机械设计制造及自动化毕业设计-1.6万字平面连杆机构运动及动力分析.docx

以罩秋天工嚏再悦毕业设计报告（论文）报告（论文）题目：作者所在系部：作者所在专业：作者所在班级：作者姓名：作者学号：指导教师姓名：完成时间：平面连杆机构运动及动力分析机械工程系机械设计制造及其自动化7115李闪闪20224011543蔡毅2022年6月北华航天工业学院教务处摘要平面连杆机构是一种应用十分广泛的机构。平面连杆机构全部采用低副连接，因而结构简单易于制造，结实耐用，不易磨损，适于高速重载；运动低副具有良好的匣形结构，无需保养，适于极度污染或腐蚀而易出现问题的机器中；平面连杆机构能够实现多种多样复杂的运动规律，而且结构的复杂性不一定随所需完成的运动规律性的复杂程度而增加；平面连杆机构还具有一个独特的优点，就是可调性，即通过改变机构中各杆件长度，从而方便地改变了原机构的运动规律和性能。连杆机构由于结构上的特点在各种机械行业中被广泛的采用。通过对连杆机构的设计，可以实现不同的运动规律，满足预定的位置要求和满足预定的轨迹要求。机构运动及动力分析的目的是分析各个构件的位移、角速度、角加速度以及受力，分析构件上某点的位置、轨迹、速度和加速度等。这种方法能给出各运动参数与机构尺寸间的解析关系及写出机构某些点的轨迹方程式，能帮助我们合理地选择机构的尺寸，从而对某一机构作深入的系统研究。平面连杆机构运动及动力分析，就是以连杆机构作为研究对象，对其各个运动件之间的关系公式进行推导,应用现代设计理论方法和有关专业知识进行系统深入地分析和研究,探索掌握其运动规律，讨论重要参数间的关系。关键词：平面连杆机构运动性能仿真运动规律AbstractPlanarlinkagemechanismsareusedwidely.Planarlinkagemechanismstaketheuseoflowerpairconnection,soitsstructureiseasytomanufacture,durableandresistant,especiallysuitableforhigh-speedandheavy-duty;lowerpairsportshasagoodbox-shapedstructure,withoutmaintenance,whichisfitformachinesworkinginextremecontaminationoroftencomingwithproblemsbecauseofcorrosion;planarlinkagemechanismnotonlycanachieveavarietyofcomplexmovement,butalsothemorecomplexmovementdoesn,tgowithmorecomplexstructure;whatgiveslinkageauniqueadvantageisthatthemotiverulesandperformanceoftheoriginalmechanismwillchangewiththelengthofthebar.Asaresult,linkagemechanismsarewidelyusedinmechanicalindustries.Bychangingthedesignoflinkagemechanisms,itcanachievedifferentmotiverulesinordertomoveastheintendedlocationandtrectory.Theanalysisofmechanism'smotionandpowerisaimedateachlinkagemechanism,slocation,speed,angleaccelerationandpower,eventhoseofsomepointoflinkagemechanisms.Thismethodcangivethemotionparametersandbodysizebetweentheanalyticrelationshipandtrajectoryequationsofsomepointinthebar,whichcanhelpuschooseareasonablechoiceofmechanismssize,andthustohavefurtherstudyaboutthesystemofsomemechanisms.Theresearchofsimulationofplanarlinkagemechanismsistoinferrelativeformersabouteverymotivebarbystudyingthelinkagemechanisms.Goingfurtherstudyandanalyze,byapplyingmoderndesigntheorymethodandrelevantprofessionalknowledgeistoobtainmotiverulesofit,discusstherelationshipofimportantparameters.KeyWords:PlanarLinkageMechanismsKinematicalPerformanceSimulationComputerAidedDesign目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1 本课题的选题背景11.2 目前国内外研究概况11.3 连杆机构31.3.1 连杆机构的概念及特点31.3.2 连杆机构的地位和作用41.3.3 连杆机构的发展及现状41.4 连杆机构的运动及动力分析51.4.1 运动及动力分析需完成的工作51.4.2 