畢業(yè)設(shè)計---平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力分析

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計報告(論文)</p><p>　　報告(論文)題目：平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力分析</p><p>　　作者所在系部： 機(jī)械工程系 </p><p>　　作者所在專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　作者所在班級：

2、 </p><p>　　作 者 姓 名 ： </p><p>　　作 者 學(xué) 號 ： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　完 成 時 間 ： 2011年6月

3、 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)全部采用低副連接，因而結(jié)構(gòu)簡單易于制造，結(jié)實(shí)耐用，不易磨損，適于高速重載；運(yùn)動低副具有良好的匣形結(jié)構(gòu)，無需保養(yǎng)，適于極度污染或腐蝕而易出現(xiàn)問題的機(jī)器中；平面連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不一定隨所需完成的運(yùn)動規(guī)律性

4、的復(fù)雜程度而增加；平面連桿機(jī)構(gòu)還具有一個獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，就是可調(diào)性，即通過改變機(jī)構(gòu)中各桿件長度，從而方便地改變了原機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和性能。連桿機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)在各種機(jī)械行業(yè)中被廣泛的采用。通過對連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動規(guī)律，滿足預(yù)定的位置要求和滿足預(yù)定的軌跡要求。</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力分析的目的是分析各個構(gòu)件的位移、角速度、角加速度以及受力，分析構(gòu)件上某點(diǎn)的位置、軌跡、速度和加速度等。這種方

5、法能給出各運(yùn)動參數(shù)與機(jī)構(gòu)尺寸間的解析關(guān)系及寫出機(jī)構(gòu)某些點(diǎn)的軌跡方程式，能幫助我們合理地選擇機(jī)構(gòu)的尺寸，從而對某一機(jī)構(gòu)作深入的系統(tǒng)研究。</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力分析，就是以連桿機(jī)構(gòu)作為研究對象，對其各個運(yùn)動件之間的關(guān)系公式進(jìn)行推導(dǎo)，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論方法和有關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究，探索掌握其運(yùn)動規(guī)律，討論重要參數(shù)間的關(guān)系。</p><p>　　關(guān)鍵詞：平面連桿機(jī)

6、構(gòu) 運(yùn)動性能仿真 運(yùn)動規(guī)律 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Planar linkage mechanisms are used widely. Planar linkage mechanisms take the use of lower pair connection, so its structure is ea

7、sy to manufacture, durable and resistant, especially suitable for high-speed and heavy-duty; lower pair sports has a good box-shaped structure, without maintenance, which is fit for machines working in extreme contaminat

8、ion or often coming with problems because of corrosion; planar linkage mechanism not only can achieve a variety of complex movement, but also the mor</p><p>　　The analysis of mechanism’s motion and power is

9、 aimed at each linkage mechanism’s location, speed, angle acceleration and power, even those of some point of linkage mechanisms. This method can give the motion parameters and body size between the analytic relationship

10、 and trajectory equations of some point in the bar, which can help us choose a reasonable choice of mechanisms size, and thus to have further study about the system of some mechanisms.</p><p>　　The research

11、of simulation of planar linkage mechanisms is to infer relative formers about every motive bar by studying the linkage mechanisms. Going further study and analyze, by applying modern design theory method and relevant p

12、rofessional knowledge is to obtain motive rules of it, discuss the relationship of important parameters.</p><p>　　Key Words: Planar Linkage Mechanisms Kinematical Performance Simulation </p><p&g

13、t;　　Computer Aided Design</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 本課題的選題背景</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面復(fù)雜運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動規(guī)律和已知軌跡。它

14、的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減??；制造方便，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時需用彈簧等力封閉來保持接觸；連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的作用，若接長連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動作[1]。所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動要求較多或

15、復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動和作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合[2]。</p><p>　　以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計者所期望的多種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求，

16、而且結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動要求時，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程通常也是十分艱難的[3]。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)的載荷與速度不斷提高，對平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高。因此，如何設(shè)計可滿足各種工程要求的平面連桿機(jī)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的重要課題。</p><p>　　近年來，隨著新技術(shù)的發(fā)展以及一些新興學(xué)科的出現(xiàn)，許多專家在原有的機(jī)構(gòu)分析方法上，綜合這些新的知識，將一些新的思想融入機(jī)構(gòu)的研究中，

17、而無論是傳統(tǒng)還是新提出的研究方法，一個共同的特點(diǎn)就是完成一次計算的工作量較大，因此，計算機(jī)輔助設(shè)計方法的研究就成了連桿機(jī)構(gòu)研究的主要方向[4]。</p><p>　　1.2 目前國內(nèi)外研究概況</p><p>　　機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析是機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)的一個分支，即已知機(jī)構(gòu)主動輸入，構(gòu)件尺度及構(gòu)件裝配構(gòu)形，確定從動件的運(yùn)動規(guī)律（包括奇異位形問題及運(yùn)動誤差問題）；或已知機(jī)構(gòu)主動輸入和構(gòu)件尺度，確定所有裝配

18、構(gòu)形并從中選優(yōu)，然后確定從動件的運(yùn)動規(guī)律。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，就是對機(jī)構(gòu)的位移、速度和加速度進(jìn)行分析。有了這些運(yùn)動參數(shù)，才能分析、評價現(xiàn)有機(jī)械的工作性能，同時它也是優(yōu)化綜合新機(jī)械的基本依據(jù)。</p><p>　　通過位移的分析，可以確定某些構(gòu)件運(yùn)動所需的空間或判斷它們運(yùn)動時是否發(fā)生相互干涉；還可以確定從動件的行程；考察構(gòu)件或構(gòu)件上某點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定位置變化的要求。</p><p>　　通過對速度

19、的分析，可以確定機(jī)構(gòu)中從動件的速度變化是否滿足工作要求。同時速度分析也是機(jī)構(gòu)的加速度分析和受力分析的基礎(chǔ)。</p><p>　　機(jī)構(gòu)的加速度分析，是計算慣性力不可缺少的前提條件。在高速機(jī)械中，要對其動強(qiáng)度、振動等動力學(xué)性能進(jìn)行計算，這些都與動載荷或慣性力的大小和變化有關(guān)。因此，對于高速機(jī)械，加速度分析不能忽略。</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的方法有很多，主要有圖解法、解析法和實(shí)

