一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法技术

本发明专利技术公开了一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法，包括以下步骤：1)建立传动机构结构简图，将驱动件的旋转中心点1处设定为原点，建立平面直角坐标系XOY；2)将第一点1至第六点6作为一个整体，简化成四连杆机构，计算第一摇臂L5的角速度及角加速度；本发明专利技术提出了一种高速滚床平行摇杆机构设计评价方法，能够有效实现对高速滚床平行摇杆机构的设计合格性评价，预测高速滚床平行摇杆机构的平稳性，防止设计失误，本方法还可以通过MATLAB绘制双摇臂运行位置曲线，从而更加精确地对双摇臂运动情况进行对比，进一步精确预测双摇臂运行平稳情况。

An evaluation method for structural design of high-speed rocker parallel rocker arm

The invention discloses a structural design and evaluation method for parallel rocker arm of high-speed rolling machine, which comprises the following steps: 1) establishing a structural sketch of the transmission mechanism, setting the rotation center point 1 of the driving part as the origin, establishing a plane rectangular coordinate system XOY; 2) simplifying the first 1 to the sixth point 6 as a whole into a four-bar linkage mechanism, and calculating. The angular velocity and angular acceleration of the first rocker arm L5; the invention provides a design evaluation method for parallel rocker mechanism of high-speed rolling machine, which can effectively realize the design qualification evaluation of parallel rocker mechanism of high-speed rolling machine, predict the stability of parallel rocker mechanism of high-speed rolling machine, and prevent design errors. The method can also be used by MATLAB. Draw the position curve of the double rocker arm, so as to more accurately compare the motion of the double rocker arm, and further accurately predict the stable operation of the double rocker arm.

