电动压接钳的设计方案.docx
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电动压接钳的设计方案
电动压接钳的设计方案
本设计详细阐述了一种手提式电动压接钳的设计过程,这种压接钳采用两个双连杆结构组成肘节式机构,这种机构一方面可以将电动机的动力有效地传导至压接钳口,另一方面可以减少机构占用的空间,以达到便携之目的。
一、联动机构的选择与分析
(一)常见联动机构
1、齿轮箱(GearBox)。
常见的齿轮箱有两种,即加速器和减速器。
齿轮箱通过不同模数的齿轮咬合联动,达到改变主动轴和从动轴之间的转速以及扭矩的目的。
加速箱的一个常见用途是风力发电机组,而且是一个重要的机械部件,齿轮想其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速通常风轮的转速很低,远达不到发电机发电所要求的转速,必须通过齿轮箱中齿轮组的增速作用来实现。
减速箱(Retarder)的种类繁多,按照船东类型可分为齿轮减速器,蜗杆减速器和行星齿轮减速器。
按照传动级数不同可分为单极和多级减速器。
按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器。
应用领域广泛,例如冶金、有色、煤炭、建材、汽车、船舶、水力等。
2、液压传动(Hydraulictransmission)。
液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。
液压传动和气压传动统称为流体传动,是根据17世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起来的一门新兴技术,在工农生产中应用广泛。
液压机械系统主要由动力元件(油泵)、执行元件(油缸或液压马达)、控制元件(各种阀)、辅助元件和工作介质等五部分构成。
液压传动有体积小、重量轻、换向容易、操纵控制简单等优点;但液压机构的维护成本较高,液压油需要保持清洁,一些精密元件需要经常维护更换等。
3、连杆机构(LinkageMechanism).
连杆机构又称低副机构,是机械的组成部分中的一类,指由若干(两个以上)有确定相对运动的构件用低副(转动副或移动副)联接组成的机构。
平面连杆机构中最基本也是应用最广泛的一种形式是由四个构件组成的平面四杆机构。
由于机构中的多数构件呈杆状,所以常称杆状构件为杆。
低副是面接触,耐磨损;加上转动副和移动副的接触表面是圆柱和平面,制造简便,易于获得较高的制造精度。
连杆机构广泛应用于各种机械和仪表中。
(二)压接钳联动机构的选择
由于压接钳主要用于电力行业在线路基本建设施工和线路维修中进行导线接续压接,需要具有体积小、重量轻,便携、容易维护的特点。
本设计综合考虑各种常见联动机构的优缺点,决定采用连杆机构作为压接钳的联动结构,由电机作为动力源,通过连杆机构将动力输出到钳口。
(三)连杆机构的力学特性分析
1、如图1所示,A、B、C三点为铰链结构,其中A点可以沿左右方向移动,B点固定,C点可以在平面内自由移动。
根据牛顿定律,当A点匀速运动时,各力存在如下关系:
若AC=BC,则F1=F2,θ1=θ2,由上式可得:
可见,当θ1越小时,F0越大,符合压接钳的使用需要。
图1
(三)连杆结构的运动特性分析
1、连杆比是连杆机构的一个常用特征量,他等于曲柄度与连杆长度的比值,图2中所示连杆的连杆比为
即
图2
2、连杆是做复合平面运动,即其运动是由随活塞的往复运动以及绕活塞销的摆动合成。
连杆相对于气缸中心的摆角为
连杆运动规律如下图
3、在图2中,A点的位移X与BC杆与水平方向的夹角α之间的关系为
式中X为A点的位移,当α为0时,A在原点,λ=AC/BC为连杆比。
假设r=50mm,l=150mm,可以得到如图3所示图表。
图3
4、A点的移动速度
式中ω=nπ/30,r=50mm。
转速n在实验中有12组数据,在这里讨论n=50r/min时的活塞速度和加速度。
活塞运动的速度经计算后,如下图
5、A点的加速度
同样射转速n=50r/min,可得下图:
(四)多连杆的结构分析
1、双连杆具有双重增力的效果,如图4所示为双连杆结构的运动分析。
其中A、E、F为固定转动铰链,D点在电动机的作用下围绕E点做圆周运动,AB杆随着机构做左右摆动,摆动量根据机构中各杆的长度变化而变化,其他杆的长度固定时,AB杆的摆动量随着CF的长度增加而减小。
为了满足压接钳更多的使用场景,所以应该使压接钳的钳口张开角度尽可能的大,CF的长度应该在满足输出力矩的情况下尽可能的小,这样另一方面也可以减小压接钳的体积。
图4
2、为了使压接钳的钳口作用距离增大,拓宽压接钳的应用领域,本设计将压接钳的联动机构设计成由两组双连杆结构组成的肘式机构,每组双连杆机构分别控制一个钳口,在同一个电机作为动力源的情况下,配合在一起进行压接工作。
机构简图如图5所示。
DE杆和D’E杆在同一个电动机的作用下,分上下两层围绕E点做圆周运动,其中DE杆做顺时针转动,D’E杆做逆时针转动,AB杆和A’B杆随之做左右摆动。
压接钳的钳口分别与B、B’两点相连,实现开合的动作。
图5
3、如图6所示为肘式双连杆联动机构的受力分析。
F1为B点所受的水平方向的力,θ为DE杆与竖直方向的夹角,F2为D点沿运动圆周的切向力。
根据三角形的性质,可知
AB杆的摆角与各杆的长度相关,设AB=25,BC=92,CD=50,DE=17,50≤CF≤110,利用matlab语言进行分析,可得如图7所示函数图像。
从图像可知,随着CF长度的增长,AB的摆角会越来越小,为了便于送料与取出,须将CF的长度尽量减小,这里经过综合考量后,将CF的值定为70mm。
图6
图7
二、减速机构分析
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