平面连杆机构的运动及动力分析51.5 本课题的研究内容61.5.1 课题的提出61.5.2 研窕目标和研究内容61.5.3 拟解决的关键问题71.6 本章小节7第2章连杆机构运动规律82.1 研究连杆机构运动规律的目的82.2 运动参数公式的推导8221位置公式的推导82.2.2 速度公式的推导102.2.3 加速度公式的推导102.3 运动关系的分析122.3.2 位置关系曲线122.3.3 角速度关系曲线142.3.4 角加速度关系曲线162.4 运动结果分析182.5 本章小结19第3章连杆机构动力分析203.1 研究连杆机构动力规律的目的203.2 动力参数公式的推导203.2.1 运动副中反力的推导203.2.2 曲柄上平衡力矩的推导223.3 动力关系的分析223.3.1 运动副中反力曲线233.3.2 曲柄平衡力矩关系曲线312.4动力结果分析323.5本章小结33第4章总结344.1 总结344.2 展望34致谢35参考文献36第1章绪论1.1 本课题的选题背景平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构，故又称平面低副机构。平面连杆机构构件运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而实现已知运动规律和已知轨迹。它的优点是运动副单位面积所受压力较小,且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需用弹簧等力封闭来保持接触；连杆机构还能起增力或扩大行程的作用，若接长连杆，则能控制较远距离的某些动作。所以，平面连杆机构广泛地应用于各种机械、仪表和机电一体化产品中。但是它还存在着许多缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作平面复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡,在高速时将引起较大的振动和动载荷,故机构常用于速度较低的场合。以四杆机构为代表的平面连杆机构在工程机械中应用非常广泛,其优势是能够实现设计者所期望的多种运动规律和运动轨迹的要求，而且结构简单，容易制造，工作可靠。但欲使某简单机构实现复杂的运动要求时，该机构的设计过程通常也是十分艰难的。随着生产的发展,机构的载荷与速度不断提高,对平面连杆机构设计的要求也越来越高。因此，如何设计可满足各种工程要求的平面连杆机构，一直是该领域的重要课题。近年来，随着新技术的发展以及一些新兴学科的出现，许多专家在原有的机构分析方法上，综合这些新的知识，将一些新的思想融入机构的研究中，而无论是传统还是新提出的研究方法，一个共同的特点就是完成一次计算的工作量较大，因此，计算机辅助设计方法的研究就成了连杆机构研究的主要方向。1.2 目前国内外研究概况机构运动分析是机构运动学的一个分支，即已知机构主动输入，构件尺度及构件装配构形，确定从动件的运动规律（包括奇异位形问题及运动误差问题）；或已知机构主动输入和构件尺度，确定所有装配构形并从中选优，然后确定从动件的运动规律。机构的运动分析，就是对机构的位移、速度和加速度进行分析。有了这些运动参数，才能分析、评价现有机械的工作性能，同时它也是优化综合新机械的基本依据。通过位移的分析,可以确定某些构件运动所需的空间或判断它们运动时是否发生相互干涉；还可以确定从动件的行程；考察构件或构件上某点能否实现预定位置变化的要求。通过对速度的分析，可以确定机构中从动件的速度变化是否满足工作要求。同时速度分析也是机构的加速度分析和受力分析的基础。机构的加速度分析，是计算惯性力不可缺少的前提条件。在高速机械中，要对其动强度、振动等动力学性能进行计算，这些都与动载荷或惯性力的大小和变化有关。因此，对于高速机械，加速度分析不能忽略。平面连杆机构运动分析的方法有很多，主要有图解法、解析法和实验法。当需要简捷直观地了解机构的某个位置的运动特性时，采用图解法比较直观、方便，但其缺点是精度不高，而且当对机构一系列位置进行运动分析时，需要反复作图，工作繁琐。图解法包括速度瞬心法和相对速度图解法。当需要确切地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘出机构相应的运动曲线图。国外CAD领域中关于机构分析和仿真技术的研究开展的较早，美国CADSl等专业公司的机构运动学和动力学仿真软件DADS、ADAMS等早已商品化。UG/PRO/ENGINEER等大型的CAD/CAM/CAE软件都有自己的机构分析模块。机构分析与仿真软件在全球的内燃机、飞机、汽车、工程机械、冶金机械、石油钻采机械、纺织机械、轻工机械等行业中得到广泛的应用。国内关于机构运动学分析和仿真技术的研究也发展的较早,但对相关软件的研究起步却较晚。这类软件可分为三类：第一类用于教学目的，使用VB等软件工具开发一些常见机构的动画演示；第二类是出于某一工程实际应用需要所编写的运动学分析软件，这些软件一般能相应解决某一类机构的问题，而通用性受到限制；第三类是一些高校自主研发的比较通用的运动学分析软件，比如大连理工大学研发的平面连杆机构分析与仿真专家系统,就能实现平面连杆机构的运动学分析。在一些机构分析及仿真论文中也有类似研究。参考文献6利用了特征归纳的作用，即从各种具体零件中总结出共性的信息进行描述，以利于设计的标准化及过程简单化，根据曲柄连杆机构的结构特点，建立其特征库。然后开发基于VC+和Pro/TOOLKIT的系统主程序与人机交互界面，实现对Pro/E进行控制与参数传递，从而最终建立完整的计算机辅助系统。参考文献7采用ViSUalC+6.0,并用消息并行处理技术、位图技术和控