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標題: 如何用連桿機構，把水平運動轉為垂直運動？含案例剖析 [打印本頁]
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-15 21:39
標題: 如何用連桿機構，把水平運動轉為垂直運動？含案例剖析
羅羅，你這兩天在做連桿設計？
是的，你又偷窺我。
沒有啦，我路過，晃了一眼而已。
好吧。
你用連桿做什么？
做一個推動機構，把物料從盒子里推出去。
什么物料？什么盒子？
物料就是一片一片的運載盤，運載盤相當于是一個中轉站，盤子里放客料（工藝要處理的東西），被運輸到工藝位置，做下一步處理。
運載盤又一片一片地，從低到高放在盒子里面，一個盒子里放4，5片運載盤。
那盤子放在盒子里不會滑出來嗎？
不會。因為盒子前后都有門，把盒子放入傳輸線上前，后門會打開，以供推動機構推出。
明白了，你做的推動機構，為什么要用連桿？
因為空間的限制。
其實，開始我們也有其他的一些方案。比如，氣缸驅動、線性馬達驅動、馬達＋齒輪齒條驅動、馬達＋滾珠絲杠驅動等。
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雖然驅動方式不同，但是這4個方案有個共同點，就是導軌都是沿Y方向布置，導致其占用太多Y方向空間，無法滿足要求。
什么要求？
這些要求。
1）物料最重可達：4Kg。摩擦系數按照0.4計算。
2）物料長＊寬＊高：322.6mm*135.9mm*12.9mm。
3）要求推出50%以上物料在傳送帶上，也就是行程： ≥ 93.5mm。
4）Y向空間有限：≤ 60mm，X向空間：≈450mm。
5）模組總重量≤ 2.5Kg。
6）推動時各個方向的間隙：X≤8mm, Z≥4.5mm。
你的要求很具體嘛。
是的。
雖然現在看來，我可以這樣明確地告訴你設計要求，但是你知道的，常常這種具體的要求是沒有的，所以需要自己去寫，然后慢慢地完善。
沒錯，我們也是這樣，很多時候要求不清楚，只知道個大概。
所以，要學會自己去寫設計要求。
是的。
這些要求，就是設計的一些的邊界，會限制著方案，選型，細節等設計。
比如呢？
比如，物料重量和摩擦系數相當于載荷，會決定電機的選擇。
物料的尺寸，在我這里案例中，特別是寬度尺寸，會影響物料在傳送帶上的有效長度，也就間接影響設計行程。
X，Y方向的可用空間，以及重量，會影響方案選擇和布局。
重量和間隙要求，也會涉及到減重，和細節的檢查。
是的，是這樣的。
我看你Y向可用空間小于60mm？
是的，所以前面的幾種驅動方式，布局是有問題的。
所以后來只好想一想，用什么機構，來實現水平方向的運動轉換到豎直方向，而且Y向行程還不少，需要93.5mm。
因為條件限定了，X方向可利用空間是比較多的，但是Y方向可利用空間太少了。
所以，才有了現在的連桿設計。
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那你這種連桿機構，是如何實現推動的？
來一張大圖吧，連桿概念如下圖。
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是用伺服電機拖動同步帶，同步帶再驅動滑塊，滑塊在直線導軌引導下，做線性運動。
固定于滑塊上的動鉸鏈點A，沿著導軌方向做直線運動，配合短連桿OC繞固定點O的旋轉，從而驅動長連桿AB端部點B，沿著Y方向運動，實現推動物料的動作。
嗯，原理我清楚了。這種結構的優點是什么？
最大的優點，當然是節省Y向空間了。
因為當滑塊收攏，長連桿端部推動點B，會沿－Y方向收回來，占用的空間非常小。
當需要推動物料時，再出去，所謂不用就收起來，用的時候才打開，有點像雨傘。
這種連桿機構，如何使得推動行程變大呢？
這種機構，當滑塊運動的距離一定時，長連桿的長度，會直接影響推出行程。
長連桿越長，行程越大。
但是，推動桿和物料盒兩側X方向間隙也就越小，為了保持間隙不太小，所以連桿AB長度又不能過大，最后設計成130mm。
在收回的位置，配置有零位傳感器和限位塊。
同時，在推出的位置附近，也有硬件限位塊，防止因為控制出錯，而跑出行程。
但是連桿的推動點，不會在X方向移動嗎？會不會產生摩擦？
你這個問題問得很好。
這里有一個關鍵點，就是長連桿AB的長度，需要設計成短連桿OC的2倍，且和短連桿鉸鏈的點C，需要設計成長連桿的中點。
這樣就保證了，三角形AOB為直角三角形，也就是當A點運動到A’時，B點只會在豎直方向移動到B’點，所以理論上是沒有摩擦的。
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但是，因為加工和裝配誤差，實際的情況可能不那么理想，所以端部最好是用帶軟膠的軸承。一方面可以緩沖，另一方面就算在X方向有微動，也是滾動摩擦。
哦，好的，我明白了。
我還有一個小疑問，滑塊的位移X和推點B的位移Y有什么關系？
如上圖，經過推導，有豎直和水平位移關系是：
Y＝BB’=OB’－OB＝√（130^2－（129－X）^2）－16.1
當設計X方向的位移是75mm時，Y如上圖中的曲線，位移達到102mm。
但是因為開始推動之前，推桿需要和物料保持一定的間隙，設定初始間隙為8.5mm，所以有效的行程是102－8.5＝93.5mm，滿足要求。
好的，那如何確保推力滿足要求呢？
這個嘛，我們來分析一下。
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因為對稱，只分析一邊，以連桿AB為分析對象，它受到3個力的作用。
第一，來自運載盤的力，盤質量4Kg，摩擦系數0.4，所以力大小是：（4Kg*10m/s^2*0.4）/2=8N。
第二，來自短連桿的力F。
第三，來自鉸鏈點A的力FA，大小也是F，沿AB方向。
因為，三角形OCA是等腰三角形， ∠COA=∠CAO=θ， F和FA在水平方向的力需要平衡，所以FA＊cosθ=F＊cosθ ，也就是FA＝F。
而FA在水平方向的分量，就是對同步帶的力Fbelt，也就是Fcos θ ＝Fbelt
AB連桿在豎直方向平衡，有方程8N=2*Fsinθ，有因為Fbelt＝Fcos θ ，兩個等式一除，得到Fbelt=4cotθ。
通過同步帶上的力，和同步帶輪的大小D，即可算得電機的驅動力矩： Tmotor=2*Fbelt*（D/1000/2）。D＝25.78mm，Tmotor單位是Nm。
