畢業(yè)設(shè)計---大功率偏心擺振試驗機(jī)偏心機(jī)構(gòu)設(shè)計

1、<p>　　****大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）</p><p>　　大功率偏心擺振試驗機(jī)偏心機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p><b>　　學(xué) 生：</b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師：</b></p&

2、gt;<p>　　專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及自動化</p><p>　　******機(jī)械工程學(xué)院</p><p><b>　　2OO9年6月</b></p><p>　　Graduation Design (Thesis) of Chongqing University</p><p>　　Design

3、of the Eccentric Mechanism of High-power Shimmy eccentric testing machine</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　大功率偏心擺振試驗機(jī)是為驗證大型彈性聯(lián)軸器性能而設(shè)計的。該試驗機(jī)的模型主要有三種，一種是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，一種是滾珠絲桿機(jī)構(gòu)，另一種是齒輪齒條機(jī)構(gòu)[1]。本

4、論文選擇的是第一種，主要設(shè)計任務(wù)是確定機(jī)構(gòu)各構(gòu)件詳細(xì)尺寸，滿足設(shè)計的要求。</p><p>　　試驗機(jī)偏心機(jī)構(gòu)在工作過程中承受的最大扭矩是25 KN.m，搖桿擺角范圍為±10度，在范圍內(nèi)無極可調(diào)，曲柄為有級可調(diào)的幾組偏心量不同的偏心軸，連桿在一定尺寸范圍內(nèi)可以無級調(diào)定桿長。機(jī)構(gòu)的尺寸包括長度尺寸和截面尺寸。長度尺寸主要有機(jī)構(gòu)搖桿擺角范圍來確定，截面尺寸由機(jī)構(gòu)承受的最大扭矩來確定。</p>

5、<p>　　本論文從搖桿擺角范圍出發(fā)，利用Matlab軟件中的優(yōu)化工具箱進(jìn)行尺寸優(yōu)化，得到各個構(gòu)件的長度，再通過Matlab中的Sumulink工具進(jìn)行動態(tài)仿真[2]，驗證尺寸是否滿足設(shè)計要求，通過多次驗證修改，得到最優(yōu)長度尺寸。再根據(jù)機(jī)構(gòu)承受的最大扭矩，利用機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)模型和零件的的強(qiáng)度條件，選定各構(gòu)件的截面尺寸。尺寸定下來后，用ProE[3]為各個構(gòu)件建立實體模型，并進(jìn)行裝配，再利用ProE仿真功能，獲得機(jī)構(gòu)的運動動畫。最

6、后，用Ansys軟件[4]對搖桿和連桿應(yīng)力應(yīng)變分析，驗證構(gòu)件的強(qiáng)度。通過驗證，設(shè)計的機(jī)構(gòu)滿足運動和強(qiáng)度要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 大功率偏心擺振試驗機(jī)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，Matlab,ProE,Ansys</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　High-power Shimmy eccentric te

7、sting machine is specifically designed for verifying the performance of flexible coupling. There are two models of the testing machine, the one is the crank-rocker mechanism, and the other is ball screw mechanism. In thi

8、s paper, the author chooses the former, and the main task is to determine the detailed size of crank-rocker mechanism l to meet the design requirements.</p><p>　　During the working Process, the maximum torqu

9、e rolling in the testing machine is 25 KN.m. The angle range of rocker is ±10 degrees with no limit to change the degree. The crank is the one of eccentric shafts with different amounts of eccentricity. In the range

10、 of a certain size, we could select the size of the link at discretion. The size of the testing machine includes the length and section size. The length is mainly determined by the scope of the rocker, and the section i

11、s mainly determined </p><p>　　In this paper, with the range of the rocker, using the Matlab Optimization Toolbox, the lengths of various components are obtained, then using the Matlab Sumulink Toolbox, to ve

12、rify whether the sizes are meeting the design requirements. Through a number of validation modifications, the optimal lengths are obtained. Under the maximum torque，using the static model agencies and the strength condit

13、ion of the component parts, to obtain the section size of component parts. Then using ProE to establis</p><p>　　Key word: High-power Shimmy eccentric testing machine, crank and rocker mechanism, Matlab, Pro

14、E, Ansys</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　中文摘要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.

15、1本文背景1</b></p><p>　　1.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性3</p><p>　　1.2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件3</p><p>　　1.2.2 行程速比系數(shù)3</p><p>　　1.2.2 壓力角和傳動角4</p><p>　　1.3 論文主要工作和內(nèi)容安排4</p>

16、;<p>　　2 基于Matlab的優(yōu)化和仿真6</p><p><b>　　2.1 概述6</b></p><p>　　2.2 Matlab簡介6</p><p>　　2.3 機(jī)構(gòu)尺寸的優(yōu)化7</p><p>　　2.3.1 目標(biāo)函數(shù)7</p><p>　　2.3.2

17、 約束條件8</p><p>　　2.3.3 優(yōu)化主函數(shù)8</p><p>　　2.3.4 Matlab 編程求解8</p><p>　　2.4 Matlab/Simulink動態(tài)仿真9</p><p>　　2.4.1 利用 Simulink 進(jìn)行系統(tǒng)仿真[9]的步驟：9</p><p>　　2.4.2

18、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立9</p><p>　　2.4.2 計算函數(shù)的編制10</p><p>　　2.4.3 仿真模型初值的確定10</p><p>　　2.4.4 仿真模型的構(gòu)建11</p><p>　　2.4.5 動態(tài)仿真12</p><p>　　2.5 本章小結(jié)19</p><

19、p>　　3 基于靜力學(xué)的截面選取20</p><p><b>　　3.1概述20</b></p><p>　　3.2機(jī)構(gòu)的靜力分析20</p><p>　　3.2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)靜力學(xué)[10]模型20</p><p>　　3.2.2 利用Matlab求解21</p><p>　

20、　3.2.3 構(gòu)件模型的轉(zhuǎn)化23</p><p>　　3.3 構(gòu)件截面選取23</p><p>　　3.3.1 連桿的截面選取23</p><p>　　3.3.2連桿螺紋管截面的選取24</p><p>　　3.3.3搖桿的截面選取24</p><p>　　3.3.4圓柱銷截面選取27</p>

21、<p>　　3.3.5偏心軸的截面選取[12]28</p><p>　　3.3.6 偏心軸軸承的選取30</p><p>　　3.4 本章總結(jié)31</p><p>　　4 機(jī)構(gòu)的三維實體建模32</p><p><b>　　4.1 概述32</b></p><p>　　4.2