20、驗(yàn)法。當(dāng)需要簡捷直觀地了解機(jī)構(gòu)的某個位置的運(yùn)動特性時，采用圖解法比較直觀、方便，但其缺點(diǎn)是精度不高，而且當(dāng)對機(jī)構(gòu)一系列位置進(jìn)行運(yùn)動分析時，需要反復(fù)作圖，工作繁瑣。圖解法包括速度瞬心法和相對速度圖解法。當(dāng)需要確切地知道或要了解機(jī)構(gòu)在整個運(yùn)動循環(huán)過程中的運(yùn)動特性時，采用解析法并借助計算機(jī)，不僅可獲得很高的計算精度及一系列位置的分析結(jié)果，并能繪出機(jī)構(gòu)相應(yīng)的運(yùn)動曲線圖[5]。</p><p>　　國外CAD領(lǐng)域中關(guān)于機(jī)構(gòu)

21、分析和仿真技術(shù)的研究開展的較早，美國CADSI等專業(yè)公司的機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真軟件DADS、ADAMS等早已商品化。UG/PRO/ENGINEER等大型的CAD/CAM/CAE軟件都有自己的機(jī)構(gòu)分析模塊。機(jī)構(gòu)分析與仿真軟件在全球的內(nèi)燃機(jī)、飛機(jī)、汽車、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、石油鉆采機(jī)械、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

22、

23、 </p><p>　　國內(nèi)關(guān)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析和仿真技術(shù)的研究也發(fā)展的較早，但對相關(guān)軟件的研究起步卻較晚。這類軟件可分為三類：第一類用于教學(xué)目的，使用VB等軟件工具開發(fā)一些常見機(jī)構(gòu)的動畫演示；第二類是出于某一工程實(shí)際應(yīng)用需要所編寫的運(yùn)動學(xué)分析軟件，這些軟件一般能相應(yīng)解決某一類機(jī)構(gòu)的問題，而通用性受到限制；第三類是一些高校

24、自主研發(fā)的比較通用的運(yùn)動學(xué)分析軟件，比如大連理工大學(xué)研發(fā)的平面連桿機(jī)構(gòu)分析與仿真專家系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析。</p><p>　　在一些機(jī)構(gòu)分析及仿真論文中也有類似研究。參考文獻(xiàn)[6]利用了特征歸納的作用，即從各種具體零件中總結(jié)出共性的信息進(jìn)行描述，以利于設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化及過程簡單化，根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立其特征庫。然后開發(fā)基于VC++和Pro/TOOLKIT的系統(tǒng)主程序與人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)

25、對Pro/E進(jìn)行控制與參數(shù)傳遞，從而最終建立完整的計算機(jī)輔助系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)[7]采用Visual C++6.0，并用消息并行處理技術(shù)、位圖技術(shù)和控件信息提示技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真，給出了運(yùn)動實(shí)時控制的程序段和運(yùn)動平滑處理等方法。在參考文獻(xiàn)[8]中研究了在三維機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)SolidWorks平臺上進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真的方法，基于SolidWorks平臺，以API為應(yīng)用程序接口，以類型轉(zhuǎn)化及廣義轉(zhuǎn)化法為運(yùn)動分析的理論基礎(chǔ)，通過機(jī)構(gòu)

26、的配合特征和裝配體中各零件幾何信息的提取與轉(zhuǎn)換，利用面向?qū)ο蟮腣C++語言實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)三維實(shí)體的運(yùn)動仿真。參考文獻(xiàn)[9]以八桿機(jī)構(gòu)為例，將由機(jī)構(gòu)創(chuàng)意性定向發(fā)散得到的每一個機(jī)構(gòu)型作為基本運(yùn)動分析對象，以桁架理論和基本桿組理論對其進(jìn)行運(yùn)動分析，采用面向?qū)ο蟮腣C++編程技術(shù)對其封裝，應(yīng)用雅格比矩</p><p>　　運(yùn)用通路法和桁架有限元法建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動方程，方法通用，實(shí)現(xiàn)簡單，且只與構(gòu)件中桿件的方位有關(guān)，與機(jī)構(gòu)中各桿件

27、的長度無關(guān)。參考文獻(xiàn)[11]對平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的各類方法進(jìn)行了分析比較，完善了用于簡單平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的矢量三角形法理論，并引入約束條件逼近思想，即用矢量三角形環(huán)路構(gòu)成復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的基本環(huán)路，通過把未知數(shù)較多的回路中的某個未知參數(shù)虛擬為已知量[15]，而將后續(xù)回路中的已知參數(shù)作為約束條件進(jìn)行逼近，使復(fù)雜機(jī)構(gòu)的分析問題變?yōu)橐痪S搜索問題。</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的傳統(tǒng)方法有：圖解法和解析法和

28、實(shí)驗(yàn)法。這幾種設(shè)計方法各有特點(diǎn)。圖解法直觀、清晰，對不太精密的機(jī)械比較簡單可行，但作圖誤差大，且誤差難以事先計算和控制.實(shí)驗(yàn)法也有類似之處，而且工作比較煩瑣，工作量大。但隨著計算機(jī)的應(yīng)用和普及，解析法的煩瑣之處已不再困難。通過解析法設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)可以得到精確的機(jī)構(gòu)位置和軌跡。而且還可在此基礎(chǔ)上對所設(shè)計機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析和繪制動態(tài)圖。直接在計算機(jī)上觀察所設(shè)計機(jī)構(gòu)的動態(tài)運(yùn)行情況，用計算機(jī)對機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)性能分析。從前面發(fā)展現(xiàn)狀的分析可以看出，對平

