第一篇：四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

游梁式抽油機(jī)是以游梁支點(diǎn)和曲柄軸中心的連線做固定桿，以曲柄，連桿和游梁后臂為三個(gè)活動(dòng)桿所構(gòu)成的四連結(jié)構(gòu)。1.1四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析：

圖1

復(fù)數(shù)矢量法：

為了對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，先建立坐標(biāo)系，并將各構(gòu)件表示為桿矢量。結(jié)構(gòu)封閉矢量方程式的復(fù)數(shù)矢量形式：

l1ei?1?l2ei?2?l3ei?3?l(1)應(yīng)用歐拉公式ei??cos??isin?將(1)的實(shí)部、虛部分離，得 l1cos?1?l2cos?2?l4?l3cos?3??

(2)l1sin?1?l2sin?2?l3sin?3?由此方程組可求得兩個(gè)未知方位角?2,?3。

解得

tan(?3/2)?(B?A2?B2?C2)/(A?C)

(4)當(dāng)要求解?3時(shí)，應(yīng)將?2消去可得

222l2?l3?l4?l12?2l3l4cos?3?2l1l3cos(?3??1)?2l1l4cos?

1(3)?2?arctanB?l3sin?

3(5)A?l3cos?3A?l4?l1cos?1其中：B??l1sin?12A2?B2?l32?l2C?2l3

(4)式中負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)的四連桿機(jī)構(gòu)的圖形如圖2所示，在求得?3之后，可利用(5)求得?2。

圖2 由于初始狀態(tài)?1有個(gè)初始角度，定義為?10，因此，我們可以得到關(guān)于?1??10??t，?是曲柄的角速度。而通過(guò)圖形3分析，我們得到OA的角度???3?因此懸點(diǎn)E的位移公式為s?|OA|??，速度v?dvd2sd2?a??2?|OA|2。

dtdtdt?2??10。

dsd??|OA|，加速度dtdt

圖3 已知附錄4給出四連桿各段尺寸，前臂AO=4315mm，后臂BO=2495mm，連桿BD=3675mm，曲柄半徑O’D=R=950mm，根據(jù)已知條件我們推出|OO'|?|O'D|?|OB|?|BD|違背了抽油系統(tǒng)的四連結(jié)構(gòu)基本原則。為了合理解釋光桿懸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們對(duì)四連結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，可采用簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

1.2 簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)時(shí)的懸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

一般我們認(rèn)為曲柄半徑|O’D|比連桿長(zhǎng)度|BD|和游梁后臂|OA|小很多，以至于它與|BD|、|OA|的比值可以忽略。此時(shí)，游梁和連桿的連接點(diǎn)B的運(yùn)動(dòng)可以看為簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和D點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)在垂直中心線上的投影的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相同。則B點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)間t時(shí)的位移sB為

sB?r(1?cos?)?r(1?cos?t)其中?是曲柄轉(zhuǎn)角；

?曲柄角速度； t時(shí)間。

因此，懸點(diǎn)A的位移sA?|OA||OA|'sB?|OD|(1?cos?t)|OB||OB| A點(diǎn)的速度為

?A?A點(diǎn)的加速度為

dsA|OA|'?|OD|?sin?t dt|OB|aA?d?A|OA|'?|OD|?2cos?t dt|OB|

圖4

圖5

圖6

1.3 簡(jiǎn)化為曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的選點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律

由于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)只能在不太精確的近似計(jì)算和分析中應(yīng)用，而在實(shí)際中抽油機(jī)的曲柄/桿長(zhǎng)值不能忽略不計(jì)，特別是沖程長(zhǎng)度較大時(shí)，忽略會(huì)引起很大誤差。把B點(diǎn)繞游梁支點(diǎn)的弧線運(yùn)動(dòng)看做直線運(yùn)動(dòng)，則四桿運(yùn)動(dòng)可被簡(jiǎn)化為圖所示的曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)。

??0時(shí)，游梁與連桿的連接點(diǎn)B在B’點(diǎn)，為距曲柄軸心最遠(yuǎn)的位置，相應(yīng)于懸點(diǎn)A的下死點(diǎn)。??180時(shí)，游梁與連桿的連接點(diǎn)B在B’’點(diǎn)，為距曲柄軸心最遠(yuǎn)的位置，相應(yīng)于懸點(diǎn)A的上死點(diǎn)。因此，我們有|O'B'|?|BD|?|OD'|，|O'B''|?|BD|?|OD'|，B點(diǎn)的最大位移sB?2|O'D|。

B點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移sB為

sB?|BB'|?|O'B'|?|O'B|?1?|O'D|?|O'B|

在?O'DB中有：

'|O'B|?|OC|?|BC|?|O'D|cos??|BD|cos?