22、 Pro/Engineer簡介32</p><p>　　4.2.1 相關(guān)性 (FullAssoeiativity)32</p><p>　　4.2.2 基于特征的參數(shù)化建模(Feature一based parametrie Modeling)33</p><p>　　4.2.3 數(shù)據(jù)管理 (Data Management)33</p><

23、;p>　　4.2.4 裝配管理 (Assembly Management)33</p><p>　　4.2.5工程數(shù)據(jù)庫重用 (Engineering ate Reuse EDR)33</p><p>　　4.2.6 易用性 (Ease fuse)33</p><p>　　4.2.7 硬件獨立性 (Hardware Independence)34&l

24、t;/p><p>　　4.3三維實體建模[14]34</p><p>　　4.3.1機(jī)構(gòu)重要構(gòu)件三維實體圖35</p><p>　　4.4 三維實體裝配39</p><p>　　4.4.1 三維實體裝配簡介39</p><p>　　4.4.2 裝配過程40</p><p>　　4.4.3

25、 機(jī)構(gòu)三維實體裝配圖41</p><p>　　4.5機(jī)構(gòu)運動仿真和分析42</p><p>　　4.5.1 Mechanism/Pro 簡述42</p><p>　　4.5.2 Mechanism/Pro仿真過程42</p><p>　　4.6 本章小結(jié)45</p><p>　　5 基于Ansys的應(yīng)力應(yīng)

26、變分析46</p><p>　　5.1 本章概述46</p><p>　　5.2 ansys軟件簡介46</p><p>　　5.2.1 Ansys的主要技術(shù)特點46</p><p>　　5.2.2 Ansys有限元分析的流程47</p><p>　　5.3機(jī)構(gòu)重要構(gòu)件Ansys分析47</p>

27、<p>　　5.3.1搖桿的Ansys分析48</p><p>　　5.3.2 偏心軸的Ansys分析52</p><p>　　5.3.3 連桿的Ansys分析54</p><p>　　5.4本章小結(jié)56</p><p>　　6 結(jié)論與展望57</p><p>　　6.1 全文工作總結(jié)57&l

28、t;/p><p>　　6.2 后續(xù)工作展望57</p><p><b>　　致謝58</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)59</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1本文背景<

29、/b></p><p>　　近年來，重慶市船舶企業(yè)利用地理優(yōu)勢，一直在積極搶占國內(nèi)市場，并逐步向國際市場延伸。去年，川東造船廠特種船舶產(chǎn)業(yè)化建設(shè)、東風(fēng)船舶工業(yè)公司擴(kuò)能技改、帝力游艇制造有限公司高檔游艇制造等重點項目陸續(xù)推進(jìn)，重慶市船舶工業(yè)不僅實現(xiàn)了從建造內(nèi)河船舶到海洋船舶、出口船舶的歷史性跨越，還成功研發(fā)生產(chǎn)出一批高技術(shù)含量、高附加值船舶產(chǎn)品。 2008年重慶市船舶工業(yè)總產(chǎn)值首次突破百億大關(guān)，達(dá)到1

30、01。19億元。為了進(jìn)一步加速重慶船舶裝備制造業(yè)的發(fā)展，關(guān)鍵還是掌握關(guān)鍵核心技術(shù)，這些技術(shù)中，高彈性聯(lián)軸器的性能研究是一項重要內(nèi)容。</p><p>　　高彈性聯(lián)軸器被廣泛地應(yīng)用在船用柴油機(jī)動力裝置中[5]。它設(shè)置在柴油機(jī)的輸出端,其功能在于：傳遞扭矩；調(diào)整傳動裝置軸系扭轉(zhuǎn)振動特性；補(bǔ)償因振動、沖擊引起的主、從動軸的中心位移；緩沖和吸振。因此，起到了減振降噪的目的，從而起到保護(hù)主、從動機(jī)和整個傳動裝置運行可靠性的

31、目的。高彈性聯(lián)軸器的性能主要包括如下幾個方面[6]。</p><p>　?、?額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、許用變動轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩是指聯(lián)軸器允許持續(xù)傳遞的轉(zhuǎn)矩,它應(yīng)滿足動力裝置在持續(xù)工況下的平均轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩是指聯(lián)軸器能夠滿足動力裝置在瞬態(tài)工況下(如:啟動、沖擊、通過臨界點等)的工作轉(zhuǎn)矩。許用變動轉(zhuǎn)矩是指高彈性聯(lián)軸器滿足在動力裝置持續(xù)工況下周期性扭轉(zhuǎn)振動的允許扭轉(zhuǎn)振動轉(zhuǎn)矩幅值。該特性反映了高彈性聯(lián)軸器承受振動的能力,也是高

32、彈性聯(lián)軸器的特征技術(shù)性能之一。</p><p>　?、?動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)：動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度C以產(chǎn)生單位扭轉(zhuǎn)變形所需的扭矩表示,動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度可以調(diào)節(jié)軸系的自振頻率以實現(xiàn)避開共振的目的。而阻尼系數(shù)反映聯(lián)軸器衰減振動的能力。動態(tài)扭轉(zhuǎn)剛度和阻尼系數(shù)是動力裝置軸系扭振計算不可缺少的高彈性聯(lián)軸器的重要特征技術(shù)性能參數(shù)。</p><p>　?、?許用軸向位移、許用徑向位移、許用角向位移：許用軸向、徑向

33、、角向位移分別是允許高彈性聯(lián)軸器主、從動端相對端面軸向、徑向和角向(兩軸線成一定角度)的偏移量。</p><p>　　彈性聯(lián)軸器的性能要求提了出來，但如何驗證所開發(fā)出來的彈性聯(lián)軸器動態(tài)減振特性是否合格，是否滿足設(shè)計要求，一直困擾著眾多設(shè)計人員，目前的試驗機(jī)基本上處于理論狀態(tài)，都是各自實驗室開發(fā)的，功能具有針對性，不夠全面，功能完善、被工程人員一致認(rèn)可的試驗機(jī)在市場上還未出現(xiàn)。本論文的主要任務(wù)就是在理論的指導(dǎo)下，設(shè)

34、計一臺滿足功能要求的大功率偏心擺振試驗機(jī)。</p><p>　　彈性聯(lián)軸器大功率偏心擺振試驗機(jī)，其功能的實現(xiàn)的方式基本上是通過各種機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生一個偏振，通過該偏振的過程，將一個力矩傳遞到彈性聯(lián)軸器上。簡而言之，就是將一種運動方式轉(zhuǎn)化為擺動。另外，由于彈性聯(lián)軸器實際工作過程中，其承受的力矩是一個動態(tài)、不斷變化的過程，所以要求該實驗機(jī)能動態(tài)的施加不同的初始力矩。目前，針對如何實現(xiàn)該大功率偏心擺振試驗機(jī)功能的理論，被大家