這里乘以2，是因為兩邊的連桿一起工作，都是由電機給出功率，上面只分析了一邊，所以需要乘以2。
得到電機扭矩和位移X之間的關系曲線，如上圖黑色曲線。
需要注意的是，當滑塊運動到1.35mm時，推動點B才開始接觸物料盤，1.35之前的曲線只是為了方便計算，才統一畫出來，其實那一端是沒有運載盤負載的，所以不需要關注。
可以看出，在最開始推的時候，也就是X＝1.35mm，Y＝8.5mm時，Tmotor＝0.535Nm是最費勁的，后面需要的扭矩，是越來越小。
所以，需要保證的是，剛開始推動時的扭矩達標。
我們選擇的電機最大扭矩是0.95Nm，所以安全系數是0.95/0.535=1.77，沒問題。
這里，還有一個電機指標需要提一下，額定轉矩，這和占空比有關系。
因為此案例中，每推動一次，需要等候的時間是1分鐘，而推動的時間不足1秒鐘，所以占空比是非常小的。
如果非要計算，可以估算一下Trms＝√（（0^2＊60+0.535^2*1）/（60+1））=0.07Nm。電機的額定轉矩是0.318Nm，那么安全系數0.318/0.07=4.5，所以也是可以的。
好的。那是不是同步帶也沒問題？
再算一下，不就知道了嗎。
當X＝1.35mm時，Fbelt＝4cotθ＝20.75N。而同步帶的額定拉力是385N，得出安全系數385/20.75=18.5。
其中，Cotθ=OA’/OB’= （129-X）/√（130^2－（129－X）^2）。
所以也是沒有問題的。
好的。羅羅，可以把你的方案對比和計算過程，分享給我嗎？
可以，在我公號羅羅日記里，回復“連桿”，即可下載。
主要有兩個文件，一個是PPT，里面包含方案對比，位移及力分析，還有一個是原始計算Excel。
好的，多謝啦。
客氣了，樂意分享。
作者: 去缸活塞泵 時間: 2019-9-15 22:07
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-15 22:12
|去缸活塞泵發表于 09-15 22:07<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/victory.gif" smilieid="14 border=" 0"="" alt="">
作者: molify 時間: 2019-9-15 23:11
MARK學習
作者: 機械制鳥 時間: 2019-9-16 06:46
棒呆！
作者: jylhzh 時間: 2019-9-16 07:33
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 07:43
老鐵，你好，感謝捧場
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 07:43
老鐵，你好，感謝感謝
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 07:44
|jylhzh發表于 09-16 07:33<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/victory.gif" smilieid="14 border=" 0"="" alt="">
作者: 小黃黃呀 時間: 2019-9-16 07:48
受教了🙉
作者: 海風1006 時間: 2019-9-16 07:58
分析的灰常詳細
作者: 豌豆先生愛吃蝦 時間: 2019-9-16 08:23
大佬
作者: 13995936456 時間: 2019-9-16 08:40
厲害了，樓主
作者: 七曜神權 時間: 2019-9-16 08:53
這個很贊
作者: 學渣渣 時間: 2019-9-16 08:57
老鐵，早上好，啥時候講講凸輪唄
作者: 飛沫123 時間: 2019-9-16 09:26
非常清晰，感謝老鐵
作者: 機師2 時間: 2019-9-16 09:57
非常清晰，感謝老鐵
作者: wanen.wang 時間: 2019-9-16 10:40
羅羅，我要給你生猴子！
作者: 憶念丶 時間: 2019-9-16 11:47
很好，學習了
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:08
不敢不敢老鐵
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:08
歡迎領導批評指正
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:09
歡迎領導批評指正
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:10
[捂臉]
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:10
[捂臉]
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:11
歡迎領導批評指正
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:11
有機會就講
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:12
別，承受不起，[捂臉]
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 12:13
感謝老鐵看帖
作者: a2336128 時間: 2019-9-16 12:19
學到了 感覺可以向樓主學習一下這種設計方式
作者: 顧小樂 時間: 2019-9-16 13:45
相當不錯啊
作者: 風仔很忙 時間: 2019-9-16 13:55
小弟有個問題想請教下，為什么連桿不設計成剪叉式的舉升，更可靠？
作者: 冷月梧桐 時間: 2019-9-16 15:27
我感覺在第一種的基礎更換成三軸氣缸不是更好嗎，氣缸本體隱藏在物料下方
作者: wang123jun 時間: 2019-9-16 16:09
學習
作者: 深藍色清風 時間: 2019-9-16 16:10
抱不到大佬的大腿，我盡力抓住大佬的腿毛
作者: ZenoWu 時間: 2019-9-16 16:19
牛
