一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置。其技术方案是，该实验装置能实现四连杆机构和曲柄滑块机构间相互转换。滑块（3）固定在导轨（2）上，曲柄（9）、连杆（7）和摇杆（5）通过对应的第一旋转副（8）、第二旋转副（6）和第三旋转副（4）组成四连杆机构；拆去四连杆机构中的摇杆（5），滑块（3）的套筒轴装入连杆（7）的套筒，滑块（3）与导轨（2）松开，组成曲柄滑块机构。每个旋转副的间隙通过改变各自套筒的内径实现，移动副（11）的间隙通过改变衬板（13）的厚度实现。本实用新型专利技术结构简单和机构转换方便，能实现旋转副和移动副间隙的灵活调整，从而能准确测试旋转副和移动副的间隙对平面四杆机构动态特性的影响。

An experimental device for studying the dynamic characteristics of planar four-bar mechanism

The utility model relates to an experimental device for studying the dynamic characteristics of a plane four-bar mechanism. The technical scheme is that the experimental device can realize the mutual conversion between the four-bar mechanism and the crank slider mechanism. The slider (3) is fixed on the guide rail (2), the crank (9), the connecting rod (7) and the rocker (5) form a four-bar mechanism through the corresponding first rotating pair (8), the second rotating pair (6) and the third rotating pair (4); the rocker (5) in the four-bar mechanism is removed, the sleeve shaft of the slider (3) is installed into the sleeve of the connecting rod (7), and the slider (3) and the guide rail (2) are loosened to form a crank sliding mechanism Block mechanism. The clearance of each rotating pair is realized by changing the inner diameter of the respective sleeve, and the clearance of the moving pair (11) is realized by changing the thickness of the lining plate (13). The utility model has simple structure and convenient mechanism conversion, can realize flexible adjustment of the clearance between the rotating pair and the moving pair, and can accurately test the influence of the clearance between the rotating pair and the moving pair on the dynamic characteristics of the plane four-bar mechanism.

【技术实现步骤摘要】
一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置
本技术属于平面四杆机构实验装置。具体涉及一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置。
技术介绍
平面四杆机构是机床、机器人甚至航空航天领域广泛使用的核心机构，牛头刨床、六自由度并联机器人以及卫星天线的结构都是基于四杆机构而设计的，平面四杆机构的研究程度直接影响到航空航天、制造业等的质量。现在的机床、机器人、航天机构之间的杆件连接都需要旋转副、移动副，这些运动副间必然存在的间隙，对机构的动态特性、执行部分的精度、稳定性有很大影响。基于上述原因，很多学者都利用四杆机构的实验平台研究平面四连杆机构，当前广泛使用的实验平台主要以曲柄滑块机构的形式出现，样式单一，只能研究曲柄滑块机构；旋转副间隙是通过改变销轴连接处轴的外径或者孔的内径加以实现的，移动副间隙是通过改变滑块或者导轨的尺寸，所以，每次改变间隙值都需要加工更换不同的杆件，这样不仅安装更换麻烦，还会增加加工成本。
