包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

1、目 錄摘 要IABSTRACTII1 緒論11.1我國商品運(yùn)輸包裝及技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展11.2振動(dòng)機(jī)械51.2.1振動(dòng)機(jī)械分類及國內(nèi)振動(dòng)機(jī)械新技術(shù)51.2.2振動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行軌跡51.2.3國內(nèi)振動(dòng)機(jī)械發(fā)展趨勢62 振動(dòng)的基本理論72.1振動(dòng)激勵(lì)函數(shù)72.2 簡諧振動(dòng)92.2.1簡諧振動(dòng)的表示法92.2.2簡諧振動(dòng)的合成122.2.3周期振動(dòng)的諧波分析132.2.4非周期函數(shù)的連續(xù)頻譜153包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析173.1包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求173.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性分析173.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成類型及應(yīng)用173.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成173.3.2鉸鏈四

2、桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用183.4平面四桿機(jī)構(gòu)急回特性分析203.4.1擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)急回特性分析213.4.2曲柄滑塊結(jié)構(gòu)急回特性213.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)243.5.1最小傳動(dòng)角min的確定243.5.2行程速比系數(shù)k的確定253.5.3優(yōu)化設(shè)計(jì)253.5.4總體尺寸最小目標(biāo)函數(shù)的建立273.5.5對最小傳動(dòng)角的約束273.6包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與制造293.6.1設(shè)計(jì)要點(diǎn)與制造要點(diǎn)293.6.2包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)293.6.3根據(jù)已知運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算機(jī)構(gòu)中各桿的桿長313.6.4確定機(jī)構(gòu)的局部的安裝尺寸333.6.5電動(dòng)機(jī)的選擇334 包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計(jì)354.1垂直振動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)354.1.1垂直振動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成354.1.2水平振動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)385 包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)仿真分析395.1連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析與仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)395.1.1參數(shù)化構(gòu)件庫的建立及實(shí)體裝配405.1.2裝配信息的提取與轉(zhuǎn)化405.2結(jié)構(gòu)分解及型轉(zhuǎn)化單元的分析模415.3運(yùn)動(dòng)分析與仿真的實(shí)現(xiàn)415.4算例425.5結(jié)論435.6對該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析445.6.1危險(xiǎn)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)曲線445.6.2基于solidworks的構(gòu)件的應(yīng)力分析48總結(jié)52致謝53參考文獻(xiàn)54包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析摘 要任何產(chǎn)品在運(yùn)輸、使用、保存中或多或

4、少都會(huì)產(chǎn)生一些碰撞、振動(dòng),使產(chǎn)品在某一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生不良，甚至發(fā)生疲勞，影響產(chǎn)品在工作中的正常性能。為了能盡量避免這種情況的發(fā)生和提前發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品工作之前的性能問題，本論文設(shè)計(jì)一款可分別用于水平和垂直振動(dòng)，也可用于復(fù)合振動(dòng)的包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其能有效地再現(xiàn)在多種環(huán)境下所產(chǎn)生的各種振動(dòng)情況；也可以模擬產(chǎn)品在制造、組裝、運(yùn)輸及使用執(zhí)行階段中所遭遇的各種環(huán)境；鑒定產(chǎn)品是否具有忍受環(huán)境振動(dòng)的能力。包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要采用桿機(jī)構(gòu)，成本低、結(jié)構(gòu)簡單和緊湊。并利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析和模擬其振動(dòng)過程，實(shí)現(xiàn)振幅015mm的振動(dòng)設(shè)計(jì)，基本能滿足產(chǎn)品在運(yùn)輸中的振動(dòng)模擬實(shí)驗(yàn)。關(guān)鍵詞：包裝運(yùn)輸；模擬

5、振動(dòng)STRUCTURAL DESIGN AND ANALYSIS OF THE SIMULATED VIBRATION EXPERIMENTAL PLATFORM FOR PACKING AND SHIPPINGABSTRACTAny product will more or less have some impact and vibration in the transportation、using and preservation,which makes the products have some negative effects, or even fatigue,affecting t

6、he normal performance of work of the producs. In order to avoid this situation and find the performance problems in advance,this thesis is to design a machine which can be used for horizontal and vertical vibration. And it can also be used for packaging and shipping of the composite vibration simula

7、ted vibration experimental platform.It can effectively generate the vibration of the situation under a variety of environments and analog products in the manufacture, assembly, transportation and using under the various environments encountered in the implementation phase; identificating whether the

8、 product has the ability to tolerate environmental vibration.Packaging and transportation of simulated vibration experimental platform is mainly made of bar linkage; which has a low cost, simple and compact structure. And at the same time ,using 3D design software for motion simulation analysis and

9、simulation of the vibration process, realising the amplitude of 0 15mm vibration design and meeting the simulated vibration experiment of the products in the transportation.KEY WORDS: packaging and transportation; simulated vibratiII1 緒論1.1我國商品運(yùn)輸包裝及技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展近些年，我國物流行業(yè)發(fā)展很快，并且已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的”熱點(diǎn)”之一，越來越受到各級政府、行

10、業(yè)協(xié)會(huì)和生產(chǎn)企業(yè)、流通企業(yè)的重視。筆者試就運(yùn)輸包裝在物流中的地位與作用，運(yùn)輸包裝與運(yùn)輸環(huán)境條件，運(yùn)輸對商品包裝的要求，運(yùn)輸包裝件基本要求、基本實(shí)驗(yàn)發(fā)展集裝化運(yùn)輸是物流行業(yè)發(fā)展的必由之路，纏繞包裝新技術(shù)是改革運(yùn)輸包裝、發(fā)展集裝化運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)工作等發(fā)表一些個(gè)人看法，與大家交流。(1)運(yùn)輸包裝在物流過程中的地位與作用運(yùn)輸是物流的重要環(huán)節(jié)，它使商品發(fā)生空間位移，同時(shí)保證商品的使用價(jià)值。商品包裝包括運(yùn)輸包裝和銷售包裝。商品的運(yùn)輸包裝不僅要能夠保證商品在運(yùn)輸過程中不改變商品的物理、化學(xué)性質(zhì)，不破損、不散失、不滲漏、不污染環(huán)境不降低使用價(jià)值，而且要能夠保證運(yùn)輸工具、裝卸人員的安全。并提高運(yùn)輸裝卸作業(yè)的效率。目

11、前，我國由于包裝不善等原因造成商品經(jīng)濟(jì)損失的價(jià)值每年仍有140億元之巨。其中，因運(yùn)輸包裝不當(dāng)發(fā)生在運(yùn)輸過程的損失占80左右。造成商品損失最普遍的形式有下列四種：破損破損即商品在物流過程中因外部環(huán)境因素致使產(chǎn)生機(jī)械損壞或變形而喪失使用價(jià)值。如我國年產(chǎn)480萬噸玻璃瓶，由于落后的包裝，其運(yùn)輸破損率超過16，達(dá)80萬噸，相當(dāng)于一個(gè)投資16億元的玻璃瓶廠一年的產(chǎn)量。平板玻璃運(yùn)輸時(shí)的破損雖經(jīng)多年的努力改進(jìn)，已使其綜合破損率由原來的8降至2.2，按2003年全國平板玻璃產(chǎn)量2，52億噸重量箱計(jì)算，年損失量仍在550萬重量箱左右。建筑陶瓷的運(yùn)輸破損率約為67。其他像儀器、家電等商品的運(yùn)輸破損亦相當(dāng)嚴(yán)重。散失

