平面四桿機構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計,平面四桿機構(gòu),畢業(yè)設(shè)計,平面,機構(gòu) 一、選題的依據(jù)及意義： 1．1選題目的 1．建立研究新機構(gòu)，新機器發(fā)明創(chuàng)造的普遍規(guī)律及實用方法的實用基礎(chǔ)理論。 2．加速吸收發(fā)達工業(yè)化國家的先進技術(shù)，為本國新機構(gòu)，新機器的二次設(shè)計，二次開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。 3．提出在技術(shù)革新和設(shè)備改造中提出的新機構(gòu)，新機器的獨特結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新構(gòu)思，是其成為成熟的先進技術(shù)。 4．簡介一些新機構(gòu)，新機器實用性結(jié)構(gòu)及技術(shù)的應(yīng)用實例，說明理論對實踐的指導(dǎo)作用。 5．為從事機械設(shè)計，制造的工程技術(shù)人員的知識，技術(shù)更新開闊視野提供參考資料。 6．探索平面連桿機構(gòu)研究的新方法，新思路。 連桿機構(gòu)的最基本形式是平面四桿機構(gòu)，它是其它連桿機構(gòu)的基礎(chǔ)。 平面四桿機構(gòu)是由四個剛性構(gòu)件用低副鏈接組成的，各個運動構(gòu)件均在同一平面內(nèi)運動的機構(gòu)。所以，對平面四桿機構(gòu)進行研究可以概括連桿機構(gòu)內(nèi)在的基本原理，從而用以連桿機構(gòu)的設(shè)計。 所有運動副均為轉(zhuǎn)動副的四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu)，它是平面四桿機構(gòu)的基本形式，其他四桿機構(gòu)都可以看成是在它的基礎(chǔ)上演化而來的。選定其中一個構(gòu)件作為機架之後，直接與機架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿，不直接與機架連接的構(gòu)件稱為連桿，能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動的構(gòu)件稱為搖桿。如果以轉(zhuǎn)動副連接的兩個構(gòu)件可以做整周相對轉(zhuǎn)動，則稱之為整轉(zhuǎn)副，反之稱之為擺轉(zhuǎn)副。鉸鏈四桿機構(gòu)中，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動，可以將其分為三種基本機構(gòu)運動學(xué)綜合是按照給定的運動特性對機構(gòu)進行系統(tǒng)的設(shè)計的過程，包括型綜合和尺度綜合兩大主要內(nèi)容，主要綜合方法有解析法、作圖法和實驗法。作圖法和實驗法工作量大，設(shè)計精度低，僅適用于對機構(gòu)精度要求不高的場合。近幾十年來，隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對機構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來越高，作圖法和實驗法已不能滿足要求，而基于計算機輔助設(shè)計（CAD）的解析法得到了廣泛的應(yīng)用。 本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機構(gòu)的連桿曲線及軌跡綜合，其意義在于：一、深入研究計算機在設(shè)計和仿真連桿機構(gòu)連桿曲線方面的應(yīng)用，從而指導(dǎo)實踐；二、總結(jié)出四桿機構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ)，從而指導(dǎo)多桿或復(fù)雜的低副平面機構(gòu)的綜合。 此課題的主要目標(biāo)是系統(tǒng)地對平面四桿機構(gòu)連桿曲線進行研究，從而來獲得連桿機構(gòu)基本的原理和綜合方法，以便在實際中得到應(yīng)用；主要特色是在各個設(shè)計進度中將會大量應(yīng)用計算機高級語言編程來輔助設(shè)計和仿真平面四桿機構(gòu)。 