斯惠顿杠杆的研究_肖永力

《斯惠顿杠杆的研究_肖永力》由会员分享，可在线阅读，更多相关《斯惠顿杠杆的研究_肖永力（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、重型机 械19 95No.斯惠顿杠 杆的研究宝钢集团公 司肖永力徐丽摘要本文介绍 了斯惠顿 杠杆 的结构及工作原理.分析研究了斯惠顿杠杆的内部机理.为这种杠杆的推广应用提供了理论依据。叙词连杆机构四杆机构运动分析l前言斯惠顿杠 杆是以平 动方式搬 移 物体 的一种机构。它原是瑞典技术,近年被宝 钢无缝 钢管厂引进使用。在 轧钢车间,斯惠顿杠杆主 要 用在生 产线上 搬移钢管、棒材和 型材。由于结构 独特,搬移过 程 轧件一直处于平动状态,所以避免了 轧件表面 擦伤,很受使用者 欢迎。本文 就其结构特点和机理作以初步探讨。2斯惠顿杠杆结构及工作原理图1是宝钢无缝钢管厂的斯惠顿杠杆结构简图。由 图

2、可 见,链条张紧装 置固定 在杠 杆 臂上;主动 轴5穿过 杠 杆 臂4左 端 的孔 并与之固接,穿 过 链 轮A并 与之 滑动 联 接;链 轮D与v形槽2通过一 空心轴固接,链 轮B与V形 槽之间是杠杆 臂的右端孔,空心轴穿 过该孔并与之滑动联接;调节装置6的一端与机架相连,另一端与链轮A相连,通过它可以微调V形槽的相位,使其 处于 垂直位置。斯 惠顿杠杆工 作 时作圆周运动。当主 动轴5带动杠杆臂4转动 时,链轮A由干被调节装置6固定,所以它 不 能绕0.转动。由干链 条 的作 用,可以理解链轮B也 不绕O:轴 转动。同 时由于杠 杆 臂 的带 动,链 轮B又绕。、作 圆周 运动,显 然

3、链轮B作 的 是轨 迹为 圆的 平 动。如前所述,链轮B与F形 槽2是固接,若v形槽 一开始 就 处于竖 直 位置,不难理 解 在 杠杆 转 动 过程中,它将始终保持 竖直 位置。当斯惠顿 杠 杆 转到上 一 工 位 时托起 轧件,转 过一 定角度后,再把轧件放到下一个工位 上,完 成一 个工 作过 程。3运动学与动力学分析安装 时焊接在机架上艺艺 夕塔塔尸尸丫一一了叫叫1.链条张紧装置2.v型槽3.链轮装置4.杠杆 臂5.主动轴6.调节装置3.1斯惠顿杠杆物理模型 的建立为 便于分析,我 们暂 且 把 图l中的链 轮 装置去 掉,得到 图2所示 的二 连杆机构。图中。伍一】9一重型机械19

4、95No.为杠杆臂,仇A为V形槽轴线,我们称之为类连杆。由上述 可知,该二杆机构具有如下特征:(1) O,口:是曲柄,作圆周运动.( 2)类连杆口ZA作平动,且一直保持竖直方向。样,即围绕A l点作半径为l,的圆周运动。令O l口:转动的角速度为。,则可得质点A的运动规律U,=l,o J(1)a,=l,。2(2)/-一、!/_J. 沪丫iI、 、沪/图23.3斯惠顿杠杆的力学分析3.3.1质点A的受力分析由于模型中的A A杆实际上是不存在 的,也就是说它不提供力的作用,故质点A作圆周运动时的向心力F由重力啊和杆件仇A对它的支持力N提供。重力和 向心 力的大小、方向皆已知,因此可由图4求出支持力

5、N。为研究方便起见,我们在口:的上方垂直方向取A l点,使A l口l一口ZA,并连接朋。当口1口:转动时,由于口IA IA OZ,无论口,O:处于什么位置都成立,可以认为口1口2朋是一个平行四连杆机构。而口IA I实际 上是不 动的,所以这个四连杆机构如图3所示。图49 00一门即舟+蔺一了衣笋一蔺F一r , d102则N口黔式中ao l口:杆与水平方向的夹角扩协图33.3.2杆仇A的受力分析这是典型的平行四连杆机构,也是我 们所要建立的斯惠顿杠杆的物理模型。可以把A点看作是轧件和V形槽的复合 质点,l:为该质点到02轴的距离。这样我们就可以进一 步对斯惠顿杠杆的运动学和动力学进行分析。由图5

6、可 知,口ZA受到 两个力的 压力尸和O:轴对 它的支持力对口:轴产生力矩。,:质点A对 它N” ,只有 z v l 才而N和 , v l是一对作用力和反作用力,N, v l。由图4得:3.2斯惠顿杠杆运动学分析sin(900一a)N竿由图3可知,A点和口:的运动规律完全一一20一F 万cO Sa一一一一刀尸一刀n一FnS一S重型机械19 95No.l式中夕支持力N与竖直方向的夹角若令尸对口:轴产生的力矩为M,则对1= N,12si n夕=N 12F 万cO S a一耐l几o , sco s a提供了两个作用:(l )在动力学方面,为二连杆机构中的连杆( 4)提供了 一个平衡力矩,使类连杆在运

7、动过程中始终处 于平动状态。(2 )在机构自由度方面,保证二连杆机构具有一个 自由度。众所周知,平行四连杆机构只有一个 自由度,而二 杆机构却有3x2一2x22个自由度,多余的一个 自由度便由链轮装置消除.图53.3.3链条所受张力在M,力矩的作用 下,类连杆仇A要 围绕0:转动。但对斯惠顿杠杆而言,口ZA杆在工作中无任何转动,则其必受一反力矩作用,该反力矩由链轮装置中的链条张力提供,令其为MZ,则得(见 图 6 )MZ=Tr=MI图6T一丛一二12丘。、喇=立o J,二12eo s a(5)立。2=、,耐2一。:rT=k一kZeo sa则令一般情况下kl是常数,朽而有变化。对于相同载荷,当T

8、=kIk2(6)则随负荷的不 同eo sa=时(7)链 轮装置除随杠杆系统。,轴转 动外,它也有 自己的特性。由图l可以看出:链轮A、B皆作平动(其中链轮A的平动速度为零,链轮B的平动速度为“1),O l口,杆以。作转 动,显 然0102杆与链轮A、B相对转速为。如果我们视0.口2为静止状 态(见 图7),则A、B链轮 的转速 皆为。若令链轮节圆半径为,链条速度为。,则v。=研(8)3.4链轮装置的作用和特性4结束语由上述分析可知,斯惠顿杠杆和平行四连杆机构实质上是一样的。但采用 了链轮装置,斯惠顿杠杆就可以把较为复杂的平行四连杆机构演化成二杆机构。在这个二杆机构中,链轮装置斯惠顿杠杆是一种新机构,除应 用于轧钢车间外,在其它领域也有 良好的适 用性。由于其结 构 简单、紧凑,比其 它型式 的移位机构具有 明显的优越性,值得推广。