12、散失即物流過程中數(shù)量減少引起被運(yùn)商品部分損失。如我國糧食調(diào)運(yùn)時(shí)個(gè)別地區(qū)撒漏率曾高達(dá)4經(jīng)過多年努力最近已降至3.5年損失糧食約1O0億公斤,價(jià)值5億元。以1996年為例，我國糧食流通量約為1.5億噸左右，占糧食總產(chǎn)量的1.3。由于包裝不善造成糧食破包散失達(dá)1800萬噸，產(chǎn)后損失率達(dá)糧食總產(chǎn)量的1214.8。又如水泥在運(yùn)輸時(shí)損失率(主要為散失所致)約為3，年散失約900萬噸，價(jià)值18億多元。此外，像化肥農(nóng)藥、種籽等商品運(yùn)輸時(shí)的散失量也很突出。變質(zhì)商品在物流過程中,由于外部環(huán)境因素不符合要求使其性質(zhì)發(fā)生變化。各類鮮貨(肉、蛋、水產(chǎn)品)水果、蔬菜、食品等極易變質(zhì)。如1983年全國收購豬肉797.5萬噸

13、由于變質(zhì)損失金額達(dá)1000萬元以上。近幾年,對肉食品實(shí)行分割包裝后，損失已大大降低；雞蛋的損失率也已從7降至3以下。據(jù)統(tǒng)計(jì),在全國流通環(huán)節(jié)中。每年有810的水產(chǎn)品受損，數(shù)量多達(dá)18萬噸以上，損失金額約3.61億元。據(jù)測算，全國每年鮮果損失達(dá)80萬噸以上。滲漏污染由于運(yùn)輸包裝不當(dāng)，造成商品滲漏及商品內(nèi)含有害物、夾雜物增加或商品產(chǎn)生的有害物污染了環(huán)境。如藥品、農(nóng)藥、化妝品、化工產(chǎn)品、低燃點(diǎn)礦產(chǎn)品，運(yùn)輸時(shí)易發(fā)生燃燒(爆炸)、腐蝕、致毒、放射性輻射等情況。因運(yùn)輸包裝不善我國向日本出口的黃磷曾經(jīng)在公海上燃燒起火。出現(xiàn)上述不安全現(xiàn)象的誘發(fā)條件，首先是商品所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即位移速度和加速度因素。商品位移時(shí)必

14、會(huì)處于動(dòng)壓、沖擊、振動(dòng)(正弦振動(dòng)、穩(wěn)定隨機(jī)振動(dòng)、非穩(wěn)定振動(dòng))、跌落、搖擺等狀態(tài)，如包裝不慎就可能造成破損、散失現(xiàn)象。其次是與商品所處的環(huán)境因素有密切關(guān)系。如氣候條件：溫度、濕度、光度等：環(huán)境成分：如二氧化硫、硫化氫、臭氧、氨；環(huán)境壓強(qiáng)：氣壓、堆碼靜壓等；生物條件：蟻、鼠、霉菌等存在。此外，還有時(shí)間因素，時(shí)間越長商品越不安全。因此，物流過程中，運(yùn)輸包裝是基礎(chǔ)。運(yùn)輸包裝質(zhì)量的高低，再一定條件下決定著物流質(zhì)量的高低，影響著運(yùn)輸環(huán)節(jié)質(zhì)量的高低。現(xiàn)在的一些物流展覽會(huì)、交流會(huì)以及公司改制換名稱等，還是圍繞著倉儲(chǔ)運(yùn)輸、裝卸機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化做文章，大多脫離運(yùn)輸包裝這一重要環(huán)節(jié)，極易使物流系統(tǒng)變成缺少基礎(chǔ)

15、的“空中樓閣”。（2）發(fā)展新型商品包裝運(yùn)輸體系“原始包裝、野蠻裝卸”是我國近些年，特別是上半個(gè)世紀(jì)后期，對我國物流運(yùn)輸過程中商品運(yùn)輸質(zhì)量的概括。這個(gè)評價(jià)碎步全面、確切，但在一定程度是反映了問題的嚴(yán)重性。必須指出，物流過程如何保證商品質(zhì)量是一個(gè)系統(tǒng)工程。集裝單元化運(yùn)輸技術(shù)可廣泛用于鐵路、水運(yùn)、陸運(yùn)、航空運(yùn)輸業(yè)。所用器具有集裝架、集裝箱集裝袋集裝籠和捆包、托盤等。它們具有固定尺寸規(guī)格和足夠強(qiáng)度。能多次重復(fù)使用，且便于快速裝卸中轉(zhuǎn)運(yùn)輸?shù)牟僮鳌＝?jīng)濟(jì)效益十分可觀。例如。平板玻璃國外較早采用專用集裝架或集裝箱裝運(yùn)。可使運(yùn)輸質(zhì)量大為提高。我國也已設(shè)計(jì)出A型L型H型和HL型各類折疊式專用集裝架5大類11種。特

16、別是HL型框架折疊式集裝架和整體套裝式集裝架功能齊全、性能好。其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定裝取容易、可多層堆碼。不用時(shí)可折疊成較小體積。靈活方便。株洲玻璃廠近年來采用集裝箱運(yùn)輸平板玻璃已獲得較好的效益。該廠原用小木箱塞木絲減震的方法包裝1。運(yùn)輸時(shí)平板玻璃破損4左右；后改用大型木制集裝箱。其內(nèi)用聚苯乙烯泡沫塑料作緩；中材料。每箱裝平板玻璃12.5噸。運(yùn)輸破損率降至1以下。還減少了木材消耗。由原來板耗0.02立方米，重量箱減至0。006立方米，重量箱。目前。我國平板玻璃集裝化比重較高。約為總產(chǎn)量的40左右。與原木箱包裝比較。年節(jié)約木材45萬立方米。節(jié)約包裝費(fèi)近億元。此外。青島、上海、武漢、廣州等地玻璃廠生產(chǎn)的瓶罐類

17、產(chǎn)品。使用托盤集裝方法實(shí)行本地區(qū)直達(dá)用戶的門對門運(yùn)輸后。破損率由原麻袋包裝運(yùn)輸時(shí)的57降至0。5以下。效果顯著。其他商品改用集裝單元化運(yùn)輸后均取得較好效果。如某摩托車廠的摩托車改用集裝箱直接發(fā)運(yùn)。實(shí)驗(yàn)兩年來共發(fā)運(yùn)4。4萬輛。節(jié)約原包裝用木材達(dá)1100立方米。并節(jié)約運(yùn)輸包裝費(fèi)77萬元。某紡織機(jī)械廠生產(chǎn)的11種配件采用集裝箱運(yùn)輸。試用一年節(jié)約包裝木材3066立方米。中高檔瓷器過去鐵路運(yùn)輸破損率為34。有的高達(dá)8。天津市曾試用集裝箱發(fā)貨1026噸。破損率降至1以下。還杜絕了商品丟失現(xiàn)象。集裝單元化運(yùn)輸商品的優(yōu)越性還表現(xiàn)在：極有利于水、陸、空不同運(yùn)輸方式的多式聯(lián)運(yùn)2。易實(shí)現(xiàn)”門對門”運(yùn)輸。既可縮短運(yùn)輸