29、面連桿機(jī)構(gòu)的計算機(jī)輔助設(shè)計的研究越來越多，但從解決工程中的實(shí)際問題的要求來看，還是存在著一些問題：一是所采用的解析法在內(nèi)容和方法上有些局限性，缺乏系統(tǒng)性，而且有的方法比較復(fù)雜，不容易被一般工程技術(shù)人員所掌握；二是解析法的初始解的確定未得到很好解決，因?yàn)槌跏冀庵苯佑绊懙浇獾氖諗啃?，故有時需要借助于實(shí)驗(yàn)法和圖解法來確定。因而不僅煩瑣、費(fèi)事，而且所能解決的問題也有限.三是由于解析法的直觀性能較差，所以計算結(jié)果的驗(yàn)證和一些項目的檢驗(yàn)同樣要用圖解

30、法和實(shí)驗(yàn)法來完成。由于上述原因，這些軟件在實(shí)際使用中往往很麻煩，費(fèi)時間，欲收到</p><p><b>　　1.3 連桿機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　1.3.1 連桿機(jī)構(gòu)的概念及特點(diǎn)</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面復(fù)雜

31、運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小;制造方便，易獲得較高的精度;兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時需用彈簧等力封閉來保持接觸:連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的作用，若接長連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動作。所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn):一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡，且設(shè)

32、計較為復(fù)雜;當(dāng)給定的運(yùn)動要求較多或復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加;機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動和作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計者所期望的多種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求，</p>

33、;<p>　　1.3.2 連桿機(jī)構(gòu)的地位和作用</p><p>　　現(xiàn)代機(jī)械主要特征之一是用機(jī)器代替精密的、高難度的、手工勞動.這樣既提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，又減輕了工人的勞動強(qiáng)度;現(xiàn)代機(jī)械的另一個主要特征是機(jī)構(gòu)復(fù)雜.特別是由于機(jī)械運(yùn)動速度越來越高，為了保證各機(jī)構(gòu)運(yùn)動的精確配合，對機(jī)構(gòu)運(yùn)動和動力特性的要求也越來越高。由此可見，實(shí)現(xiàn)高速度、高精度的復(fù)雜運(yùn)動，關(guān)鍵在于設(shè)計制造精巧的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計己成為

34、機(jī)器設(shè)計的核心和首要環(huán)節(jié).機(jī)構(gòu)有連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等等，其中連桿機(jī)構(gòu)是其它機(jī)構(gòu)的理論結(jié)構(gòu)原型，是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論的主要研究對象，而且在各種機(jī)構(gòu)中，它表現(xiàn)為具有多種多樣的結(jié)構(gòu)相多種多樣的特性，因此對連桿機(jī)構(gòu)的研究正方興未艾。連桿機(jī)構(gòu)全部采用低副連接，因而結(jié)構(gòu)簡單易于制造，結(jié)實(shí)耐用，不易磨損，適于高速重載;運(yùn)動低副具有良好的匣形結(jié)構(gòu)，無需保養(yǎng)；適于極度污染或腐蝕而易出現(xiàn)問題的機(jī)器中。例如農(nóng)業(yè)、礦山、化工設(shè)備中;連桿機(jī)構(gòu)能夠

35、實(shí)現(xiàn)多種多樣復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不一定隨所需完成的運(yùn)動規(guī)律性的復(fù)雜程度而增加;連桿機(jī)構(gòu)還具有一個獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，就是可調(diào)性，即通過改變機(jī)構(gòu)中各桿件長度，從而方便地改變了原機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律和性能。連桿機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)在</p><p>　　1.3.3 連桿機(jī)構(gòu)的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　在各種機(jī)構(gòu)型式中，連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)表現(xiàn)為具有多種多樣的特性.僅就平面連桿而言，即使其構(gòu)件數(shù)被

36、限制在極少的情況下，大量的各種可能的結(jié)構(gòu)型式在今天難以估計.它們的特性在每一方面是多種多樣的，以致只能將其視為最一般形式的機(jī)械系統(tǒng)。所以，數(shù)學(xué)家、自然科學(xué)家、工程師已經(jīng)將連桿機(jī)構(gòu)作為值得研究的對象而對其進(jìn)行理論研究。集合論、圖論、數(shù)值數(shù)學(xué)中一些專門的分支、幾何學(xué)、工程力學(xué)、設(shè)計科學(xué)等都將連桿機(jī)構(gòu)選作為例子加以研究和討論.過去大多數(shù)研究都沒有明確地服從于把連桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)械制造有效組成部分進(jìn)行設(shè)計這一目的，因而不難理解，連桿機(jī)構(gòu)比賦予它們的

37、實(shí)際意義以更多的關(guān)注，就能肯定地說，還未對連桿機(jī)構(gòu)的所有特性都進(jìn)行了研究或者說還未全部加以應(yīng)用。在古代和在中世紀(jì)許多實(shí)際應(yīng)用方面的發(fā)明中就有連桿機(jī)構(gòu)，例如列澳多.達(dá).芬奇所描述的橢圓在削裝置。在工業(yè)革命時代，就有了諸如天才的斯特芬機(jī)構(gòu)和其它機(jī)車制造中的機(jī)構(gòu)或詹姆士.瓦特機(jī)構(gòu)，詹姆士.瓦特甚至把齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組合為齒輪連桿機(jī)構(gòu)，這樣不僅避開了特殊處理的曲柄軸，而且使分輪轉(zhuǎn)速增加了一倍。連桿機(jī)構(gòu)在蒸汽機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用，如瓦特根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)

38、的直線導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，推動了對連桿機(jī)</p><p>　　隨著計算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè)計軟件的開發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計速度和設(shè)計精度有了較大的提高，而且在滿足運(yùn)動學(xué)要求的同時，還可考慮到動力學(xué)特性。尤其是微電子技術(shù)及自動控制技術(shù)的引入，多自由度連桿機(jī)構(gòu)的采用，使連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計大為簡化，使用范圍更為廣泛。從機(jī)構(gòu)設(shè)計角度來說，通常包括選型和運(yùn)動尺寸設(shè)計兩個方面，前者是確定連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，包括構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動副的類型

