平面四桿機(jī)構(gòu)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)在重型機(jī)械、紡織機(jī)械、食品機(jī)械、包裝機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中都有廣泛的應(yīng)用。但是要在盡可能短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出一個(gè)滿足多種性能要求的機(jī)構(gòu)卻不是一件很容易的事情。過去人們已建立了一些四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，然而這些方法與工程設(shè)計(jì)的要

2、求還有一段距離，常?；ㄙM(fèi)很多時(shí)間卻只得到一個(gè)不可行的設(shè)計(jì)方案。因?yàn)闄C(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能如急回特性K，壓力角α，從動(dòng)件的擺角Ψ，極位夾角θ與構(gòu)件尺寸有關(guān)，本身的這些運(yùn)動(dòng)性能之間也都相互影響，比如，四桿機(jī)構(gòu)中，從動(dòng)件急回特性K完全取決于極位夾角θ的作用。</p><p>　　本篇論文主要研究工程中應(yīng)用比較多的Ⅰ、Ⅱ曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ，極位夾角θ與機(jī)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系，然后運(yùn)用工程分析軟件ADAMS針對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，

3、從而能給出設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)時(shí)為保證有較好的特性時(shí)，選取構(gòu)件尺寸的建議。進(jìn)而為工程應(yīng)用提供依據(jù)。</p><p>　　1.2 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式</p><p>　　平面四桿機(jī)構(gòu)可分為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)。其中只有轉(zhuǎn)動(dòng)副的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)[1]。</p><p>　　在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，能作整周回轉(zhuǎn)的稱為曲柄，只能在一定角度范圍內(nèi)擺動(dòng)的稱為

4、搖桿。由于曲柄和搖桿長度的不同，又可以將鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)分為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)[2]。</p><p>　　平面四桿機(jī)構(gòu)最基本的型式為圖1-1所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。圖1-1中，AD為機(jī)架，AB和DC為連架桿。其中構(gòu)件AB能繞其固定鉸鏈中心A作整周轉(zhuǎn)動(dòng)而稱為曲柄。構(gòu)件DC只能繞其固定鉸鏈中心D在一定范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)而稱為搖桿。構(gòu)件BC不與機(jī)架直接相聯(lián)而僅僅連接兩連架桿AB和DC，因而稱為連桿。連桿機(jī)構(gòu)正是

5、因?yàn)檫B桿的存在而得名[3]。</p><p>　　圖1.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　兩連架桿均為曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)[4]。圖1-2中，AD為機(jī)架，AB和DC為曲柄。其中構(gòu)件AB、DC能繞其固定鉸鏈中心A、D作整周轉(zhuǎn)動(dòng)而稱為曲柄。若兩對邊構(gòu)件長度相等且平行，則稱為正平行四邊形機(jī)構(gòu)。</p><p>　　圖1.2 雙曲柄機(jī)構(gòu)</p>

6、<p>　　兩連架桿均為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)[5]。如圖1-3中，AD為機(jī)架，構(gòu)件AB、DC只能繞其固定鉸鏈中心A、D在一定范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)而稱為搖桿。</p><p>　　圖1.3 雙搖桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.3 平面四桿機(jī)構(gòu)的演化</p><p>　　1. 回轉(zhuǎn)副演化成移動(dòng)副</p><p>　　下圖1-4表

7、示了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)先演化為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)過程。在實(shí)際中，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在金屬切削機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)和空氣壓縮機(jī)等各種機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖1.4 移動(dòng)副的演化過程</p><p>　　2. 取不同的構(gòu)件為機(jī)架</p><p>　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的三種基本型式，可看作是由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)改變機(jī)架而得到的，如圖1-5所示。</p><p>

8、;　　圖1.5 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的演化過程</p><p>　　對于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，若選取不同構(gòu)件為機(jī)架，同樣也可以得到不同型式的機(jī)構(gòu)，如圖1-6所示。</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 搖塊機(jī)構(gòu) 直動(dòng)滑桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖1.6 改變曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的機(jī)架得到的不同

9、型式</p><p><b>　　3. 擴(kuò)大回轉(zhuǎn)副</b></p><p>　　由于結(jié)構(gòu)的需要和受力的要求，使曲柄與連桿連接處的回轉(zhuǎn)副的銷軸擴(kuò)大，形成一個(gè)幾何中心與其回轉(zhuǎn)中心不重合的圓盤，此盤就稱為偏心輪?；剞D(zhuǎn)中心與幾何軸心的距離稱為偏心距(即曲柄長度)，這種機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)（如圖1-7）。顯然，這種機(jī)構(gòu)與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性完全相同。常用于要求行程短、受力大的場

10、合，如沖床、剪床等機(jī)械中[6]。</p><p>　　圖1.7 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)演化成偏心輪機(jī)構(gòu)</p><p>　　1.4 平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性</p><p>　　在討論平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性之前，就與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能有關(guān)的一些基本知識作一些簡單的介紹。</p><p>　　1.4.1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件</p>&l

11、t;p>　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件:（1）在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄是最短桿；（2）最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。以上兩條件是曲柄存在的必要條件。</p><p>　　因此，當(dāng)各桿長度不變而取不同桿為機(jī)架時(shí)，可以得到不同類型的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。╝）取最短桿相鄰的構(gòu)件（如桿2）為機(jī)架時(shí)，最短桿1為曲柄，而另一連架桿3為搖桿，故圖1.8所示的機(jī)構(gòu)為

12、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　?。╞）取最短桿為機(jī)架，其連架桿2和4均為曲柄，故圖1.9所示為雙曲柄機(jī)構(gòu)。</p><p>　　（c）取最短桿的對邊（桿3）為機(jī)架，則兩連架桿2和4都不能作整周轉(zhuǎn)動(dòng)，故圖1.10所示為雙搖桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　圖1.8 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　圖1.9 雙曲柄機(jī)構(gòu)</p>&

13、lt;p>　　圖1.10 雙搖桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機(jī)構(gòu)中不可能存在曲柄，無論取哪個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　由上述分析可知，最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的必要條件。滿足這個(gè)條件的機(jī)構(gòu)究竟有一個(gè)曲柄、兩個(gè)曲柄或沒有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機(jī)

14、架來判斷[7]。</p><p>　　1.4.2 行程速度變化系數(shù)</p><p>　　當(dāng)原動(dòng)件（曲柄）做勻速定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件相對于機(jī)架作往復(fù)運(yùn)動(dòng)（擺動(dòng)或移動(dòng)）的連桿機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程和反行程的位移量相同，而所需的時(shí)間一般并不相等，正反兩個(gè)行程的平均速度也就不相等。這種現(xiàn)象稱為機(jī)構(gòu)的急回特性。在工程實(shí)際中，為了提高生產(chǎn)率，保證產(chǎn)品質(zhì)量，常常使從動(dòng)件的慢速運(yùn)動(dòng)行程為工作行程，而從動(dòng)件的快速