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:04
感謝老鐵來頂帖！
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:05
歡迎領導指正
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:08
剪叉式的推點在X方向有位移
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:13
第一，那太重了
第二，氣缸速度不便于控制，存在沖擊
第三，每一次推動需要運動幾個軸，工藝復雜了
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:14
感謝老鐵來捧場
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:14
歡迎領導來指正！
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 18:15
歡迎領導來指正！
作者: LIGL522 時間: 2019-9-16 18:40
這種對話形式的講解，真的好棒
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 20:28
感謝老鐵來捧場
作者: 遠祥 時間: 2019-9-16 20:39
厲害了，666！
作者: skyzou109 時間: 2019-9-16 20:44
實在是牛逼
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 20:56
老鐵，你終于來了
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-16 20:56
歡迎領導指正！
作者: 左在左邊 時間: 2019-9-17 08:13
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-17 08:27
|左在左邊發表于 09-17 08:13<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/victory.gif" smilieid="14 border=" 0"="" alt="">
作者: wendsk 時間: 2019-9-17 08:31
相當清楚！
作者: lindeijun1 時間: 2019-9-17 09:07
贊一個，這才是真正的機械設計
作者: 耳總不是胖聰 時間: 2019-9-17 09:58
這是我見過的唯一一次在實際應用中最全面的設計，有理有據。學習了！
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-17 12:10
感謝老鐵來頂帖
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-17 12:12
被你這樣說，心里美滋滋，你是我領導多好
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-17 12:16
老板，你的鼓勵，是我前進的動力！
作者: we2036hang 時間: 2019-9-17 17:26
有奉獻精神，點贊
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-17 17:44
老鐵，一起來奉獻
作者: 思念誰 時間: 2019-9-17 19:39
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-17 19:53
|思念誰發表于 09-17 19:39<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/victory.gif" smilieid="14 border=" 0"="" alt=""><img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/victory.gif" smilieid="14 border=" 0"="" alt="">
作者: 心如水人如風 時間: 2019-9-18 07:40
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-18 08:15
|心如水人如風發表于 09-18 07:40<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/victory.gif" smilieid="14 border=" 0"="" alt="">
作者: qq527873266 時間: 2019-9-18 10:15
優秀啊，希望社區里面全是這種干貨
作者: 語文要學好 時間: 2019-9-18 10:31
厲害了帶分析的，不會看得一頭蒙
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-18 12:04
|qq527873266發表于 09-18 10:15優秀啊，希望社區里面全是這種干貨<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/lol.gif" smilieid="12 border=" 0"="" alt="">
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-18 12:10
領導看得懂就好
作者: 錢躍躍0518 時間: 2019-9-18 14:02
MARK
作者: 陌上古道 時間: 2019-9-18 14:41
這個必須表揚點贊收藏！
作者: butongzhe 時間: 2019-9-18 16:47
精品，學習學習
作者: butongzhe 時間: 2019-9-18 17:30
優秀的男人
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-18 18:18
感謝老鐵看得起
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-18 18:19