39、和數(shù)目，后者是確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的參數(shù)，包括轉(zhuǎn)動副中心之間的距離、移動副位置尺寸以及描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置尺寸等。對設(shè)計方法而言，有圖解法、實(shí)驗(yàn)法、解析法等。近年，利用計算機(jī)對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助研究的方法越來越多，無論那種方法，其目的是對機(jī)構(gòu)分析與綜合進(jìn)行優(yōu)化，使機(jī)構(gòu)設(shè)計結(jié)果更科學(xué)更精確，同時也可減輕人的體力和腦力勞動。</p><p>　　1.4 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力分析</p><p>　

40、　1.4.1 運(yùn)動及動力分析需完成的工作</p><p>　　對于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力分析就是利用高數(shù)及理論力學(xué)相關(guān)知識推算連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動構(gòu)件之間的關(guān)系，通過編程確定連桿機(jī)構(gòu)動件和節(jié)點(diǎn)的位置，繪制連桿機(jī)構(gòu)的簡圖，利用速度、加速度公式輸出各運(yùn)動件運(yùn)動參數(shù)，得到負(fù)載和驅(qū)動力間的關(guān)系。</p><p>　　1.4.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力分析</p><p>　　用MAT

41、LAB系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動及動力分析，MATLAB是集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號處理和圖形顯示于一體的高性能數(shù)學(xué)軟件，它在國內(nèi)外高校和科研部門正扮演著越來越重要的角色，功能也越來越強(qiáng)大，將其強(qiáng)大的計算功能與VB在圖形用戶界面開發(fā)方面的優(yōu)勢結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的無縫集成。</p><p>　　本文利用MATLAB軟件繪制的特殊功能，利用速度、加速度等公式輸出各運(yùn)動件的運(yùn)動及動力規(guī)律，得到運(yùn)動規(guī)律以及負(fù)載和驅(qū)動力間的關(guān)系。&

42、lt;/p><p>　　1.5 本課題的研究內(nèi)容</p><p>　　1.5.1 課題的提出</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面復(fù)雜運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小;制造方便，易獲

43、得較高的精度;兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時需用彈簧等力封閉來保持接觸:連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的作用，若接長連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動作。所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn):一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律或運(yùn)動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜;當(dāng)給定的運(yùn)動要求較多或復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自

44、鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加;機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動和作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場合。</p><p>　　以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計者所期望的多種運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動軌跡的要求，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動要求時，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計過程通常

45、也是十分艱難的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)的載荷與速度不斷提高，對平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高。因此，如何設(shè)計可滿足各種工程要求的平面連桿機(jī)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的重要課題。</p><p>　　近年來，隨著新技術(shù)的發(fā)展以及一些新興學(xué)科的出現(xiàn)，許多專家在原有的機(jī)構(gòu)分析方法上，綜合這些新的知識，將一些新的思想融入機(jī)構(gòu)的研究中，而無論是傳統(tǒng)還是新提出的研究方法，一個共同的特點(diǎn)就是完成一次計算的工作量較大，因此，計算機(jī)輔助設(shè)計

46、方法的研究就成了連桿機(jī)構(gòu)研究的主要方向。</p><p>　　1.5.2 研究目標(biāo)和研究內(nèi)容</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力分析的研究，就是以連桿機(jī)構(gòu)作為研究對象，對其各個運(yùn)動件之間的關(guān)系公式進(jìn)行推導(dǎo)，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計理論方法和有關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究，探索掌握其運(yùn)動規(guī)律，并用MATLAB軟件對運(yùn)動及動力情況進(jìn)行分析。</p><p>　　本課題研究

47、內(nèi)容主要是：連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動件間的運(yùn)動及動力變化情況。</p><p>　　1.5.3 擬解決的關(guān)鍵問題</p><p>　　擬解決的關(guān)鍵問題：根據(jù)已獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力規(guī)律，通過MATLAB軟件對運(yùn)動（包括：位置、角速度、角加速度）及動力（靜態(tài)力及平衡力矩）分析。</p><p><b>　　1.6 本章小節(jié)</b><

48、/p><p>　　本章首先介紹了連桿機(jī)構(gòu)的基本概念和理論，連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、地位及作用，，回顧了連桿機(jī)構(gòu)與計算機(jī)輔助設(shè)計在國內(nèi)外的研究、發(fā)展、應(yīng)用狀況，最后說明了本課題所作的主要研究工作，研究目標(biāo)和研究內(nèi)容以及擬解決的關(guān)鍵問題。</p><p>　　第2章 連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律</p><p>　　2.1 研究連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律的目的</p><p>　

49、　本課題是利用MATLAB軟件對連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力進(jìn)行分析，所以就要對各參數(shù)公式（包括位置公式、速度公式、加速度公式及受力公式）進(jìn)行分析，而要推導(dǎo)和掌握參數(shù)公式就必須要研究連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律。掌握了連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律之后，才能利用數(shù)學(xué)和理論力學(xué)的方法對連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動進(jìn)行研究和推導(dǎo)公式。</p><p>　　要推導(dǎo)和掌握參數(shù)公式就必須要研究連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律及動力。研究運(yùn)動規(guī)律時應(yīng)首先建立機(jī)構(gòu)的位置方程式，然后將位

50、置方程式對時間求一次和二次倒數(shù)，即可求得機(jī)構(gòu)的速度和加速度方程，進(jìn)而解出所需位移、速度及加速度，完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析。研究動力時首先根據(jù)力的平衡條件列出各力之間的關(guān)系式后再求解。</p><p>　　2.2 運(yùn)動參數(shù)公式的推導(dǎo)</p><p>　　圖2-1 四桿機(jī)構(gòu)封閉矢量多邊形</p><p>　　2.2.1 位置公式的推導(dǎo)</p><p>

51、　　如圖2-1所示，先建立一直角坐標(biāo)系。圖示中四桿機(jī)構(gòu)，以其原動件轉(zhuǎn)動副為0點(diǎn)建立坐標(biāo)系，設(shè)曲柄1的長度為，其方位角為， 為曲柄1的桿矢量，即=。機(jī)構(gòu)中其余構(gòu)件均可表示為相應(yīng)的桿矢量，這樣就形成由各桿矢量組成的一個封閉矢量多邊形，即ABCDA。在圖示這個封閉矢量多邊形中，其各矢量之和為零。即</p><p>　　=0 (2-1)</p><p>　　