35、普遍所接受的主要有三種方案，一是通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，二是通過滾珠絲桿機(jī)構(gòu)，三是齒輪齒條機(jī)構(gòu)。各種方案各具特色，現(xiàn)對三種方案分析比較如下。</p><p>　　曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有以下幾方面優(yōu)點：由于運動副元素為圓柱面和平面而易于加工、安裝并能保證精度要求，且因各構(gòu)件之間為面接觸而壓強(qiáng)小，便于潤滑，故其磨損小且承載能力大，兩構(gòu)件之間的接觸是靠其本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機(jī)構(gòu)有時需利用彈簧等力來保持接觸；當(dāng)主動件的運

36、動規(guī)律不變時，僅改變機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的相對長度，則可使從動件得到多種不同的運動規(guī)律；另外，也可利用連桿曲線的多樣性來滿足工程上的各種軌跡要求。然而，連桿機(jī)構(gòu)也有其不足之處：連桿機(jī)構(gòu)的運動綜合較為繁難，一般情況下只能近似地實現(xiàn)給定的運動規(guī)律與運動軌跡的要求；由于連桿機(jī)構(gòu)的慣性力不能得到完全平衡，因而不宜用于高速傳動中；連桿機(jī)構(gòu)的性能受機(jī)構(gòu)上繁多的幾何參數(shù)的影響，呈復(fù)雜的非線性關(guān)系，無論從性能分析上還是性能綜合上都是一個比較困難的工作。</

37、p><p>　　滾珠絲桿機(jī)構(gòu)是由絲桿、螺母、滾珠等零件組成，其作用是將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)為直線運動或者將直線運動轉(zhuǎn)為擺動，主要優(yōu)點是高精度，高剛性，方便調(diào)節(jié)，低摩擦。缺點是使用的元件多，對元件性能要求高，尤其在潤滑和摩擦和方面，控制不好，就會使能耗損失較大，容易造成性能穩(wěn)定性不好。另外，效率不高，成本較高，裝配比方案一要復(fù)雜。</p><p>　　齒輪齒條機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，由一個齒輪和齒條構(gòu)成，給齒條一個往復(fù)

38、的直線運動傳動，就可以實現(xiàn)齒輪的周期擺動，該機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)點有：工作可靠、使用壽命長；瞬間傳動比為常數(shù)；傳動效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；傳遞扭矩大。缺點是：齒輪制造需專用機(jī)床和設(shè)備，成本較高；精度低時，震動和噪聲較大；傳動平穩(wěn)性和準(zhǔn)確度較低。</p><p>　　擺振試驗機(jī)最高頻率為12HZ，曲柄轉(zhuǎn)速低，再結(jié)合三種機(jī)構(gòu)的各自優(yōu)缺點，經(jīng)過綜合比較分析，方案一性價比最高，更具有實現(xiàn)意義，故試驗機(jī)機(jī)構(gòu)模型選方案一。</p&g

39、t;<p>　　1.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性</p><p>　　在具體討論曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運動性能[7]之前，有必要就與機(jī)構(gòu)運動性能有關(guān)的一些基本知識做一簡單介紹。</p><p>　　1.2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件</p><p>　　在鉸鏈四桿運動鏈中，某一轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副的充分必要條件是組成該轉(zhuǎn)動副的兩構(gòu)件中必有一個構(gòu)件為最短構(gòu)件，且四個構(gòu)件的長度滿

40、足桿長之和條件。如果四個構(gòu)件的長度不滿足桿長之和條件，則四個轉(zhuǎn)動副均為擺動副。從而無論取哪個構(gòu)件為機(jī)架，均得雙搖桿機(jī)構(gòu)。如果鉸鏈四桿運動鏈中四個構(gòu)件的長度滿足桿長之和條件，且其中一個構(gòu)件的長度小于其他三個構(gòu)件中任一構(gòu)件的長度，則該最短構(gòu)件所聯(lián)接的兩個轉(zhuǎn)動副均為整轉(zhuǎn)副，另兩個轉(zhuǎn)動副均為擺動副。此時，若取最短構(gòu)件為機(jī)架，則得雙曲柄機(jī)構(gòu)；而取最短構(gòu)件的任一相鄰構(gòu)件為機(jī)架，則得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；又若取最短構(gòu)件的對邊構(gòu)件為機(jī)架，則得雙搖桿機(jī)構(gòu)。<

41、;/p><p>　　1.2.2 行程速比系數(shù)</p><p>　　在圖1-1所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)主動件曲柄等速回轉(zhuǎn)時，從動件搖桿則往復(fù)變速擺動。由圖可知，曲柄在回轉(zhuǎn)一周中有兩次與連桿共線，此時，搖桿分別位于極左和極右兩個極限位置。當(dāng)曲柄由位置順時針轉(zhuǎn)過到達(dá)位置時，搖桿則由位置擺至位置，設(shè)其所需的時間為t1，而C點的平均速度為υ1；又當(dāng)曲柄再由位置繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)過角到達(dá)位置時，搖桿則由位置變速

42、擺到位置，設(shè)其所需的時間為t2，而C點的平均速度為υ2。在以上兩個極限位置即曲柄與連桿兩次共線位置之間所夾銳角θ稱為極位-夾角。由于>,所以t1>t2，而搖桿擺角ψ不變；可見當(dāng)曲柄等速回轉(zhuǎn)時，搖桿往復(fù)擺動的平均速度是不同的，這種現(xiàn)象稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。為反映機(jī)構(gòu)急回特性的相對程度，引入從動件行程速度變化系數(shù)，</p><p>　　圖1—1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)分析</p><p

43、>　　用K表示，其值為 ………（1.1）</p><p>　　亦可由1.1 可得極位夾角為 ………… …… （1.2）</p><p>　　1.2.2 壓力角和傳動角</p><p>　　在圖1-2所示的曲柄搖桿機(jī)中，若不考慮構(gòu)件的慣性力和運動副中的摩擦力的影響，當(dāng)曲柄為主動件時，則通過連桿作用于從動件搖桿上的力P即沿方向。該力P的

