第3章 机构选型设计

由于设计要求中机构收弓时必须在规定的虚线区域，传动角大于或等于30?且只有一个自由度可知：在连杆、凸轮、齿轮中选择连杆机构，而且连杆之间所行成的低副可设计成面接触，从而可使机构稳定，承载能力大。

3.1 菱形机构

图 3-1菱形机构简图

如图3-1所示，可以直观的看到此机构为一对称的机构，lAB?lDE,lBC?lCD,因而能保证C点的轨迹为一严格的直线。若以机构收弓后所满足的条件，即在1400×400 mm区域范围内来设计杆长，如图3-2所示的极限情况。

图 3-2菱形机构运动简图

A点与E点重合，lAB?lDE?lCD?700mm，这几个杆件使C点到达的最高位

置是1400?1550mm，而且其传动角也不符合要求，可见这又是此机构的缺点。

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3.2 铰链四杆机构

图 3-3铰链四杆机构

此机构较简单，适当设计各杆的杆长，可保证P点的轨迹为一近似的直线，且轨迹与理想直线偏离的距离小与100mm。另外，传动角可始终大于30?。

3.3 平行四边形机构

图 3-4平行四边形机构简图1

如图3-4，此机构利用两个一样的平行四边形组合而成lAC?lCE?lFD?lDB，

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lAB?lCD?lEF,lBG?lHG。当滑块H向左移动时BD杆逆时针转动，CD杆左移，四

边形CDEF亦左移，但同时EC杆和DF杆分别绕C点、D点转动，FE杆相对CD杆右移。这样就能保持FE杆的轨迹为一条严格的直线，这就是此机构的优点所在。

现在，如果我们以最小传动角大于或等于30?来设计机构的杆长，假设收弓时F点和B点之间的距离取最大400mm，即等腰?FDB的底边为400mm，顶角为30?，如图3-5所示。

图 3-5 平行四边形机构简图2

由几何关系可求得lBC?772.7mm。这意味着当B点，D点和F点三点共线时的总高度为2?772.7?1550。所以此机构的传动角不能满足要求。这就是此机构的缺点。

3.4 双滑块机构

滑块A、B同时对称运动，由平行四边形特性可得F点必定沿图3?6所示的虚线移动，满足受电弓直线上升的要求。

分析其极限位置，当满足最小传动角不小于30?时，收弓后F点到AB的距离为400mm，?FDE?30?,则

400

EDmax?sin3?515.2mm?FDE2

那么F点最高位置距AB距离为 3EDmax?515.2?3?1545.6mm 与方案三存在同样的制约因素，不符合设计要求。

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FCEAB D 图3?6 双滑块式机构图

综合上述，比较这三种方案的优缺点，可知方案三可大体满足要求，并且，适当设计各杆长比，还可使机构收弓时在1400×400mm区域内，升弓时的行程为1550mm。

结论：选择方案二———铰链四杆机构。

第4章 机构尺度综合

因机构要求有直线轨迹，所以采用平面连杆机构运动设计的位移矩阵法来设计机构的各杆长度。这里有两种方法可供选择和参考：

方法一：由Burmester理论可知：当连杆是由两个转杆导引时，平面四杆机构可实现精确位置的最大数目为5。

当不考虑运动副间隙和构件的弹性变形时：

则我们可以在1550mm的轨迹上取5个点，以B,C两点的坐标xB,yB,xC,yC以及BC的转角?12,?13,?14,?15为设计变量，然后根据实际情况自取两点，同样用刚体位移矩阵方程，可得到8个非线性方程，可解出这8个设计变量。 方法二：由刚体位移矩阵方程进行计算：

在1550mm的轨迹上取9个点，以A、B、C、D四点的坐xa、ya、xb、yb、xc、yc、xd、yd以及连杆BC的转角?12、?13、?14、?15、?16、?17、?18、?19等

16个变量为设计变量，利用刚体位移矩阵方程，可得到16个非线性方程，可解出这16个变量的值。 比较两种方案之后可以发现：

利用方法二可得到与直线较接近的轨迹，但是，用此种方法难以控制机构的大小，机构很容易超出1400?400mm的区域范围。

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