15、運(yùn)動(dòng)行程為空回行程。因此，正確分析平面連桿機(jī)構(gòu)的急回特性，在機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)中具有很重要意義。為反應(yīng)急回特性的相對程度，引入從動(dòng)件行程速度變化系數(shù)，用K表示，其值為從動(dòng)件快行程平均速度與從動(dòng)件慢行程平均速度的比值（K≥1）</p><p>　　在圖1.11所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄與連桿重疊共線的AB1和拉直共線的AB2分別對應(yīng)于從動(dòng)件的兩個(gè)極限位置C1D和C2D，矢徑AB1和AB2將以A為圓心、曲柄長為半徑的圓分

16、割為圓心角不等的兩部分，其中圓心角較大的用α1（≥180°）表示，小者用α2（≤180°）表示，由</p><p>　　α1=180°＋θ，α2=180°－θ</p><p><b>　　可得</b></p><p>　　θ=（α1－α2）／2</p><p>　　若曲柄以勻速轉(zhuǎn)過

17、α1和α2對應(yīng)的時(shí)間為t1（對應(yīng)于從動(dòng)件慢行程）和t2（對應(yīng)于從動(dòng)件快行程），則根據(jù)行程速度變化系數(shù)的定義，有：</p><p>　　因此，機(jī)構(gòu)的急回特性也可以用θ角來表示，由于θ與從動(dòng)件極限位置對應(yīng)的曲柄位置有關(guān)，故稱其為極位夾角。對于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，極位夾角即為∠C1AC2。其值與機(jī)構(gòu)尺寸有關(guān)，可能小于90°，也可能大于90°，一般范圍為0°到180°。</p>

18、;<p>　　圖1.11 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)分析</p><p>　　除曲柄搖桿機(jī)構(gòu)外，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也有急回特性。如圖1.12所示的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，極位夾角為θ=∠C1AC2＜90°滑塊慢行程的方向與曲柄的轉(zhuǎn)向和偏置方向有關(guān)。當(dāng)偏距e=0時(shí)，θ=0，即對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)無急回特性。</p><p>　　圖1.12 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)</p

19、><p>　　圖1.13表示了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角，其取值范圍為（0°，180°），并有ψ=θ。導(dǎo)桿慢行程擺動(dòng)方向總是與曲柄轉(zhuǎn)向相同[8]。</p><p>　　圖1.13 轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　4.3 壓力角和傳動(dòng)角</p><p>　　在圖1.14所示的曲柄搖桿ABCD中，若不考慮構(gòu)件的慣性力和運(yùn)動(dòng)副中的摩擦

20、力的影響，當(dāng)曲柄AB為主動(dòng)件時(shí)，則通過連桿BC作用于從動(dòng)件搖桿CD上的力P即沿BC方向。該力P的作用線與其作用點(diǎn)C的絕對速度υc之間所夾的銳角α稱為壓力角。</p><p>　　圖1.14 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的壓力角分析</p><p>　　由圖可見，力P可分解為沿點(diǎn)C絕對速度υc方向的分力Pt及沿構(gòu)件CD方向的分力Pn，Pn只能使鉸鏈C及D產(chǎn)生徑向壓力，而分力Pt才是推動(dòng)從動(dòng)件CD運(yùn)動(dòng)的有效分

21、力,其值Pt =Pcosα=Psinγ.顯然，壓力角α越小，其有效分力Pt則越大，亦即機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效益越高。為了便于度量，引入壓力角α的余角γ=90°－α，該角γ稱為傳動(dòng)角。顯然，角γ越大，則有效分力Pt則越大而Pn就越小，因此在機(jī)構(gòu)中常用其傳動(dòng)角γ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(dòng)角γ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(dòng)性能，綜合機(jī)構(gòu)時(shí)，通常應(yīng)使γ

22、max≥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(dòng)角接近γmax時(shí)進(jìn)行工作，從而節(jié)省動(dòng)力[9]。</p><p><b>　　1.4.4 死點(diǎn)</b></p><p>　　在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，如圖1.15所示，若取搖桿作為原動(dòng)件，則搖桿在兩極限位置時(shí)，通過連桿加于曲柄的力P將經(jīng)過鉸鏈A的中心，此時(shí)傳動(dòng)角γ=0，即α=90°，故Pt=0,

23、它不能推動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，而使整個(gè)機(jī)構(gòu)處于靜止?fàn)顟B(tài)。這種位置稱為死點(diǎn)。對傳動(dòng)而言，機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)是一個(gè)缺陷，需設(shè)法加以克服，例如可利用構(gòu)件的慣性通過死點(diǎn)。縫紉機(jī)在運(yùn)動(dòng)中就是依靠皮帶輪的慣性來通過死點(diǎn)的。也可以采用機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列的辦法，即將兩組以上的機(jī)構(gòu)組合起來，使各組機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)錯(cuò)開。</p><p>　　圖1.15 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)位置</p><p>　　構(gòu)件的死點(diǎn)位置并非總是起消極作用。在工程中，

24、也常利用死點(diǎn)位置來實(shí)現(xiàn)一定的工作要求。例如圖1.16所示工件夾緊機(jī)構(gòu)，當(dāng)在P力作用下夾緊工件時(shí)，鉸鏈中心B﹑C﹑D共線，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，此時(shí)工件加在構(gòu)件1上的反作用力Q無論多大，也不能使構(gòu)件3轉(zhuǎn)動(dòng)，這就保證在去掉外力P之后，仍能可靠夾緊工件。當(dāng)需要取出工件時(shí)，只要在手柄上施加向上的外力，就可以使機(jī)構(gòu)離開死點(diǎn)位置，從而松脫工件[10]。</p><p>　　圖1.16 工件夾緊機(jī)構(gòu)</p><

25、p>　　1.5 連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用</p><p>　　平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。連桿機(jī)構(gòu)之所以能被廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械及儀表中，這是由于它具有顯著的優(yōu)點(diǎn):由于運(yùn)動(dòng)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

26、的，它不象凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈簧等力來保持接觸；當(dāng)主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變時(shí)，僅改變機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的相對長度，則可使從動(dòng)件得到多種不同的運(yùn)動(dòng)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[11]。</p><p>　　1.6 簡單介紹本篇論文中所用到的軟件</p><p><b>　?。?） VB軟件</b></p><p><b