52、式中 ——曲柄1的長度；</p><p><b>　　——連桿2的長度；</b></p><p><b>　　——搖桿3的長度；</b></p><p><b>　　——機(jī)架4的長度。</b></p><p>　　式(2-1)即為圖2-1所示四桿機(jī)構(gòu)的封閉矢量位置方程式。

53、</p><p>　　將式(2-1)寫成在兩坐標(biāo)上的投影式，并改寫成方程左邊含未知量項的形式，即得</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中 ——曲柄1的方位角；</p><p>　　——連桿2的方位角；</p><p>　　——搖桿3的方位角。</p&

54、gt;<p>　　由于、、、及均為已知，需求出和。式(2-2)可變形為</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　將式(2-3)左右兩邊平方后相加得</p><p>　　(2-4) </p><p>　　可將上式寫成簡化形式</p>

55、<p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　由式(2-5)可解得</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p><b>　　即</b></p><

56、;p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　同理可求出</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　2.2.2 速度公式的推導(dǎo)</p>

57、<p>　　將式(2-2)對時間求一次導(dǎo)數(shù)，可得</p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　式中 ——曲柄1的角速度；</p><p>　　——連桿2的角速度；</p><p>　　——搖桿3的角速度。</p><p>　　解此方程組可求的、。</p

58、><p>　　式(2-6)亦可寫成矩陣形式</p><p>　　= (2-10)</p><p><b>　　由上式可求出</b></p><p>　　= (2-11)</p><p>　　= (2

59、-12)</p><p>　　由于已知及，因此可同時求出B點(diǎn)及C點(diǎn)的速度即</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p><b>　　(2-14)</b></p><p>　　2.2.3 加速度公式的推導(dǎo)</p><p>　　將式(2-7)對時間取導(dǎo)，可得

60、加速度關(guān)系</p><p>　　= (2-15)</p><p>　　式中 ——連桿2的角加速度；</p><p>　　——搖桿3的角加速度。</p><p><b>　　由上式可解得</b></p><p>　　= (2-16)</p><p&

61、gt;　　= (2-17)</p><p>　　如果求連桿上任一點(diǎn)E的位置、速度和加速度，設(shè)連桿上任意一點(diǎn)E在其上的位置矢量為、，由圖2-1可見，則可由下列各式直接求得：</p><p><b>　　(2-18)</b></p><p><b>　　(2-19)</b></p><p><

62、;b>　　(2-20)</b></p><p>　　式中 ——E點(diǎn)在x軸方向投影；</p><p>　　——E點(diǎn)在y軸方向投影；</p><p>　　——E點(diǎn)在x軸方向速度；</p><p>　　——E點(diǎn)在y軸方向速度；</p><p>　　——E點(diǎn)在x軸方向加速度；</p>&l

63、t;p>　　——E點(diǎn)在y軸方向加速度。</p><p>　　2.3 運(yùn)動關(guān)系的分析</p><p>　　利用MATLAB軟件對連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力進(jìn)行的分析，由軟件仿真出連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力關(guān)系曲線。由圖2-1所示，對此四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。已知條件為四桿機(jī)構(gòu)各桿件的長度b1=101.6mm、b2=254mm、b3=177.8mm、b4=304.8mm，對于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析即已知曲柄1的

64、運(yùn)動規(guī)律（即已知的變化規(guī)律），由公式推導(dǎo)出連桿2和搖桿3中各參數(shù)與的相互關(guān)系，以下即為應(yīng)用MATLAB軟件仿真出的關(guān)系曲線圖。</p><p>　　2.3.1 位置關(guān)系曲線</p><p>　　由上述公式(2-7)和(2-8)可仿真出連桿位置及搖桿位置曲線如以下各圖所示：</p><p>　　圖2-2 連桿角度變化曲線</p><p>　　圖

65、2-3連桿角度變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為連桿位置與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為連桿位置。圖2-2為曲柄由0-時連桿角度變化曲線圖，圖2-3為曲柄由0-時連桿角度變化曲線圖。</p><p>　　圖2-4 搖桿角度變化曲線</p><p>　　圖2-5 搖桿角度變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為搖桿位

66、置與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為搖桿位置。圖2-4為曲柄由0-時搖桿角度變化曲線圖，圖2-5為曲柄由0-時搖桿角度變化曲線圖。</p><p>　　2.3.2 角速度關(guān)系曲線</p><p>　　由上述公式(2-11)和(2-12)可仿真出連桿角速度及搖桿角速度曲線如以下各圖所示：</p><p>　　圖2-6連桿角速度變化曲線</p>

67、<p>　　圖2-7 連桿角速度變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為連桿角速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為連桿角速度。圖2-6為曲柄由0-時連桿角速度變化曲線圖，圖2-7為曲柄由0-時連桿角速度變化曲線圖。</p><p>　　圖2-8 搖桿角速度變化曲線</p><p>　　圖2-9 搖桿角速度變化曲線</p>

68、<p>　　以上兩圖分別為搖桿角速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為搖桿角速度。圖2-8為曲柄由0-時搖桿角速度變化曲線圖，圖2-9為曲柄由0-時搖桿角速度變化曲線圖。</p><p>　　2.3.3 角加速度關(guān)系曲線</p><p>　　由上述公式(2-16)和(2-17)可仿真出連桿角加速度及搖桿角加速度曲線如以下各圖所示：</p><p&g

69、t;　　圖2-10 連桿角加速度變化曲線</p><p>　　圖2-11 連桿角加速度變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為連桿角加速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為連桿角加速度。圖2-10為曲柄由0-時連桿角加速度變化曲線圖，圖2-11為曲柄由0-時連桿角加速度變化曲線圖。</p><p>　　圖2-12 搖桿角加速度變化曲線</p&g