技术实现思路
本技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种结构简单、机构转换方便的用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置，该实验装置能准确测试旋转副和移动副的间隙对平面四杆机构动态特性的影响。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：所述实验装置为四连杆机构和曲柄滑块机构间相互转换的装置。所述实验装置包括电机、曲柄、连杆、摇杆、滑块和导轨。所述曲柄的两端设有套筒轴，两个套筒轴的轴线均与曲柄的中心线垂直；所述连杆的两端对称地固定有套筒孔，两个套筒孔的孔中心线均与连杆的中心线垂直；所述摇杆的一端设有套筒孔，摇杆的另一端固定有套筒轴，套筒轴的轴线和套筒孔的中心线均与摇杆的中心线垂直。所述滑块为长方体与套筒轴组成的整体，长方体的中心位置处开有矩形通孔，矩形通孔的孔中心线与长方体的长边平行，套筒轴水平地固定于长方体的侧面，套筒轴的轴线与矩形通孔的中心线垂直，长方体的上平面和下平面对称地开有两个与矩形通孔相通的竖直螺孔，四个竖直螺孔中心线均与矩形通孔中心线垂直且相交。连杆7两端的套筒孔和摇杆一端的套筒孔均装有套筒，每个套筒孔的孔径相同，套筒孔孔径为25～35mm，套筒孔孔径与套筒外径的名义尺寸相同；曲柄两端的套筒轴和摇杆另一端的套筒轴的轴径相同，每个套筒的内壁与套筒轴的间隙为0～2mm。所述四连杆机构的结构是：曲柄一端的套筒轴与电机的输出轴通过联轴器轴连接，曲柄另一端的套筒轴装入连杆一端的套筒内，摇杆一端的套筒轴装入连杆另一端的套筒内，滑块的套筒轴装入摇杆另一端的套筒内；导轨穿过滑块的矩形通孔，螺栓通过滑块的竖直螺孔将滑块固定在导轨上。所述曲柄滑块机构是：在四连杆机构的结构基础上，拆去摇杆，滑块的套筒轴装入连杆另一端的套筒内；松开拧在滑块竖直螺孔的螺栓，滑块与导轨活动连接。滑块的矩形通孔的四面与导轨的间隙均为2mm，矩形通孔的四面分别固定有衬板，每个衬板的厚度相同，厚度为0～2mm。所述导轨的两端水平地固定在导轨支座上。上述技术方案中：曲柄的套筒轴和连杆一端套筒孔装有的套筒构成第一旋转副；连杆另一端套筒孔装有的套筒与摇杆一端的套筒轴构成第二旋转副；摇杆另一端套筒孔装有的套筒与滑块的套筒轴构成第三旋转副或连杆的另一端套筒孔装有的套筒与滑块的套筒轴构成第三旋转副；滑块的矩形通孔内固定的衬板与导轨构成移动副。在第三旋转副的套筒轴、第二旋转副的套筒轴和第一旋转副的套筒轴的端部分别装有编码器，以采集角位移信号；在滑块、摇杆、连杆和曲柄的质心位置处分别装有加速度传感器。每个编码器和每个加速度传感器通过各自信号线与信号采集卡连接，信号采集卡与计算机连接，计算机内装有处理信号的Labview软件，Labview软件将采集到的时域信号转变成频域信号，即通过Labview软件对各角位移信号分别进行一阶求导和二阶求导，得到各旋转副的角速度和角加速度；再通过Labview软件对采集到的各加速度信号分别进行一次积分和二次积分，分别得到滑块、摇杆、连杆和曲柄各自质心的速度和位移，以便研究平面四杆机构动态特性。本技术通过更换不同内径的套筒和不同厚度的衬板改变运动副间隙值，再对改变运动副间隙后的实验装置进行测试，能准确测试旋转副和移动副的间隙对平面四杆机构动态特性的影响，以分析不同运动副间隙所测试的动态性能参数，遴选合适的运动副间隙。由于采用上述技术方案，本技术与现有技术相比具有如下积极效果：第一：四杆机构和曲柄滑块机构能在同一装置中相互转换使用，滑块与导轨之间的固定和移动，只需拧紧或松开与滑块的竖直螺孔螺纹连接的螺栓即可，极大地简化了平面四杆机构，结构更加紧凑和轻量化；第二：本技术采用套筒而不是采用轴承作为旋转副的部件，避免了轴承的游隙等因素的影响，套筒加工方便，对于不同间隙的旋转副，只需改变套筒的内径即可，避免了加工和更换曲柄、连杆、摇杆和滑块，不仅节省加工成本，且便于改变旋转副间隙；第三：本技术采用衬板作为移动副部件，只需要改变衬板的厚度就可以改变移动副间隙，避免加工更换导轨或滑块，而且可以避免滑块的矩形通孔磨损更换的问题；第三旋转副、第二旋转副和第一旋转副的间隙分别通过改变套筒的内径实现，移动副的间隙通过改变衬板的厚度实现，更换方便。第四：本技术所有旋转副轴向固定都是通过螺母、套筒及套筒两侧的轴承配合紧固，滑块与导轨的紧固是通过拧紧与滑块的竖直螺孔螺纹连接的螺栓实现，故结构简单和拆装方便。因此，本技术具有结构简单和机构转换方便，能实现旋转副和移动副间隙灵活调整，从而能准确测试旋转副和移动副的间隙对平面四杆机构动态特性的影响。