27、>　　a. 概述</b></p><p>　　Visual Basic(VB)的開發(fā)基礎(chǔ)：Microsoft公司的Basic語言。Visual—“可視化”、“形象化”的意思，指的是開發(fā)圖形用戶界面(GUI—Graphical User Interfaces)的方法。Basic—是“Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code” 的縮寫，即“初學(xué)者

28、通用符號指令代碼”，是專為初學(xué)者設(shè)計(jì)的高級語言。</p><p><b>　　b. 特點(diǎn)</b></p><p>　　1.是面向?qū)ο蟮目梢暬幊坦ぞ卟恍枰帉懘罅康拇a。</p><p>　　2.仍然采用三種基本結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　3.采用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制。</p><p>

29、;　　4.提供了易學(xué)易用的應(yīng)用程序集成開發(fā)環(huán)境。</p><p>　　5.支持多種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的訪問（MS Access 、Foxpro 、SQL Sever）。</p><p>　　6.支持對象鏈接與嵌入技術(shù)(OLE—Object Linking and Embedding)。</p><p>　　7.完備的聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)(MSDN)。</p><

30、p>　?。?） ADAMS軟件</p><p><b>　　a. 概述</b></p><p>　　在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要求機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件必須滿足某種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這就需要對機(jī)構(gòu)進(jìn)行必要的運(yùn)動(dòng)分析。常規(guī)的分析方法是圖解法和解析法。但是，前者的設(shè)計(jì)精度低；后者的計(jì)算工作量大，必須借助計(jì)算機(jī)編程處理。如果借助ADAMS軟件，通過仿真，可以確定構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況，檢驗(yàn)構(gòu)件之間是否干涉

31、、執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)是否與期望的相符。ADAMS軟件是由美國MSC公司開發(fā)研制的集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機(jī)軟件，主要針對機(jī)械系統(tǒng)的仿真分析。ADAMS軟件由一下幾個(gè)模塊構(gòu)成的。核心模塊、功能擴(kuò)展模塊、專業(yè)模塊、工具箱和接口模塊。最主要的模塊為ADAMS/Ⅵew(用戶界面模塊)和ADAMS／Solver(求解器)。通過這兩個(gè)模塊，可以對大部分的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真。該模型既可以在ADAMS下直接建模，也可以從其它CAD軟件中調(diào)入造型逼

32、真的幾何模型，然后在模型上施加力或力矩的運(yùn)動(dòng)激勵(lì)，再施加一定的運(yùn)動(dòng)約束副，最后執(zhí)行一組與實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況相近的運(yùn)動(dòng)仿真測試，得到仿真結(jié)果就是實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。過去需要數(shù)星期、數(shù)個(gè)月完成的工作，在ADAMS軟件下僅需要幾個(gè)小時(shí)就可以完成，并可看到物理樣機(jī)工作情況[12]。</p><p>　　b. 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用</p><p>　　機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的總趨勢智能化和信息化。要想在競爭日趨激烈的

33、市場上獲勝，縮短開發(fā)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本都是商家們所追求的。運(yùn)用ADAMS可以把零件部件的設(shè)計(jì)和分析技術(shù)柔和在一起。在計(jì)算機(jī)上建造整體模型，并對產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)前的仿真分析，預(yù)測其性能，可以完成物理樣機(jī)無法完成的無數(shù)次的仿真試驗(yàn)，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品，提高市場的響應(yīng)力[13]。</p><p>　　2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的相對尺寸模型</p><p>　　鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的桿長組合有無窮多種，若在這無窮

34、多種機(jī)構(gòu)尺寸中隨意取出一些來研究，那是很難找出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能的變化規(guī)律的。圖2.1所示是兩個(gè)對應(yīng)桿長度成比例的四桿機(jī)構(gòu)，研究表明兩者許多性能是完全相同的。因此我們可以不必研究四桿機(jī)構(gòu)的全部尺寸型，而僅研究其相對尺寸型。因此，可采用下述方法將對應(yīng)各桿長度成比例的相似機(jī)構(gòu)統(tǒng)一為一個(gè)尺寸型[14]。</p><p>　　圖2.1 對應(yīng)桿長度成比例的四桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　設(shè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際

35、桿長分別為L1、L2、L3、L4、四個(gè)桿的平均長度為L,即:</p><p>　　L= (L1+L2+L3+L4 )/4</p><p>　　于是可得實(shí)際機(jī)構(gòu)尺寸經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化了的相對機(jī)構(gòu)尺寸為:</p><p>　　a= L1/L、b = L2/L、c=L3/L、d=L4/L</p><p>　　式中a、b、c、d分別為原動(dòng)件、連桿、從動(dòng)件和機(jī)

36、架的相對桿長。這樣，任意鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)相對桿長之和恒為:a+b+c+d=4 </p><p>　　由于4個(gè)桿長必須構(gòu)成閉式運(yùn)動(dòng)鏈，任一桿長都必須小于其余三個(gè)桿長之和，因此4個(gè)相對桿長必須滿足下列不等式:0< a 、b 、c 、d < 2</p><p>　　3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的工作特性分析</p><p>　　3.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角分析</p

37、><p>　　傳動(dòng)角γ是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳力性能的主要指標(biāo)，當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其傳動(dòng)角的大小是變化的，為了保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使γmin≥40°[15]。</p><p>　　如圖3.1，若連桿b與從動(dòng)件c的夾角設(shè)為δ，其可能取值范圍為0°-180°。顯然，當(dāng)δ≤90°時(shí)，γ=δ；當(dāng)δ>90°時(shí)，γ=180°-δ。設(shè)δ角的極限

38、值為δm和δ0，則 </p><p>　　圖3.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)δ角極值位置</p><p>　　利用如圖3.2所示的程序框圖可以計(jì)算所有組合尺寸的δm和δ0，在確定了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的類型后，可得出該機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角。如Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin=δ0，Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin=180°-δm。</p><p>　　圖3.2 傳動(dòng)角極值

39、計(jì)算流程圖</p><p>　　圖3.3 VB中傳動(dòng)角的計(jì)算</p><p>　　圖3.2的功能可以通過VB編程來實(shí)現(xiàn)，窗口如圖3-3所示，應(yīng)用這個(gè)程序，可以根據(jù)a、c、d的值快捷的求出b和最大、最小傳動(dòng)角的值。</p><p>　　圖3.2的程序見附錄A</p><p>　　例如，當(dāng)a=0.43，c=0.7，d=1.51時(shí)，得出的結(jié)果如圖3

