一种割刀传动机构的运动学及动力学分析

一种割刀传动机构的运动学及动力学分析

摘要：为降低切割机构的振动，对割刀传动机构进行了运动学及动力学分析并建立了分析方程式，联立方程编程求解，可得到减少切割机构振动所需的平衡配重的最优位置和质量大小。为切割机构的优化设计提供了一定的理论参考依据。

关键词：割刀；传动机构；运动学分析；动力学分析

Kinematics and Dynamics Analysis of a Cutter Driving Mechanism

Abstract： In order to reduce the vibration of cutter mechanism， the kinematics and dynamics analysis on one cutter’s driving mechanism were carried out， and the analysis equations were established. The optimum position and the quality size of the counterweight that reducing the vibration of cutter mechanism were obtained. It provided a theoretical basis for the optimal design of the cutting mechanism.

Key words： cutter； driving mechanism； kinematics analysis； dynamics analysis

收割机的切割机构由切割器和割刀传动机构组成。切割机构的功用是切断作物茎杆，对切割器的性能要求：割茬整齐（无撕裂）、无漏割、功率消耗小、振动小、结构简单、容易更换和适应性广。目前应用较为广泛的是往复式切割器，为了使切割器的割刀做往复运动，可采用曲柄滑块机构、曲柄连杆机构、摆环传动机构和行星齿轮传动机构等多种传动机构。小型联合收割机的割刀传动机构的结构如图1所示[1]，该机构属于曲柄滑块机构，由曲柄、连杆、割刀等组成。当曲柄做回转运动时，割刀动刀片做往复运动实现切割过程。

由于动刀片在传动机构的带动下做往复式运动，必然存在不断变化的加速度，会引起割台较大的振动。为了降低振动程度，减少振动造成的零部件损坏的发生，提高切割机构乃至整台机器的可靠性和工作质量，有必要对割刀传动机构进行运动学和动力学分析[2-4]，确定平衡配重的大小和位置。

1 运动学分析

割刀传动机构运动学分析如图2所示。已知常量为l1、l2、l1o、l2A、yB、ω等，已知变量为θ1。

1.1 建立位移方程

机构的矢量方程为：■A+■B=■B，将其转化为简析形式，有

xA=l1 cosθ1yA=l1 sinθ1 （1）

xB=xA+l2 cosθ2=l1 cosθ1+l2 cosθ2yB=yA+l2 sinθ2=l1 sinθ1+l2 sinθ2=-e （2） 由式（2）可得，sinθ2=-（e+l1 sinθ1）/l2，则

θ2=arctan■+π （3）

分析图2的几何关系可知：

曲柄OA杆的质心坐标为

x1=l1O cosθ1y1=l1O sinθ1 （4）

连杆AB杆的质心坐标为

x2=xA+l2A cosθ2=l1O cosθ1+l2A cosθ2y2=yA+l2A sinθ2=l1O sinθ1+l2A sinθ2 （5）