当铰链四杆机构里一个转动副被替换成移动副后,该机构就变成了具有移动副的四杆机构类型。依据选取不同构件作为机架,可以衍生出若干种结构形式,具体包括曲柄滑块机构,转动导杆机构,曲柄摇块机构,以及移动导杆机构。本文将着重阐述曲柄滑块机构,并列举其在现实生活中的具体应用案例。
曲柄摇杆机构里,摇杆和机架之间的转动连接,采用变化方式改造成滑动连接,只要其余部件继续维持原本的运动模式,比如让曲柄作为驱动部件而机架保持不动,就能形成曲柄滑块机构,参见图1。这种四杆机构同曲柄摇杆机构相比,存在两个显著差异:首先,当曲柄作为主动件时,它能够将旋转运动转变为滑块的往复直线运动,具体运动形态参考图2;其次,当滑块作为主动件时,它能够将往复直线运动转变为曲柄的旋转运动,具体运动形态参考图3。
图1 对心式曲柄滑块机构模拟动画
图 2 (原动件为曲柄)曲柄滑块机构模拟动画
图 3 (原动件为滑块)曲柄滑块模拟动画
曲柄滑块装置实际上是用一个可移动的部件替换了曲柄摇杆构造里的摆动杆件,这个可移动的部件属于双副杆件(它通过滑动方式与固定部分连接,同时通过旋转方式与另一根杆件相连)。
依据曲柄旋转核心点与滑块核心点是否处于一条直线上,能够区分出对心式曲柄滑块构造(两个核心点处于一条直线上)和偏置式曲柄滑块构造(两个核心点不处于一条直线上)。对心式构造没有急回效应,由于不存在极位夹角;偏置式构造则具备急回效应。
为了研究曲柄滑块机构的运作特点,借助SolidWorks三维设计软件构建了曲柄滑块机构的实体构造,完成了静态干涉及查核,确认没有干涉及后,采用motion功能模块开展虚拟样机的仿真实验,执行动态干涉及验,并获取了输出部件(滑块)的运动参数曲线(见图4)。
图 4 通过SolidWorks motion 完成曲柄滑块机构仿真研究
以下为曲柄滑块机构在生活实际中的应用:
【曲柄滑块式压力机:】
机械压力机运转时,依据图5机械压力机工作原理图,电动机借助三角皮带推动大皮带轮,该轮同时充当飞轮,再经由齿轮副与离合器,驱动曲柄滑块机构,促使滑块和凸模进行垂直向下的运动。当锻压任务达成后,滑块开始返回并向上移动,离合器随即自行分离,与此同时,曲柄轴上的自动装置被激活,让滑块停驻在上止点位置附近。
超大型曲柄滑块式压力机
【地震模拟器:】
乐高地震模拟器
【汽车发动机:】
【水车锯床:】