70、t;<p>　　圖2-13 搖桿角加速度變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為搖桿角加速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為搖桿角加速度。圖2-12為曲柄由0-時搖桿角加速度變化曲線圖，圖2-13為曲柄由0-時搖桿角加速度變化曲線圖。</p><p>　　2.4 運(yùn)動結(jié)果分析</p><p>　　對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，由以上2-2~

71、2-13各圖所示：</p><p>　　由圖2-2和2-3可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加，連桿的角度也相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，連桿的角度最?。划?dāng)曲柄的變化由~時，連桿的角度相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為，連桿的角度最大；當(dāng)曲柄的變化由~2時，連桿的角度也相應(yīng)的減小。</p><p>　　由圖2-4和2-5可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加，搖桿的角度也

72、相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，搖桿的角度最小；當(dāng)曲柄的變化由~時，搖桿的角度相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為，搖桿的角度最大；當(dāng)曲柄的變化由~2時，搖桿的角度也相應(yīng)的減小。</p><p>　　由圖2-6和2-7可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角速度的不斷增加，連桿的角速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時，連桿的角速度最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，連桿的角速度相應(yīng)的減?。黄渲挟?dāng)曲柄的變化由~時，曲柄角速度變化較小。<

73、;/p><p>　　由圖2-8和2-9可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加，搖桿的角速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時，搖桿的角速度最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，搖桿的角速度相應(yīng)的減小。</p><p>　　由圖2-10和2-11可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角速度的不斷增加，連桿的角加速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時，連桿的角加速度最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，連桿的角加速度相

74、應(yīng)的減??；當(dāng)曲柄的變化由~時，連桿的角加速度變化較小；當(dāng)曲柄的變化由~時，連桿的角加速度相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，連桿的角加速度最?。划?dāng)曲柄的變化由~時，連桿的角加速度相應(yīng)的增大。</p><p>　　由圖2-12和2-13可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加，搖桿的角加速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時，搖桿的角加速度最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，搖桿的角加速度相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，搖桿的

75、角加速度最??；當(dāng)曲柄的變化由~時，搖桿的角加速度相應(yīng)的增大。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章概括闡述了掌握連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律的目的，詳推導(dǎo)了通過連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄位置基本參數(shù)（）表示其他機(jī)構(gòu)（連桿和搖桿）位置參數(shù)的公式、連桿及搖桿的角速度參數(shù)公式、角加速度參數(shù)公式，為后續(xù)利用MATLAB軟件進(jìn)行運(yùn)動及動力分析做了充足準(zhǔn)備。對

76、連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況進(jìn)行了分析，并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真，仿真出各運(yùn)動關(guān)系曲線。</p><p>　　第3章 連桿機(jī)構(gòu)動力分析</p><p>　　3.1 研究連桿機(jī)構(gòu)動力規(guī)律的目的</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)動力分析的主要目的是確定運(yùn)動副中的反力和需加于機(jī)構(gòu)上的平衡力</p><p>　　3.2動力參數(shù)公式的推導(dǎo)</p>

77、<p>　　利用復(fù)數(shù)法對四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1四桿機(jī)構(gòu)受力分析示意圖</p><p>　　3.2.1 運(yùn)動副中反力的推導(dǎo)</p><p>　　將各運(yùn)動副中的反力分解為沿兩坐標(biāo)軸的兩個分力示出，即</p><p><b>　　(3-1)</b></p>

78、<p><b>　　(3-2)</b></p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　　式中 、、——A點(diǎn)受力；</p><p><b>　　——B點(diǎn)受力；</b><

79、/p><p><b>　　——C點(diǎn)受力；</b></p><p><b>　　——D點(diǎn)受力。</b></p><p>　　先取構(gòu)件3為分離體，并將該構(gòu)件上的諸力對D點(diǎn)取矩（規(guī)定力矩的方向逆時針者為正，順時針者為負(fù)），則根據(jù)，并應(yīng)用歐拉公式=+i，可得</p><p><b>　　(3-5)&l

80、t;/b></p><p>　　式中 ——作用于搖桿機(jī)構(gòu)3上的生產(chǎn)阻力矩。</p><p>　　由上式實(shí)部等于零可得</p><p>　　=0 (3-6)</p><p>　　同理，取構(gòu)件2為分離體，并將諸力對B點(diǎn)取矩，則根據(jù)，可得</p><p><b>　　(3-7)<

81、;/b></p><p>　　由上式實(shí)部等于零可得</p><p>　　(3-8) </p><p>　　由式(3-6)及式(3-8)聯(lián)解可得</p><p><b>　　= (3-9)</b></p><p><b>　　=(3-10)</

82、b></p><p>　　2）由構(gòu)件3上的諸力平衡條件，，得</p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　3）由構(gòu)件2上的諸力平衡條件，，得</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p>　　式中 ——外力F與x軸夾

83、角。</p><p>　　由上式實(shí)部虛部均為零可得</p><p>　　= (3-13)</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　而，根據(jù)構(gòu)件1力平衡條件，得</p><p><b>　　(3-15)</b

84、></p><p>　　3.2.2 曲柄上平衡力矩的推導(dǎo)</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　式中 ——曲柄1上平衡力矩。</p><p>　　由上式的等式兩端的實(shí)部相等可得</p&

85、gt;<p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　3.3 動力關(guān)系的分析</p><p>　　利用MATLAB軟件對連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力進(jìn)行的分析，由軟件仿真出連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動及動力關(guān)系曲線。以上圖3-1所示機(jī)構(gòu)對四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動及動力分析。已知條件為四桿機(jī)構(gòu)各桿件的長度b1=101.6mm、b2=254mm、b3=177.8mm、b4=3

86、04.8mm，m=150mm，n=75mm作用于連桿2上的已知外力F=100N，作用于搖桿機(jī)構(gòu)上的已知生產(chǎn)阻力矩=50N·m，外力與x軸夾角為=，對于機(jī)構(gòu)的動力分析即已知曲柄1的運(yùn)動規(guī)律（即已知的變化規(guī)律），推導(dǎo)出運(yùn)動副中的反力曲柄1上的平衡力矩與的相互關(guān)系。以下即為應(yīng)用MATLAB軟件仿真出的關(guān)系曲線圖。</p><p>　　3.3.1 運(yùn)動副中反力曲線</p><p>　　由

