“对称反对称原理”和机构惯性力平衡

现代流行的提花纺织机高速运行的瓶颈问题 ， 是 高
速 往 复运 动的提 刀机 构构 件惯性 力 得不 到很好 的平
纺织机械
２ ０ １ ４年 第 １ 期
・ 研 究与 应 用 ・ ２ ９
振动 ， 操 作 女 工 开 机后 ， 赶 紧跑 开 。原 因很 简 单 ， 两
Ｇ、 Ｈ 铰接 另一 根提 刀 梁 Ｄ ； 每件 提 刀 梁 中部 有 铰 链， 分别 为 和 ０ ４ ； 铰接 两件 滑块 Ｍ 、 Ｎ， 滑 块 由滑
件 的加 速度 总是数 值 相等 、 方 向相反 ， 即 它们 的惯性 力 完全抵 消 了 ， 实现 了机构 构件 的惯性 力 完全平 衡 。
“ 在 工程实 际 中 ， 机架 所受 的振 动力 和振 动力 矩
完全 平衡 往 往 很 难 实 现 ” ， 现 行 采 用 最 多 的是 配 重 法， 一般 只能做 到 “ 综 合 优化平 衡 ” ， 适 当地部 分平 衡 主要 影响运 行 效 果 的惯 性 力 和 惯 性 力 矩 。否则 ， 机
艺 的要求 。
中一个连杆的下部 ， 安装了一对外啮合圆柱直齿轮 ， 使 两 根连杆 摆 动 方 向相 反 。水 平 力 小 了一 些 ， 但 是
开机 后硬性 冲击 声还 很 重 ， 特别 是 向上 的冲 击 力很 大 。原 因是 两根 连杆 长度不 相 等 了 ， 质量 差别 大 了 ，
的效 果 。
和两根连杆 形状尺寸相 同、 质量相 等， 运动方 向相
反 。“ 惯性 力平衡 机构 的对 称反 对称 设计 准则 ” 得 到
满足 ， 能够设 计 出惯性 力 完全 平衡 机构 。 在机 构 中 ， 两个 对应 的构 件运 动速 度相 等 ， 运 动 速度方 向必 须 相 反 。这一 点很 关 键 。道 理 很 简 单 ， 只有 这样 ， 两个 对应 构件 的质 量 和加速 度 的乘积 ， 即 惯性 力才 能相 等 ， 方 向相 反 ， 惯 性力 才 能 完全 抵 消 ，
２ ８ ・ 研究与应用 ・
纺织机械
总第 ２ ５ １期
“ 对 称 反 对 称原 理 ’ ’ 和 机 构 惯 性 力 平 衡
冯 庆 庚
（ 烟台经济技术开发 区同步机 电设备研 究所 ２ ６ ４ ０ ０ ６ ）
摘
要
介 绍 一种机 构惯 性 力平衡 设计 准 则 ， 理 论依 据 是 “ 对称 反 对 称 原理 ” 。显 示 出设 计 成 功 的
２ 对 称 反 对 称 原 理
对 称反 对 称 是 客观 存 在 的普 遍 现 象 ， 动 物 的肢
图１ 对称反 对称机 构的 构件惯性力完全平衡
图１ 显 示 的一种 对称 反对 称机 构… 。其 中两 个
滑块是 对称 的 ， 两根 连 杆 Ｌ是 反对 称 的。两 个 滑 块
体、 器官多数是对称 的， 人们设计的建筑物 、 纺织物 花形 ， 往 往也 是 对称 和 反 对 称 的 。对 称 反 对称 已经
机构 惯性 力 完全平衡 原理 图、 电子计 算机 仿 真绘 出的机 构构 件加 速度 曲线 。该技 术 已经 于 ２ ０ １ ２年 通过 中国专利局 发 明 专利 的 实质性 审 查 ， 颁发 了发 明专利证 书。
关键 词 对称 机构 惯性 力 平衡
１ 前言
判 断一 部机 器 的运 行 品质 好 坏 ， 感 受 它 的 噪 声 和振 动 ， 是 简单 可 靠 的 方 法 。除 了专 门利 用 振 动 和 噪声工 作 的机器 外 ， 一 般 希 望 机 器 的 噪声 和 振 动 越
得到 平衡 。
３ 惯性力平衡 机构 的对 称反对称设计准则
笔者 接触 到 大 型 电子 提 花 机 之后 ， 了解 到 限制
道 理简单 ， 可 是许 多设计 者 的确 没有认 识 到 。 有 一个 企 业 ， 高 价从 纺 机 展 上 购买 的 国外 提花 机龙 头 ， 一开机， 整个 机 器 在 晃 动 ， 连 地 基 都 在 剧烈
构 因配重 多而 变得 复杂 ， 恶化 其他 运行 指标 。
在进 行 多次理 论 总结 后 ， 才逐 步 认 识 到 机 构设 计 符 合了“ 对 称反 对称 原 理 ” 。笔 者将 其 总结 为 “ 惯 性 力 平 衡机 构 的对称 反对 称设计 准则 ” ， 表述为 ：
“ 机 构 的对称 平 面两侧 ， 对称 或 反对称 构件 的形 状 尺寸 相 同 、 质量 相等 ， 运 动方 向相 反” 。
成 为人类 探求 客观 世界 、 创新 设计 的一 种基 本原 理 。 科学 家在 探 讨 宇 宙 和 微 观 物 质 结 构 的前 沿 科 学 领 域， 借用“ 对称 反对称原理” 取 得 了许 多 重 大 发 现 。 应用 “ 对 称反 对称 原 理 ” 研 究 问题 ， 会 取 得 事 半功 倍
根长连杆在运行中， 等速同向摆动 ， 惯性力叠加到 ２
倍 。后来 ， 有 几个企 业 对这 种机 型进行 了改进 ， 在其
动副 Ｑ、 Ｙ垂直导向。其 中曲柄 ｒ 的值可以改变 ， 提
刀梁 可 以 Ｏ 或Ｏ ４为心 轴 摆 动 ， 改变 ｒ 值 可 以形 成 不 同 的开 口大小 和形状 ， 适应 不 同织机 、 不 同织造 工
小越 好 。
衡 。笔者 想 到现代 汽 车发动 机 的平衡技 术 ， ” 为什 么
小卧车开起来没声音 ， 而单缸拖拉机 的振动却让人
难 以忍 受？ ” 坚信 总会 找到解 决 问题 的办法 。 经 过几 十 种 设计 方 案 的 比较 ， 终 于找 到 了一 种 理 想方 案 ， 计 算机仿 真 画 出的动 态 曲线 ， 显 示对 应构
所以， 我们 可 以看 到许多 机器 ， 只要 能完 成特 定
工作 ， 发出的噪声即使很大 ， 却一直在运行。在纺织
车间， 织 布机 发 出震 耳 欲聋 的噪 声 ， 已经 习惯 ， 有 人
认 为“ 高 速往 复运 动是 纺织原 理确 定 的 ， 惯性 力产 生
的振 动 和噪声 是必 然 的” 。