18、時(shí)間。又可節(jié)約費(fèi)用。鄭州集裝中心將沿海港口的進(jìn)出口f-Jp的功能延伸至內(nèi)地?？芍苯釉卩嵵蒡?yàn)關(guān)、封箱。實(shí)現(xiàn)鐵路、公路、海陸集裝聯(lián)運(yùn)。從此。由鄭州至連云港、青島港、天津港的汽車集裝運(yùn)輸只需12天。鄭州到上海港、蛇口港只需24天。然后即可出港。(3)纏繞包裝技術(shù)是改革運(yùn)輸包裝的方向“包裝現(xiàn)代化、裝卸機(jī)械化、運(yùn)輸集裝化、倉儲(chǔ)貨架化，管理信息化”是實(shí)施運(yùn)輸包裝改革、促進(jìn)物流產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本原則與內(nèi)容。纏繞包裝技術(shù)是近年來在運(yùn)輸包裝領(lǐng)域涌現(xiàn)出來的一種現(xiàn)代化的新技術(shù)，是推進(jìn)集裝化運(yùn)輸和物流產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。該技術(shù)是國際上在20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。它采用特定配方與工藝技術(shù)制成的纏繞拉伸薄膜，通過應(yīng)用先

19、進(jìn)電子技術(shù)和精湛的機(jī)械制造工藝制成的纏繞包裝機(jī)，將各種外形規(guī)則或不規(guī)則的產(chǎn)品包裹成一個(gè)整體，使貨物能受到保護(hù)，防止擦傷、碰傷，不破損、不散失，減少因包裝不善帶來的經(jīng)濟(jì)損失。纏繞包裝技術(shù)具有防曬、防水、防潮、防盜、保持貨物(產(chǎn)品)清潔的作用，有效地保證貨物(產(chǎn)品)在運(yùn)輸和倉儲(chǔ)過程中不改變物理、化學(xué)性能，不降低使用價(jià)值。纏繞包裝技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠改變產(chǎn)品原始落后的包裝，而且能提高單元載荷率，提高裝卸、運(yùn)輸作業(yè)效率；保證裝卸人員、運(yùn)輸工具的安全，是發(fā)展集裝化運(yùn)輸和物流產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)；可使貨物(產(chǎn)品)包裝美觀漂亮，提高產(chǎn)品檔次，特別是適應(yīng)我國加入世界貿(mào)易組織后與國際產(chǎn)品包裝接軌的需要，提高產(chǎn)品在市場上的競

20、爭力。纏繞包裝技還可以大大降低貨物(產(chǎn)品)包裝費(fèi)用，提高業(yè)企業(yè)和物流企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這也是纏繞包技術(shù)能夠快速發(fā)展的關(guān)鍵所在。纏繞包裝技術(shù)帶來的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。例如，一個(gè)年產(chǎn)5萬噸的中型造紙廠，從使用牛皮紙包裝改變成纏繞包裝后，其包裝費(fèi)用由原來的3550元噸降低到1115元噸，年可降低包裝費(fèi)用120萬元左右；連同纏繞包裝帶來的防潮作用而杜絕了紙張性能改變的現(xiàn)象以及減少向客戶進(jìn)行賠償在內(nèi)，年可增加經(jīng)濟(jì)效益400萬元左右3。再如，一個(gè)年產(chǎn)2000噸地毯絲的化纖地毯廠，4個(gè)紗錠為1個(gè)單元，原來用紙箱包裝，改為纏繞包裝后，單件包裝費(fèi)只需046元單元，只是原紙箱包裝費(fèi)用的120，年可節(jié)省包裝費(fèi)用40萬元

21、。一個(gè)生產(chǎn)衛(wèi)生潔具一一坐便器的中外合資企業(yè)，由原單個(gè)木箱包裝改為12個(gè)產(chǎn)品為一個(gè)單元的托盤纏繞包裝后，單元包裝費(fèi)用從原來的660元降至4585元(裹包3層，單元耗膜費(fèi)用僅為4元左右)。一個(gè)年產(chǎn)1萬噸的小型耐火材料企業(yè)，從原來的塑料袋、纖維板(三合板)、鐵護(hù)角、鋼帶包裝改為纏繞包裝后，單元包裝費(fèi)用從原來的150180元降至40元(裹包3層，單元耗膜費(fèi)用僅為4元左右)，年節(jié)省包裝費(fèi)110萬元。一個(gè)生產(chǎn)碳素的外資企業(yè)，產(chǎn)品用木箱包裝，包裝費(fèi)為800元左右；改用托盤纏繞包裝后，僅花費(fèi)纏繞膜費(fèi)用為1011元(裹包10層)。因此，應(yīng)當(dāng)大力發(fā)展與推廣應(yīng)用纏繞包裝技術(shù)。1.2振動(dòng)機(jī)械1.2.1振動(dòng)機(jī)械分類及國

22、內(nèi)振動(dòng)機(jī)械新技術(shù)振動(dòng)機(jī)械可分為慣性式非共振類振動(dòng)機(jī)、慣性式線性近共振雙質(zhì)體振動(dòng)機(jī)、慣性式非線性近共振雙質(zhì)體振動(dòng)機(jī)、彈性連桿式近共振雙質(zhì)體振動(dòng)機(jī)、電磙式近共振雙質(zhì)體振動(dòng)機(jī)、振動(dòng)給料、振動(dòng)輸送、振動(dòng)提升、振動(dòng)裝料、振動(dòng)壓實(shí)、振動(dòng)成型、振動(dòng)破碎等4。國內(nèi)振動(dòng)機(jī)械新技術(shù)1.預(yù)防長距離振動(dòng)輸送機(jī)產(chǎn)生彈性彎曲的新技術(shù)2.保持振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)穩(wěn)定的新技術(shù)3.消除構(gòu)件焊接內(nèi)應(yīng)力的新技術(shù)4.防止螺釘和螺帽松動(dòng)的新技術(shù)5.防止篩孔堵塞的技術(shù)6.提高篩面耐磨性的技術(shù)7.二次隔振減小傳給基礎(chǔ)振動(dòng)的技術(shù)8.減少振動(dòng)機(jī)起動(dòng)通過共振振幅的技術(shù)1.2.2振動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行軌跡振動(dòng)機(jī)械設(shè)備一向利用振動(dòng)電機(jī)作為簡單可靠而有效的激振力。振

