一种基于同步带、四连杆组成的平滑转位机构研究

窦凤成

摘 要：一种基于同步带、带轮和连杆机构，能够平滑地加速和减速完成周期的起停运动。而且这种机构具有状态调整器的作用，其驱动轴相对于输出轴的旋转位置可以根据需要调整。

关键词：同步带;四连杆;带轮;转位;曲柄;间歇运动

所谓间歇运动可以看出主动件连续运动时，从动件作周期性时动时停运动的机构称为间歇运动。其机构广泛应用于电子机械、轻工机械等设备中实现转位、步进、计数等功能。其机构类型很多，其中本文所阐述的机构类型不同于以往的棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮间歇运动机构，而是一种基于同步带、四连杆组成的平滑转位机构。

这种机构具有典型的精密外形和结构。之所以加入四连杆机构，因为四连杆机构所具有的特性中使机构设计得到可靠、合理，还具备独有的几何条件和动力条件等。可以运用四连杆机构设计的方法，例如通过解析法和几何作图法，也可通过计算机辅助设计等优化参数。而这一机构所展现的四连杆的基本特性包过运动特性和传力特性都得到了优化，通过同步带的加入使这些机构传递和變换运动与力的性能，而且也能从四连杆这种机构类型中得到可靠的运动参数的依据。再加上同步带通过带轮以及本身的运动特性具有平稳，使运动平滑而稳定，而不是具有其它结构的冲击所带来的不稳定性。通过图1可以清楚这一机构的组成其中包括输出带轮、同步带、驱动带轮、驱动曲柄、连接杆以及摆架等。上述机构中已经在其它行业上应用多年，例如已经用于纺织和印刷工业以改变当两滚筒被同一输入驱动时，交换两滚筒的计数器。对这种机构如图1的研究得到了关注，该机构精确地使一条同步带绕着四个传动轮完成停顿转位输出。该装置的驱动轴上装有一个偏心轮。输入轴通过传动比为1的齿轮传动液驱动了另一轴，这第二个轴安装了一个类似的偏心轮。但是该同步带轮能自由转动。同步带先通过第一个惰滑轮，然后再通过第二个输出滑轮。当驱动齿轮驱动时，它也拖着绕着它的同步带产生特定的转动输出。但是，须用两个弹簧制动块，因为滑轮的周长不是一个常数，所以传动中有变间隙设置。其中输出带轮的角度与输入曲柄的角度如图2所示。

通过分析由一条同步带连接该机构，通过移动曲柄改变输入与输出轴之间的状态关系，其中同步带的理论长度是不变的。为了改进这种机构，通过研究决定保持输入与输出滑轮在固定位置，并保持两个惰轮在摆架上。重叠长度的偏差变得特别小，从而能安装一个没有弹性载荷张紧轮的同步带代替原有的链条。若摆架保持在一个位置，该间歇机构会以恒定速度输出。改变摆架到另一个新位置，输入与输出之间的状态关系就会自动地随之改变。

可通过应用于计算机技术模拟该机构运动特征，为获得间歇运动可通过计算机辅助软件模拟机构模型输入输出。通过在输入轴上增加一曲柄和在摆动架上加一个连杆，将一个四连杆安装在该机构上。通过研究可在计算机上选择了一个迭代程序来优化确定四连杆机构形式。

在一个有两个暂停驱动的设计中，可获得大约50°的暂停时间段。首先输出慢慢转动，随后是“伪暂停”，这期间几乎是固定不动的。直到输入轴转了几乎2/3圈后，输出才渐渐变后，它继续以较低速度运动并开始重复减速——暂停——加速循环。

通过上述的运动机构分析得出，一个由同步带、连杆、带轮、曲柄等组成的机构能平滑、灵活地将连续转动转换为起-停的转位运动，而不是常用的棘轮机构或凸轮的间歇机构。其优点在于减少了冲击载荷，提供了更强的通用性。使用这种机构能轻松改变工作中转位、停顿动作，也可用于低速的装配作业。其中运动的变化关系可通过图2中相互变化来解决实际中所需要的参数要求来完成设备所需的操作。

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