40、.4所示：</p><p>　　圖3.4 VB編程顯示結(jié)果</p><p>　　3.2 Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角位置</p><p>　　機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin的大小是衡量其傳力性能的重要指標(biāo)，故設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)，均要求γmin盡可能地大，一般應(yīng)大于40°或50°。在以往的教科書中，均指出最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架重疊共線(I型機(jī)

41、構(gòu))或拉直共線(II型機(jī)構(gòu))的位置[16]。但是，該兩位置剛好位于機(jī)構(gòu)空回(快)行程的階段內(nèi)。本節(jié)將著重剖析工程中應(yīng)用較多的Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)工作行程中最小傳動(dòng)角的位置以及最小傳動(dòng)角與構(gòu)件尺寸之間的關(guān)系等一系列問題。</p><p>　?。?）Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu):K>1且搖桿慢行程擺動(dòng)方向與曲柄轉(zhuǎn)向相同。如圖3.7，其結(jié)構(gòu)特征為：A、D位于C1C2兩點(diǎn)所確定的直線的同側(cè)，構(gòu)件尺寸關(guān)系為a2+d2<b2

42、+c2</p><p>　　（2）Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu):K>1且搖桿慢行程擺動(dòng)方向與曲柄轉(zhuǎn)向相反。如圖3.8，其結(jié)構(gòu)特征為：A、D位于C1C2兩點(diǎn)所確定的直線的的異側(cè)，構(gòu)件尺寸關(guān)系為a2+d2>b2+c2[17] 。</p><p>　　3.2.1Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角的位置分析</p><p>　　圖3.5 I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程傳動(dòng)角位置分析&

43、lt;/p><p>　　如圖3.5所示，設(shè)a,b,c,d分別表示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中曲柄、連桿、搖桿、機(jī)架的相對尺寸長度，θ為極位夾角，γ為傳動(dòng)角，在I型機(jī)構(gòu)中，Φ為慢行程過程中機(jī)架AD與曲柄AB所夾的角[18]。其變化范圍為[Φ0,Φmax], Φ0,Φmax為機(jī)構(gòu)在極限位置時(shí)，機(jī)架與曲柄AB2,AB1沿逆時(shí)針方向的夾角。在三角形AC2D中，由余弦定理得</p><p><b>　?。?

44、.1）</b></p><p>　　而 （3.2）</p><p>　　在三角形AC1D中，由余弦定理得</p><p><b>　　=—</b></p><p><b>　　故</b></p>

45、<p>　　1）當(dāng)時(shí)，即當(dāng)機(jī)構(gòu)處于ABCD位置時(shí)，在三角形ABD和三角形BCD中，由余弦定理得: COS∠BCD =</p><p>　　因cos為減函數(shù)，當(dāng)Φ=Φmin=Φ0時(shí)，∠BCD取極小值，記為∠BCDmin</p><p>　　當(dāng)Φ=180º時(shí)，∠BCD取極大值，記為∠BCDmax</p><p>　　2)當(dāng)Φ∈(180°,

46、Φmax]時(shí)，即機(jī)構(gòu)處于ABC’D位置時(shí)，在三角形AB’D和三角形BC’D中由余弦定理得:</p><p>　　COS∠B’C’D=</p><p>　　因cos 為增函數(shù)，當(dāng)=時(shí)，∠B’C’D 取極小值，記為∠B’C’D min；</p><p>　　故慢行程最小傳動(dòng)角γ’min=min{∠BCDmin , 180°-∠BCDmax , ∠B’C’D m

47、in}</p><p>　　對∠BCD 與∠B’C’D 進(jìn)行比較:</p><p>　　當(dāng)Φ0≤360°－Φmax ,即cos0≥cosmax ,(max ＞180°)，則∠BCDmin ＜∠B’C’D min ；而360°－Φmax =360°－（Φ0＋θ＋180°）=180°－θ－Φ0，即Φ0 ≤90°－θ／2 。

48、</p><p>　　當(dāng)Φ0＞360°－Φmax，即Φ0 ＞90°－θ／2時(shí)，則∠BCDmin＞∠B’C’D min 。</p><p>　　因此可以得出對于I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在慢行程時(shí)最小傳動(dòng)角的位置為:</p><p>　　當(dāng)Φ0 ≤90°－θ／2時(shí)，慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與連桿拉直共線或曲柄與機(jī)架拉直共線的位置，即γ

49、’min=min[∠BCDmin , 180°-∠BCDmax , ]</p><p>　　當(dāng)Φ0 ＞90°－θ／2時(shí)，慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與連桿重疊共線或曲柄與機(jī)架拉直共線的位置，即min[ 180°-∠BCDmax , ∠B’C’D min]。</p><p>　　3.2.2 Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角的位置分析</p>

50、<p>　　如圖3.6所示，在II型機(jī)構(gòu)慢行程中，Φ為機(jī)架與曲柄間的夾角，其變化范圍為[-Φmax，Φ0], Φmax為機(jī)架與曲柄AB1沿順時(shí)針方向的夾角，Φ0為機(jī)架與曲柄AB2逆時(shí)</p><p>　　針方向的夾角，AB1、 AB2為曲柄與連桿重疊,延長共線位置[19]。</p><p>　　圖3.6 II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程傳動(dòng)角位置分析</p><p&

51、gt;　　在三角形AC2D中，由余弦定理得:</p><p><b>　　Φ0 = </b></p><p>　　Φmax =180°－(Φ0 －θ)= 180°﹢θ－Φ0</p><p>　　在實(shí)際計(jì)算時(shí)為了方便起見，將Φ分為兩個(gè)區(qū)間，即：（0°，Φ0]，[0°, Φmax] ；對II型，＞，則－－＞

52、0，故cos0 ＞0,即0＜θ＜90°，</p><p>　　當(dāng)Φmax ＜180°，即（0°，Φ0] [0°,Φmax]，故只需討論Φ∈[0°,Φmax]范圍內(nèi)的γmin即可[20]。</p><p>　　當(dāng)Φ∈[0°, Φmax]，在三角形ABD和三角形BCD中，由余弦定理得：</p><p><

53、b>　　cos∠BCD= </b></p><p>　　因cos為減函數(shù)，當(dāng)Φ=Φmax 時(shí)，∠BCD取極大值，記為∠BCDmax；當(dāng)Φ=0，cos=1，∠BCD取極小值，記為∠BCDmin,所以γ’min=min[∠BCDmin , 180°－∠BCDmax]。</p><p>　　由此得出Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架或與連桿重