23、動(dòng)電機(jī)在振動(dòng)體上不同的安裝組合形式，可產(chǎn)生不同的振動(dòng)軌跡，從而有效完成各種作業(yè)5。振動(dòng)電機(jī)在振動(dòng)機(jī)械使用方面表現(xiàn)主要有以下運(yùn)行軌跡：圓或橢圓振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在水平面上的投影是一條直線，而在垂直面上的投影為一圓或橢圓者，其振動(dòng)形式稱為圓或橢圓型振動(dòng)。通常將一臺(tái)振動(dòng)電機(jī)安裝在振動(dòng)機(jī)械機(jī)體上，既可產(chǎn)生這種運(yùn)動(dòng)。圓形或橢圓形振動(dòng)發(fā)生在與振動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸相垂直的平面上，其形式則看振動(dòng)電機(jī)與整機(jī)重心的相對位置而定。直線振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在水平面及垂直面上的投影都是直線者，其振動(dòng)形式稱為直線型振動(dòng)。將兩臺(tái)相同型號的振動(dòng)電機(jī)安裝在振動(dòng)機(jī)械機(jī)體上，使兩個(gè)轉(zhuǎn)軸處于互相平行的位置，運(yùn)行時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，則兩臺(tái)電

24、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必然同步，機(jī)體產(chǎn)生直線形振動(dòng)。復(fù)合振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)是由兩組激振系統(tǒng)產(chǎn)生的，其振動(dòng)形式稱為復(fù)合型振動(dòng)。一般有雙頻復(fù)合型及雙幅復(fù)合型兩種形式。某些特殊性能的振動(dòng)篩分設(shè)備，使用兩臺(tái)不同型號不同轉(zhuǎn)速的振動(dòng)電機(jī)，分裝于篩分機(jī)械的進(jìn)料端和出料端，使進(jìn)料端呈現(xiàn)大振幅低頻率的振動(dòng)，同時(shí)出料端呈現(xiàn)小振幅高頻率振動(dòng)，篩分機(jī)械的中部重疊兩種振動(dòng)，使篩分機(jī)械起到更有效的篩分作用。旋振動(dòng)：振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在水平面上的投影是一圓或橢圓者，其振動(dòng)形式稱為旋振動(dòng)。旋振動(dòng)又可分為平旋型振動(dòng)、渦旋型振動(dòng)、復(fù)旋型振動(dòng)三種形式。當(dāng)振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在垂直面上的投影為一水平直線者，其振動(dòng)形式稱為平旋型振動(dòng)；當(dāng)振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在垂

25、直面上的投影為一斜直線者，其振動(dòng)形式稱為渦旋型振動(dòng)；當(dāng)振動(dòng)體的振動(dòng)軌跡在垂直面上的投影為一圓或橢圓者，其振動(dòng)形式稱為復(fù)旋型振動(dòng)。通常由立式振動(dòng)電機(jī)激振的振動(dòng)機(jī)械產(chǎn)生旋振動(dòng)，其振動(dòng)形式則看立式振動(dòng)電機(jī)兩端激振塊的夾角而定。也可將兩臺(tái)臥式振動(dòng)電機(jī)安裝在振動(dòng)設(shè)備兩側(cè)，使其轉(zhuǎn)軸呈一設(shè)定的角度，則振動(dòng)機(jī)械也將產(chǎn)生旋振動(dòng)1.2.3國內(nèi)振動(dòng)機(jī)械發(fā)展趨勢1大力加強(qiáng)研究振動(dòng)機(jī)械理論與技術(shù)的研究,一方面深入開展振動(dòng)機(jī)械的基礎(chǔ)理論與工作機(jī)理的研究,如加強(qiáng)非線性振動(dòng)機(jī)的理論,振動(dòng)的穩(wěn)定性等,另一方面加強(qiáng)實(shí)際技術(shù)的應(yīng)用等,如篩面耐磨性和延長篩機(jī)壽命研究等6。2應(yīng)該大力開展振動(dòng)機(jī)械實(shí)際應(yīng)用的研究與開發(fā)工作,擴(kuò)大振動(dòng)技術(shù)的

26、應(yīng)用領(lǐng)域與范圍,將振動(dòng)機(jī)械廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域和各種工藝過程7。3特別要加強(qiáng)振動(dòng)機(jī)械技術(shù)與信息技術(shù),即多煤體技術(shù),集成電路技術(shù),光導(dǎo)纖維技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能技術(shù)的結(jié)合,使振動(dòng)機(jī)械的理論與技術(shù)成為一種以智力為依托的高新技術(shù)8。2 振動(dòng)的基本理論周期運(yùn)動(dòng)的最簡單形式是簡諧振動(dòng)。這種振動(dòng)的表示方法及特點(diǎn)是描述其它振動(dòng)形式的基礎(chǔ)。一般的周期振動(dòng)可以借助傅里葉級數(shù)表示成一系列簡諧振動(dòng)的疊加，該過程稱為諧波分析。非周期振動(dòng)則需要通過傅里葉積分作諧波分析9。2.1振動(dòng)激勵(lì)函數(shù)在振動(dòng)理論中，首先遇到的是振動(dòng)中的激勵(lì)函數(shù)，由于振動(dòng)激勵(lì)函數(shù)種類繁多，下面只就常見的幾種振動(dòng)激勵(lì)函數(shù)進(jìn)行簡單介紹。1.連續(xù)函數(shù)與離散

27、函數(shù)在連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)（t有定義的函數(shù)稱為連續(xù)時(shí)間函數(shù)，簡稱連續(xù)函數(shù)。僅在一些離散的瞬間有定義的函數(shù)稱為離散時(shí)間函數(shù)，簡稱離散函數(shù)。這里“離散”是指函數(shù)的定義域時(shí)間（或其它量）是離散的，它只取某些固定的值。2.周期函數(shù)周期函數(shù)是定義在（，）區(qū)間，每隔一定時(shí)間T（或整數(shù)N），按相同規(guī)律重復(fù)變化的函數(shù)。連續(xù)周期函數(shù)可表示為f(t)=f(t+mT),m=0,±1,±2離散周期函數(shù)可表示為f(k)=f(k+mT),m=0,±1,±2,k為離散值。3.實(shí)函數(shù)與復(fù)函數(shù)物理可實(shí)現(xiàn)的函數(shù)常常是時(shí)間t（或k）的函數(shù)（或序列），其在各時(shí)刻的函數(shù)（或序列）值為實(shí)數(shù)，稱為實(shí)函數(shù)。

28、函數(shù)（或序列）值為復(fù)數(shù)的函數(shù)稱為復(fù)函數(shù)。最常用的是復(fù)指數(shù)函數(shù)。連續(xù)時(shí)間的復(fù)指數(shù)函數(shù)可表示為f(t)=est, -<t<+式中復(fù)變量s=+jw，是s的實(shí)部，記作Res,w是s的虛部，記作Ims上式可展開為f(t)=e+jwt=etcos(wt)+jetsin(wt)可見，一個(gè)復(fù)指數(shù)函數(shù)可分解為實(shí)、虛兩部分，即Ref(t)= etcos(wt)Imf(t)= etsin(wt)兩者均為實(shí)函數(shù)。4. 沖激函數(shù)與階躍函數(shù)沖激函數(shù)沖激函數(shù)也稱單位脈沖(unit impulse)函數(shù)，用(t)表示，它具有以下性質(zhì)(t)=0 t0大于任何給定值，當(dāng)t0時(shí)；但有-+(t)dt=1并且 (t)= -

