一种长停歇间歇运动连杆机构基本结构及其设计方法 【技术领域】
本发明属机械机构技术领域，具体涉及一种长停歇连杆机构的基本结构及其设计方法。
背景技术
常用的间歇运动机构种类有棘轮、槽轮、不完全齿轮机构、凸轮机构等。它们结构简单、制造技术成熟，已被广泛应用于各种机械自动化生产设备和生产流水线等场合。但棘轮、槽轮、不完全齿轮机构一般存在噪声和冲击较大等缺点，不适于速度较高的场合；凸轮机构理论上可实现任意的间歇运动要求，设计自由度较高，但其高副接触传力、易磨损，且其设计与制造一般离不开现代CAD/CAM技术的支撑。
连杆机构具有低副传动、耐磨损、制造容易、成本低等特点，通过机构优化设计可得到近似间歇运动连杆机构，在一些生产机械中也有不少应用。但其机构综合一般较繁难、且大多只能实现较短时间的近似停歇。因此，寻求结构简单、设计较方便、具有较长停歇期和较高停歇精度的新型间歇运动连杆机构，具有重要实际意义。
发明说明
本发明目的在于提出一种结构简单、具有较长停歇期和较高停歇精度的间歇运动机构连杆基本结构及其设计方法。
本发明提出的间歇运动连杆机构基本结构由一个平面铰链四杆机构串联一个前置往复摆动机构而构成。如图1所示，平面铰链四杆机构DEFG中，记a＝DE，为输入杆，b＝EF，c＝FG，为输出杆，d＝DG，为机架，D、E、F、G为铰链点，杆长满足下述条件：a＝d，b＝c，c≠d，d＜c，0.2％≤(c-d)/d≤10％；上述前置往复摆动机构的往复摆动输出构件与平面铰链四杆机构DEFG的活动杆ED相固联。这种前置往复摆动机构的机构型式可以是输出往复摆动的任意机构，包括输出往复摆动的任意平面机构或空间机构，也可以是电磁铁或电机等驱动机构。
上述前置往复摆动机构和上述平面铰链四杆机构串联组成的复合机构，可使四杆机构的输出杆FG输出有长停歇段地往复间歇摆动，且其停歇精度主要取决于四杆机构的相对杆长差x＝(c-d)/d。x越小，则停歇段内输出构件FG的摆角β的波动越小，即停歇精度越高。如实施例1、2所示。
特别是，采用前置往复摆动空间机构与前述平面铰链四杆机构串联而成的复合机构，可以方便地实现空间位置相交或交错轴间的长停歇传动。
本发明的原理如下：如图1所示，记输入杆ED与机架DG的夹角即输入角为φ，记输出杆FG与机架DG的夹角即输入角为β，则在上述平面铰链四杆机构的杆长条件下，β-φ角位移曲线的形态如图2所示。可见，曲线上存在β角几乎不随φ角变化的长停歇期，如图2中的HJ段或H′J′段。因此，只要根据设计要求，前置往复摆杆机构使活动构件ED沿图1所示β-φ曲线的转动-停歇段I-H-J段(或停歇-转动段J′-H′-I′段)，即在φI≤φ≤φJ(或φJ′≤φ≤φI′)(φI、φJ、φJ′、φI′≠2πk，k＝0，1，2，...)的摆动角范围内作往复摆动，即可获得所需的间歇运动连杆机构。
上述新型长停歇连杆机构的设计步骤如下：
(1)按实际情况(如摆动角范围、机构型式限制条件等)选择合适的前置往复摆动机构；
(2)按机构输出运动的停歇精度和停歇段范围等要求，调整各结构参数，并进行机构运动分析，最终确定合适的(c-d)/d值和其它机构结构参数；上述步骤中的机构运动分析可通过专门编写的程序在计算机上实现。这种分析可以是一种可视化运动分析。
由于上述复合机构的停歇精度主要取决于上述平面铰链四杆机构的相对杆长差(c-d)/d，所以容易按停歇精度要求确定(c-d)/d值。设计过程不需要繁琐的机构优化设计方法，适合于工程设计应用。
【附图说明】
图1为本发明的平面铰链四杆机构基本结构图。
图2为图1中机构的运动分析图。
图3为前置机构采用曲柄摇杆机构的间歇运动连杆机构结构图。
图4为图3中机构的运动分析图。
图5为前置机构采用摆动导杆机构的间歇运动连杆机构结构图。
图6为图5中机构的运动分析图。
【具体实施方式】
实施例1
前置机构取曲柄摇杆机构，如图3所示。表1所示为不同杆长差(c-d)/d对停歇精度的影响分析。
表1前置曲柄摇杆机构时的停歇精度分析x＝(c-d)/d(％)停歇段，θΔθ βmax βminΔβ＝βmax-βmin停歇误差Δβ/Δθ(％) 3％153°～323°170° 176.93° 174.74° 2.19° 1.3％ 1％153°～323°170° 178.92° 178.04° 0.88° 0.517％ 0.5％153°～323°170° 179.45° 178.99° 0.46° 0.271％ 0.2％153°～323°170° 179.78° 179.58° 0.20° 0.118％
其中机构结构参数例如下：
a1＝100，b1＝140，c1＝120，d1＝140，a＝d＝100，b＝c＝100.2～103mm，α0＝20°，α1＝90°。
a1＝AB是曲柄，b1＝BC是连杆，c1＝CD是摇杆，d1＝AD是机架，α0为前置机构的机架AD与后置机构的机架DG的夹角，α1为前置机构的摇杆CD与后置机构的输入杆ED的夹角。
实施例2
前置机构取摆动导杆机构，如图5所示。表2所示为不同相对杆长差(c-d)/d对停歇精度的影响分析。
表2采用前置摆动导杆机构时的停歇精度分析x＝(c-d)/d(％)停歇段，θΔθ βmax βminΔβ＝βmax-βmin停歇误差Δβ/Δθ(％) 3％211°～357°146° 178.91° 175.04° 3.87° 2.65％ 1％211°～357°146° 179.63° 178.01° 1.62° 1.11％ 0.5％211°～357°146° 179.81° 178.94° 0.87° 0.6％ 0.2％211°～357°146° 179.92° 179.55° 0.37° 0.25％
其中，机构结构参数如下：a2＝100，d2＝120，a＝d＝100，b＝c＝100.2～103mm，α0＝60°，α1＝60°。D2＝AD为前置机构机架，a2＝AB是曲柄，α0为前置机构的机架AD与后置机构的机架DG的夹角，α1为前置机构的输出杆BD与后置机构的输入杆ED的夹角。
由表1、表2可见，停歇精度主要取决于图1中四杆机构的相对杆长差x＝(c-d)/d的值。(c-d)/d越小，则停歇精度越高。但如前所述，机构应满足a＝d，b＝c，c≠d，d＜c的条件。考虑到一般转动副加工精度和配合间隙的限制，可在0.2％≤(c-d)/d≤10％的范围内按停歇精度和停歇段范围要求选取合适的(c-d)/d值。