44、作用線與其作用點C的絕對速度之間所夾的銳角稱為壓力角。 </p><p>　　圖1—2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角分析</p><p>　　由圖可見，力可分解為沿點絕對速度方向的分力及沿構(gòu)件方向的分力。分力只能使鉸鏈及產(chǎn)生徑向壓力，而分力才是推動從動件運動的有效分力，其值。顯然，壓力角越小，其有效分力則越大，亦即機(jī)構(gòu)的傳動效益越高。為了便于度量，引入壓力角的余角，該角稱為傳動角。顯然，角越大，

45、則有效分力則越大而就越小，因此在機(jī)構(gòu)中常用其傳動角的大小及其變化情況來表示機(jī)構(gòu)的傳力性能。</p><p>　　傳動角的大小是隨機(jī)構(gòu)位置的不同而變化的。為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳動性能，綜合機(jī)構(gòu)時，通常應(yīng)使≥40°。尤其對于一些具有短暫高峰載荷的機(jī)構(gòu)，可利用其傳動角接近最大值時進(jìn)行工作，從而節(jié)省動力。</p><p>　　1.3 論文主要工作和內(nèi)容安排</p>&l

46、t;p>　　本論為在已有的研究成果的基礎(chǔ)上，從工程實際應(yīng)用的角度出發(fā)，基于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運動特性，利用各軟件進(jìn)行尺寸優(yōu)化，三維實體建模，動態(tài)仿真，應(yīng)力應(yīng)變分析，設(shè)計出合理的機(jī)構(gòu)。各章節(jié)的主要內(nèi)容如下。</p><p>　　第二章：利用Matlab軟件對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)長度尺寸進(jìn)行優(yōu)化，并借助軟件的Sumulink工具動態(tài)仿真，使曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿擺角滿足設(shè)計要求，速度、加速度曲線盡量平滑。</p>

47、<p>　　第三章:利用材料力學(xué)和理論力學(xué)知識，選取曲柄搖桿機(jī)構(gòu)合理的截面尺寸，并進(jìn)行強(qiáng)度剛度驗證。</p><p>　　第四章：用ProE軟件對機(jī)構(gòu)各個零件三維實體建模，建模后裝配為完整的機(jī)構(gòu)，進(jìn)行動態(tài)仿真。</p><p>　　第五章:用Ansys軟件對機(jī)構(gòu)受力較大的幾個構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，驗證構(gòu)件是否滿足強(qiáng)度剛度要求。</p><p>　　第六章:

48、結(jié)論與展望。對全文的工作進(jìn)行了概括總結(jié)，并對今后的工作中所需深入研究的問題給予了展望。</p><p>　　2 基于Matlab的優(yōu)化和仿真</p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　本章主要任務(wù)就是確定曲柄搖桿機(jī)構(gòu)長度尺寸，初步確定曲柄為三組偏心量不同的偏心軸，偏心軸的偏心量即為曲柄的長度，連桿長度能夠在一定范圍

49、內(nèi)無級可調(diào)，最終的機(jī)構(gòu)的搖桿的擺角要在±10度范圍之內(nèi)。為了得到曲柄，連桿，搖桿，機(jī)架的最優(yōu)長度值，首先根據(jù)實際情況，初步選定機(jī)架的長度，結(jié)合目前的生產(chǎn)工藝水平，確定各組偏心軸偏心量的范圍，然后利用Matlab軟件的優(yōu)化工具，得到曲柄，連桿，搖桿的最有長度，最后利用Matlab軟件Simulink工具，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行角度和角速度仿真，驗證所得到的機(jī)構(gòu)尺寸是否滿足設(shè)計的要求。</p><p>　　2.2 M

50、atlab簡介</p><p>　　MATLAB 是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。</p><p>　　MATLAB是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟

51、件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。</p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完相同的事情簡捷得多，并且mathwor

52、k也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。以下是Matlab一些主要特性：</p><p>　　2.2.1 Matlab特點</p>

53、<p>　　●此高級語言可用于技術(shù)計算 </p><p>　　●此開發(fā)環(huán)境可對代碼、文件和數(shù)據(jù)進(jìn)行管理</p><p>　　●交互式工具可以按迭代的方式探查、設(shè)計及求解問題 </p><p>　　●數(shù)學(xué)函數(shù)可用于線性代數(shù)、統(tǒng)計、傅立葉分析、篩選、優(yōu)化以及數(shù)值積分等 </p><p>　　●二維和三維圖形函數(shù)可用于可視化數(shù)據(jù) <

54、/p><p>　　●各種工具可用于構(gòu)建自定義的圖形用戶界面 </p><p>　　●各種函數(shù)可將基于MATLAB的算法與外部應(yīng)用程序和語言（如 C、C++、Fortran、Java、COM 以及 Microsoft Excel）集成　　 </p><p>　　本章節(jié)所用到的MATLAB工具主要為優(yōu)化模塊和Simulink仿真模塊。</p><p>

55、;　　2.3 機(jī)構(gòu)尺寸的優(yōu)化</p><p>　　為確定尺寸的大致范圍，在用MATLAB進(jìn)行優(yōu)化[8]時，用作圖法，先試探性的選幾組數(shù)據(jù)，在CAD軟件中做出擺桿的規(guī)矩曲線，將尺寸的大致范圍確定一下。經(jīng)過試探，初步選定連桿的長度的為750 mm，偏心量范圍分別為5—10mm,11—30 mm, 31—40 mm，選搖桿擺角的最大范圍20度進(jìn)行尺寸優(yōu)化，具體優(yōu)化過程如下。</p><p>　　

56、2.3.1 目標(biāo)函數(shù)</p><p>　　圖2—1為一普通曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的簡圖，搖桿擺角的左右極限位置的夾角，即為搖桿的擺角范圍，如圖所示，搖桿右極限</p><p>　　圖2—1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿的擺角</p><p><b>　　位置的擺角為：</b></p><p>　　………… (2.1)</p>&

57、lt;p>　　左極限位置的擺角為：</p><p>　　……… … .(2.2)</p><p>　　根據(jù)搖桿擺角范圍為±10度，則目標(biāo)函數(shù)可以可寫成：</p><p>　　F(x)= — ….... ……… (2.3)</p><p>　　2.3.2 約束條件 </p><p>　　

58、根據(jù)平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特點，可以得到如下的約束條件：</p><p>　?、?每一個桿長, , , 均大于零；</p><p>　?、?曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在的條件，表示如下：</p><p>　　…...……… (2.4)</p><p>　?、?曲柄的長度取最大那組，即</p><p>　　…...……… (2.5)