受控連桿機構(gòu)是指一個或若干個原動件受計算機控制，從而使機構(gòu)可以精確實現(xiàn)任意給定運動并具有智能化的一類機構(gòu)，如具有一個受控原動件的平面五桿機構(gòu)；受控機構(gòu)學(xué)研究受控連桿機構(gòu)的分析與綜合理論、控制方法與控制系統(tǒng)和應(yīng)用。 1．2課題主要內(nèi)容及選題意義 四桿機構(gòu)在機械自動化，機械手，機器人中都有很廣泛的應(yīng)用，近幾十年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，人們對機構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來越高，作圖法和實驗法已經(jīng)不能滿足要求，而解析法則成為日益廣泛應(yīng)用的分析方法。 本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機構(gòu)的連桿曲線與運動領(lǐng)域識別，要求研究者用解析法先進行平面四桿機構(gòu)連桿軌跡的生成，再利用隨機函數(shù)建立軌跡曲線數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫中的曲線進行分類及運動領(lǐng)域識別，最后用軟件（Visual Basic）實現(xiàn)運動仿真。 意義在于：深入研究計算機在設(shè)計和仿真連桿機構(gòu)連桿曲線方面的應(yīng)用，從而指導(dǎo)實踐；二，總結(jié)出四桿機構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ)，從而指導(dǎo)多桿（如六桿）或復(fù)雜的低副平面機構(gòu)的綜合。 二、國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻綜述）： 連桿機構(gòu)綜合的重中之重就是尺度綜合。六十年代以后，計算機輔助設(shè)計及輔助制造（CAD/CAM）蓬勃發(fā)展，隨著CAD技術(shù)和新算法的出現(xiàn)，人們已開發(fā)出許多實用化的軟件來進行尺度綜合。 目前，通過采用計算機高級語言編程來實現(xiàn)某種算法而精確求解的解析法得到了廣 泛的應(yīng)用，例如連續(xù)算法（即同倫算法）、遺傳算法（GA）等，這些算法能夠綜合出精 度很高的機構(gòu)。另外，近十年來還出現(xiàn)了“數(shù)值圖譜”進行機構(gòu)的尺度綜合，其思路為 將連桿曲線機構(gòu)的輸出參數(shù)用一組特征參數(shù)存入計算機，通過特征參數(shù)的比較，決定所 設(shè)計機構(gòu)的近似精度，以進行機構(gòu)的尺度綜合?，F(xiàn)在國內(nèi)外學(xué)者已有不少研究成果，并 引入了多種數(shù)學(xué)工具，如頻譜分析、模糊數(shù)學(xué)、小波特征等參數(shù)。最后，應(yīng)用計算機來 對機構(gòu)進行仿真已成了目前機構(gòu)綜合的一個重要內(nèi)容，通過仿真來獲得機構(gòu)的各個特征 參數(shù)，然后再進行優(yōu)化設(shè)計也決定了機構(gòu)的精確。 1.受控機構(gòu)學(xué)發(fā)展展望 作為受控機構(gòu)學(xué)目前研究的重點受控五桿機構(gòu)，雖然有一定進展，形成了一定的體系，但作為一個新興研究領(lǐng)域還有待更深入的研究。 1.1進一步加強研究，完善方法和理論體系 具有一個受控原動件的五桿機構(gòu)是一種最簡單，但功能優(yōu)越的，能精確實現(xiàn)給定運動的機電一體化的連桿機構(gòu)。下一步的研究，將進一步開拓新的研究領(lǐng)域，如精確實現(xiàn)給定的剛體位置的理論和綜合方法；精確實現(xiàn)給定的組合運動（如實現(xiàn)連桿軌跡的同時滿足主從動件之間的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)連桿軌跡的同時滿足剛體位置的要求等）的理論和綜合方法；機構(gòu)動力學(xué)方面的研究，如機構(gòu)所傳遞的動力對精確實現(xiàn)運動的影響和平衡問題等；從而形成較完善的受控機構(gòu)學(xué)理論體系。 