. Proceedings of Internati-onal Conference《Spatial Mechanisms and High Class Mechanisms》(Theory and Practice),Republic of Kazakhstan:Almaty,1994.
[116] 叶仲和.送纸机构与送糖条机构的惯性力和惯性力矩的完全平衡.包装与食品机械,1992(3):36-39.
[117] Gao Feng. Complete Shaking Force and Shaking Moment Balancing of Four Types of six-bar Linkages. Mechanism and Machine Theory.1989,24(4):275-287.
[118] Gao Feng. Complete Shaking Force and Shaking Moment Balancing of 26 types of four-,five- and six-bar Linkages with Prismatic Pairs. Mechanism and Machine Theory.1990,25(2):183-192.
[119] Gao Feng. Complete Shaking Force and Shaking Moment Balancing of 17 Types of eight-bar Linkages only with Revolute Pairs. Mechanism and Machine Theory.1991,26(2):197-206.
[120] I.S.Kochev. General theory of complete shaking moment balancing of planar linkages:a critical review. Mechanism and Machine Theory.2000,35:1501-1514.
[121] 楼鸿棣,邹慧君主编.高等机械原理.北京:高等教育出版社,2000.