則

sB?|BD|?|O'D|?|O'D|cos??|BD|cos? ?|OD|[1?cos??'1?(1?cos?)]

|O'D|式中??。

|BD|通過(guò)轉(zhuǎn)化分析，我們得到B點(diǎn)的位移：

sB?|O'D|(1?cos???2sin2?)

則sA為

sA?sB|OA|?|OA|?|O'D|(1?cos??sin2?)|OB|2|OB|速度?A為

?A?dsA?|OA|??|O'D|(sin??sin2?)dt2|OB|加速度aA為

aA?

d?A|OA| ??2|O'D|(cos???cos2?)dt|OB|

2?2u(x,t)?u(x,t)2?u(x,t)?a?c 22?t?x?ta是波動(dòng)速度英尺/秒；

c是阻尼系數(shù)，1/秒； t是時(shí)間，單位是秒；

x是在無(wú)限制桿離光桿之間的距離，單位是英尺；

u(x,t)抽油桿離平衡位置的位移。

c????2L

?無(wú)因次阻尼；

L?x1?x2?...xm桿的總長(zhǎng)度(英尺)。

4.42?10?2L(PRhp?Hhp)T2 ??2(A1x1?A2x2?...?Amxm)SPRhp光桿馬力；

Hhp液壓泵馬力； T抽運(yùn)周期；

A1,A2,...,An每個(gè)桿的面積； x1,x2,...,xm桿的區(qū)間長(zhǎng)度；

S桿的負(fù)載。

D(?t)?L(?t)?Wr??02???ncosn?t??nsinn?t

n?1?和

U(?t)??02??vncosn?t??nsinn?t

n?1??是角速度；

D(?t)動(dòng)態(tài)光桿負(fù)載函數(shù)； L(?t)總負(fù)載函數(shù)；

Wr流動(dòng)的桿重；

U(?t)光桿的位移函數(shù)。

?2?D(?t)cosn?tdt,n?0,1,2,...,n??0

?2?D(?t)sinn?tdt,n?0,1,2,...,n1?n??0?1?n?把???t得

1?n??2?D(?)cosn?dt,n?0,1,2,...,n ?0???2?p,p?0,1,2,...,K KD2?p?DD K對(duì)于一個(gè)數(shù)學(xué)例子，?是個(gè)離散變量

采用簡(jiǎn)單的標(biāo)記

我們可以用梯形公式寫(xiě)出

?????2n??0??2n??1??2n??1??2n??2?Dcos?DcosDcos?Dcos112??0??????????KKKK????????????...??1???2??22?????1n???K?2n??(K?1)??2n??K??Dcos?Dcos??K?1K??????KK??????????2?????

因此，我們可以得出

1?n?DKcos(2n?)2?D0cos0?2n????2n??2?。?Dcos?Dcos?...?12??????K?22?K???K?對(duì)于周期函數(shù)，由于cos0?cos2n?，則我們得到D0?Dk，即

2K2n??p??Dcos,n?0,1,...,n ?1npKp?1K同樣得到其他傅里葉展開(kāi)系數(shù)

2K2n?p??Dsin,n?1,2,...,n ?1npKp?1K2K12n?p??Usin,n?0,1,...,n ?1npK1p?1K12K12n?p??Usin,n?1,2,...,n ?p1nK1p?1K1通過(guò)分離變量法求解，得到特征根的形式

?n???n?i?n

其中

2n??c??n?1?1??? a2?n??和

2n??c??n??1?1???

a2?n??通過(guò)變化分析，我們得到

????D(?t)?EA?????(kn?n??n?n)cosn?t??(kn?n??n?n)sinn?t?

n?1n?1??因此，我們有充分的利用定義新的常數(shù)

?n?EA(kn?n??n?n),n?0,1,2,...?n?EA(kn?n??n?n),n?1,2,...?0?2EA??

