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Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构轨迹综合的代数求解

2021-01-25李学刚张丽娟魏世民李河清

工程科学与技术 2021年1期
关键词:方法设计

李学刚,张丽娟,魏世民,李河清

(1.北京邮电大学自动化学院,北京100876;2.华北理工大学机械工程学院,河北唐山063210)

平面六杆机构可以实现丰富的连杆轨迹,与四杆机构相比,其具有运动所占空间小、便于实现停歇运动、易于取得有利传动角、可实现多重运动等优势[1],但其尺寸参数较多,运动要求多样而复杂,尺度综合设计较为困难。目前,求解该问题的方法主要有图谱法[2-3]、优化法[4-7]、精确点法[8-11]等。其中:图谱法、优化法虽然能够完成平面六杆机构轨迹综合问题,但由于平面六杆机构尺寸参数较多,解域空间大,建立完备的数值图谱库和给定合理优化初值难度较大,使用这些方法进行机构综合有时难以得到精确的最优结果;精确点法通过建立约束方程,求解得到机构尺度参数,虽然可以得到较为精确的综合结果,但受机构未知参数个数的限制,无法实现多点位连续轨迹综合。

作者针对Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构,提出一种基于傅氏级数的连续轨迹综合的代数求解方法。与原有方法相比,该方法通过方程求解得到机构设计参数,其解的精度高,完备性强,且不需要提供优化的初值,也无需事先建立图谱库。有效扩大了代数法的适用范围,提高了连杆机构近似运动综合的求解精度和速度。

1 连杆曲线的傅氏级数表示

图1为Stephenson-Ⅲ型平面六杆机构示意图。机构各杆长尺寸分别为l1、l2、l3、l4、l5、l6,机架AD与x轴的夹角为 β,A点到原点o的距离为r,旋转角度为 μ,α1为机架上的角∠GAD, α2、 α3分别为浮动杆Ⅰ、Ⅱ上的角∠EBC、∠PEF, θ1为连杆BC与机架AD之间的夹角,θ2为连杆EF的辐角,φ、φ0分别为机构的输入杆转角、初始位置转角,浮动杆Ⅰ、Ⅱ上E点、P点分别为连杆轨迹生成点。……

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