摆角可调式曲柄摇杆机构的优化设计.pdf

维普资讯 第3卷 第1期 沙洲职业 工学院学报 Vd．3No．1 20o0年6月 JourmdofShazlx)uVocationalInstituteofTechnology Jun．2OO0 摆角可调式曲柄摇杆机构的优化设计 王 国楷 (沙洲职业工学院，江苏张家港 215600) 摘 要：讨论了一种摆角可调式曲柄播杆机构的优化设计P-I~．，建立了优化设计数学模型和约束条 件．通过优化程序数值计算，得到数种工况务件下的相对最优解，为类似连杆机构的设计提供参考。 关键词：曲柄播杆机构；优化设计 连杆机构是一种常用机构，在食品、渔业等轻工机械中，由于产品规格的变化，经常应用到 一 种摆角可调的曲柄摇杆机构，按照传统的设计方法，诸如作图法、实验法等都难以精确地设 计出这种机构，因此在实际设计制造过程中一般只能采用定配的方法，即：装配时根据摆角的 调节量，配作曲柄、连杆、摇杆三个构件的调节长度。采用这种方法，一方面降低了机械零件的 一 致性、互换性，给设计、制造及测量带来不便；另一方面，机器在使用过程中的调节也有一定 难度。针对这种情况，本文通过建立优化设计数学模型，利用计算机辅助设计计算，可以根据 实际要求准确地确定出此种连杆机构的杆长及其调节量，并可使调节杆的数 目由三个减至两 个，方便了设计、制造和使用。 1数学模型 如图1、图2所示为摆角可调式曲柄摇杆机构的机构简图和几何关系计算示意图。设机 架长度为d，摇杆初始角为 ，摆角为．1I，摆角增量为△IlI。如选择曲柄、摇杆为调节杆，则该机构 的设计可q·结为根据已知条件确定连杆长度b，确定曲柄、摇杆的基本长度ao、c0及曲柄、摇杆 的调节长度Aa、Ac。 图1摆角可调式曲柄摇杆机构 图2机构几何关系计算示意图 根据曲柄摇杆机构四杆间的几何关系，当摇杆摆角为．1I时，令a=ao，c=co，有 (b—a)=c+d一2cdcosfl (1) (6+a)=c+d一2cdcos(+ ) (2) 收稿日期：1999—05—10 FSBIISl 维普资讯 2 沙洲职业工学院学报 2o0O年6月 由(1)得 。： (3) 由(2)得 c=c0= (±5』!)圭 (鱼(±业)21二垒(!二(垒±堡21 (4) 2 摇杆摆角增量为△ 时，令a=ao+ ，c=co+Ac。当摇杆位于初始角位置时，几何关 系同公式(1)，当摇杆摆角为 (IlfI+△IlfI)时，有 (b+a)=c+d一2cdcos(卢+IlfI+△IlfI) (5) 同理，解得 c cn+ Ac 2 塑± ( )二垒(!二(垒二堡21 (6) 2 ： Ac 2∞s(口+ +△)±~／(2c0s(J9+ +△)一4(d一(b+理) (7) 2 综合I~A_L，根据几何协调关系，可得初位角8一致时，摆角可调式曲柄摇机构优化设计的 目标函数为 rainf(x)=c一c：f(x1，z