【技术实现步骤摘要】
一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法
本专利技术涉及机械制造领域，特别是涉及一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法。
技术介绍
机械制造领域中，高速滚床主要应用于汽车焊装自动化生产线白车身的运输，白车身是指刚被完成焊接而还未进行喷涂工作的汽车车身，包括车身顶盖、行李箱盖、前后板、底座、侧围板件等。升降系统属于高速滚床的一部分，主要负责完成白车身在加工工位内竖直方向上的升降移动。上升至最高端时，高速滚床将白车身传输至下一工位，下降至最低端时，用于固定白车身位置，进行焊接工作。而高速滚床系统中的升降系统主要采用九杆连杆摇臂机构。设计人员在设计过程中，必须保证双摇臂的同时运动，否则就无法实现高速滚床的平稳传动。现有技术中，缺少一种对这种九杆连杆摇臂机构的设计评价方法，使得设计人员能够在设计完成后直接对其双摇臂的运动情况进行验证，验证在该设计的情况下双摇臂是否能够平稳运行，进而验证设计的有效性。因此本领域技术人员致力于开发一种对这种九杆连杆摇臂机构的设计评价方法，使得设计人员能够在设计完成后直接对其双摇臂的运动情况进行验证，验证在该设计的情况下双摇臂是否能够平稳运行，进而验证设计的有效性。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种对这种九杆连杆摇臂机构的设计评价方法，使得设计人员能够在设计完成后直接对其双摇臂的运动情况进行验证，验证在该设计的情况下双摇臂是否能够平稳运行，进而验证设计的有效性。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法，其特征是：包括以下步骤：1)建立传动机构结构简图，将驱动件的旋转中心点处设定为原点，建立平面直角坐标系；2)将第一点至第六点作为一个整体，简化成四连杆机构，计算第一摇臂的角速度及角加速度；3)根据各个连杆之间的连接关系，计算第六连杆的角速度和角加速度以及位置；4)根据步骤3中的结果计算第二摇臂的角速度及角加速度；5)比较在各个驱动量下，第一摇臂和第二摇臂的角速度以及角加速度是否一致：如是，则设计合格，如不是，则设计不合格。较优的，所述步骤2中，按照下列步骤计算第一摇臂的角速度及角加速度：21)由第三点的坐标值按照下列公式建立等量关系：其中，x3，y3为第三点在XOY坐标系中的坐标值；L2是第二连杆的设计长度；L3是第三连杆的设计长度；L4是第四连杆的设计长度；X14为第四端点与第一端点的横坐标差；Y14第三端点与第一端点的纵坐标差；θ1为电机输入的初始角位移；θ2为第二端点与Y轴的夹角，当θ1已知时，其为已知；θ3为第三端点与Y轴的夹角，当θ1已知时，其为已知；θ4为第四端点与Y轴的夹角，当θ1已知时，其为已知；22)按照下列公式计算第三连杆和第四连杆的角速度ω3，ω4；将θ1的值代入式1.3中，并应用三角函数求导公式：将式1.3方程组两边对时间求一阶导数，可得到四连杆机转动的角速度方程为：其中，ω2、ω3和ω4分别表示所述第二连杆、所述第三连杆和所述第四连杆的转动角速度，正向为垂直于纸面向上；以ω3和ω4为待求变量，将式1.5转换成矩阵形式，即连杆转角的矩阵方程，可表示为：根据式1.6，可求得所述第三连杆和所述第四连杆的角速度分别为：ω3＝-L2ω2sin(θ2-θ4)/[L3sin(θ3-θ4)](1.7)ω4＝L2ω2sin(θ2-θ3)/[L4sin(θ4-θ3)](1.8)23)按照下列公式计算所述第三连杆和所述第四连杆的转动角加速度α3、α4：将式1.6两边对时间求一阶导数，可得到连杆转角加速度的矩阵方程，如下：其中，α3、α4分别表示所述第三连杆和所述第四连杆的转动角加速度，正向为垂直于纸面向外；其中，当驱动位移ω1已知时，ω2为已知，由式1.10，可求得所述第三连杆和所述第四连杆的角加速度分别为：24)根据下列公式计算所述第五连杆的角位移变量、角速度和角加速度：其中，Δθ4为第四连杆在运动过程中的角位移变量，当运动过程中，θ1为已知时，Δθ4已知；Δθ5为第一摇臂在运动过程中的角位移变量。较优的，所述步骤3)中，按照下列步骤计算所述第六连杆的角速度及角加速度：由于所述第六连杆与所述第四连杆固连，则其相应的转动参数可表示为：式1.15中，Δθ64为已知设计值。同时，所述第六连杆的末端端点的位置可根据所述第四连杆和所述第六连杆的长度，以及第三端点与第六端点之间的距离确定，具体求解公式如下：其中，L36表示所述第三端点和所述第六端点之间的距离，为已知设计值；(x4,y4)为第四端点的位置坐标；(x5,y5)为第五端点的位置坐标；(x6,y6)为第六端点的位置坐标。较优的，所述步骤4)中，按照下列公式计算第二摇臂的角速度及角加速度：其中，(x7,y7)为固端点的位置坐标；L7为第七连杆的长度，为已知值；结合式1.8、式1.12和式1.13，可知所述第二摇臂的转动角位移θ9、角速度ω9、角加速度α9分别如下：较优的，所述步骤5)中，利用MATLAB程序进行双摇臂的角速度、转动角位移及角加速度的仿真和比较。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种高速滚床平行摇杆机构设计评价方法，能够有效实现对高速滚床平行摇杆机构的设计合格性评价，预测高速滚床平行摇杆机构的平稳性，防止设计失误，本方法还可以通过MATLAB绘制双摇臂运行位置曲线，从而更加精确地对双摇臂运动情况进行对比，进一步精确预测双摇臂运行平稳情况。附图说明图1是本专利技术简化后的图。图2是利用MATLAB程序实现双摇臂运动情况预测的程序流程图。图3是利用本方法的传动机构基于MATLAB的仿真下多点处的位置姿态图。图4是利用MATLAB仿真实现的连杆L3的角位移变化图。图5是利用MATLAB仿真实现的连杆L4的角位移变化图。图6是利用MATLAB仿真实现的连杆的L5角位移变化图。图7是利用MATLAB仿真实现的连杆的L9角位移变化图。图8是利用MATLAB仿真实现的L3和连杆L4的角速度变化图。图9是利用MATLAB仿真实现的L5的角速度变化图。图10是利用MATLAB仿真实现的连杆L9的角速度变化图。图11是利用MATLAB仿真实现的L3和连杆L4的角加速度变化图。图12是利用MATLAB仿真实现的L5的角加速度变化图。图13是利用MATLAB仿真实现的连杆L9的角加速度变化图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：如图1，一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法，包括以下步骤：1)建立传动机构结构简图，将驱动件的旋转中心点1)处设定为原点，建立平面直角坐标系XOY；如图1所示，为传动机构结构数学模型简图，将驱动件的旋转中心点1处设定为原点，建立平面直角坐标系XOY。各杆的两端的端点一次排列为点1、2、3、……、9，各连杆的杆长分别为L1(点1与点4之间连线长度)、L2、L3、……、L9，其方位角(即每一个连杆与Y轴的夹角)分别为θ1、θ2、θ3、……、θ9。2)将第一点1至第六点6作为一个整体，简化成四连杆机构，计算第一摇臂L5)的角速度及角加速度；由于传动机构为九连杆机构，涉及多连杆及其端点复杂的运动参数的求解，为简化分析过程，将点1到点6包含的多根连杆作为主要研究对象。同时，连杆L4、L5、L6为固结在一起的组件，在分析过程中可将它们作为一根杆件，则点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法，其特征是：包括以下步骤：1)建立传动机构结构简图，将驱动件的旋转中心点(1)处设定为原点，建立平面直角坐标系(XOY)；2)将第一端点(1)至第六端点(6)作为一个整体，简化成四连杆机构，计算第一摇臂(L5)的角速度及角加速度；3)根据各个连杆之间的连接关系，计算第六连杆(L6)的角速度和角加速度以及位置；4)根据步骤3)中的结果计算第二摇臂(L9)的角速度及角加速度；5)比较在各个驱动量下，所述第一摇臂(L5)和所述第二摇臂(L9)的角速度以及角加速度是否一致：如是，则设计合格，如不是，则设计不合格。