29、+(t)dt單位脈沖是一種極限脈沖，其物理意義可用圖 2-1-1來解釋。該圖說明，若將(t)看成是力函數(shù)，則(t)是圖(a)所示沖量為1的矩形脈沖在脈寬0 時(shí)的沖擊力的極限情況（圖(b)）。(t)具有力的量綱圖 2-1-1 圖2-1-2工程應(yīng)用中還定義了一種延時(shí)單位脈沖(tt')，其定義為t-t'=0,當(dāng)tt'時(shí)大于任何指定值，當(dāng)t=t'時(shí)；但有-+t-t'=1延時(shí)單位脈沖函數(shù)如圖2-1-2所示。單位脈沖函數(shù)又稱Dirac delta 函數(shù)或簡稱Dirac函數(shù)。Dirac函數(shù)有以下特性：（1）-+ptdt=p-+tdt=p,p為常數(shù)；（2）它的傅里葉變換

30、：f(t)=-+(t)e-jwtd(t)= -+(t)dt=1；這一特性表明，單位脈沖激振力提供白譜；（3） -+ytt-t'd(t)=y(t'), 0< t'< -+yt'td(t)=-y'(0)該式表明Dirac函數(shù)的抽樣特性。 （4） 尺度變換特性。設(shè)a為常數(shù)，則有t=1(t) -+'td(t)=05. 單位階躍函數(shù)單位階躍函數(shù)也稱階躍函數(shù)，用 (t) 表示，即t=0, t<012, t=o1, t>0單位階躍函數(shù)有以下特性：（1） -+'(t)y(t)d(t)=-+(t)y(t)d(t)=-+y'(

31、t)d(t)=y(0)（2） -+(t)y(t)d(t)=0+y(t)d(t)（3） -t(x)d(x)=0,t<0t,t>0激函數(shù)與階躍函數(shù)的關(guān)系為(t)=d(t)d(t),t=-txd(x)2.2 簡諧振動(dòng)2.2.1簡諧振動(dòng)的表示法1. 用正弦函數(shù)表示簡諧振動(dòng) 用時(shí)間t的正弦（或余弦）函數(shù)表示的簡諧振動(dòng)。其一般表達(dá)式為x=Asin(t+)式中A、a、 w分別稱為振幅、初相位和圓頻率，它們是表征簡諧振動(dòng)的三要素。 一次振動(dòng)循環(huán)所需的時(shí)間 T 稱為周期；單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)循環(huán)的次數(shù) f 稱為頻率。它們與圓頻率的關(guān)系為T=1/f=2/w,f=1/T=w/2其中，周期T的單位為秒（s），頻

32、率f的單位為赫茲（Hz），圓頻率w的位為弧度/秒（rad/s）。圖2-2-1描述了式（1-9）所示的運(yùn)動(dòng)，它可看成是該圖中左邊半徑為A的圓上一點(diǎn)沿圓周作等角速度w的運(yùn)動(dòng)時(shí)在x軸上的投影。圖2-2-1如果視x為位移，則簡諧振動(dòng)的速度和加速度就是位移表達(dá)式（1-9）關(guān)于時(shí)間t的一階和二階導(dǎo)數(shù)，即可見，若位移為簡諧函數(shù)，其速度和加速度也是簡諧函數(shù)，卻具有相同的頻率。只不過在相位上，速度和加速度分別超前位移/2和。可得到加速度與位移有如下關(guān)系即簡諧振動(dòng)的加速度大小與位移成正比，但方向總是與位移相反，始終指向平衡位置。這是簡諧振動(dòng)的重要特征。2.用旋轉(zhuǎn)矢量表示簡諧振動(dòng)在振動(dòng)分析中，簡諧振動(dòng)可以用平面上的

33、旋轉(zhuǎn)矢量表示。旋轉(zhuǎn)矢量OM的模為振幅A，角速度為圓頻率w，任一瞬時(shí)OM在縱軸上的投影ON即為簡諧振動(dòng)表達(dá)式，如圖2-2-2(a）所示。通常將這個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量畫成如圖2-2-2（b）所示。利用旋轉(zhuǎn)矢量能直觀形象地表示出上述位移、速度和加速度之間的關(guān)系，如圖2-2-2（c）所示。圖2-2-23.用復(fù)數(shù)表示簡諧振動(dòng)簡諧振動(dòng)也可以用復(fù)數(shù)表示。記記j=-1,復(fù)數(shù)z的實(shí)部和虛部可分別表示為因此，簡諧振動(dòng)的位移x與它的復(fù)數(shù)表示z的關(guān)系可寫為x=Im(z)用復(fù)數(shù)表示的簡諧振動(dòng)的速度加速度為其也可寫成式中是一復(fù)數(shù)，稱為復(fù)振幅。它包含了振動(dòng)的振幅和相角兩個(gè)信息。用復(fù)指數(shù)形式描述簡諧振動(dòng)將給運(yùn)算帶來很多方便。2.2.2

34、簡諧振動(dòng)的合成1.兩個(gè)同頻率振動(dòng)的合成有兩個(gè)同頻率的簡諧振動(dòng)這兩個(gè)簡諧振動(dòng)對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量分別是A1、A2。由于A1、A2的角速度相等，旋轉(zhuǎn)時(shí)它們之間的夾角(a1-a2)保持不變，它們的合矢量A也必然以相同的角速度w作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1-5所示。由矢量的投影定理可知，合矢量A在x軸上的投影等于其分矢量A1、A2在同一軸上投影的代數(shù)和，于是得出其中A=A1+A2即兩個(gè)同頻率簡諧振動(dòng)合成的結(jié)果仍然是簡諧振動(dòng)，其角頻率與原來簡諧振動(dòng)的相同，其振幅和初相角用式（1-20）確定。2、兩個(gè)不同頻率振動(dòng)的合成,有兩個(gè)不同頻率的簡諧振動(dòng)可見T就是x1與x2合成的周期。所以，當(dāng)頻率比為有理數(shù)時(shí)，可合成為周期振動(dòng)，但

35、不是簡諧振動(dòng)，合成振動(dòng)的周期是兩個(gè)簡諧振動(dòng)周期的最小公倍數(shù)。若w1與w2之比是無理數(shù)，則找不到這樣一個(gè)周期。因此，其合成振動(dòng)是非周期的。上式可表示為式中的正弦函數(shù)完成了幾個(gè)循環(huán)后，余弦函數(shù)才能完成一個(gè)循環(huán)。這是一個(gè)頻率為w的變幅振動(dòng)，振幅在2A與零之間緩慢地周期性變化。它的包絡(luò)線由確定。這種特殊的振動(dòng)現(xiàn)象稱為“拍”，或者說“拍”是一個(gè)具有慢變振幅的振動(dòng)，其拍頻為w，運(yùn)動(dòng)波形如圖2-2-3所示。拍的現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)測量頻率中是很有用的。圖2-2-32.2.3周期振動(dòng)的諧波分析工程技術(shù)中，許多振動(dòng)是非簡諧的，但它們是周期性的。設(shè)周期振動(dòng)x(t)的周期是T，則有X(t)=x(t+Nt)n=1,2,3,根據(jù)

