李昊轩 何恒健 刘浩南 李岳林

(长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南 长沙 410114)

曲柄滑块机构的作用是将曲柄的旋转运动转换成滑块的往复直线运动。因此，在工业生产中得到广泛应用[1-3]，在食品加工、食品包装的机械设备中也承担着重要作用[4-5]。但在原动机匀速转动的情况下，其滑块速度和加速度按类似正弦函数关系随时间变化[6]，限制了曲柄滑块机构在许多方面的应用。在切片、摊铺等工作中，往往要求滑块能够匀速运动。文献[7]以滑块速度波动与平均速度的差值最小为优化目标，用粒子群算法对曲柄滑块机构进行优化设计，在原动机匀速转动的条件下，得到了优化的曲柄长度与连杆长度(均为固定值)，但并未给出滑块实际运动速度曲线。理论上，改变原动机的转速变化规律，可以近似实现滑块匀速运动，但对原动机的转速控制非常困难，需要复杂的控制算法[8-9]，且使得原动机的转速变化非常剧烈。为避免对原动机进行复杂控制，又实现滑块匀速运动，本研究根据曲柄滑块机构的几何关系，用复数矢量法分析得到曲柄长度与位置夹角的解析关系；在此基础上，由滑块匀速运动的期望值，求解该解析关系的差分方程，得到曲柄长度的变化规律，并设计了一种可改变曲柄长度的曲柄滑块机构，通过SolidWorks/Motion仿真验证其可行性。

1 曲柄长度与曲柄位置的关系

如图1所示，设定曲柄的长度L1是随时变化的，且以ω1的角速度匀速转动；连杆的长度L2固定；……