59、</p><p>　　2.3.3 優(yōu)化主函數(shù)</p><p>　　Matlab優(yōu)化工具箱含有一系列的優(yōu)化算法函數(shù)，可以用于解決以下工程實際問題:無約束條件非線性極小值;有約束條件非線性極小值;二次規(guī)劃和線性規(guī)劃問題;非線性最小二乘逼近和曲線擬合;非線性系統(tǒng)的方程求解;約束條件下的線性最小二乘優(yōu)化;復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大規(guī)模優(yōu)化問題等。求解約束最優(yōu)化的極小值，一般采用Matlab優(yōu)化工具箱的fminc

60、on函數(shù),其基本應(yīng)用語法如下:</p><p>　　[x，fval]=fmineon(fun，xo，A，b，Aeq，beq，lb，ub)</p><p>　　式中:fval—目標(biāo)函數(shù)在最優(yōu)解x點的函數(shù)值;fun—目標(biāo)函數(shù);x0—初始值;A—線性不等式A*x感b的系數(shù)矩陣;b—常數(shù)向量;Aeq—線性等式約束Aeq*x=beq的系數(shù)矩陣，若無等式約束，Aeq=[];beq—線性等式約束常數(shù)矩陣

61、，若無等式約束，beq=[];lb—設(shè)計變量的下界向量，若不給定，lb=[];ub—設(shè)計變量的上界向量，若不給定，ub=[]。一般地，在應(yīng)用Matlab函數(shù)時應(yīng)把約束條件改寫成符合Matlab的格式。</p><p>　　2.3.4 Matlab 編程求解</p><p>　　如前所述，將機(jī)架取定長為=750 mm，令,把尺寸的約束條件轉(zhuǎn)化為符合Matlab的格式，將前面的過程中的目標(biāo)

62、函數(shù)、約束函數(shù)和主函數(shù)分別編為Matlab中的M文件。</p><p>　　運行主文件后得到如下結(jié)果：</p><p>　　X= [37.0423, 1270.6087, 595.1230]</p><p>　　FVAL=0.0291</p><p>　　從所得到結(jié)果可以知道，當(dāng)機(jī)架的長度=750 mm,曲柄的長度mm,連桿長度為 mm，搖桿

63、長度為 mm時，機(jī)構(gòu)搖桿的最大擺角范圍為20度。</p><p>　　在得到搖桿的長度后，即將搖桿的長度確定下來，利用相同的方法，取搖桿的最小的擺角為參照基準(zhǔn)，曲柄選最小的一組5—15 mm，可以得到當(dāng)連取為460 mm，曲柄的長度取為5 mm時，可以使搖桿的擺角達(dá)到1度范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計的要求。這樣機(jī)構(gòu)的長度尺寸基本確定下來：</p><p>　　曲柄三組，偏心分別為 5 mm ,13.

64、58 mm , 37 mm;</p><p>　　連桿長度最大值為1271.5 mm ，最小為460 mm ;</p><p>　　搖桿的長度為595 mm ;</p><p>　　機(jī)架的長度為750 mm 。</p><p>　　2.4 Matlab/Simulink動態(tài)仿真</p><p>　　2.4.1 利用 S

65、imulink 進(jìn)行系統(tǒng)仿真[9]的步驟：</p><p>　?。?）啟動 Simulink，打開 Simulink模塊庫；</p><p>　　（2）打開空白模型窗口；</p><p>　　(3) 建立 Simulink 仿真模型；</p><p>　?。?）設(shè)置仿真參數(shù)，進(jìn)行仿真；</p><p>　?。?）輸出仿

66、真結(jié)果。</p><p>　　2.4.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>　　（1）建立矢量方程和矩陣方程</p><p>　　圖2-2 四連桿機(jī)構(gòu)的閉環(huán)矢量圖</p><p>　　如圖2—2所示，機(jī)架、曲柄、連桿、搖桿的長度分別為,曲柄、連桿、搖桿和軸正向夾角分別為。曲柄以等角速度逆時針轉(zhuǎn)動，在所建立的坐標(biāo)系Oxy中，把各桿

67、矢向坐標(biāo)軸投影，可得：</p><p>　　………… （2.6）</p><p>　　…………. （2.7）</p><p>　　由于三個矢量夾角均隨時間變化，所以必須考慮對其求時間導(dǎo)數(shù)。式（2.6）和式（2.7）對時間求一階導(dǎo)數(shù)得：</p><p><b>　　…………（2.8）</b></p><

68、p><b>　　…………（2.9）</b></p><p>　　方程（2.8）和（2.9）可以寫成以下矩陣形式：</p><p>　　…………（2.10）</p><p>　　將式（2.8）和（2.9）對時間t求2次導(dǎo)，得到有關(guān)角速度和角加速度的2個方程</p><p>　　…………（2.11）</p>

69、<p>　　…………（2.12）</p><p>　　方程（2.11）和（2.12）可以寫成以下矩陣形式：</p><p>　　…………（2.13）</p><p>　　式中 ——曲柄角速度，</p><p><b>　　——連桿角速度，</b></p><p><b&

70、gt;　　——搖桿角速度，</b></p><p><b>　　——連桿角加速度，</b></p><p><b>　　——搖桿角加速度，</b></p><p>　　方程（2.10）用于已知各個桿件的長度和曲柄輸入速度時，求解連桿和搖桿的角速度及實時擺角的大小，對搖桿的擺角仿真就利用那個該方程。</p&

71、gt;<p>　　2.4.2 計算函數(shù)的編制</p><p>　　為在Matlab/Simulink中進(jìn)行軌跡仿真，需要先編制一個M函數(shù)文件，這個函數(shù)將成為Simulink仿真模型的核心模塊。</p><p>　　根據(jù)方程（2.10）編制的qbyg函數(shù)，主要用于計算連桿及搖桿的角速度等。</p><p>　　2.4.3 仿真模型初值的確定</p&

72、gt;<p>　　為了計算方便，將初始位置去在曲柄轉(zhuǎn)至與軸正向重合時，經(jīng)過計算可以得到的初始值。對于曲柄的角速度，取為 60 。</p><p>　　2.4.4 仿真模型的構(gòu)建</p><p>　　進(jìn)入Matlab的Smulink界面，由由Simulink Library Browser</p><p>　　的模塊庫中拖放相應(yīng)的方框圖進(jìn)入模型構(gòu)建界面中

73、,建立如圖2—3所示的仿真模型。</p><p>　　圖2—3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)搖桿擺角仿真的Simulink模型</p><p>　　更改2個Matlab Function模塊的屬性,以使其調(diào)用前面編制的計算函（如圖所示），將各桿與水平正向夾角的初值添入相應(yīng)積分模塊中(如圖2—5所示)</p><p>　　圖2—4 Matlab Function模塊的屬性<