54、疊共線的位置[21]。</p><p>　　3.3 Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角的位置分析總結(jié)</p><p>　　對于Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：當(dāng)Φ0 ≤90°－θ／2時(shí)，慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與連桿拉直共線或與機(jī)架拉直共線的位置，即γ’min=min[∠BCDmin , 180°-∠BCDmax ,]。當(dāng)Φ0 ＞90°－θ／2時(shí)，慢行程最

55、小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與連桿重疊共線或曲柄與機(jī)架拉直共線的位置，即γ’min=min[ 180°-∠BCDmax , ∠B’C’D min]。</p><p>　　對于Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與幾家或與連桿重疊共線的位置，即γ’min= min[∠BCDmin , 180°-∠BCDmax , ]</p><p>　　3.4 Ⅰ、Ⅱ型

56、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角受構(gòu)件尺寸變化的影響情況。</p><p>　　將構(gòu)件尺寸轉(zhuǎn)化為相對尺寸，其相對桿長a為嚴(yán)格最小。對于Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角γmin出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架重疊共線位置[22]，其值可表示為:</p><p><b>　　（3.3）</b></p><p>　　對于Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最小傳動(dòng)角γmin出現(xiàn)在曲柄與機(jī)架拉直共線

57、位置，其值可表示為:</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　由上面兩個(gè)式子可得如下結(jié)論[21]：</p><p>　　結(jié)論1 對于a, d一定的Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，交換b與c兩值的機(jī)構(gòu)和原機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角相同[23]。</p><p>　　結(jié)論2 對于a、d一定的I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，|b-c

58、 |越小，則機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin越大;當(dāng)b=c時(shí)，γmin取得極大值。</p><p>　　結(jié)論3 對于a、d一定的II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，|b-c |越大，則機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin越大。</p><p>　　結(jié)論1可以從式3.3﹑式3.4明顯得出</p><p><b>　　結(jié)論2證明如下:</b></p><p>

59、　　當(dāng)a﹑d一定時(shí)，d+a為定值，由于a+b+c+d=4,故b+c也為定值。令：</p><p>　　顯然有： （3.5） </p><p>　　因γmin ( 0,90°)，所以0<f1<1，式3.6中只有2bc為變量。令g=bc，M=b+c，其中M=4－（a+d）為常數(shù)。顯然:當(dāng)b=c=M／2時(shí)，函數(shù)g取得極大值;當(dāng)b或c (a,M/2]時(shí)

60、，函數(shù)g為單調(diào)增函數(shù)；當(dāng)b或c (M/2，4-2a-d)時(shí)，函數(shù)g為單調(diào)減函數(shù)?？梢姰?dāng)|b-c |越小時(shí)，bc值越大由式知道f1 越小，因余弦函數(shù)在(0,90°)為單調(diào)遞減函數(shù)，故γmin就越大。當(dāng)b=c=M/2時(shí)，f1取得極小值，γmin相應(yīng)取得極大值，結(jié)論2得證。</p><p><b>　　結(jié)論3證明如下：</b></p><p>　　d一定，則a+

61、d為定值，由于a+b+c+d=4,故b+c也為定值。令：</p><p><b>　　顯然有:</b></p><p>　　=1－ （3.6）</p><p>　　由式3.8中只有2bc為變量，類似前面分析可得出| b－c|越大，bc值越小，f2就越小，因余弦函數(shù)在(0,90°)內(nèi)為單調(diào)遞減函數(shù)

62、，所以γmin將變大，進(jìn)而得出結(jié)論3。</p><p>　　4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角分析</p><p>　　4.1 極位夾角與構(gòu)件尺寸的關(guān)系</p><p>　　本節(jié)深入分析工程上應(yīng)用較多的Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角與構(gòu)件尺寸的內(nèi)在關(guān)系，得出相應(yīng)的結(jié)論。</p><p>　　1．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ大于或等于90°的充要條件

63、</p><p>　　對于圖 3.7,3.8所示平面曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)件4為機(jī)架，四個(gè)構(gòu)件的長度滿足桿長之和條件。以下討論均假設(shè)[24]:</p><p>　　1) 曲柄1為主動(dòng)件作等角速轉(zhuǎn)動(dòng)，搖桿3為從動(dòng)件作往復(fù)擺動(dòng);</p><p>　　2) 構(gòu)件1為嚴(yán)格最短，即b、c, d均大于a;</p><p>　　3) 不存在運(yùn)動(dòng)不確定位置，即四構(gòu)

64、件不共線。</p><p>　　圖3.7 Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 圖3.8 Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)</p><p>　　在此假設(shè)前提下，有結(jié)論1</p><p>　　結(jié)論1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ大于90°當(dāng)且僅當(dāng)以下兩式同時(shí)成立</p><p><b>　　（4.1）</b&g

65、t;</p><p><b>　　（4.2）</b></p><p><b>　　結(jié)論1證明如下:</b></p><p>　　如圖3.3,3.4所示，記α1= ∠ C1AD，α2=∠C2AD，其中α1α2∈(0°,180°)，根據(jù)極位夾角的定義，有θ＝ |α1-α2 |，即</p>&l

66、t;p><b>　　（4.3）</b></p><p>　　式中： ， （4.4）</p><p><b>　　θ＞90°</b></p><p>　　再記 ，則對于α1α2∈(0°,180°)有，，所以式4.3可寫為</p><p><b&g

67、t;　?。?.5）</b></p><p>　　顯然 （4.6）</p><p>　　由上式知，t1﹑t2均不能為零，且必有其一小于零。由式4.4知</p><p><b>　　（4.7）</b></p><p><b>　?。?.8） <

68、;/b></p><p>　　顯然4.7和4.8不能同時(shí)成立，故不存在的情況。因此有</p><p>　　且 （4.9）</p><p>　　將式4.6變形為：，則在滿足4. 9的條件下，有</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p&

69、gt;　　結(jié)合構(gòu)件尺寸后，等價(jià)于</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　綜合上述分析的，即得結(jié)論1：</p><p><b>　　且 </b></p><p>　　因行程速度變化系數(shù)K=（180°+θ）∕（180°－θ），故當(dāng)θ＞90

70、6;，K＞3。.類似上述分析可得如下結(jié)論。</p><p>　　結(jié)論2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ等于90°的充要條件為：</p><p>　　2 Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角小于90°</p><p>　　對于Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，其四個(gè)構(gòu)件的長度滿足下列關(guān)系</p><p><b>　　（4.12）</b>

71、</p><p>　　若其 極 位 夾角θ大于或等于90°，則依據(jù)結(jié)論1、2 ，應(yīng)有</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　將式4.13代入式4.12</p><p>　　與假設(shè) b >a相矛盾。因此可得結(jié)論3.</p><p>　　結(jié)論3 Ⅱ型曲柄