通過(guò)上述方程我們得到

kn??n?n??n?n,n?1,2,3,...2EA(?n??n2)?n?通過(guò)上面一系列的推導(dǎo)，我們得到

?n?n??n?n,n?1,2,3,...2EA(?n??n2)?u(x,t)??02EA??02??(On(x)cosn?t?Pn(x)sinn?t)

n?1其中

On(x)?(kncosh?nx??nsinh?nx)sin?nx?(?ncosh?nx??nsinh?nx)cos?nx Pn(x)?(knsinh?nx??ncosh?nx)sin?nx?(?nsinh?nx??ncosh?nx)sin?nx

根據(jù)胡可定理，力F(x,t)可以被計(jì)算為

F(x,t)?EA因此，我們得到

?u(x,t)?x???0?'F(x,t)?EA???(On(x)cosn?t?Pn'(x)sinn?t)?

?2EAn?1?其中

???'On(x)??nsinh?nx?(?n?n??n?n)cosh?nx?sin?nx??EA?

??n?cosh?x?(?????)sinh?xnnnnnn?cos?nx?EA??和

???Pn'(x)??ncosh?nx?(?n?n??n?n)sinh?nx?cos?nx??EA?

??n?sinh?x?(?????)cosh?xnnnnnn?sin?nx?EA??工程量的遞歸計(jì)算

j?10v?j?0xjEAj?j?0

j?1nj?1v?jOn(xj)

?n?jPn(xj)j?1j?1j?1?0?j?0'?n?EAjjOn(xj)

?n?EAjjPn'(xj)

j?1j?1kn??n?n?j?1?n?n2EAj?1(?n??n2)j?1?n?n?j?1?n?n??j?1n2EAj?1(?n??n2)

j?1On(xj?1)?(j?1kncosh?nxj?1?j?1?nsinh?nxj?1)sin?nxj?1?(j?1?nsinh?nxj?1?j?1?ncosh?nxj?1)cos?nxj?1j?1Pn(xj?1)?(j?1knsinh?nxj?1?j?1?ncosh?nxj?1)cos?nxj?1?(j?1?ncosh?nxj?1?j?1?nsinh?nxj?1)sin?nxj?1

?j?1?n?sinh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)cosh?nxj?1?sin?nxj?1?j?1O(xj?1)??EA???j?1?'n?j?1?n? ?cosh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)sinh?nxj?1?cos?nxj?1?EAj?1???'j?1n?j?1?n?P(xj?1)??cosh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)sinh?nxj?1?cos?nxj?1?EA???j?1?

??? ?j?1nsinh?nxj?1?(j?1?n?n?j?1?n?n)cosh?nxj?1?sin?nxj?1???EAj?1?此處，j?1,2,...,m?1,n?1,2,...,n。因此，泵的位移和負(fù)載用下列公式計(jì)算

u(xm,t)?m?02EAmxm?m?02??(mOn(xm)cosn?t?mPn(xm)sinn?t)

n?1nn?m?0?'F(xm,t)?EAm???(mOn(xm)cosn?t?mPn'(xm)sinn?t)?

?2EAmn?1?上沖程懸點(diǎn)靜載荷

由于游動(dòng)閥關(guān)閉，懸點(diǎn)靜載荷主要包括柱塞上、下流體壓力及抽油桿柱重力。

1)抽油桿柱在空氣中的重力：

Wr?ArgLp?r

式中：

Wr抽油桿柱在空氣中的重力，KN； Ar抽油桿截面積，m2；

?r抽油桿密度，t/m3；

g重力加速度；

Lp抽油桿柱長(zhǎng)度 2)泵排出壓力

p0?pt?LP?Lg

式中：

pt井口壓力，kpa

?L液體密度

3)吸入壓力

上沖程時(shí)的沉沒(méi)壓力導(dǎo)致井內(nèi)液體流入泵中，此時(shí)液流所具有的壓力即吸入 壓力，此壓力作用在柱塞底部，產(chǎn)生的載荷方向向上：

pt?ps??pr

式中：

ps沉沒(méi)壓力，kpa；

?pr流體通過(guò)泵入口設(shè)備產(chǎn)生的壓力降，m。

將以上三個(gè)力綜合可得出上沖程的靜載荷：

Wup?Wr?p0(Ap?Ar)?ptA ?Wr?W?(pt?pc)Ap?ptAr''L

由于上沖程時(shí)井口回壓與套壓造成的懸點(diǎn)載荷方向相反，故可近似為相互抵消，因此上沖懸點(diǎn)載荷可簡(jiǎn)化為下式

Wup?Wr'?WL'