87、上述公式(3-9)、(3-10)、(3-11)、(3-12)、(3-13)、(3-14)、(3-15)可仿真出各運(yùn)動副中反力曲線如以下各圖所示：</p><p>　　圖3-2 A點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　　圖3-3 A點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為A點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為A點(diǎn)x向反力。圖3-2

88、為曲柄由0-時A點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-3為曲柄由0-時A點(diǎn)x向反力變化曲線圖。</p><p>　　圖3-4 A點(diǎn)y向反力變化曲</p><p>　　圖3-5 A點(diǎn)y向反力變化曲</p><p>　　以上兩圖分別為A點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為A點(diǎn)y向反力。圖3-4為曲柄由0-時A點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-5為曲柄由0-時A點(diǎn)

89、y向反力變化曲線圖。</p><p>　　圖3-6 B點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　　圖3-7 B點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為B點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為B點(diǎn)x向反力。圖3-6為曲柄由0-時B點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-7為曲柄由0-時B點(diǎn)x向反力變化曲線圖。</p><p>

90、;　　圖3-8 B點(diǎn)y向反力變化曲線</p><p>　　圖3-9 B點(diǎn)y向反力變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為B點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為B點(diǎn)y向反力。圖3-8為曲柄由0-時B點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-9為曲柄由0-時B點(diǎn)y向反力變化曲線圖。</p><p>　　圖3-10 C點(diǎn)x向反力變化曲線</p>

91、<p>　　圖3-11 C點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為C點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為C點(diǎn)x向反力。圖3-10為曲柄由0-時C點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-11為曲柄由0-時C點(diǎn)x向反力變化曲線圖。</p><p>　　圖3-12 C點(diǎn)y向反力變化曲線</p><p>　　圖3-13 C點(diǎn)y向反力

92、變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為C點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為C點(diǎn)y向反力。圖3-12為曲柄由0-時C點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-13為曲柄由0-時C點(diǎn)y向反力變化曲線圖。</p><p>　　圖3-14 D點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　　圖3-15 D點(diǎn)x向反力變化曲線</p><p>　

93、　以上兩圖分別為D點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為D點(diǎn)x向反力。圖3-14為曲柄由0-時D點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-15為曲柄由0-時D點(diǎn)x向反力變化曲線圖。</p><p>　　圖3-16 D點(diǎn)y向反力變化曲線</p><p>　　圖3-17 D點(diǎn)y向反力變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為D點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x

94、軸為曲柄位置，y軸為D點(diǎn)y向反力。圖3-16為曲柄由0-時D點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-17為曲柄由0-時D點(diǎn)y向反力變化曲線圖。</p><p>　　3.3.2 曲柄平衡力矩關(guān)系曲線</p><p>　　由上述公式(3-17)可仿真出曲柄平衡力矩曲線如以下各圖所示：</p><p>　　圖3-18 曲柄1上的平衡力矩變化曲線</p><p>

95、;　　圖3-19 曲柄1上的平衡力矩變化曲線</p><p>　　以上兩圖分別為曲柄1上的平衡力矩與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為曲柄1上的平衡力矩。圖3-18為曲柄由0-時曲柄1上的平衡力矩變化曲線圖，圖3-19為曲柄由0-時曲柄1上的平衡力矩變化曲線圖。</p><p>　　2.4 動力結(jié)果分析</p><p>　　對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力分析，由以上3

96、-2~3-19各圖所示：</p><p>　　由圖3-2和圖3-3可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， A點(diǎn)在x軸方向上的反力不斷增大，其中當(dāng)曲柄的角度為，A點(diǎn)在x軸方向上的反力最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，A點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，A點(diǎn)在x軸方向上的反力最?。划?dāng)曲柄的變化由~時，A點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的增加。</p><p>　　由圖3-4

97、和圖3-5可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， A點(diǎn)在y軸方向上的反力不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，A點(diǎn)在y軸方向上的反力最??；當(dāng)曲柄的變化由~時，A點(diǎn)在y軸方向上的反力相應(yīng)的增大，當(dāng)曲柄的角度為時，A點(diǎn)在y軸方向上的反力最大??；當(dāng)曲柄的變化由~時，A點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小。</p><p>　　由圖3-6和圖3-7可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， B點(diǎn)在x軸方向上的反

98、力不斷增大，其中當(dāng)曲柄的角度為，B點(diǎn)在x軸方向上的反力最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，B點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，B點(diǎn)在x軸方向上的反力最?。划?dāng)曲柄的變化由~時，B點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的增加。</p><p>　　由圖3-8和圖3-9可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， B點(diǎn)在y軸方向上的反力不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，B點(diǎn)在y軸方向上的反力最?。划?dāng)曲柄的變化由~時，B點(diǎn)在

99、y軸方向上的反力相應(yīng)的增大，當(dāng)曲柄的角度為時，B點(diǎn)在y軸方向上的反力最大??；當(dāng)曲柄的變化由~時，B點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小。</p><p>　　由圖3-10和圖3-11可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， C點(diǎn)在x軸方向上的反力不斷增大，其中當(dāng)曲柄的角度為，C點(diǎn)在x軸方向上的反力最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，C點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，C點(diǎn)在x軸方向上的反力最小；

100、當(dāng)曲柄的變化由~時，C點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的增加。</p><p>　　由圖3-12和圖3-13可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， C點(diǎn)在y軸方向上的反力不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，C點(diǎn)在y軸方向上的反力最小；當(dāng)曲柄的變化由~時，C點(diǎn)在y軸方向上的反力相應(yīng)的增大，當(dāng)曲柄的角度為時，C點(diǎn)在y軸方向上的反力最大小；當(dāng)曲柄的變化由~時，C點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小。</p>