36、傅里葉級數(shù)理論，任何一個(gè)周期函數(shù)如果滿足狄里赫利（Dirichlet）條件，則可以展成傅氏級數(shù)，即式中w1=2/T稱為基頻，系數(shù)a0、an、bn由下式確定常數(shù)項(xiàng)a0/2表示周期振動(dòng)x(t)在一個(gè)周期T中的平均值。其中可見，一個(gè)周期振動(dòng)可視為頻率順次為基頻w1及整倍數(shù)的若干或無數(shù)簡諧振動(dòng)分量的合成振動(dòng)過程。這些分量依據(jù)n=1，2，3分別稱為基頻分量、二倍頻分量、三倍頻分量等等。An和n即頻率為nw1的簡諧振動(dòng)的振幅及相位角。因此，在振動(dòng)力學(xué)中將傅氏展開稱為諧波分析。為清晰表達(dá)一個(gè)周期函數(shù)中所含各簡諧分量的頻率、振幅及相位角的關(guān)系，現(xiàn)以頻率nw1(n=1,2,3)為橫坐標(biāo)，以與之對應(yīng)的振幅為An、

37、初相位角jn分別為縱坐標(biāo)繪制圖2-7。則圖2-7（a）稱為周期函數(shù)的幅值頻譜圖，簡稱頻譜圖；圖2-7（b）稱相位頻譜圖。圖2-7表明，周期函數(shù)的譜線是互相分開的，故稱為離散頻譜。函數(shù)的頻譜，說明了組成該函數(shù)的簡諧成分，反映了該周期函數(shù)的特性。這種分析振動(dòng)的方法為頻譜分析。由于自變量由時(shí)間改變?yōu)轭l率，所以頻譜分析實(shí)際上是由時(shí)間域轉(zhuǎn)入頻率域。這是將周期振動(dòng)展開為傅里葉級數(shù)的另一個(gè)物理意義。雖然周期振動(dòng)的諧波分析以無窮級數(shù)出現(xiàn)，但一般可以用有限項(xiàng)近似表示周期振動(dòng)。2.2.4非周期函數(shù)的連續(xù)頻譜如果函數(shù)f(t)的周期T無限增大，則f(t)稱為非周期函數(shù)。傅氏積分及傅氏變換是研究非周期函數(shù)的有效手段。由

38、數(shù)學(xué)知識(shí)，若非周期函數(shù)f(t)滿足條件：（1）在任一有限區(qū)間滿足狄氏條件；（2）在區(qū)間(-，+)上絕對可積，則在f(t)的連續(xù)點(diǎn)處有上式稱函數(shù)f(t)的傅氏積分公式。如令則可寫成以上二式表明，f(t)與G(w)可以通過積分互相表達(dá)，叫做f(t)的傅氏變換，記為G(w)稱為f(t)的象函數(shù)，它是頻率w的函數(shù)，右端又稱G(w)的傅氏逆變換，記為在振動(dòng)力學(xué)中，G(w)又稱非周期函數(shù)f(t)的頻譜函數(shù)。頻譜函數(shù)的值一般是復(fù)數(shù)。它的|G(w)|稱非周期函數(shù)f(t)的頻譜或幅值頻譜。與周期函數(shù)的頻譜不同，非周期函數(shù)的頻譜圖形是頻率w的連續(xù)曲線，故稱連續(xù)頻譜。一般地講，對一個(gè)非周期函數(shù)f(t)求傅里葉變換G

39、(w)，即表示對f(t)作頻譜分析1011。3包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析3.1包裝運(yùn)輸模擬振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)要求根據(jù)已知振幅和振動(dòng)方向設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方案；其中振幅要求0-15mm，振動(dòng)方向要求可以水平和垂直單獨(dú)振動(dòng)，也可以復(fù)合實(shí)現(xiàn)振動(dòng)（可以采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)）。模擬運(yùn)輸振動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)機(jī)構(gòu)的方案確定（1）水平方向的振動(dòng)根據(jù)要求實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在水平方向?yàn)樽笥彝鶑?fù)式對稱性運(yùn)動(dòng)，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。（2）垂直方向的振動(dòng)根據(jù)要求實(shí)驗(yàn)平臺(tái)沿豎直方向的振動(dòng)為上下往復(fù)式對稱性運(yùn)動(dòng)，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特

40、性分析機(jī)構(gòu)是由構(gòu)件組成的系統(tǒng)，其功用是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力為使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動(dòng)的功能，必須正確地分析和確定機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件之間的相互關(guān)系；為使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳遞動(dòng)力的功能，必須正確分析機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的受力情況平面連桿機(jī)構(gòu)是平面機(jī)構(gòu)的一種，是由若干個(gè)構(gòu)件通過低副連接的機(jī)構(gòu)，又稱平面低副機(jī)構(gòu)而在平面連桿機(jī)構(gòu)中廣泛應(yīng)用四桿機(jī)構(gòu)只有在實(shí)現(xiàn)某些特殊要求時(shí)才用多桿機(jī)構(gòu)，例如要求輸出桿有放大作用，或有更好的傳力作用和更佳的傳動(dòng)角，在固定鉸鏈間有特定的大中心距用二自由度以上的函數(shù)或軌跡綜合機(jī)構(gòu)等。3.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成類型及應(yīng)用3.3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的組成在平面四桿機(jī)構(gòu)中，若全部運(yùn)動(dòng)副都是轉(zhuǎn)動(dòng)副，則稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，如圖所示

41、的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)就是其中的一種形式圖中桿d固定不動(dòng)，稱為機(jī)架，桿b稱為連桿桿a和桿c分別用轉(zhuǎn)動(dòng)副與連桿b和機(jī)架d相連接，稱為連架桿連架桿中能作360度轉(zhuǎn)動(dòng)的桿稱為曲柄，對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副A稱為整轉(zhuǎn)動(dòng)副，在運(yùn)動(dòng)簡圖中用單向圓弧箭頭表示；若僅能在小于360度范圍內(nèi)擺動(dòng)，則稱為搖桿，對應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副D稱為擺動(dòng)副，在運(yùn)動(dòng)簡圖中用雙向圓弧箭頭表示曲柄以整轉(zhuǎn)副，搖桿以擺動(dòng)副分別與機(jī)架連桿聯(lián)接。3.3.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的類型及應(yīng)用按連架桿中是否有曲柄，可將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)三種基本形式。圖3-3-1（1）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)連架桿為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（2）雙

