基于曲柄滑块机构的电动支架结构优化

武桐 李刚

摘   要：曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构。此机构广泛应用于往复活塞式发动机﹑压缩机﹑支架等机构中。偏置曲柄滑块机构的滑块具有急回特性。本文以某类小型电动支架为研究对象，将传动部分应用曲柄滑块机构替代当前的纯滑块机构，并加以优化，可以大大降低整个支架系统的摩擦损耗，提高运动及动力性能，使整体效率得到提升。

关键词：电动支架  曲柄滑块机构  结构优化  摩擦损耗

中图分类号：TH123                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0007-02

电动支架是一种自动化部件，广泛应用于小型自动化设备及小型移动机器人，作为其待机或进行静止工况下的支撑装置。支架由两只支撑臂组成，通过单电机驱动，两支撑臂进行同步动作，将主机设备与地面支撑隔离。目前的此类电动支架，受主机设备尺寸空间限制，要求传动机构紧凑，为纯滑块传动。因此存在大量的摩擦损耗，使整体效率降低，且主要支撑件受力不合理，易造成变形。本文通过分析其不足，应用曲柄滑块机构原理，从降低摩擦损耗的宗旨出发，对电动支架进行了结构优化，提升其运动和动力性能。

1  运动性能分析

运动性能优化是为了提升支架的运动性能，使之在空载运行期间实现快速急回，在负载运行期间保证低速工进[2]。优化前后的支架模型如图1所示，左为旧结构，支撑臂运动依靠滑块水平运动，带动与支撑臂一体的滑槽运动实现支撑动作。右为新结构（曲柄滑块机构），滑块通过铰链与传动杆连接，传动杆与支撑臂铰接，滑块运动带动连杆运动，实现支撑动作。

2  动力性能分析

从降低整个系统的功率损失出发，通过结构优化，减少摩擦损失，提高支架的动力性能[3]，使电机提供的有用功率增加。在新旧支架结构中，以滑块为分析对象，进行受力分析。找出结构中最大摩擦损失处，通过结构优化，降低磨擦面的摩擦系数μ（以滑块为黄铜材料为例，摩擦系数由0.27降低至0.05）。结合图2运动机构简图进行动力计算，最终通过MATLAB进行动力曲线绘制，得到了新旧两种结构的动力对比，如图4所示。

曲线P1代表新结构中电机输出功率的变化，由图可知，再同样输出有效功率的情况下，新结构所需的系统总输入功率要低，也就是功率效率高。所以新结构具有较高的功率效率，动力性能得到提升。

3  結语

本文通过运动和动力计算，对曲柄滑块机构进行了分析。可明确得出新结构的优势及具备优秀的运动和动力性能。摩擦损耗是影响动力性能的主要因素，在做结构设计时，应该从降低运动系统的摩擦损耗方面考虑，以提高系统的功率效率。

参考文献

[1] 李亚南，王增胜，孔令云.基于MathCAD的曲柄滑块机构运动可视化研究[J].现代商贸工业，2018，39（31）：191-192.

[2] 张启城.基于内燃机曲柄连杆的设计及动力学分析[J].内燃机与件，2018（19）：27-28.

[3] 张坤停，任子武，侯捷.基于曲柄滑块机构变刚度关节的设计与分析[J].机械与电子，2018，36（9）：77-80.