74、/p><p>　　圖2—5 積分模塊的屬性</p><p>　　為了使輸出在示波器上顯示的更加逼真，還需在參數(shù)中設(shè)置一下輸出的細(xì)化選項（如圖2—6所示），在默認(rèn)的兩個輸出點之間插入若干點，使得示波器輸出曲線平滑。</p><p>　　圖2—6 仿真模塊中細(xì)化參數(shù)設(shè)置</p><p>　　2.4.5 動態(tài)仿真</p><p

75、>　　構(gòu)造Simulink模型并作好所有初始化工作后,點擊Start Simulink按鈕開始搖桿擺角的仿真。對于每組不同的桿長，只要在計算函數(shù)中更改初始桿長，并在積分模塊中更改初始角的大小，即可得到不同的搖桿擺角曲線和角速度。下面是對前面得到的6組數(shù)據(jù)分別仿真所得到的曲線。</p><p>　　① 機(jī)架L0=751，曲柄L1=37，連桿L2=1271.5，搖桿L3=595時，得到的仿真圖形，θ3的范圍20

76、.03度。</p><p>　　圖2—7 第一組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿擺角曲線</p><p><b>　　ω3</b></p><p>　　圖2—8 第一組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿角速度曲線</p><p>　　機(jī)架L0=751，曲柄L1=37，連桿L2=460，搖桿L3=595時，得到的仿真圖</p><p>

77、　　θ3的范圍為7.16度。</p><p>　　圖2—9 第二組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿擺角曲線</p><p><b>　　ω3</b></p><p>　　圖2—10 第二組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿角速度曲線</p><p>　?、?機(jī)架L0=751，曲柄L1=13.58，連桿L2=1271.5，搖桿L3=595時，得到的仿真圖形，θ

78、3的范圍為7.28度。</p><p>　　圖2—11 第三組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿擺角曲線</p><p><b>　　ω3</b></p><p>　　圖2—12 第三組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿角速度曲線</p><p>　　機(jī)架L0=751，曲柄L1=13.58，連桿L2=460，搖桿L3=595時，得到的</p>&

79、lt;p>　　仿真圖形，θ3的范圍為2.69度。</p><p>　　圖2—13 第四組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿擺角曲線</p><p><b>　　ω3</b></p><p>　　圖2—14 第四組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿角速度曲線</p><p>　　⑤ 機(jī)架L0=751，曲柄L1=5，連桿L2=1271.5，搖桿L3=595時

80、，得到的仿真圖形，θ3的范圍為2.75度。</p><p>　　圖2—15 第五組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿擺角曲線</p><p><b>　　ω3</b></p><p>　　圖2—16 第五組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿角速度曲線</p><p>　　⑥ 機(jī)架L0=751，曲柄L1=5，連桿L2=460，搖桿L3=595時，得到的仿<

81、/p><p>　　真圖形，θ3的范圍為1.15度。</p><p>　　圖2—17 第六組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿擺角曲線</p><p><b>　　ω3</b></p><p>　　圖2—18 第六組數(shù)據(jù)對應(yīng)的搖桿角速度曲線</p><p>　　由上面六組圖片曲線可以得到，當(dāng)桿長為優(yōu)化所得的六組數(shù)據(jù)時，搖桿

82、的擺角可以為1.15—20.03度中的任意一個角度，滿足設(shè)計要求，同時，六組搖桿的角速度曲線都為標(biāo)準(zhǔn)余弦曲線，同曲柄搖桿機(jī)構(gòu)實際情況相符，證明所得數(shù)據(jù)的合理性。另外，動態(tài)仿真所得到曲線也充分的驗證了前面優(yōu)化所得數(shù)據(jù)的正確性。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章從搖桿擺角范圍出發(fā)，經(jīng)過Matlab優(yōu)化和仿真，得到了擺振試驗機(jī)模

83、型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的長度尺寸：</p><p>　　曲柄三組，偏心分別為 5 mm ,13.58 mm , 37 mm;</p><p>　　連桿長度最大值為1271.5 mm ，最小為460 mm ;</p><p>　　搖桿的長度為595 mm ;</p><p>　　機(jī)架的長度為750 mm 。</p><p>　　

84、該長度能很好地滿足，當(dāng)扭振頻率小于12HZ，輸出扭振轉(zhuǎn)角在±10度之內(nèi)。</p><p>　　3 基于靜力學(xué)的截面選取</p><p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　通過第2章的優(yōu)化和仿真，獲到了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的大致模型，結(jié)合設(shè)計要求的桿受的最大力矩為25 KN.m，利用靜力學(xué)知識，可以求出機(jī)構(gòu)各構(gòu)件在鉸結(jié)點的支點

85、力。求出受力狀況后，利用材料力學(xué)強(qiáng)度和剛度理論，選取合理的構(gòu)件尺寸。</p><p>　　3.2機(jī)構(gòu)的靜力分析 </p><p>　　3.2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)靜力學(xué)[10]模型</p><p>　　搖桿上承受為一個非常大扭矩25 KN.m，雖然搖桿的尺寸也比較長，重量較大，但重力相對于構(gòu)件支點力相比，相差2個數(shù)量級左右，故在靜力分析時，構(gòu)件的重力不予考慮。<

86、/p><p>　　由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的受力特性可知，當(dāng)搖桿位于左右極限位置時，其承受的力矩和支點力最大，所以在對機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力分析時，選取極限位置，建立數(shù)學(xué)模型。機(jī)構(gòu)的受力分析圖如圖3—1所示。</p><p>　　圖3—1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)靜力學(xué)模型</p><p>　　對其進(jìn)行受力分析可得：</p><p>　　…….............（3.1

87、）</p><p>　　…….......... (3.2)</p><p>　　…….......... (3.3)</p><p>　　…….......... (3.4)</p><p>　　…….......... (3.5)</p><p>　　為方便表達(dá)，令 ，</p><p

88、>　　3.2.2 利用Matlab求解</p><p>　　得到機(jī)構(gòu)受力表達(dá)式后，為簡化求解過程，可用Matlab編程進(jìn)行快速求解。</p><p>　　在運行程序之前，求出在不同的曲柄和連桿長度下，當(dāng)搖桿位于左右極限位置時，曲柄、連桿和搖桿同水平正方向的夾角，加上每組不同的桿長條件，作為M文件的輸入，輸入數(shù)據(jù)如下表所示：</p><p><b>　