歡迎領導批評指正
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-18 18:20
老鐵看得起是莫大的鼓勵
作者: 北街17號 時間: 2019-9-19 10:05
連桿
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-19 11:52
老鐵，下載設計，是在公號：羅羅日記，里回復“連桿”哦
作者: t2008011416 時間: 2019-9-19 12:56
大神，找到組織了
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-19 16:44
|t2008011416發表于 09-19 12:56大神，找到組織了<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/lol.gif" smilieid="12 border=" 0"="" alt="">
作者: zhonshui 時間: 2019-9-19 17:17
這個才能叫做 “設計”
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-19 18:23
老鐵，感謝你看得起
作者: 925269815 時間: 2019-9-19 20:10
有理有據，點贊
作者: 遙遠的救世主 時間: 2019-9-19 20:35
連桿
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-19 20:37
感謝老鐵^_^
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-19 21:16
老鐵，下載設計，是在公號里回復連桿哦
作者: 福蘭卡叔叔 時間: 2019-9-19 21:41
分析的很詳細了，厲害
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-19 22:06
感謝老鐵來頂帖
作者: 384432485 時間: 2019-9-19 23:00
我就想知道老哥你受力分析示意圖 表格這些是用什么軟件做的
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 07:44
|384432485發表于 09-19 23:00我就想知道老哥你受力分析示意圖 表格這些是用什么軟件做的<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/lol.gif" smilieid="12 border=" 0"="" alt="">
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 07:45
|384432485發表于 09-19 23:00我就想知道老哥你受力分析示意圖 表格這些是用什么軟件做的<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/lol.gif" smilieid="12 border=" 0"="" alt="">
作者: 遙遠的救世主 時間: 2019-9-20 11:13
連桿
作者: 遙遠的救世主 時間: 2019-9-20 11:15
怎么在公號里回復。剛開始逛論壇。
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 11:55
1. 關注我公號：羅羅日記。2. 然后回復連桿
作者: 遙遠的救世主 時間: 2019-9-20 12:30
怎么關注你的公號，我收聽你了，在哪回復？
作者: 水水5 時間: 2019-9-20 13:20
樓主寫的不錯。分析很全面。
對于連桿的這個方案，我有些疑問。連桿推物料伸出之后，相當于一個懸臂梁。末端在垂直于XY的方向上會下沉。我猜Z軸是重力方向吧。如果控制連桿的末端在Z方向的下沉量，或者換句話說，入盒保證連桿的剛性？下沉量多少不影響機構執行？
作者: 刀劍如孟 時間: 2019-9-20 14:07
牛逼啊，我想問問，樓主用什么軟件進行的這些設計分析，可以再圖上進行標注，計算啥的，用來做設計說明資料很合適
作者: 遺落love 時間: 2019-9-20 16:03
非常詳細
作者: 久月牧戈 時間: 2019-9-20 17:17
樓主這個分析的思路值得借鑒，我一般都是估算，選大不選小，價格差不大就行
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 18:42
老鐵，按照圖示1，2，3的步驟即可
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 19:14
|水水5發表于 09-20 13:20樓主寫的不錯。分析很全面。<br>
對于連桿的這個方案，我有些疑問。連桿推物料伸出之后，相當于一個懸臂梁。末端在垂直于XY的方向上會下沉。我猜Z軸是重力方向吧。如果控制連桿的末端在Z方向的下沉量，或者換句話說，入盒保證連桿的剛性？下沉量多少不影響機構執行？
我這里設計的上下間隙是4.5mm。
連桿用不銹鋼303/304做，沒有做CAE分析，但是估計剛性問題不大，畢竟前端沒有載荷，只有自重。
如果嚴格設計的話，是需要坐CAE分析，看下沉量的。
另外，我再補充一點，嚴格來看，還應該計算導軌的彎矩能力。因為，滑塊的受力點不在導軌中心，會形成一個力臂，這里大家也需要注意。
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 19:17
老鐵，只用了PPT和Excel，把這兩個工具用好，足夠了！
另外，文檔已公開在公號，歡迎查看
作者: 羅羅日記 時間: 2019-9-20 19:20
|遺落love發表于 09-20 16:03非常詳細<img class="emotion" src="http://www.whclglass.com.cn/static/image/smiley/default/loveliness.gif" smilieid="28 border=" 0"="" alt="">
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