槽轮变胞机构的运动学仿真分析及其在煤矿机械中的应用

[摘 要] 间歇机构是机构类型中比较重要的一种机构类型，通常我们都会利用凸轮机构和典型间歇机构来实现，利用变胞机构也可以实现机构的间歇式运动，通过槽轮机构与五杆机构的综合，可以实现机构在两种构态间的转换。同时也可以满足机构在4个不同工位的运动。利用仿真软件来描述各构态的运动，以及构态在变换时的运动学分析，从而发现，在变胞机构实现各构态之间的变换时将会产生比较大的冲击。通过改变机构在构态变换时输入构件的运动规律可以减小冲击、改善机构的运动性能。

Abstract： Intermittent mechanism is a kind of typical important mechanism，usually we will use CAM mechanism and other typical intermittent mechanism.but using the Metamorphic mechanism can also realize the intermittent movement，through the geneva wheel mechanism and five-bar mechanism can be implemented intermittent movement.the Metamorphic mechanism can realize two kinds change of configuration transformation，At the same time can also achieve four different location of the movement. Simulation software is used to describing the movement of the structure state. the metamorphic mechanism changes its configuration from one to another .it is reasonable to reducing the impact by the way of adopting a proper type of motion for the inputs of mechanism.

Keywords： Metamorphic mechanism； Dynamics； Simulated analysis

变胞机构（Metamorphic mechanism）是Dai J S和Rees Jones于1999年首先提出的[1]。在机构的运动过程中，机构发生合并以及分离或出现几何异构， 从而导致了构件数目或机构的自由度发生变化，产生出了新的构型， 将这种机构称之为变胞机构。2004 年，LIU 等[2]在研究了变胞机构的本质、特性及变胞方式后，提出变胞机构的定义：“变胞机构是在运行过程中（包含奇异位形处）拓扑结构至少发生一次突变（所有的构型互不同构）的机构。变胞机构根据不同的工作要求，在运动过程中变换出多种不同的构态，使变胞机构实现不同的任务，应用于不同场合。变胞机构可以广泛应用于航空航天设备、印刷机械等领域，也为机构学研究开辟了新的领域。

在变胞机构的运动学方面的研究中，文献[3]以五杆变胞机构为例，验证了在构态变换时的冲击效应；文献[4]-[5]利用ADMAS仿真软件对变胞机构进行机构建模和动力学的仿真，给出了利用ADMAS仿真软件进行仿真的方法文献[6]对一种典型的变胞机构，利用矢量法进行了运动学分析。本文以平面变胞机构为例，利用ADAMS软件仿真分析了一种五杆机构在槽轮机构作用下实现不同构态间转换，并且分析了构态两个位置间变换时加速度的变化规律。

1 机构模型的建立

对于建立机构模型来说，我们通常可以直接利用ADAMS软件来直接完成，也可以借助一些功能更加强大的CAD软件建模，我们借助PRO/E的强大的建模功能建立了机构的模型。对于平面五杆机构的研究文献[3]已经进行了比较深入的研究，但是该研究只是将两个原动件之一作为了变胞的条件，考虑了两种构态之间的变换。而本文是将平面槽轮机构与五杆机构综合，利用槽轮机构的间歇运动可以实现五杆机构在不同构态间变换，虽然构态的变换数没有改变，但是却实现了不同位置之间的构态变换。机构简图如图1所示。

由上述仿真结果可以看出机构由第一构态向第二构态变换时，构件3上C点的加速度在（a）所示9s的时候开始进入第二构态，从（a）、（b）两图图示C点的运动加速度由12.63变化到29.32，加速度产生了比较大的突变，导致产生冲击较大。同时我们发现机构在由第二构态下运动时，由于拨叉带动槽轮转动，此时槽轮的运动为变加速运动，而且，机构此时受到原动件AB杆的作用，因此构件DC上的C点的加速度变化比较显著，如图4（b）所示。

结论

本文利用计算机仿真技术对槽轮变胞机构进行了仿真研究，通过尺度综合确定了构件的长度尺寸，得到了该机构在不同构态下的拓扑图，通过仿真分析发现机构在不同构态间转化时会产生不同程度的冲击，因此在利用该机构在实现间歇运动时需要考虑冲击所造成的影响。

[参考文献]

[1] Dai J S，jones J Rees.Moobility in Metamorphic Mechanism of Foldable/Erectable Kinds.Transaction of the ASME，journal of Mechanical Design，1999，121（3）：375-382.

[2] liu chuanhe，YANG tingli.proceedings of the eleventh world congress in Mechanism and machine science，Tianjin，April 1-42004[C].Beijing：china Machine Press.2004

[3]王黎斌，谢 进. 五杆变胞机构构态变换的运动性能分析[J]. 机械，2011，38（01）：1-5.

[4]吴艳荣，金国光，李东福. 基于ADAMS的变胞机构动力学仿真[J]. 机械设计与制造，2007，195（05）：87-88.

[5]陈育明，蓝兆辉. 平面变胞间歇机构运动学分析及其仿真[J]. 机械传动，2007，141（03）：56-58.

[6] 赵 勇，包士维，金国光.一个典型变胞机构的构态与运动分析[J].天津工业大学学报.2007，26（6）70-73

[7] 吴艳荣，金国光等.描述变胞机构构态变换的邻接矩阵法[J].机械工程学报.2007，43（7）：23-26

[8] 石博强，申炎华，宁晓斌，李跃娟.ADAMS基础与工程范例教程[M].中国铁路出版社，2007

[9] 赵云武，刘艳妍，吴建民，王芬娥.ADAMS基础与应用实例教程[M].清华大学出版社，2012