1、1具有最优传力性能的曲柄滑块机构的设计宁海霞 1 董萍摘 要 ：在曲柄滑 块机构的设计中，将 x 作为设计变 量，求出已知滑 块行程 H，行程速比系数 K 时机构传力性能最优的 x 值，使得最小传动角 min为最大，从而设计出此机构。关键词：最优传力性能；曲柄滑块机构；行程速比系数；最小传动角机器种类很多，但它们都是由各种机构组成的，曲柄滑块机构就是常用机构之一。它有一个重要特点是具有急回特性。故按行程速比系数 K 设计具有最优传力性能的曲柄滑块机构是设计中常遇到的问题。本文将 x 作为设计变量，给出了解决问题的方法。一、x 和最小传动角 min的关系1最小传动角 min的计算曲柄滑块机构如图
2、 1 所示，图中 AB 为曲柄，长度为 a，BC 为连杆，长度为 b，偏心距为 e。 愈大，对机构传动愈有利，它是机构传动性能的重要指标之一，工程上常以 值来衡量机构的传力性能。1作者简介：宁海霞(1977-)，女，山东潍坊人，工程硕士， 讲师，研究方向：机械设计、复合材料BminAinbaC2图 1当主动件为曲柄时，随着其位置不同， 值亦不同，最小传动角 min出现在曲柄与滑块导路垂直的位置，其值为：（1）)(cos1minbea2X 和最小传动角 min的关系设计一曲柄滑块机构，已知：滑块行程 H，行程速比系数 K，待定设计参数为 a、b 和 e。计算极位夹角： 180K根据已知条件，作出
3、图 2，曲柄支点在圆周上，它的位置决定传力性能，现设 AC1=x，x 作为设计变量，一旦确定了 A 点的位置，a、b 和 e 也就确定。下面找出 a、b 和 e 与设计变量 x 之间的关系。图 2在AC 1C2中cos)()()(22 ababHoB1M2bC19023因为 xab所以 cos)2()2(2axH(2)in1cosH又因为 xeaCAba/2)sin(i21所以 (3)xe/2将 代入 (1)ab（4）)(cos1min将式（2） 、 （3）代入式（4） ， min仅为 x 的函数，则可求得 min的值。二、设计最优传力性能的曲柄滑块机构设计变量 x 的取值范围。寻优区间起点在
4、 C1处：xmin=0寻优区间终点在 M 点：tgHmax在 x 的取值范围内根据式（2） 、 （3）和（4）可求得 x 一一对应的 min值。利用一维寻优最优化技术黄金分割法，来求 min取极大值时的 x 值。将 min最大时的 x 值代入（2） 、 （3）求出 a、e，由 b=x+a 求出 b 值。三、设计实例试设计一曲柄滑块机构，已知滑块行程 H=50mm，行程速比系数 K=1.5。求传力性能最优的曲柄滑块机构。x 的取值范围为 068.819mm，x=19.104mm 时， min的最大值为27.458。曲柄 a=22.537mm4连杆 b=41.641mm偏心距 e=14.413四、
5、结论本文结合图解法和解析法把 x 作为设计变量，给出了根据行程速比系数 K时最优传力性能的曲柄滑块机构的最优设计方法。参考文献：1来瞒虔等.机械原理教学指南M.北京：高等教育出版社，1998.Design of the slider crank chain with Optimum Driving PerformanceNING Hai-xia DONG PingAbstract: In this paper, the design variable x was used in the design of slider crank chain with the datum of ram str
6、oke (H) and stroke velocity ration coefficient (K). Slider crank chain comes to its optimum driving performance as the minimum driving angle (min) gets up to the maximum. The corresponding x was got,and the according slider crank chain was projected.Key words: optimum driving performance; slider crank chain; stroke velocity ratio coefficient; minimum driving angle
