1 引 言
彈簧疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載機(jī)構(gòu)是平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，在高頻工況下各構(gòu)件的慣性力都通過運(yùn)動(dòng)副傳到機(jī)座上，形成一個(gè)大小和方向不斷變化的擺動(dòng)力和擺動(dòng)力矩，使彈簧疲勞試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重影響零部件的壽命和彈簧試樣疲勞性能的檢測(cè)。理論上，使用質(zhì)量代換法可以使機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)力完全平衡，但這需要很大的配重，導(dǎo)致機(jī)械的重量增加; 或者是增加部分配重，使擺動(dòng)力部分被平衡，但在彈簧試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域未得到實(shí)際應(yīng)用。為設(shè)計(jì)具有良好動(dòng)力學(xué)性能的彈簧疲勞試驗(yàn)機(jī)，文中針對(duì)濟(jì)南時(shí)代試金試驗(yàn)機(jī)有限公司生產(chǎn)的TPJ－1 彈簧疲勞試驗(yàn)機(jī)( 以下簡稱試驗(yàn)機(jī)) 的加載機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)連桿和滑塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 試驗(yàn)機(jī)加載機(jī)構(gòu)
試驗(yàn)機(jī)主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，電機(jī)通過帶傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)偏心輪做圓周運(yùn)動(dòng)，偏心輪通過滑塊與連桿連接，連桿上端連接加載橫梁，形成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。試驗(yàn)機(jī)工作時(shí)，根據(jù)彈簧試樣的試驗(yàn)振幅，調(diào)整偏心輪的偏心距( 曲柄長度) ，設(shè)定彈簧試樣的頻率，通過加載橫梁的上下往復(fù)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)彈簧試樣的疲勞試驗(yàn)，彈簧試樣可以為壓縮彈簧或拉伸彈簧。
3 動(dòng)力學(xué)分析
由于試驗(yàn)機(jī)加載機(jī)構(gòu)的速度較高，所以采用動(dòng)態(tài)靜力分析方法，首先進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求出構(gòu)件的加速度，然后根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，將構(gòu)件的慣性力計(jì)入靜力平衡方程，建立動(dòng)態(tài)靜力分析方程。
3．1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
試驗(yàn)機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡圖見圖 2，以曲柄與機(jī)架的鉸接點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn) O，豎直向上為 y 軸，水平向右為 x 軸建立直角坐標(biāo)系。點(diǎn) B 為曲柄與連桿的鉸接點(diǎn)點(diǎn) C 為連桿與滑塊的鉸接點(diǎn)。以曲柄與 y軸正方向重合為起點(diǎn)，順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)為正。R 為曲柄長度，L 為連桿長度，λ 為曲柄與連桿的長度比，λ = R /L，θ1為曲柄與 y 軸的夾角，θ2為連桿與 y軸的夾角，曲柄質(zhì)心與其回轉(zhuǎn)中心 O 重合，S2為連桿質(zhì)心，曲柄以角速度 ω1做等速回轉(zhuǎn)，連桿繞 C 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)角速度為 ω2，對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn) 行 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
( 1) 曲柄與連桿鉸接點(diǎn) B 的位置方程為:
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