一種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械傳動領(lǐng)域，特別涉及一種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊 機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲柄滑塊機構(gòu)因能將圓周運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛缘耐鶑?fù)直線運動被廣泛應(yīng)用于工業(yè) 的各個領(lǐng)域。對于要求高速、行程可調(diào)的微幅往復(fù)運動（如研宄往復(fù)密封中活塞啟動瞬間 密封圈的力學(xué)特性），就無法采用常規(guī)的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)。但是，相對于液壓或者氣壓傳動的 直線機構(gòu)，曲柄滑塊更加環(huán)保、負載特性穩(wěn)定且驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計更為簡單，特別是高速特性更 加準(zhǔn)確；相對于直線電機和激振器，曲柄滑塊機構(gòu)造價更為便宜。因此需要對曲柄滑塊機構(gòu) 進行重新設(shè)計，以實現(xiàn)更加經(jīng)濟、環(huán)保地實現(xiàn)高速、行程可調(diào)的微幅往復(fù)運動。
[0003] 對于微幅的直線運動，通過將曲柄的轉(zhuǎn)動副擴大來實現(xiàn)，曲柄轉(zhuǎn)動副偏心距的2 倍就是滑塊的行程（考慮轉(zhuǎn)動副的間隙，直線行程的測量在滑塊處），也是理論上最終獲得 微幅往復(fù)直線運動的振幅；如果再需要對滑塊的行程進行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜。此外， 對于高速工況，需要進行機構(gòu)的動平衡整定，以消除慣性力的影響。通常做法是在曲柄的反 向延長線上增加平衡質(zhì)量，實現(xiàn)機構(gòu)的一階慣性平衡（更高階慣性力很小，工程中往往忽 略）。但是，為了平衡慣性力，若每次曲柄長度的調(diào)節(jié)都得重新設(shè)計平衡質(zhì)量或者采用對稱 機構(gòu)，這樣既費時又浪費資源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)行程且自動平衡 慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，通過任意調(diào)節(jié)曲柄長度，實現(xiàn)行程調(diào)節(jié)的同時，機構(gòu)本身都能依靠 零件的幾何關(guān)系和質(zhì)量分布自動實現(xiàn)機構(gòu)一階慣性力的平衡。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，包括相連接的曲柄機構(gòu)與滑塊 機構(gòu)，所述曲柄機構(gòu)中采用偏心花鍵配合代替轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)行程可調(diào)。
[0007] 所述偏心花鍵配合為內(nèi)花鍵組合4與外花鍵組合3的配合，其中，外花鍵組合3由 偏心外花鍵3-1和外花鍵平衡套3-2裝配而成，內(nèi)花鍵組合4由偏心內(nèi)花鍵4-1和兩個內(nèi)花 鍵平衡套4-2裝配而成，內(nèi)花鍵組合4與外花鍵組合3之間通過偏心內(nèi)花鍵4-1與偏心外 花鍵3-1配合實現(xiàn)連接，并以偏心外花鍵3-1的內(nèi)孔定位通過平鍵2安裝在電機軸1上，軸 承5的內(nèi)圈安裝于偏心內(nèi)花鍵4-1上，由此構(gòu)成曲柄機構(gòu)，連桿6安裝于軸承5的外圈上。
[0008] 所述軸承5與連桿6之間設(shè)置擋片13,實現(xiàn)軸承5的軸向固定。
[0009] 所述滑塊機構(gòu)包括機架10和位于機架10中的滑塊9,滑塊9通過接頭7和鎖定螺 母8與連桿6連接。
[0010] 所述內(nèi)花鍵組合4與外花鍵組合3的幾何形狀及其質(zhì)量分布，滿足方程Hiiyi = G1Iyiic以及mQ(yQ-e〇) = eoGyiic+i%)，其中，O點為組合4與外花鍵組合3的花鍵裝配中心，A 點電機軸1的轉(zhuǎn)動中心，B為曲柄機構(gòu)和連桿6組成的轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)中心，Hi1為內(nèi)花鍵組合 4的質(zhì)量，Hici為外花鍵組合3的質(zhì)量，y i為內(nèi)花鍵組合4的質(zhì)心到花鍵裝配中心O的距離， 為外花鍵組合3的質(zhì)心到花鍵裝配中心O的距離，e Σ為內(nèi)花鍵組合4的偏心距，即花鍵裝 配中心O與曲柄機構(gòu)的轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)中心之間的距離，％為外花鍵組合3的偏心距，即花鍵 .,1 I, mR 裝配中心O與電機軸1的旋轉(zhuǎn)中心之間的距離，I =(y~+ ，mB為連桿6在B點的等 效質(zhì)量，m。為滑塊9、連桿6、接頭7和鎖定螺母8在C的等效質(zhì)量。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實現(xiàn)了行程可調(diào)的微幅往復(fù)運動，同時能夠使機構(gòu)的慣 性力自動得到平衡。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)曲柄長度可調(diào)的設(shè)計原理圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)自動部分平衡慣性力的設(shè)計原理圖。
[0014] 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的裝配圖。
[0015] 圖4為圖3的橫向剖視圖（去除部分零件）。
[0016] 圖5為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中偏心外花鍵組合的裝配圖。
[0017] 圖6為圖5的橫向剖視圖。
[0018] 圖7為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中偏心內(nèi)花鍵組合的裝配圖。