附图说明图1是本技术的一种四连杆机构示意图；图2是图1的俯视示意图；图3是本技术一种曲柄滑块机构示意图；图4是图3的俯视示意图；图5是图1～图4中旋转副的结构示意图；图6是图1～图4中滑块3主视示意图；图7是图6的俯视示意图；图8是图6的左视示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步的描述，并非对其保护范围的限制：实施例1一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置。所述实验装置为四连杆机构和曲柄滑块机构间相互转换的装置。如图1和图2所示，所述实验装置包括电机10、曲柄9、连杆7、摇杆5、滑块3和导轨2。如图2和图4所示，所述曲柄9的两端设有套筒轴，两个套筒轴的轴线均与曲柄9的中心线垂直；所述连杆7的两端对称地固定有套筒孔，两个套筒孔的孔中心线均与连杆7的中心线垂直；所述摇杆5的一端设有套筒孔，摇杆5的另一端固定有套筒轴，套筒轴的轴线和套筒孔的中心线均与摇杆5的中心线垂直。如图1～图4和图6～图8所示，所述滑块3为长方体与套筒轴组成的整体，长方体的中心位置处开有矩形通孔，矩形通孔的孔中心线与长方体的长边平行，套筒轴水平地固定于长方体的侧面，套筒轴的轴线与矩形通孔的中心线垂直，长方体的上平面和下平面对称地开有两个与矩形通孔相通的竖直螺孔12，四个竖直螺孔12中心线均与矩形通孔中心线垂直且相交。如图1～图4所示，连杆7两端的套筒孔和摇杆5一端的套筒孔均装有套筒，每个套筒孔的孔径相同，套筒孔孔径均为30mm，套筒孔孔径与套筒外径的名义尺寸相同；曲柄9两端的套筒轴和摇杆5另一端的套筒轴的轴径相同，每个套筒内壁与套筒轴的间隙为1mm。如图1～图2所示，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置，其特征在于所述实验装置为四连杆机构和曲柄滑块机构间相互转换的装置；所述实验装置包括电机(10)、曲柄(9)、连杆(7)、摇杆(5)、滑块(3)和导轨(2)；所述曲柄(9)的两端设有套筒轴，两个套筒轴的轴线均与曲柄(9)的中心线垂直；所述连杆(7)的两端对称地固定有套筒孔，两个套筒孔的孔中心线均与连杆(7)的中心线垂直；所述摇杆(5)的一端设有套筒孔，摇杆(5)的另一端固定有套筒轴，套筒轴的轴线和套筒孔的中心线均与摇杆(5)的中心线垂直；所述滑块(3)为长方体与套筒轴组成的整体，长方体的中心位置处开有矩形通孔，矩形通孔的孔中心线与长方体的长边平行，套筒轴水平地固定于长方体的侧面，套筒轴的轴线与矩形通孔的中心线垂直，长方体的上平面和下平面对称地开有两个与矩形通孔相通的竖直螺孔(12)，四个竖直螺孔(12)中心线均与矩形通孔中心线垂直且相交；连杆(7)两端的套筒孔和摇杆(5)一端的套筒孔均装有套筒，每个套筒孔的孔径相同，套筒孔孔径为25～35mm，套筒孔孔径与套筒外径的名义尺寸相同；曲柄(9)两端的套筒轴和摇杆(5)另一端的套筒轴的轴径相同，每个套筒的内壁与套筒轴的间隙为0～2mm；所述四连杆机构的结构是：曲柄(9)一端的套筒轴与电机(10)的输出轴通过联轴器轴连接，曲柄(9)另一端的套筒轴装入连杆(7)一端的套筒内，摇杆(5)一端的套筒轴装入连杆(7)另一端的套筒内，滑块(3)的套筒轴装入摇杆(5)另一端的套筒内；导轨(2)穿过滑块(3)的矩形通孔，螺栓通过滑块(3)的竖直螺孔(12)将滑块(3)固定在导轨(2)上；所述曲柄滑块机构是：在四连杆机构的结构基础上，拆去摇杆(5)，滑块(3)的套筒轴装入连杆(7)另一端的套筒内；拧开安装在滑块(3)竖直螺孔(12)的螺栓，滑块(3)与导轨(2)活动连接；滑块(3)的矩形通孔的四面与导轨(2)的间隙均为2mm，矩形通孔的四面分别固定有衬板(13)，每个衬板(13)的厚度相同，厚度为0～2mm。...

【技术特征摘要】
1.一种用于研究平面四杆机构动态特性的实验装置，其特征在于所述实验装置为四连杆机构和曲柄滑块机构间相互转换的装置；所述实验装置包括电机(10)、曲柄(9)、连杆(7)、摇杆(5)、滑块(3)和导轨(2)；所述曲柄(9)的两端设有套筒轴，两个套筒轴的轴线均与曲柄(9)的中心线垂直；所述连杆(7)的两端对称地固定有套筒孔，两个套筒孔的孔中心线均与连杆(7)的中心线垂直；所述摇杆(5)的一端设有套筒孔，摇杆(5)的另一端固定有套筒轴，套筒轴的轴线和套筒孔的中心线均与摇杆(5)的中心线垂直；所述滑块(3)为长方体与套筒轴组成的整体，长方体的中心位置处开有矩形通孔，矩形通孔的孔中心线与长方体的长边平行，套筒轴水平地固定于长方体的侧面，套筒轴的轴线与矩形通孔的中心线垂直，长方体的上平面和下平面对称地开有两个与矩形通孔相通的竖直螺孔(12)，四个竖直螺孔(12)中心线均与矩形通孔中心线垂直且相交；连杆(7)两端的套筒孔和摇杆(5)一端的套筒孔均装有套筒，每个套筒孔的孔径相同，套筒孔孔径为25～35mm，套筒孔孔径与套...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴东，陈波，孔建益，曾镛，郭东生，刘源泂，刘怀广，孙伟，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42