101、<p>　　由圖3-14和圖3-15可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加， D點(diǎn)在x軸方向上的反力不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，D點(diǎn)在x軸方向上的反力最小；當(dāng)曲柄的變化由~時，D點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的增大，當(dāng)曲柄的角度為時，D點(diǎn)在x軸方向上的反力最大?。划?dāng)曲柄的變化由~時，D點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小。</p><p>　　由圖3-16和圖3-17可知，當(dāng)曲柄的變化由0~

102、時，隨著曲柄角度的不斷增加， D點(diǎn)在y軸方向上的反力不斷增大，其中當(dāng)曲柄的角度為，D點(diǎn)在y軸方向上的反力最大；當(dāng)曲柄的變化由~時，D點(diǎn)在y軸方向上的反力相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時，D點(diǎn)在y軸方向上的反力最?。划?dāng)曲柄的變化由~時，D點(diǎn)在y軸方向上的反力相應(yīng)的增加。</p><p>　　由圖3-18和圖3-19可知，當(dāng)曲柄的變化由0~時，隨著曲柄角度的不斷增加，曲柄1上的平衡力矩不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，

103、曲柄1上的平衡力矩最??；當(dāng)曲柄的變化由~時，曲柄1上的平衡力矩不斷增大；而當(dāng)曲柄的變化由~時，曲柄1上平衡力矩的變化趨于平緩。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章概括闡述了掌握連桿機(jī)構(gòu)動力分析的目的，詳推導(dǎo)了通過連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄位置基本參數(shù)（）表示運(yùn)動副中反力及曲柄平衡力矩的公式，為后續(xù)利用MATLAB軟件進(jìn)行運(yùn)動及動力分析

104、做了充足準(zhǔn)備。對連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況進(jìn)行了分析，并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了仿真，仿真出各運(yùn)動關(guān)系曲線。</p><p><b>　　第4章 總結(jié)</b></p><p><b>　　4.1 總結(jié)</b></p><p>　　本文利用matlab軟件對平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動及動力進(jìn)行了分析，此軟件可簡捷、方便、直觀地反映出從動件

105、的速度、角速度、角加速度及受力情況的變化規(guī)律。應(yīng)用此軟件可直觀反映出所有未知量與已知量之間的關(guān)系。還對計算機(jī)仿真的有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了深入的探討和研究。概括起來，如下所述：</p><p>　　運(yùn)用數(shù)學(xué)和運(yùn)動學(xué)知識推導(dǎo)了連桿機(jī)構(gòu)的各參數(shù)關(guān)系公式，利用MATLAB對平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動仿真分析。對于此軟件的本身來說，功能相當(dāng)強(qiáng)大，但是由于其復(fù)雜的編程方法，讓大多數(shù)初學(xué)者望而卻步；而其現(xiàn)有的圖形界面則正好彌補(bǔ)了它的不足，

106、它通過直接輸入公式，即可直接仿真出所需圖形。通過公式的推導(dǎo)，深入了解了連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律及其運(yùn)動學(xué)特性，對以后的學(xué)習(xí)工作將會有很大幫助；公示在軟件中的輸入使得進(jìn)一步熟悉、了解編程軟件的使用方法，通過程序的直接輸入可直接仿真連桿機(jī)構(gòu)的各個變化曲線，為其他工作節(jié)省時間和精力。</p><p>　　通過本次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了許多以前未曾了解或忽略的知識，深刻體會到自身的不足，需要在以后的學(xué)習(xí)和生活中進(jìn)一步的充實(shí)自己。由

107、于時間和知識的不足，使得本次課題完成的并不是十分圓滿，望老師們給予指導(dǎo)。</p><p><b>　　4.2 展望</b></p><p>　　通過現(xiàn)有的平面連桿機(jī)構(gòu)的計算機(jī)仿真設(shè)計，用戶可以根據(jù)已有的條件和要求，利用計算機(jī)來完成機(jī)構(gòu)的設(shè)計，用戶只需利用人機(jī)交互界面與計算機(jī)進(jìn)行交流。本課題中系統(tǒng)的研究與設(shè)計，使平面連桿機(jī)構(gòu)的計算機(jī)仿真更加完善，但由于平面連桿機(jī)構(gòu)的復(fù)雜

108、性、研究時間和現(xiàn)有軟硬條件的限制，還有許多未解決的問題有待于大家去探討。在以后的工作中可在以下方面做進(jìn)一步研究：</p><p>　　1、現(xiàn)有計算機(jī)輔助設(shè)計軟件的實(shí)用性、精確度和人工智能程度有待提高，可進(jìn)一步開發(fā)平面連桿機(jī)構(gòu)專家系統(tǒng)。</p><p>　　2、本系統(tǒng)的界面是雖較美觀，但應(yīng)朝三維立體方向發(fā)展，可結(jié)合SolideWorks或UG開發(fā)。</p><p>&

109、lt;b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在我尊敬的導(dǎo)師**博士的悉心指導(dǎo)下完成的。從課題的選定、方案制定、工作實(shí)施到論文撰寫后的校稿，導(dǎo)師都給予了極大的幫助和指導(dǎo)，值此論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示深深的謝意。</p><p>　　感謝*老師的指導(dǎo)。在畢業(yè)設(shè)計中，*老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)、為人誠懇、寬厚熱情的做人品質(zhì)給了我深刻

110、的啟迪，使我獲益匪淺，也將對我今后的工作和學(xué)習(xí)產(chǎn)生巨大影響！</p><p>　　在此次畢業(yè)設(shè)計中，我還要感謝系里其他老師的指導(dǎo)，是你們又為我此次設(shè)計提供了指導(dǎo)和設(shè)計環(huán)境。感謝杜韌老師以及系領(lǐng)導(dǎo)等的指導(dǎo)與關(guān)懷，所有的一切和你們的辛勤工作是分不開的。</p><p>　　感謝各位老師這四年的辛勤工作，感謝曾經(jīng)輔導(dǎo)和指導(dǎo)我的全部老師，你們辛苦了，感謝機(jī)械工程系各位領(lǐng)導(dǎo)、輔導(dǎo)老師四年的關(guān)懷。&l