下沖程懸點(diǎn)載荷

下沖程時(shí)，游動(dòng)閥打開(kāi)使得柱塞上下的液體連通，抽油桿柱受到向上的浮力作用。因此，下沖程時(shí)抽油桿柱在液體中的重力等于自身重力減去浮力。而液柱荷載通過(guò)固定閥作用在油管上，不作用在懸點(diǎn)上。所以下沖程懸點(diǎn)載荷為：

Wdown?Wr'?ptAr

迭代計(jì)算

通過(guò)分析我們知道，計(jì)算阻尼系數(shù)必須預(yù)先知道泵功圖，但是要知道泵功圖必須預(yù)先知道阻尼系數(shù)，故采用迭代法解決這個(gè)問(wèn)題，首先，先給一個(gè)任選一個(gè)初值c0，根據(jù)c0求泵功圖，再用式子求c0。

第二篇：對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析畢業(yè)設(shè)計(jì)

本人自己設(shè)計(jì)的Pro/e論文，導(dǎo)師評(píng)價(jià)優(yōu)秀，另有開(kāi)題報(bào)告、任務(wù)書(shū)、pro/e圖文檔，答辯準(zhǔn)備和答辯PPT。有需要Pro/e方面的要求和問(wèn)題也可以聯(lián)系我。本人QQ：447519384 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)

論文題目：運(yùn)用Pro/E對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行

運(yùn)動(dòng)學(xué)分析姓 名：** 學(xué) 號(hào)：********* 院 系：機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)：機(jī)械制造及自動(dòng)化

班 級(jí)：機(jī)自一班 指導(dǎo)老師：***

完成時(shí)間：2012年*月*日

目錄

內(nèi)容摘要????????????????????????????1 關(guān)鍵字?????????????????????????????1 Abstract????????????????????????????1 Key words ??????????????????????????1 1.緒論 ????????????????????????????2 1.1選題的依據(jù)及其意義

???????????????????2 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) ????????????????3 1.3課題內(nèi)容

????????????????????????3 2.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介???????????????????????????4 2.1活塞連桿機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)造

?????????????????4 2.2工作原理 ????????????????????????4 3.pro/e裝配與運(yùn)動(dòng)仿真?????????????????????4 3.1 Pro/E簡(jiǎn)介 ???????????????????????4 3.2裝配 ??????????????????????????5 3.3運(yùn)動(dòng)仿真及分析 ?????????????????????9 參考文獻(xiàn)????????????????????????????15 致謝??????????????????????????????16

機(jī)電工程學(xué)院

內(nèi)容摘要:活塞連桿是機(jī)械行業(yè)中常見(jiàn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，應(yīng)用該機(jī)構(gòu)最典型的實(shí)例就是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸，它可以將燃?xì)饽茉崔D(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能，它的作用是承受氣體壓力，并將此力通過(guò)活塞銷傳給連桿以推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)。廣泛應(yīng)用到動(dòng)力機(jī)械的動(dòng)力源，如汽車、輪船、飛機(jī)等。本次設(shè)計(jì)是通過(guò)這些特點(diǎn)對(duì)活塞連桿進(jìn)行Pro/E三維建模，并對(duì)模型進(jìn)行整體裝配，并完成傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)仿真，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。

關(guān)鍵詞:活塞連桿機(jī)構(gòu)、三維建模、裝配、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

Abstract:The piston rod is in the machinery industry common crank slider mechanism.the device Application of the most typical examples is engine cylinder.It can be a gas energy is converted to mechanical energy.It is the role to bear gas pressure.and the force transmitted to the connecting rod by the piston pin to drive the rotation of the crankshaft.Widely applied to mechanical power source, such as automobiles, ships, aircraft and other.This design is through these features of piston rod for Pro/E three-dimensional modeling.the whole assembly model.then the completion of the transmission part of the motion simulation.and its motion analysis.Key words : Piston connecting rod mechanism、Three dimensional modeling、Assembly、Kinematic analysis、機(jī)電工程學(xué)院