1.2編制具有良好“魯棒性”的應(yīng)用軟件 為了能使這種新型機構(gòu)理論得到推廣，不但要有完善的理論研究，而且還要開發(fā)具有良好“魯棒性”的應(yīng)用軟件，因此結(jié)合最新的計算機窗口和圖形技術(shù)，面向用戶編制具有良好“魯棒性”的計算機仿真程序和應(yīng)用軟件，讓用戶不需要學(xué)習(xí)或只經(jīng)過短時的訓(xùn)練就能使用該軟件設(shè)計機構(gòu)，而且得到全套的機構(gòu)圖、機構(gòu)尺寸、運動學(xué)參數(shù)、動力學(xué)參數(shù)和控制參數(shù)。將研究結(jié)果以軟件形式推廣，也是一個研究重點。 1.3加強實驗研究，推廣工程應(yīng)用 科學(xué)研究的目的是為了推動工業(yè)進步。下一步的研究將側(cè)重于進行實驗研究。結(jié)合實際應(yīng)用在實驗室條件下建立通用實驗臺，該通用實驗臺要能夠調(diào)整機構(gòu)尺寸和動力學(xué)參數(shù)，并能適應(yīng)各種單一運動、多個運動和組合運動的實驗需要，以驗證理論，探討控制系統(tǒng)的組成和優(yōu)化，為工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 三、研究內(nèi)容及實驗方案： 用解析法計算平面四桿機構(gòu)連桿各點軌跡，建立連桿軌跡曲線數(shù)據(jù)庫，用軟件編程實現(xiàn)運動分析。這需要做到：1、建立平面四桿機構(gòu)運動方程 2、編寫運動分析程序 3、機構(gòu)運動模擬 平面連桿機構(gòu)原理，包括鉸鏈四桿機構(gòu)（曲柄搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)、雙搖桿機構(gòu)）、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化（曲柄滑塊機構(gòu)、導(dǎo)桿機構(gòu)、搖塊機構(gòu)、定塊機構(gòu)、雙滑塊機構(gòu)）。 研究內(nèi)容： 1.平面四桿機構(gòu)連桿點的軌跡坐標(biāo) 2.連桿軌跡曲線分類基準(zhǔn)的確定 3.軌跡曲線的分類及運動領(lǐng)域識別 4．運動學(xué)仿真軟件編制 實驗方案： 所以， （1） （2） （1）（2）聯(lián)立消去，再將，， 代入，解方程可得： （3） 式中，， ， 當(dāng)連桿初始位置是時，（2）式中取“+”號；當(dāng)連桿初始位置是時（2）式中取“-”號；當(dāng)時，連桿機構(gòu)相應(yīng)位置無法實現(xiàn)。 所以，， 所以， 所以，連桿上任一點（K點）的坐標(biāo)（x,y）就可以表示為 四、目標(biāo)、主要特色及工作進度： 目標(biāo)：系統(tǒng)地對平面四桿機構(gòu)和四桿機構(gòu)連桿曲線進行研究，從而來獲得連桿機構(gòu)基本的原理和綜合方法，以便在實際中得到應(yīng)用。 主要特色：在各個設(shè)計進度中將會大量應(yīng)用計算機高級語言編程（VB）來輔助設(shè)計和仿真平面四桿機構(gòu)，主要體現(xiàn)在三個方面：一、繪制連桿曲線；二、綜合機構(gòu)尺度；三、機構(gòu)的優(yōu)化和VB運動模擬。 工作進度： 1、開題報告、外文資料翻譯 兩周 3月1日-——3月11日 2、平面四連桿機構(gòu)的類型 三周 3月14日——4月2日 3、連桿曲線的生成與分類準(zhǔn)則的確定 三周 4月6日——4月26日 4、曲線分類 兩周 4月27日——5月10日 5、曲線分類的運動領(lǐng)域識別 兩周 5月11日——5月25日 6、畢業(yè)論文整理及答辯準(zhǔn)備 一周 5月26日——6月1日 五、參考文獻： 1、張紀(jì)元主編.機械學(xué)的數(shù)學(xué)方法.上海：上海交通大學(xué)出版社，2003 2、孫桓等主編.機械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001 3、濮良貴主編.機械設(shè)計. 北京：高等教育出版社.2001 4、曹惟慶編著.平面連桿機構(gòu)分析與綜合. 北京：科學(xué)出版社，1989 5、孟彩芳主編.機械原理電算分析與設(shè)計. 天津：天津大學(xué)出版社，2000 6、曹清林等編著.對稱軌跡機構(gòu) 北京：機械工業(yè)出版社，2003 7、楊廷力編著.機械系統(tǒng)基本理論——結(jié)構(gòu)學(xué) 運動學(xué) 動力學(xué). 北京：機械工業(yè)出版社，1996 5