【技术特征摘要】
1.一种高速滚床平行摇臂结构设计评价方法，其特征是：包括以下步骤：1)建立传动机构结构简图，将驱动件的旋转中心点(1)处设定为原点，建立平面直角坐标系(XOY)；2)将第一端点(1)至第六端点(6)作为一个整体，简化成四连杆机构，计算第一摇臂(L5)的角速度及角加速度；3)根据各个连杆之间的连接关系，计算第六连杆(L6)的角速度和角加速度以及位置；4)根据步骤3)中的结果计算第二摇臂(L9)的角速度及角加速度；5)比较在各个驱动量下，所述第一摇臂(L5)和所述第二摇臂(L9)的角速度以及角加速度是否一致：如是，则设计合格，如不是，则设计不合格。2.如权利要求1所述的高速滚床平行摇臂结构设计评价方法，其特征是：所述步骤2)中，按照下列步骤计算所述第一摇臂(L5)的角速度及角加速度：21)由第三点(3)的坐标值按照下列公式建立等量关系：其中，(x3，y3)为第三端点(3)在XOY坐标系中的坐标值；L2是第二连杆(L2)的设计长度；L3是第三连杆(L3)的设计长度；L4是第四连杆(L4)的设计长度；X14为第四端点(4)与第一端点(1)的横坐标差；Y14为第三端点(3)与第一端点(1)的纵坐标差；θ1为电机输入的初始角位移；θ2为第二端点(2)与Y轴的夹角，当θ1已知时，其为已知；θ3为第三端点(3)与Y轴的夹角，当θ1已知时，其为已知；θ4为第四端点(4)与Y轴的夹角，当θ1已知时，其为已知；22)按照下列公式计算所述第三连杆(L3)和所述第四连杆(L4)的角速度ω3，ω4；将θ1的值代入式(1.3)中，并应用三角函数求导公式：将式(1.3)方程组两边对时间求一阶导数，可得到四连杆机转动的角速度方程为：其中，ω2、ω3和ω4分别表示第二连杆(L2)、第三连杆(L3)和第四连杆(L4)的转动角速度，其中，当驱动位移ω1已知时，ω2为已知，正向为垂直于纸面向上；以ω3和ω4为待求变量，将式(1.5)转换成矩阵形式，即连杆转角的矩阵方程，可表示为：根据式(1.6)，可求得第三连杆(L3)和第四连杆(L...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐倩，宋军，彭龙，冯琪翔，刘志涛，邓峰，刘宗敏，马帅，郭伏雨，卢晓冬，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50