检验机导杆机构和二倍角结构的设计(3)

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表（2）可定角度转动机构功能原理图

2.2 四杆机构

铰链四杆机构及其演变形式是机械中最常见、最基础的结构，因其制造方便、结构简单的特点，在工程中得到了广泛的应用。四杆机构又可分为双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄摇杆机构，其中能满足这里要实现的电机整周输入，手抓摆动输出要求的即为曲柄摇杆机构，其机构简图（1）

图中，AB为最短杆，即曲柄，CD杆的运动即为所要获得的摆臂动作，γ为传动角，γ越大对机构工作越有利。为了保证机构传动良好，设计时通常使γ¬¬min≧40°；对高速和大功率的传动机械，应该使γ¬¬min≧50°；令L2/L¬1=a;应取适当的a使其满足运动平稳性要求[2]；

在该机构中，当满足L12+L42<L22+L2¬2 ；为Ⅰ型曲柄摇杆机构，摇杆慢行程与曲柄转向相同；当满足 L12+L42>L22+L2¬2为Ⅱ型曲柄摇杆机构；对于给定的摆角ψ0和行程速度比K，应选Ⅰ型曲柄摇杆机构以保证获得较大的γmin,，以保证良好的受力条件和运动平稳性要求[3]；

曲柄摇杆机构示意图

在曲柄摇杆机构和摆动高杆机构中，由于受压力角和运动平稳性等条件限制从动件的摆角一般为ψ0=60°到100°；[3]为达到180°摆角要求，可使用导杆机构扩大2倍摆角，该机构摆角扩大后方向与原来相同；也可利用铰链四杆机构扩大摆角。或者用齿轮系扩大，该机构摆角扩大后方向与原来相反，而带和链轮扩大摆角方向相同。

曲柄摇杆机构因为需满足最短杆与最长杆之和小于或等于其他两构件长度之和，且最短杆为曲柄，相邻杆为机架的要求，空间活动尺寸大；又受传动压力角限制，所设计出来的机构空间不紧凑。

2.3 凸轮机构

在各种机械，特别是自动机器和自动控制装置中，广泛采用着各种形式的凸轮机构。凸轮机构运转时，凸轮（或者其他的原动件）的运动参数是给定的。从动件的运动状况（包括位移、速度、加速度和跃动度等参数）主要取决于凸轮的轮廓曲面参数。反之，要使从动件按预定的运动特征运动，特别是那些具有复杂运动规律的，需要赋予凸轮相应的轮廓曲面形状。工程中，需要再现的重复性机械动作是多种多样的，有简单的，论文网也有非常复杂的，例如剑杆式织机中剑杆的反复运动，内燃机中气门的启闭，缝纫机中缝料的间断性送进等。凸轮机构或者包括凸轮机构的组合机构几乎可以实现所有简单的、复杂的重复性机械动作。所以只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使从动件得到各种预期的运动规律，而且结构简单紧凑，响应快速。正因为这样，在如今数控、电控高速发展的今天，凸轮机构也不能完全被取代【4】。

常见的凸轮有盘形凸轮与圆柱凸轮，可实现摆臂动作的是摆动从动件盘形凸轮机构与摆动从动件圆柱凸轮机构，其结构简图分别如图2（a）与2（b）所示。

（a）摆动从动件盘形凸轮

（b）摆动从动件圆柱凸轮

图2. 凸轮机构

摆动从动件盘形凸轮只能实现小角度摆动，而本课题取样机要求的摆动角度为180°，远远超出其能实现的摆角范围，故采用2（a）图结构无法实现。

图2.2（b）所示的摆动从动件圆柱凸轮机构中，摆杆的运动平面与凸轮的运动平面互相垂直，滚子中心的弧线轨迹上只有两个点位于凸轮的基圆平面上。因此，该基圆柱面展开后的设计凸轮轮廓曲线必将产生一定量的理论设计误差。该类误差随从动件冲程角的增大而加剧，而且过大的摆角冲程还可能导致滚子与凸轮轮廓接触不良，严重时滚子会从轮廓中脱出。为了减小此类设计误差，从动件冲程角不宜太大（通常不超过20º～30º）。同样不能实现180º大角度摆动[5]。