42、曲柄機(jī)構(gòu)若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)兩個(gè)連架桿都是曲柄，則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：當(dāng)主動(dòng)曲柄作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄作周期性的變速運(yùn)動(dòng)，以滿足機(jī)器的要求在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，若兩曲柄長度相等，同時(shí)連桿與機(jī)架長度也相等，則稱此雙曲柄機(jī)構(gòu)為平行雙曲柄機(jī)構(gòu)兩曲柄轉(zhuǎn)向相同時(shí)，轉(zhuǎn)速相同，連桿與機(jī)架始終保持平行，故又稱平行四邊行機(jī)構(gòu)平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，會(huì)出現(xiàn)曲柄與機(jī)架共線時(shí)四個(gè)鉸鏈中心處于同一直線的問題12，此位置會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的不確定性工程上可利用從動(dòng)件的質(zhì)量或在從動(dòng)件上加裝飛輪以增大慣性，達(dá)到消除運(yùn)動(dòng)不確定性的目的。（3）雙搖桿機(jī)構(gòu)在雙搖桿機(jī)構(gòu)中，若兩個(gè)搖桿長度相等，則稱為等腰梯形機(jī)構(gòu)三鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳力特性改

43、平面連桿機(jī)構(gòu)不僅要考慮其運(yùn)動(dòng)要求13，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，還必須希望傳力性能良好，以使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)輕便高效。1壓力角將驅(qū)動(dòng)力F分解為兩個(gè)相互垂直的分力，即沿點(diǎn)C速度方,向Vc的分力Ft和搖桿CD方向的分力Fn，有Ft=FcosaFn=Fsina顯然，在驅(qū)動(dòng)力F一定時(shí)，壓力角a越小，有效分力Ft就越大，有害分力Fn就越小，對機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)越有利，傳動(dòng)效率越高。壓力角a可用來表示連桿機(jī)構(gòu)的傳力性能。2傳動(dòng)角壓力角a的余角稱為傳動(dòng)角，用r表示傳動(dòng)角r與壓力角a的關(guān)系如下：r=90-a傳動(dòng)角r就是連桿和搖桿之間所夾的銳角傳動(dòng)角r越大，機(jī)構(gòu)的傳力性能就越好反之，傳動(dòng)角r越小，機(jī)構(gòu)傳力效率低，費(fèi)力所以

44、，傳動(dòng)角r與壓力角a都是反映傳力性能的參數(shù)，但傳動(dòng)角r測量和觀察更方便因此，工程中常用傳動(dòng)角r的大小來衡量機(jī)構(gòu)的傳力性能。在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中，r也隨機(jī)構(gòu)位置變化而變化為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳力性能而正常工作，必須規(guī)定機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角rmin不小于許用傳動(dòng)角r，即rminr對于一般機(jī)械，要求rmin40，對于大功率機(jī)械，要求rmin50；對于控制儀表等非傳力機(jī)械rmin40對于一些具有短暫高峰載荷的機(jī)器，可以讓連桿機(jī)構(gòu)在其傳動(dòng)角比較大的位置進(jìn)行工作以節(jié)省動(dòng)力。3機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置當(dāng)機(jī)構(gòu)的連桿與從動(dòng)件拉直或重疊共線時(shí)，從動(dòng)件的傳動(dòng)角=0（壓力角max=90），推動(dòng)力對從動(dòng)件的有效回轉(zhuǎn)力矩為零，這樣的位置

45、稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置14。有效驅(qū)動(dòng)力Ft=Fsin=Fcos90=0；有害分力Fn=Fsin=Fsin90=F，即經(jīng)連桿傳給從動(dòng)曲柄的力全部通過其兩端鉸鏈此位置為死點(diǎn)位置，無論連桿BC對對曲柄AB的作用力有多大，都不能使之轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)頂死現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)該曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，若曲柄作主動(dòng)件，從動(dòng)搖桿與連桿不可能出現(xiàn)共線，故無死點(diǎn)位置可見，同一個(gè)機(jī)構(gòu)有無死點(diǎn)位置，與其主動(dòng)件的選取有關(guān)。判斷四桿機(jī)構(gòu)中是否存在死點(diǎn)位置，決定于從動(dòng)件是否與連桿共線若從動(dòng)件是作整周轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸，則在它的每一個(gè)整周轉(zhuǎn)動(dòng)中將出現(xiàn)兩個(gè)死點(diǎn)位置。對于傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，死點(diǎn)位置會(huì)使機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件出現(xiàn)頂死或運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象，應(yīng)消除死點(diǎn)位置的影響，設(shè)

46、法避免或順利通過死點(diǎn)位置工程上可采取多組相同機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的方法，即將各組結(jié)構(gòu)的死點(diǎn)位置錯(cuò)開4急回特性圖3-3-2所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄AB為原動(dòng)件并作等速回轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿CD為從動(dòng)件并作往復(fù)變速擺動(dòng)，曲柄AB在回轉(zhuǎn)一周的過程中有兩次與連桿BC共線這時(shí)搖桿CD分別處于左右兩個(gè)極限位置C1D、C2D此兩極限位置時(shí)曲柄所在直線之間所夾的銳角稱為極位夾角。圖3-3-2曲柄逆時(shí)針從AB1轉(zhuǎn)到AB2，轉(zhuǎn)過角度1=180+，搖桿從C1D轉(zhuǎn)到C2D，所需時(shí)間為t1，C點(diǎn)的平均速度V1曲柄繼續(xù)順時(shí)針從AB2轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過角度2=180-，搖桿從C2D轉(zhuǎn)到C1D，所需時(shí)間為t2，C點(diǎn)的平均速度為V2,由于1&

47、gt;2，所以V2>V1，說明當(dāng)曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿來回?cái)[動(dòng)的速度不同，返回時(shí)速度較大機(jī)構(gòu)的這種性質(zhì)稱為急回特性，通常用行程速度變化系數(shù)K來表示，即K=從動(dòng)件回程平均速度從動(dòng)件工作平均速度=C1C2/t2C1C2/t1=t1t2=12=180°+180°-3.4平面四桿機(jī)構(gòu)急回特性分析急回特性是四桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要特性，在工程實(shí)際中可以應(yīng)用急回特性縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率在教科書上研究連桿機(jī)構(gòu)的急回特性時(shí)，都以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)為例討論機(jī)構(gòu)急回特性，對于其他四桿機(jī)構(gòu)是否具有急回特性，本文分別對不同類型的四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。平面四桿機(jī)構(gòu)分類平面四桿機(jī)構(gòu)根據(jù)是否具有曲柄分為曲柄

48、搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)，又可演化為帶有滑塊的四桿機(jī)構(gòu)，主要有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（對心和偏心）、定塊機(jī)構(gòu)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（擺動(dòng)導(dǎo)桿和移動(dòng)導(dǎo)桿）機(jī)構(gòu)。要分析急回特性，根據(jù)急回特性定義，所以我們對含有曲柄的幾種機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行分析。3.4.1擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)急回特性分析如圖3-4-1所示為一擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，主要用于牛頭刨床機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)原理：當(dāng)曲柄AB繞A點(diǎn)做等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擺桿BC以C點(diǎn)為基點(diǎn)做來回?cái)[動(dòng)在曲柄AB轉(zhuǎn)一整周的過程中，搖桿分別有兩個(gè)極限位置AB1和AB2。圖3-4-1曲柄AB以等角速逆時(shí)針從AB1轉(zhuǎn)到AB2時(shí)，轉(zhuǎn)過角1=180°+，搖桿從B1C擺至B2C，擺過的角度為角，所需時(shí)間為t1，B點(diǎn)的平均