72、搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角一定小于90°。</p><p>　　4.3 構(gòu)件尺寸變化對極位夾角的影響</p><p>　　如圖3.7﹑3.8所示，記，其中根據(jù)極位夾角的定義，有在△AC1D和△AC2D中，分別由余弦定理得：，</p><p>　　令則： （4.14）</p><p>　　通過式4.14分析可得構(gòu)件的尺寸變化對極位夾角的影

73、響，有以下結(jié)論:</p><p>　　結(jié)論4 對于a 、d一定的I、II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如果b>c(或b<c)，則交換b﹑c兩值后，機(jī)構(gòu)的極位夾角將增大(減小)。</p><p>　　結(jié)論5 對于a, d一定的I(或II)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)b∈(a,2-0.5a-0.5d)(I型)或</p><p>　　b∈(2-0.5a-0.5d,4-2a-d)(II

74、型)時(shí)，隨著b的增大，機(jī)構(gòu)的極位夾角將減小。</p><p><b>　　結(jié)論4證明如下:</b></p><p>　　在式4.14中，如果b>c，則交換b, c兩值后，分母的值變小，而分子</p><p>　　為定值，因此||變大。因余弦函數(shù)在(0,180°)區(qū)間上為單調(diào)減函數(shù)，且||與||具有相同的變化趨勢，所以||的增大意

75、味著機(jī)構(gòu)極位夾角的增大。如果b<c，交換b、c兩值后，類似上面的分析可得出機(jī)構(gòu)的極位夾角將減小。</p><p><b>　　結(jié)論5證明如下:</b></p><p>　　a, d一定，b+c=4-(a十d)為定值，且b∈(a,4-2a-d)，對式4.14進(jìn)行變形:</p><p>　　上式分子中只有2bc為變量，對于I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)

76、b∈(a,2-0.5a-0.5d)時(shí)，隨著b的增大，2bc的值變大，而分子為負(fù)值，所以||變小，分母的值為正并變大，因此||變小，說明機(jī)構(gòu)的極位夾角在減小。而對于II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)b∈(2-0.5a-0.5d,4-2a-d)時(shí)，隨著b的增大，2bc的值變小，而分子為正值，根據(jù)分析同樣可以得出||變小，機(jī)構(gòu)的極位夾角變小。</p><p>　　5 對平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析</p><p

77、>　　5.1 用VB對結(jié)論1、2、3進(jìn)行仿真</p><p>　　曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角受構(gòu)件尺寸變化的影響情況。</p><p>　　結(jié)論1：對于a, d一定的Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，交換b與c兩值的機(jī)構(gòu)和原機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角相同。</p><p>　　對Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，我們不妨取a=0.7， c=1.51，d=1.36，（a2+d2<b2+c2）根據(jù)論

78、文前面所做的VB編程，運(yùn)行結(jié)果如圖5.1：</p><p><b>　　圖5.1</b></p><p>　　現(xiàn)在交換b與c兩值運(yùn)行結(jié)果如圖5.2：</p><p><b>　　圖5.2</b></p><p>　　對Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，我們不妨取，取a=0.43，c=0.7，d=1.51，（a2+d

79、2>b2+c2），運(yùn)行結(jié)果如圖5.3：</p><p><b>　　圖5.3</b></p><p>　　現(xiàn)在交換b與c兩值運(yùn)行結(jié)果如圖5.4：</p><p><b>　　圖5.4</b></p><p>　　顯然通過VB仿真使結(jié)論1更清楚明了</p><p>　　結(jié)

80、論2：對于a、d一定的I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，|b-c |越小，則機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin越大;當(dāng)b=c時(shí)，γmin取得極大值。</p><p>　　我們不妨取a=0.4，c=1.8，d=0.6，運(yùn)行結(jié)果如圖5.5：</p><p><b>　　圖5.5</b></p><p>　　令b=c=1.5，運(yùn)行結(jié)果如圖5.6：</p><

81、;p><b>　　圖5.6</b></p><p>　　顯然通過VB仿真使結(jié)論2更清楚明了</p><p>　　5.2 用ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真</p><p>　　5.2.1 用ADAMS軟件進(jìn)行建模</p><p>　　步驟一：運(yùn)行ADAMS</p><p>　　1）通過“開始”“程序”

82、菜單運(yùn)行ADAMS 2005，或者直接雙擊桌面圖標(biāo)，運(yùn)行ADAMS/View程序。</p><p>　　2）出現(xiàn)ADAMS開始界面，如圖5.7所示。</p><p><b>　　圖5.7 開始界面</b></p><p>　　3）選擇Create a new model單選項(xiàng)。確認(rèn)Gravity（重力）文本框中是Earth Normal（-Gl

83、obal Y）,Units（單位）文本框中是MMKS-mm，kg，N，s，deg。確認(rèn)后單擊OK按鈕。</p><p>　　步驟二：設(shè)置建模環(huán)境</p><p>　　1）系統(tǒng)打開ADAMS 2005操作界面。在Settings下拉菜單中選擇Working Grid…。如圖5.8所示。</p><p>　　圖5.8 Settings下拉菜單

84、 圖5.9 設(shè)置柵格</p><p>　　2）系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，在Size欄，X和Y項(xiàng)都輸入500mm。在Spacing欄，X和Y項(xiàng)都輸入5mm，如圖5.9所示。確認(rèn)后單擊OK按鈕。</p><p>　　步驟三：幾何建模與建立約束</p><p>　　連桿機(jī)構(gòu)模型的建立是通過創(chuàng)建設(shè)計(jì)點(diǎn)、創(chuàng)建連桿、添加轉(zhuǎn)動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)這四步實(shí)現(xiàn)的。</p><

85、;p>　　1. 在ADAMS/VIEW的主工具箱中點(diǎn)擊圖標(biāo) 創(chuàng)建地面上4個(gè)工作點(diǎn)A、B、C、D</p><p>　　2. 在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，創(chuàng)建依附于第一步中創(chuàng)建的設(shè)計(jì)點(diǎn)上的新零件連桿。</p><p>　　3. 在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，在各個(gè)鉸點(diǎn)添加轉(zhuǎn)動(dòng)副，將連桿用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接起來。</p><p>　　4. 在主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，在曲柄與機(jī)架交接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)副上