89、　續(xù)上表</b></p><p>　　圖3-2 六組輸入數(shù)據(jù)表 </p><p>　　運行M文件之后，一次輸入上表中對應(yīng)的輸入數(shù)據(jù)，得到的個點的力如下圖3—3所示。</p><p>　　圖3—3 靜力學(xué)各支點力及驅(qū)動矩的大小</p><p>　　由上面兩表可以得到如下結(jié)論：</p><p>　

90、?、?在左右極限位置處，曲柄轉(zhuǎn)角相差的角度來看，隨著連桿的長度減小，逐漸接近pi，此時曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無急回特性；</p><p>　?、?如果機(jī)構(gòu)有急回特性，在左極限位置處，各構(gòu)件上的支點力比在右極限處稍小，但相差不大；</p><p>　?、?如果機(jī)構(gòu)無急回特性，在左右極限位置處，構(gòu)件上的支點力大小相等。</p><p>　　綜合在極限位置時各個構(gòu)件轉(zhuǎn)角的大小，驗證

91、第二組數(shù)據(jù)時，作用在搖桿上的兩個方向上力最大，此時作用在連桿上的拉力最大，故后面選取構(gòu)件截面時，選取Fx=73152 N，F(xiàn)y=15592 N。</p><p>　　3.2.3 構(gòu)件模型的轉(zhuǎn)化</p><p>　　搖桿在極限位置處，輸出軸傳遞給它的是一個相當(dāng)大的阻力矩，阻力矩的平衡依靠連桿作用在其上的支點力產(chǎn)生的矩來平衡，所以，在極限位置處，搖桿可以簡化為一段固定的懸臂梁[11]。<

92、/p><p>　　連桿在整個作用過程中，只承受支點力，沒有矩作用，由受力平衡分析可知，相當(dāng)于一個二力桿，只需驗證擠壓強(qiáng)度即可。</p><p>　　曲柄（偏心軸）是機(jī)構(gòu)動力的輸入裝置，電機(jī)傳過來一個輸入扭矩，連桿反作用有支點力，根據(jù)一般軸的設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計。</p><p>　　3.3 構(gòu)件截面選取</p><p>　　3.3.1 連桿的截面選取

93、</p><p>　　連桿看作一個二力桿，其受力模型如下圖所示：</p><p>　　圖 3—4 連桿的受力圖</p><p>　　由上面的結(jié)果可知， KN KN </p><p>　　則在桿方向上的力F為 KN</p><p>　?、?拉壓強(qiáng)度計算公式為 </p><

94、;p>　　連桿材料選為45鋼 Mpa，取，連桿的截面為空心圓，空心率。帶入到擠壓強(qiáng)度計算公式中有：</p><p><b>　　Mpa</b></p><p>　　計算可得 mm，取 mm。</p><p><b>　?、?剛度驗證 </b></p><p>　　在拉應(yīng)力的作用下，

95、 </p><p>　　經(jīng)驗證，剛度在安全范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.3.2連桿螺紋管截面的選取</p><p>　　螺紋管的受力同連桿的一樣，其內(nèi)徑即為連桿的外徑 mm。</p><p>　　由 </p><p>　　取 =116.7 Mpa 解出 mm 取 m

96、m。</p><p>　　剛度條件 ，剛度在安全范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.3.3搖桿的截面選取</p><p>　　搖桿的受力模型如下圖3—5所示。</p><p>　　圖 3—5 搖桿的受力圖</p><p>　　當(dāng)在左右極限位置時，可以簡化為下面的受力模型，如圖3—6所示。</p>&l

97、t;p>　　圖 3—6 搖桿的簡化受力圖</p><p>　　由圖3—5可得 ……................... （3.6）</p><p>　　……................（3.7）</p><p>　　其中為連桿作用在搖桿垂直方向的力，產(chǎn)生一個力矩，平衡阻力矩；為作用在搖桿上、平行搖桿方向的力，對搖桿產(chǎn)生拉

98、壓應(yīng)變。對上面兩式求解得：KN , KN。</p><p><b>　?、?剛度驗證</b></p><p>　　由圖3—6可知，作用下產(chǎn)生的應(yīng)力為 </p><p>　　…….................（3.8）</p><p>　　……................. (3.9)</p>

99、<p>　　……................. (3.10)</p><p>　　選取搖桿的形式如下圖3—7所示。</p><p>　　圖 3—7 搖桿結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　設(shè)搖桿兩邊板厚度 mm，兩偏心板偏中心線為30 mm,則上面三式可以寫為：.......... (3.11)</p><p>　　……......

100、........... (3.12)</p><p>　　……................. (3.13)</p><p>　　將 KN.m，KN，mm，mm，mm，解得mm，取mm。</p><p><b>　?、?搖桿的剛度驗證</b></p><p>　　在作用下，搖桿的受力變形如圖3—8所示。</p&

101、gt;<p>　　圖3—8 搖桿受力變形圖</p><p>　　查材料力學(xué)相關(guān)資料有： …….................（3.14）</p><p>　　……...............（3.15）</p><p><b>　　一般桿件的許用撓度</b></p><p><

102、b>　　，取為mm。</b></p><p><b>　　桿件的許用轉(zhuǎn)角</b></p><p><b>　　，取</b></p><p>　　將 GPa，mm，代入到方程（3.14）和（3.15）中，求得：</p><p><b>　　mm</b></

103、p><p>　　驗證結(jié)果表明，搖桿的剛度在安全范圍之內(nèi)。</p><p>　　3.3.4圓柱銷截面選取</p><p>　　連桿和搖桿的連接采用圓柱銷連接，銷的受力如圖3—9</p><p>　　圖3—9 圓柱銷受力圖</p><p>　　根據(jù)剪應(yīng)力強(qiáng)度校核公式：</p><p>　　…….....

