柔性件杆系机构弯曲挠度的消除方法

　　0　前言

　　机械工程中大量使用杆件结构,其弯曲挠度(本文主要分析由外力作用下产生的挠度)常是零件设计中最敏感的参数之一.因而设计者无不设法采用各种有效的技术措施来对待它.在具体工程应用中,对挠度进行控制(利用或消除)是十分必要的.如人们所熟知的家电(冰箱、电热锅等)温度控制要利用金属薄片的翘曲变形的敏感性,而车床刀杆的挠度将对产品加工精度带来不利影响,设计时应限制其在允许误差范围内,不得超差.否则,将出废品.所以,机械设计时利用或限制、消除杆件结构的弯曲挠度是个关键性的技术工作,因而,研究控制杠件挠度的方法是极为重要而有意义的,它关系到产品开发的成败、质量优劣问题.

　　在某工程改造、开发设备功能的实践中,笔者设计了四杆控制送料机构.采用了(柔性)材料在杆系间的技巧挠向,实现了机构的杆系挠度自我消除———使其挠度总和为零的成果[1],并应用于机构对柔性件定时、等量、同步送料的控制,从而使新产品开发取得成功,在此基础上,进一步研究分析,推导出一组系列结构,它们各自的挠度总和都可以等于零,具有实际应用价值.用户可根据需要,择用结构规格.

　　1　模型实例剖析

　　对柔性件(线材、网带、渔网等)的生产与定型的两种工艺过程,都要依靠圆形杆件控制机构,发挥其某些力学功能,自控产品质量.生产该类产品时,要求在织物的(1~4m)宽度(即沿杆轴线长度方向)上,进料应定时、等量、同步,才能保证产品质量.因而需由控制机构执行.这套机构设计成若干根圆形杆件(辊)结构(易买到标准件的辊,促进工程早日交付使用).定时(机构间歇驱动)容易实现,而杆上所有材料能否同步、等量输送,与机构各杆之间存在的作用力种类有关,即整个杆件的表面(两杆接触面)相互应有均匀且相等的作用力(以下简称均布力),才能控制正常送料.另外,在织物定型时,织物两端需布在杆上并受到均匀拉力,才能保证定型质量.

　　杆上的均布力如何实现应有科学依据.经研究分析和实践证明,设计成由几个杆件组成一组专用系列机构,对实现均布力都是有效的.该系列的杆件数目n= (2~5)由输送材料所需作用力大小决定:作用力要求较小的,取小值,反之亦然.其性能原理分析如下:

　　均布力与杆的弯曲挠度密切相关.即有弯曲挠度的杆之间,不可能存在着均布力.因此,为要达到均布力的目标,必需消除杆件的挠度.试以最简单的两杆机构为例说明两者关系与消除方法.当进料如图1 (a)所示时(一为主动辊,另一辊(杆)由轴承座调整靠住主辊),杆件(辊)受弯曲挠度影响,使机构达不到设计要求———材料受均布力作用才能正确送料.众所周知,挠度是有方向性的[2],通常与作用力的方向相同.故利用(选择)送进材料(柔性件)的绕法来达到实际应用要求.图1 (b)为改变绕法且杆的排列可倒向水平运转;在位置受限制,不能水平排列时,则如图1 (c)所示,利用导向杆改变进料的绕向.显而易见, (b)、(c)两种方法虽有变异(可多样化),而效果是相同的,都是为了使作用在杆上的力改变方向,使两杆在y方向的分力成为主要的力,而且大小相等(沿杆的轴线均布)、方向相反而得到两杆的挠度方向也相反而抵消的实效.杆系因外力得到平衡(合力为零),使得挠度总和为零,其表达式: