基于曲柄滑塊機構的電動支架結構優化

武桐 李剛

摘 ? 要：曲柄滑塊機構是用曲柄和滑塊來實現轉動和移動相互轉換的平面連桿機構。此機構廣泛應用于往復活塞式發動機﹑壓縮機﹑支架等機構中。偏置曲柄滑塊機構的滑塊具有急回特性。本文以某類小型電動支架為研究對象，將傳動部分應用曲柄滑塊機構替代當前的純滑塊機構，并加以優化，可以大大降低整個支架系統的摩擦損耗，提高運動及動力性能，使整體效率得到提升。

關鍵詞：電動支架 ?曲柄滑塊機構 ?結構優化 ?摩擦損耗

中圖分類號：TH123 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0007-02

電動支架是一種自動化部件，廣泛應用于小型自動化設備及小型移動機器人，作為其待機或進行靜止工況下的支撐裝置。支架由兩只支撐臂組成，通過單電機驅動，兩支撐臂進行同步動作，將主機設備與地面支撐隔離。目前的此類電動支架，受主機設備尺寸空間限制，要求傳動機構緊湊，為純滑塊傳動。因此存在大量的摩擦損耗，使整體效率降低，且主要支撐件受力不合理，易造成變形。本文通過分析其不足，應用曲柄滑塊機構原理，從降低摩擦損耗的宗旨出發，對電動支架進行了結構優化，提升其運動和動力性能。

1 ?運動性能分析

運動性能優化是為了提升支架的運動性能，使之在空載運行期間實現快速急回，在負載運行期間保證低速工進[2]。優化前后的支架模型如圖1所示，左為舊結構，支撐臂運動依靠滑塊水平運動，帶動與支撐臂一體的滑槽運動實現支撐動作。右為新結構（曲柄滑塊機構），滑塊通過鉸鏈與傳動桿連接，傳動桿與支撐臂鉸接，滑塊運動帶動連桿運動，實現支撐動作。

2 ?動力性能分析

從降低整個系統的功率損失出發，通過結構優化，減少摩擦損失，提高支架的動力性能[3]，使電機提供的有用功率增加。在新舊支架結構中，以滑塊為分析對象，進行受力分析。找出結構中最大摩擦損失處，通過結構優化，降低磨擦面的摩擦系數μ（以滑塊為黃銅材料為例，摩擦系數由0.27降低至0.05）。結合圖2運動機構簡圖進行動力計算，最終通過MATLAB進行動力曲線繪制，得到了新舊兩種結構的動力對比，如圖4所示。

曲線P1代表新結構中電機輸出功率的變化，由圖可知，再同樣輸出有效功率的情況下，新結構所需的系統總輸入功率要低，也就是功率效率高。所以新結構具有較高的功率效率，動力性能得到提升。

3 ?結語

本文通過運動和動力計算，對曲柄滑塊機構進行了分析。可明確得出新結構的優勢及具備優秀的運動和動力性能。摩擦損耗是影響動力性能的主要因素，在做結構設計時，應該從降低運動系統的摩擦損耗方面考慮，以提高系統的功率效率。

參考文獻

[1] 李亞南，王增勝，孔令云.基于MathCAD的曲柄滑塊機構運動可視化研究[J].現代商貿工業，2018，39（31）：191-192.

[2] 張啟城.基于內燃機曲柄連桿的設計及動力學分析[J].內燃機與件，2018（19）：27-28.

[3] 張坤停，任子武，侯捷.基于曲柄滑塊機構變剛度關節的設計與分析[J].機械與電子，2018，36（9）：77-80.