86、添加轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，這樣一個(gè)理想曲柄連桿機(jī)構(gòu)模型就建立完成了，如圖5.10，</p><p>　　圖5.10 ADAMS虛擬樣機(jī)圖(曲柄搖桿機(jī)構(gòu))</p><p>　　然后再主工具箱內(nèi)點(diǎn)擊圖標(biāo)，對完成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)的模擬運(yùn)動(dòng)，在ADAMS窗口上方的Build菜單中選擇Measure->Point to point->New。進(jìn)行測量仿真并查看結(jié)果。</p><p&

87、gt;　　5.2.2 ADAMS仿真</p><p>　　結(jié)論4：對于a 、d一定的I、II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如果b>c(或b<c)，則交換b﹑c兩值后，機(jī)構(gòu)的極位夾角將增大(減小)。（結(jié)論5仿真過程如法炮制）</p><p>　　我們不妨就以I型，b>c為例進(jìn)行仿真。（設(shè)曲柄的角速度ω=30rad/s）</p><p>　　機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸分別為，

88、，，，將其轉(zhuǎn)化為相對尺寸，，，，仿真此機(jī)構(gòu)，如圖5.11所示。</p><p><b>　　圖5.11</b></p><p>　　1)在工具箱中單擊仿真控制圖標(biāo)。</p><p>　　2）系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置End time為1，Step為1000，如圖5.12所示</p><p><b>　　圖5.

89、12</b></p><p>　　3）點(diǎn)擊開始仿真圖標(biāo)。</p><p>　　4）模型開始運(yùn)動(dòng)，到了結(jié)束時(shí)間，運(yùn)動(dòng)結(jié)束，如圖5.13所示。</p><p><b>　　圖5.13</b></p><p>　　搖桿的角速度圖像，如圖5.14所示：</p><p><b>　　圖

90、5.14</b></p><p>　　搖桿的角加速度圖像如圖像5-15所示：</p><p><b>　　圖5.15 </b></p><p>　　交換一下b、c值，即，機(jī)構(gòu)的實(shí)際尺寸分別為，，，，將其轉(zhuǎn)化為相對尺寸，，，，仿真此機(jī)構(gòu)，如圖5.16所示。</p><p><b>　　圖5.16<

91、;/b></p><p>　　1)在工具箱中單擊仿真控制圖標(biāo)。</p><p>　　2）系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置End time為1，Step為1000，如圖5.17所示</p><p><b>　　圖5.17</b></p><p>　　3）點(diǎn)擊開始仿真圖標(biāo)。</p><p>　　4）

92、模型開始運(yùn)動(dòng)，到了結(jié)束時(shí)間，運(yùn)動(dòng)結(jié)束，如圖5.18所示。</p><p><b>　　圖5.18</b></p><p>　　搖桿的角速度圖像，如圖5.19所示：</p><p><b>　　圖5.19</b></p><p>　　搖桿的角加速度圖像,如圖5.20所示：</p><

93、;p><b>　　圖5.20</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本篇論文主要研究工程中應(yīng)用比較多的Ⅰ、Ⅱ曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角γ，極位夾角θ與機(jī)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系，然后運(yùn)用工程分析軟件ADAMS針對機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，從而能給出設(shè)計(jì)平面四桿機(jī)構(gòu)時(shí)為保證有較好的特性時(shí)，選取構(gòu)件尺寸的建議。進(jìn)而為工程應(yīng)用提供

94、依據(jù)。。回顧全文，本文完成了如下工作:</p><p>　　第一章：緒論部分主要介紹了課題背景、平面四桿機(jī)構(gòu)的演化、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式、平面四桿機(jī)構(gòu)的主要工作特性（鉸鏈四桿運(yùn)動(dòng)鏈中轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副的充要條件、行程速度變化系數(shù)、壓力角和傳動(dòng)角、死點(diǎn)）、連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用</p><p>　　第二章：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的模型主要介紹了一個(gè)個(gè)相似機(jī)構(gòu)把實(shí)際機(jī)構(gòu)尺寸化為相對機(jī)構(gòu)尺寸，得出這樣的結(jié)論：

95、</p><p>　　1.任意鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)相對桿長之和恒為:a+b+c+d=4；</p><p>　　2. 4個(gè)相對桿長必須滿足下列不等式:0< a 、b 、c 、d < 2。</p><p>　　第三章：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的工作特性分析主要講了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角分析（用VB編程）、Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角位置分析并得出如下結(jié)論：</p

96、><p>　　對于Ⅰ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：當(dāng)Φ0 ≤90°－θ／2時(shí)，慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與連桿拉直共線或與機(jī)架拉直共線的位置，即γ’min=min[∠BCDmin , 180°-∠BCDmax ,]。當(dāng)Φ0 ＞90°－θ／2時(shí)，慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與連桿重疊共線或曲柄與機(jī)架拉直共線的位置，即γ’min=min[ 180°-∠BCDmax , ∠B’

97、C’D min]。</p><p>　　對于Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：慢行程最小傳動(dòng)角γ’min出現(xiàn)在曲柄與幾家或與連桿重疊共線的位置，即γ’min= min[∠BCDmin , 180°-∠BCDmax , ]</p><p>　　研究了Ⅰ、Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角受構(gòu)件尺寸變化的影響情況。得出如下結(jié)論</p><p>　　結(jié)論1：對于a, d一定的Ⅰ、Ⅱ型曲

98、柄搖桿機(jī)構(gòu)，交換b與c兩值的機(jī)構(gòu)和原機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角相同。</p><p>　　結(jié)論2：對于a、d一定的I型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，|b-c |越小，則機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin越大;當(dāng)b=c時(shí)，γmin取得極大值。</p><p>　　結(jié)論3：對于a、d一定的II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，|b-c |越大，則機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角γmin越大。</p><p>　　第四章：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾

99、角分析主要研究了極位夾角與構(gòu)件尺寸的關(guān)系以及它們之間的相互影響得出如下結(jié)論：</p><p>　　結(jié)論1：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ大于90°當(dāng)且僅當(dāng)以下兩式同時(shí)成立</p><p>　　結(jié)論2：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)極位夾角θ等于90°的充要條件為：</p><p>　　結(jié)論3：Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的極位夾角一定小于90°。</p>&l

100、t;p>　　它們之間的相互影響得出如下結(jié)論：</p><p>　　結(jié)論4：對于a 、d一定的I、II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，如果b>c(或b<c)，則交換b﹑c兩值后，機(jī)構(gòu)的極位夾角將增大(減小)。</p><p>　　結(jié)論5：對于a, d一定的I(或II)型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)b∈(a,2-0.5a-0.5d)(I型)或</p><p>　　b∈(2-0.5

