用齿轮副连接曲柄摇杆与摆动导杆机构动图（原理图）

将齿轮副与曲柄摇杆机构和摆动导杆机构结合，可以实现复杂的运动传递和转换。这种组合机构常用于需要将旋转运动转换为摆动运动，或者需要精确控制摆动角度和速度的场合。以下是齿轮副连接曲柄摇杆与摆动导杆机构的原理、设计方法和工作过程。

1. 机构组成

1. 齿轮副：
   • 由两个啮合的齿轮组成，用于传递和转换旋转运动。
   • 通常包括一个主动齿轮和一个从动齿轮。
2. 曲柄摇杆机构：
   • 由曲柄、连杆和摇杆组成，用于将旋转运动转换为摆动运动。
3. 摆动导杆机构：
   • 由导杆和滑块组成，用于将摆动运动转换为直线运动或特定轨迹的运动。

2. 工作原理

1. 输入运动：
   • 主动齿轮通过外部动力（如电机）驱动旋转。
2. 齿轮副传递运动：
   • 主动齿轮带动从动齿轮旋转，实现转速和扭矩的转换。
3. 曲柄摇杆机构转换运动：
   • 从动齿轮与曲柄固定连接，曲柄的旋转运动通过连杆传递到摇杆，使摇杆产生摆动运动。
4. 摆动导杆机构进一步转换运动：
   • 摇杆的摆动运动通过导杆传递到滑块，使滑块沿特定轨迹运动。

3. 设计步骤

(1) 确定运动要求

• 输入转速：主动齿轮的转速。
• 输出运动：滑块的行程、速度和加速度。
• 摆动角度：摇杆的摆动范围。

(2) 设计齿轮副

• 传动比：
  • 根据输入转速和输出转速要求，确定齿轮的齿数比。
  • 传动比 i = frac{Z_2}{Z_1}i=Z1​Z2​​，其中 Z_1Z1​ 为主动齿轮齿数，Z_2Z2​ 为从动齿轮齿数。
• 模数：
  • 根据负载和转速选择合适的齿轮模数。

(3) 设计曲柄摇杆机构

• 曲柄长度：
  • 根据摇杆的摆动角度和滑块的行程确定曲柄长度。
• 连杆长度：
  • 根据机构布局和运动要求确定连杆长度。
• 摇杆长度：
  • 根据摆动角度和导杆的运动轨迹确定摇杆长度。

(4) 设计摆动导杆机构

• 导杆长度：
  • 根据滑块的行程和运动轨迹确定导杆长度。
• 滑块设计：
  • 根据负载和运动要求设计滑块的结构和尺寸。

(5) 校核与优化

• 运动学分析：
  • 通过几何关系或仿真软件分析机构的运动特性。
• 强度校核：
  • 校核齿轮、曲柄、连杆和导杆的强度，确保机构可靠运行。

4. 运动学分析

(1) 齿轮副运动

• 主动齿轮角速度 omega_1ω1​，从动齿轮角速度 omega_2ω2​：omega_2 = frac{Z_1}{Z_2} omega_1ω2​=Z2​Z1​​ω1​

(2) 曲柄摇杆机构运动

• 曲柄长度 $r$，连杆长度 $l$，摇杆长度 $R$。
• 摇杆的摆动角度 $\theta$ 与曲柄的旋转角度 $\varphi$ 的关系：theta = arcsinleft(frac{r sin phi}{l}right)θ=arcsin(lrsinϕ​)

(3) 摆动导杆机构运动

• 滑块的位移 $s$ 与摇杆的摆动角度 $\theta$ 的关系：$$s=R\sin \theta$$

5. 应用实例

1. 包装机械：
   • 用于将旋转运动转换为精确的摆动运动，实现物料的推送或分拣。
2. 自动化生产线：
   • 用于工件的间歇性输送和定位。
3. 印刷机械：
   • 用于纸张的间歇性进给。

6. 设计注意事项

1. 齿轮啮合精度：
   • 确保齿轮啮合平稳，避免冲击和噪音。
2. 运动平稳性：
   • 在摆动运动的起始和终止阶段，设计缓冲装置以减少冲击。
3. 负载匹配：
   • 根据负载大小选择合适的齿轮、曲柄和连杆材料。
4. 润滑与维护：
   • 定期润滑齿轮和运动部件，确保机构长期稳定运行。