104、............（3.16）</p><p><b>　　式中 N</b></p><p>　　對塑性材料：，取 Mpa</p><p>　　將、代入方程（3.15），解得：</p><p><b>　　mm</b></p><p>　　考慮到搖桿的尺寸比較大，

105、為保證整體的協(xié)調(diào)性，將銷的截面選得稍大一點，取mm。</p><p>　　3.3.5偏心軸的截面選取[12]</p><p>　　在選定連桿后，為了能夠很好的同連桿進(jìn)行連接，偏心軸的偏心部分長度可以確定為70mm，兩邊的軸肩長度定為12mm,初選軸承為NU 1009，軸承寬度為20mm,此時，偏心軸的示意圖如圖3—10所示。</p><p>　　圖 3—10 偏心

106、軸示意圖</p><p>　　根據(jù)軸的受力圖，可以作出下面的扭矩圖和彎矩圖，如圖3—11所示。</p><p>　　圖3—11 偏心軸的扭矩圖和彎矩圖</p><p>　　選偏心軸的角速度恒定為60 ，依據(jù)一個周期內(nèi)輸入輸出能量守恒，對機(jī)構(gòu)仿真可以得到扭矩N.m。</p><p>　　① 偏心部分截面的選取</p><p&

107、gt;　　在Y方向上的最大彎矩 N.m</p><p>　　在X方向上的最大彎矩 N.m</p><p>　　在軸上的總的彎矩 N.m</p><p>　　根據(jù)第四強(qiáng)度理論可以知道：</p><p>　　……...........（3.17）</p><p>　　式中的滿足

108、 …….................（3.18）</p><p>　　聯(lián)立方程進(jìn)行求解得 mm，選 mm。</p><p><b>　?、?軸頸截面的選取</b></p><p>　　在軸頸同軸肩連接處，X和Y方向上的彎矩分別為：</p><p><b>　　N.m</b>

109、</p><p><b>　　N.m</b></p><p>　　軸上總的彎矩 N.m</p><p>　　扭矩沒變，仍然為 N.m</p><p><b>　　根據(jù)第四強(qiáng)度理論，</b></p><p>　　式中的滿足 </p>

110、;<p>　　可以解出 mm，取 mm。</p><p>　　3.3.6 偏心軸軸承的選取[13]</p><p><b>　　① 軸承類型的選取</b></p><p>　　選用那一種類型的軸承，主要依據(jù)是軸承的工作條件。機(jī)構(gòu)中的偏心軸工作轉(zhuǎn)速為600，速度不高，電機(jī)傳過來的扭矩不大，運動平穩(wěn)，徑向支點力較大，摩擦力作用較

111、明顯。鑒于這些工作條件，選用圓柱滾子軸承?？紤]到徑向的力較大，一共選用4個軸承，一邊兩個。</p><p><b>　?、?計算當(dāng)量動載荷</b></p><p>　　初選軸承型號為圓柱滾子軸承 NU 1009，查機(jī)械設(shè)計手冊有： KN， KN。</p><p>　　由題可知： KN </p><p>　　當(dāng)量

112、動載荷 KN</p><p>　?、?計算軸承應(yīng)具有的基本額定動載荷</p><p>　　額定動載荷 …….................（3.19）</p><p>　　試驗機(jī)的轉(zhuǎn)速為 ，試驗機(jī)為間斷使用的機(jī)器，查設(shè)計手冊取 ，，，。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入方程（3.19）可得：</p>&

113、lt;p><b>　　KN</b></p><p><b>　　故所選軸承合適。</b></p><p><b>　　3.4 本章總結(jié)</b></p><p>　　本章在材料力學(xué)的基礎(chǔ)上，在構(gòu)件滿足強(qiáng)度和剛度條件下，通過詳細(xì)的理論計算，選定了連桿、搖桿、偏心軸、圓柱銷的截面大小，支撐偏心軸的軸承

114、的種類和型號也確定了下來。這些主要構(gòu)件確定了下來后，從機(jī)構(gòu)整體協(xié)調(diào)性和美觀的角度可一次確定其它構(gòu)件的長度和截面。</p><p>　　4 機(jī)構(gòu)的三維實體建模</p><p><b>　　4.1 概述</b></p><p>　　第二章確定了機(jī)構(gòu)構(gòu)件的長度尺寸，第三章確定了機(jī)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸，在這兩章的基礎(chǔ)上，利用Proe軟件對機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維實體建

115、模，建模好后，可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)動畫仿真，也為下一章的Ansys 做好準(zhǔn)備。</p><p>　　4.2 Pro/Engineer簡介</p><p>　　Pro/Engine軟件系統(tǒng)是美國參數(shù)化技術(shù)公司 PTe(ParametrieTeehnologyCorporation)的優(yōu)秀產(chǎn)品，提供了集成產(chǎn)品的三維造型設(shè)計、加工、分析及繪圖等功能完整的 CAD/CAE/CAM解決方案。該軟件以使用方

116、便、參數(shù)化造型和系統(tǒng)的全相關(guān)性而著稱。目前Pro/Enginee:軟件在我國的機(jī)械、電子、家電、塑料模具、工業(yè)設(shè)計、汽車、自行車.、航天、家電、玩具等行業(yè)取得了廣泛的應(yīng)用，該軟件在國內(nèi)的應(yīng)用數(shù)量大大超過了同類型的其它國外產(chǎn)品。Pro/Engineer可謂是全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件，集合了零件設(shè)計、產(chǎn)品組合、模具開發(fā)、NC加工、飯金件設(shè)計、鑄造件設(shè)計、造型設(shè)計、逆向工程、自動測量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，其模塊眾多。主要由

117、以下六大主模塊組成:工業(yè)設(shè)計、 (CAID)模塊、機(jī)械設(shè)計(CAD)模塊、功能仿真(CAE)模塊、制造(CAM)模塊、數(shù)據(jù)管理（PDM)模塊和數(shù)據(jù)交換(geometry介anslator)模塊。這里將介紹一下Pro/Engineer的主要特性。</p><p>　　4.2.1 相關(guān)性 (Full Assoeiativity)</p><p>　　相關(guān)性是指所有的Pro/Engineer的功

118、能都相互關(guān)聯(lián)。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中，用戶任何時候所作的變更，都會擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時自動更新所有工程文檔如部件、加工以及產(chǎn)品信息管理等。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改卻沒有任何損失，使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮作用。Pro/Engineer系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境最突出的特點就在于它能夠支持并行工程，通過一系列足以表現(xiàn)外形、裝配性能的全相關(guān)性的解決方案，可以讓用戶同時在幾個技術(shù)領(lǐng)域處理一個產(chǎn)品模型。這些功

119、能包括造型設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、功能設(shè)計、加工以及產(chǎn)品信息管理等。Pro/Engineer提供的參數(shù)化設(shè)計的最大的特點就是單一數(shù)據(jù)庫 (Single Database)。Pro/Engineer配合單一數(shù)據(jù)庫，所有設(shè)計過程所使用的尺寸(參數(shù))都存在數(shù)據(jù)庫中，修改CAD模型及工程圖將不再是一件難事，設(shè)計者只需更改3D零件的尺寸，則ZD工程圖就會依照尺寸的修改作幾何形狀的變化，同樣修改ZD工程圖的尺寸其相關(guān)的3D實體模型也會自動修改，同時裝配、制