[摘 要]对机械设计中常用的曲柄连杆滑块机构提供一种惯性力全平衡结构。在曲柄连杆滑块机构模型基础上，通过对机构的动力学和运动学进行分析，获得曲柄连杆滑块机构惯性力计算公式，给出了惯性力全平衡条件。通过增加两根同步平衡轴以及在平衡轴上根据曲柄偏心量设计安装平衡块，进而建立曲柄连杆滑块机构惯性力全平衡结构。按此方法来设计曲柄连杆滑块机构的全平衡结构计算方便，实施简单可靠。
　　[关键词]曲柄连杆滑块；平衡轴；平衡块；惯性力
　　中图分类号：U483 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）41-0009-02
　　曲柄连杆滑块机构是将旋转运动转换成直线往复运动的一种常见机构，特别在高频率短行程往复运动过程中具有很大的优势，可以达到很高的往复运动频率。高速插齿机或高速冲床等经常用到曲柄连杆滑块机构作用为机床的主运动机构，但在实际应用过程中由于机构本身不平衡结构引起的惯性力造成了机构强烈振动和噪声，加剧了机构部件的磨损，影响了机床运动精度和平稳性，限制了机构的使用性能。
　　1、对心正置曲柄连杆滑块机构设计
　　1.1、机构动力学分析
　　通过对对心正置曲柄滑块机构进行动力学分析，建立该机构滑块的位移S、速度V和加速度 的数学模型，分别为：
　　（1）
　　（2）
　　（3）
　　式中： ；R为曲柄长度； 为曲柄等速旋转角速度； 为转角； 为连杆长度。
　　1.2、机构惯性力分析
　　（1）计算机构O点、A点和B点三个集中质量 、 和
　　如图1，根据使惯性力保持不变的质量静代换法将曲柄的质量 用集中于曲柄中心的O点和连杆的末端A点的两个集中质量 、 代替；连杆的质量 用集中于连杆的末端A点和连杆的另一末端B点的两个集中质量 、 代替；
　　则：
　　（4）
　　（5）
　　（6）
　　（7）
　　式中： 為曲柄质心距离中心O的距离； 为连杆质量中心到连杆的另一末端B点长度；
　　此机构经过质量替换后只存在O点、A点和B点三个集中质量 、 和 ，
　　即：
　　（8）
　　（9）
　　（10）
　　式中： 为滑块的质量；
　　（2）建立曲柄、连杆、滑块构件产生的惯性力表达式
　　如图2，曲柄定轴旋转只存在沿径向的向心惯性力 ，滑块作平面运动，故其惯性力为 ，即：
　　（11）
　　（12）
　　由于往复质量的二阶惯性力是无法平衡的，同时插齿机曲柄连杆滑块机构的主运动中 值小于0.1，为计算方便暂不考虑，将其忽略，则：
　　（13）
　　2、建立惯性力平衡条件
　　2.1、平衡曲柄惯性力
　　如图3、在曲柄反方向距离曲柄中心为R的位置增加一个质量为 的质量块，使 = 则：
　　（14）
　　由于 和 大小相等，方向相反，所以 被完全平衡；
　　2.2、平衡滑块惯性力
　　如图4，在曲柄的同一平面内增加两个平衡轴，两个平衡轴与曲柄旋转速度相等，旋转方向相反，在两个平衡轴上且在曲柄的中心平面内增加两个质量块 ，质量块相对轴中心的距离为R，则两个质量块在 方向上产生的惯性力为：
　　（15）
　　为了平衡 方向上的惯性力， ，则：
　　16）
　　由于两个平衡轴上增加的两个质量块旋转方向相反，两个质量块在A方向上的惯性力相互抵消，所以只需在平衡轴上增加两个 的质量块就可以完全平衡掉 。由此，曲柄连杆滑块机构在 、 两个方向的惯性力均被平衡掉，实现了惯性力全平衡。
　　3、结束语
　　我公司生产的高效数控插齿机的主运动采用曲柄连杆滑块机构，滑块的往复运动次数达到了3000次/分钟，速度非常高。通过对主运动机构进行全平衡结构的应用，达到了无振动无声传动，很好地解决了机床因主运动惯性力存在速度提升困难导致加工效率不高，惯性力引起振动导致加工精度底以及高速运行不可靠的问题，满足了特别是汽车变速箱厂家对机床高效、高稳定的要求，提高了机床的国际竞争力。
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