49、速度為V1，當(dāng)曲柄繼續(xù)從AB2轉(zhuǎn)到AB1，轉(zhuǎn)過的角度為2=180°-，搖桿B2C擺至B1C，擺過的角度還是角，所需時(shí)間為t2，B點(diǎn)的平均速度為V2，因?yàn)榍堑人俎D(zhuǎn)動(dòng)，1>2，所以t1>t2，則v1>v2，它表示搖桿在擺回的過程中速度快，因此擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)具有急回特性。3.4.2曲柄滑塊結(jié)構(gòu)急回特性根據(jù)曲柄中心和滑塊中心是否在水平線上曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1.對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)急回特性3-4-1圖3-4-2圖3-4-2所示為對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B1、B2為兩極限位置，當(dāng)曲柄等速從AB2逆時(shí)針轉(zhuǎn)至AB1，轉(zhuǎn)過的角度為180，滑塊由C2滑至C1當(dāng)曲柄

50、從AB1轉(zhuǎn)至，AB2轉(zhuǎn)過的角度為180°，滑塊由C1滑至C2因曲柄等速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)過的角度相同，所用時(shí)間也相同，滑塊在行程和回程時(shí)的時(shí)間也相同，因此對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無急回特性。2.偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)急回特性圖3-4-3如圖3-4-3所示為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)B1C1和B2C2為連桿的兩個(gè)極限位置，曲柄在兩個(gè)極限位置轉(zhuǎn)動(dòng)過程中轉(zhuǎn)過的角度不同，所用時(shí)間不同，滑塊在行程和回程中的速度不同，因此偏置滑塊機(jī)構(gòu)具有急回特性3雙曲柄機(jī)構(gòu)急回特性圖3-4-4雙曲柄機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要類型，用途也很廣泛，它可以將主動(dòng)曲柄的等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為從動(dòng)曲柄的變速轉(zhuǎn)動(dòng)為了表達(dá)更清楚，我們以具體尺寸的雙曲柄機(jī)構(gòu)來研究其急回

51、特性。如圖3-4-4所示，已知l1=40mm，l2=70mm，l3=90mm，l4=110mm，由四桿機(jī)構(gòu)判斷類型可以看出，該機(jī)構(gòu)屬于雙曲柄機(jī)構(gòu)在判斷四桿機(jī)構(gòu)的急回特性時(shí)，要找出機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極限位置，這里我們先找兩個(gè)特殊位置作為極限位置，一個(gè)是從動(dòng)曲柄與機(jī)架共線的位置圖圖3-4-5所示，一個(gè)是從動(dòng)曲柄與機(jī)架AD垂直的位置，如圖圖3-4-6所示我們分別對這兩個(gè)位置進(jìn)行極位夾角的計(jì)算，并計(jì)算行程速比系數(shù)K。已知在極限位置一（如圖圖3-4-5），主動(dòng)曲柄AB的兩個(gè)極限位置中間所夾的角為角，根據(jù)急回特性概念，那么角就是極位夾角，根據(jù)三角形余弦定理，我們可圖3-4-5以求出：cosC2AB2=AC2+AB

52、2-B2C22AC2AB2可求出C2AB2=80.1°cosC1AB1=AC1+AB1-BC12AC1AB1可求出C1AB1=23.2°，那么=56.9°圖3-4-6為極限位置二時(shí)（如圖圖3-4-6），也就是主動(dòng)曲柄與機(jī)架垂直的位置，根據(jù)三角形定理?？汕蟪鰐anC1AD=C1DAD=2.75C1AD=70°，C1AB1=50°根據(jù)三角形余弦定理可求出：B2AD=20°，所以=40°由此我們可以看出，當(dāng)雙曲柄機(jī)構(gòu)極限位置不同，所得到的極位夾角也不相同，也就是行程速比系數(shù)不同，那么急回特性的程度也不同在桿長一定的情況下，曲柄搖桿

53、機(jī)構(gòu)的急回特性程度是固定不變，而雙曲柄機(jī)構(gòu)的急回特性程度是發(fā)生變化的，根據(jù)雙曲柄機(jī)構(gòu)不同的用途，找到機(jī)構(gòu)急回特性的最大位置，有助于設(shè)計(jì)雙曲柄機(jī)構(gòu)。3.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械工程中,要求平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有良好的傳動(dòng)性能,即機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角min盡可能大,為了提高機(jī)構(gòu)的工作效率、改善機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能,又希望行程速比系數(shù)k盡可能大,同時(shí),為了節(jié)省材料要求總體尺寸盡可能小。目前,國內(nèi)對于這種綜合問題的研究比較少,有少數(shù)研究者沿襲采用傳統(tǒng)的圖解設(shè)計(jì)方法,這種方法過程繁瑣、試湊盲目、設(shè)計(jì)周期長、可靠性差、難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求,很多情況下得不到最優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果15。為了解決這些問題,在給定搖桿最大擺

54、角條件下,分析了約束條件,運(yùn)用多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,以行程速比系數(shù)k最大、最小傳動(dòng)角min最大、總體尺寸最小為尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù),建立了多維多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。這種方法把機(jī)構(gòu)綜合和優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合在一起,大大提高了設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率,操作簡單靈活,可靠性高,提高了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量,解決了圖解法帶來的上述問題,得到了最優(yōu)解。建立的數(shù)學(xué)模型具有很強(qiáng)的適應(yīng)性,通過調(diào)節(jié)加權(quán)因子的大小,來實(shí)現(xiàn)各子目標(biāo)函數(shù)的不同重要程度3.5.1最小傳動(dòng)角min的確定如圖1所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu),最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在主動(dòng)曲柄與機(jī)架處于兩個(gè)共線的位置,為銳角時(shí)=,=180°- 當(dāng)B2AB1=180°,2=cos-1L3

55、+L4-(l1-l2)2l3l4則:當(dāng)290°時(shí),min=1當(dāng)290°時(shí),min13.5.2行程速比系數(shù)k的確定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中,行程速比系數(shù)k和極位夾角存在如下關(guān)系:K=180°+180°-機(jī)構(gòu)的極位夾角,如圖2所示,則由幾何知識(shí)可以得出極位夾角和各邊的關(guān)系:3.5.3優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用多目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)(1)初始設(shè)計(jì)變量圖3-5-1圖3-5-2極位夾角示意圖設(shè)計(jì)變量為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件長度,即:x=x1,x2,x3,x4T=l1,l2,l3,l4T(2)約束條件桿長條件 (l1+l2+l3)-2maxl2,l3,l4-l10(3)補(bǔ)充條件四桿機(jī)構(gòu)存在條件