101、a-0.5d,4-2a-d)(II型)時(shí)，隨著b的增大，機(jī)構(gòu)的極位夾角將減小。</p><p>　　第五章：主要講用VB對結(jié)論1、2、3進(jìn)行仿真， 用ADAMS對結(jié)論4、5進(jìn)行仿真。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成是在我們的導(dǎo)師劉艷艷老師的細(xì)心指導(dǎo)下進(jìn)行的。在每次設(shè)計(jì)遇到問題時(shí)老師不辭辛苦的講

102、解才使得我的設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行。從設(shè)計(jì)的選題到資料的搜集直至最后設(shè)計(jì)的修改的整個(gè)過程中，花費(fèi)了劉老師很多的寶貴時(shí)間和精力，在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，開拓進(jìn)取的精神和高度的責(zé)任心都將使我受益終生！</p><p>　　還要感謝和我同一設(shè)計(jì)小組的幾位同學(xué)，是你們在我平時(shí)設(shè)計(jì)中和我一起探討問題，特別是在軟件ADAMS建模上，得到了你們的幫助，使我能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題把設(shè)計(jì)順利的進(jìn)行下去，沒有你們的幫助我不可

103、能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。</p><p>　　最后我還要感謝我的母?！暇├砉ご髮W(xué)紫金學(xué)院四年來對我的栽培。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 銀金光.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2009.</p><p>　　[2] 王良才，張文信，黃陽.機(jī)械

104、設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M]. 北京：北京大學(xué)出版社，2007.</p><p>　　[3] 孫恒，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1999.</p><p>　　[4] 諸文俊.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.</p><p>　　[5] 孫恒，傅則紹.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社，1989.</p><p>

105、;　　[6] 孫桓，等．機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社(第5版)，1996．</p><p>　　[7] 沈萬年，劉向鋒，機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.</p><p>　　[8] 張啟先. 空間機(jī)構(gòu)的分析與綜合[D]. 廣州： 華南工學(xué)院，1981.</p><p>　　[9] 方鍵. 機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，200

106、5. </p><p>　　[10] 王華坤，范云勛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（上）[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，2001.</p><p>　　[11] 曹惟慶. 平面連桿機(jī)構(gòu)分析與綜合[M]. 北京：科學(xué)出版社，1989.</p><p>　　[12] 鄭建榮.ADAMS-虛擬樣機(jī)技術(shù)入門與提高[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010.</p><p&

107、gt;　　[13] 王國強(qiáng)，等．虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在ADAMS上的實(shí)踐[M]．西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003．</p><p>　　[14] 羊有道，錢瑞明. Ⅰ、 Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)性能研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2005, 340（1）: 21-24.</p><p>　　[15] 藍(lán)兆輝，鄒惠君.基于軌跡局部特性的機(jī)構(gòu)并行優(yōu)化綜合[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1999, 35(5),

108、 16-19.</p><p>　　[16] 張啟先. 機(jī)構(gòu)組成學(xué)的新探討[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1996，9(l)：1-3.</p><p>　　[17] 魏引煥，鄭晨升. Ⅰ、 Ⅱ型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)慢行程最小傳動(dòng)角位置分析[J]. 西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，3(9)：301-304.</p><p>　　[18] 王知行，陳照波，江魯.利用連桿轉(zhuǎn)角曲線進(jìn)行平面四桿

109、機(jī)構(gòu)軌跡綜合的研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),1995,31(l),42-47.</p><p>　　[19] 藍(lán)兆輝，鄒惠君.基于軌跡局部特性的機(jī)構(gòu)并行優(yōu)化綜合[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1999, 35(5), 16-19.</p><p>　　[20] 褚金奎，曹惟慶.用快速傅立葉變換進(jìn)行再現(xiàn)平面四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線的綜合[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1993 , 29(5),117-122.</p&

110、gt;<p>　　[21] 褚金奎，曹惟慶.四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線的特征參數(shù)、頻譜結(jié)構(gòu)及其特性[J].機(jī)械傳動(dòng)，1996, 20 (2),247-250.</p><p>　　[22] 褚金奎，曹惟慶.平面連桿機(jī)構(gòu)輸出函數(shù)分析與綜合的新方法一頻譜分析法[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1992,36(3),1-6.</p><p>　　[23] 吳鑫，褚金奎，吳深等.帶有預(yù)定時(shí)標(biāo)平面四桿機(jī)構(gòu)

111、連桿軌跡的尺度綜合[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，1998, 17(6),885-888.</p><p>　　[24] 吳鑫.基于數(shù)值圖譜的平面連桿機(jī)構(gòu)尺度綜合研究[D].西安:西安理工大學(xué)，1998.16-38</p><p>　　附錄A Dim a As Double </p><p>　　Dim c As Double</p>

112、<p>　　Dim d As Double</p><p>　　Dim b As Double</p><p>　　Dim leve As Double </p><p>　　Dim DegreetMax As String</p><p>　　Dim DegreetMin As String</p><p&

113、gt;　　Dim Degreet As Double</p><p>　　Dim Rmin As Double '最小傳動(dòng)角</p><p>　　Dim Rmax As Double '最大傳動(dòng)角</p><p>　　Dim ZJDegreet As Double '機(jī)架和曲柄的夾角</p><p>

114、　　Dim fal As Boolean</p><p>　　Dim showFla As Boolean</p><p><b>　　'點(diǎn)擊計(jì)算按鈕</b></p><p>　　Private Sub btnJIsuan_Click()</p><p>　　Valiate '非空驗(yàn)證</p&g

115、t;<p>　　If fal = False Then</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　a = Val(txta.Text)</p><p>　　c = Val(txtc.Text)</p><p>　　d = Val(txtd.Text)</p><p

116、><b>　　'計(jì)算出b的值</b></p><p>　　b = 4 - a - c - d </p><p>　　leve = 2 * b * c '商</p><p>　　If a + c + d > 2 And a + c + d < 4 Then</

117、p><p><b>　　Else</b></p><p>　　MsgBox ("您輸入的a c d的取值范圍有誤，請重新輸入!")</p><p><b>　　Exit Sub</b></p><p><b>　　End If</b></p>&l

118、t;p>　　If b > 0 And b < 2 Then 'b值在0到2的范圍內(nèi)</p><p><b>　　'最大角的余弦值</b></p><p>　　DegreetMax = ((b * b) + (c * c) - ((d + a) * (d + a))) / leve</p><p><b

119、>　　'計(jì)算最小余弦值</b></p><p>　　DegreetMin = ((b * b) + (c * c) - ((d - a) * (d - a))) / leve</p><p>　　DegreetMax = "0" + DegreetMax</p><p>　　txtMaxChuan.Text = ArcC