[0019] 圖8為圖7的縱向剖視圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的實施方式。
[0021] 本發(fā)明設(shè)計要點如下：
[0022] 1、實現(xiàn)曲柄長度可調(diào)
[0023] 為了得到滑塊行程可調(diào)的曲柄滑塊機構(gòu)，將曲柄拆成內(nèi)、外花鍵組合，如圖1所示 的設(shè)計原理，花鍵每旋轉(zhuǎn)一個齒即對應(yīng)一個曲柄長度，實現(xiàn)曲柄長度的調(diào)節(jié)。其中O為花鍵 的裝配中心，A為曲柄和支架組成的轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)中心（也為電機軸1的轉(zhuǎn)動中心），B為 曲柄機構(gòu)和連桿組成的轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)中心。
[0024] 反二心，如=￡~，曲柄的長度可以表達為：
[0025] Ijig - (^i + c~() - Icl cJ0 cos /LAOB
[0026] 則滑塊的行程 S = 21ABe [2 I eI，2 (eQ+eJ ]
[0027] 2、實現(xiàn)任意位置的動平衡
[0028] 如圖1，通過質(zhì)量等效，將桿件的質(zhì)量等效到A、B、C三點上，按照慣性力部分平衡 原理，在連桿BA的延長線上增加質(zhì)量塊m E2，使得滑塊C的替代質(zhì)量的慣性力平衡：
【主權(quán)項】
1. 一種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，包括相連接的曲柄機構(gòu)與滑塊機 構(gòu)，其特征在于，所述曲柄機構(gòu)中采用偏屯、花鍵配合代替轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)行程可調(diào)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，其特征在于， 所述偏屯、花鍵配合為內(nèi)花鍵組合（4)與外花鍵組合（3)的配合，其中，外花鍵組合（3)由偏 屯、外花鍵（3-1)和外花鍵平衡套（3-2)裝配而成，內(nèi)花鍵組合（4)由偏屯、內(nèi)花鍵（4-1)和 兩個內(nèi)花鍵平衡套（4-2)裝配而成，內(nèi)花鍵組合（4)與外花鍵組合（3)之間通過偏屯、內(nèi)花 鍵（4-1)與偏屯、外花鍵（3-1)配合實現(xiàn)連接，并W偏屯、外花鍵（3-1)的內(nèi)孔定位通過平鍵 (2)安裝在電機軸（1)上，軸承（5)的內(nèi)圈安裝于偏屯、內(nèi)花鍵（4-1)上，由此構(gòu)成曲柄機構(gòu)， 連桿化）安裝于軸承巧）的外圈上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，其特征在于， 所述軸承（5)與連桿（6)之間設(shè)置擋片（13)，實現(xiàn)軸承巧）的軸向固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，其特征在于， 所述滑塊機構(gòu)包括機架（10)和位于機架（10)中的滑塊巧），滑塊（9)通過接頭（7)和鎖定 螺母做與連桿做連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，其特征在于， 所述內(nèi)花鍵組合（4)與外花鍵組合（3)的幾何形狀及其質(zhì)量分布，滿足方程miyi=eikemeW 及m〇(y〇-e〇) =e〇(kcmc+mi)，其中，0點為組合（4)與外花鍵組合（3)的花鍵裝配中屯、，A點 電機軸（1)的轉(zhuǎn)動中屯、，B為曲柄機構(gòu)和連桿（6)組成的轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)中屯、；mi為內(nèi)花鍵組 合（4)的質(zhì)量，m。為外花鍵組合做的質(zhì)量，y巧內(nèi)花鍵組合（4)的質(zhì)屯、到花鍵裝配中屯、0 的距離，y。為外花鍵組合（3)的質(zhì)屯、到花鍵裝配中屯、0的距離，曰1為內(nèi)花鍵組合（4)的偏屯、 距，即花鍵裝配中屯、0與曲柄機構(gòu)的轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)中屯、之間的距離，e。為外花鍵組合（3)的 偏屯、距，即花鍵裝配中屯、0與電機軸（1)的旋轉(zhuǎn)中屯、之間的距離，&c=4~去)+唯，me為 3 2 削。 連桿（6)在B點的等效質(zhì)量，me為滑塊巧）、連桿化）、接頭（7)和鎖定螺母（8)在C的等效 質(zhì)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，其特征在于， 所述e〇=e1= 0. 5mm，花鍵齒數(shù)70,經(jīng)等效后mB= 1. 2化g，mc= 7. 9kg，取kc= 0. 48,最終 得到內(nèi)花鍵組合（4)的設(shè)計參數(shù)mi= 1.46化g、yi= 1.28mm，外花鍵組合（3)的設(shè)計參數(shù)； m日=2. 610kg、y0= 1. 5mm。
【專利摘要】一種可調(diào)行程且自動平衡慣性力的曲柄滑塊機構(gòu)，涉及機械傳動領(lǐng)域，包括相連接的曲柄機構(gòu)與滑塊機構(gòu)，所述曲柄機構(gòu)中采用偏心花鍵配合代替轉(zhuǎn)動副，實現(xiàn)行程可調(diào)；本發(fā)明通過曲柄擴大的曲柄滑塊結(jié)構(gòu)搭配花鍵配合，實現(xiàn)了滑塊可變的微幅往復(fù)行程，利用花鍵組合的幾何形狀和質(zhì)量分布的合理設(shè)計，使得機構(gòu)在任意調(diào)節(jié)往復(fù)行程時都能實現(xiàn)慣性力的部分平衡，該發(fā)明為微小往復(fù)行程的機械傳動機構(gòu)提供了完整的設(shè)計方法、具體結(jié)構(gòu)以及相關(guān)零件的質(zhì)量選擇方程。
【IPC分類】F16H21-20
【公開號】CN104847859
【申請?zhí)枴緾N201510275453
【發(fā)明人】李坤, 賈曉紅, 索雙富, 王隆珂
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年5月26日