1．緒論

1.1選題的依據(jù)及其意義

在產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程中,有關(guān)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、操作性能、生產(chǎn)工藝、裝配性能，甚至維護(hù)性能等等許多問(wèn)題都需要在開(kāi)發(fā)過(guò)程的前期解決。一般，人們借助理論分析、CAD和各種比例的實(shí)物模型，或參考前期產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決有關(guān)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各種問(wèn)題。由于有關(guān)裝配、操作和維修的問(wèn)題往往只會(huì)在產(chǎn)品的后期或在最終產(chǎn)品試車過(guò)程中、甚至在投入使用一段時(shí)間后才能暴露出來(lái)，尤其是有關(guān)維修的問(wèn)題往往是在產(chǎn)品已經(jīng)售出很長(zhǎng)時(shí)間以后才被發(fā)現(xiàn)。為了解決這些問(wèn)題，有事產(chǎn)品就不得不返回設(shè)計(jì)構(gòu)造階段以便進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)變更。這樣的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)程序不但效率低、耗時(shí)，費(fèi)用也高。

為了解決這些問(wèn)題，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。仿真技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)所要進(jìn)行的生產(chǎn)和制造活動(dòng)進(jìn)行全面的建模和仿真，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配、各參數(shù)的設(shè)計(jì)改進(jìn)等等。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就實(shí)時(shí)地模擬出產(chǎn)品的形狀和工作狀況、制造過(guò)程、檢查產(chǎn)品的可制造性和設(shè)計(jì)合理性，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，更有效地靈活組織生產(chǎn)，縮短產(chǎn)品研制周期，獲得最好的產(chǎn)品質(zhì)量和效益。

在Pro/E環(huán)境下，對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)建立了精確的參數(shù)化模型。通過(guò)定義各種約束，在裝配模塊中確定了原動(dòng)件與從動(dòng)件的關(guān)系。并使用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模塊，通過(guò)定義機(jī)構(gòu)的連接與伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了活塞的運(yùn)動(dòng)過(guò)程仿真。參數(shù)化設(shè)計(jì)的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)維護(hù)所有的不變參數(shù)，參數(shù)化設(shè)計(jì)可以大大提高模型的生成和修改的速度，在產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)、相似設(shè)計(jì)及專用CAD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面都具有較大的應(yīng)用價(jià)值。虛擬裝配是在虛擬環(huán)境中，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將設(shè)計(jì)的產(chǎn)品三維模型進(jìn)行預(yù)裝配虛擬裝配可幫助產(chǎn)品擺脫對(duì)于試制物理樣機(jī)并裝配物理樣機(jī)的依賴，可以有效地提高產(chǎn)品裝配建模的質(zhì)量與速度。通過(guò)在計(jì)算機(jī)軟件平臺(tái)下對(duì)整套裝置的設(shè)計(jì)仿真分析，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷，并根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)改進(jìn)。參數(shù)化建模、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)仿真貫穿于整個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)全過(guò)程，可顯著地縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高工作效率。本次建模與運(yùn)動(dòng)仿真分析實(shí)現(xiàn)了活塞搖桿的電子樣機(jī)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)實(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程有一定的指導(dǎo)意義。

機(jī)電工程學(xué)院

1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)今任何一個(gè)國(guó)家，若其要在綜合國(guó)力上取得優(yōu)勢(shì)地位，就必須在科學(xué)技術(shù)上取得優(yōu)勢(shì)。九十年代以來(lái)，隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主的信息技術(shù)的發(fā)展，世界經(jīng)濟(jì)格局發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一個(gè)統(tǒng)一的一體化市場(chǎng)，經(jīng)濟(jì)循環(huán)加大，加快市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，從而也迫切要求對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的研究能有進(jìn)一步的突破，為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期、提高生產(chǎn)的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本，就需要在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行預(yù)測(cè)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，將難以用語(yǔ)言表達(dá)的復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，應(yīng)用多媒體技術(shù)以多樣化的方式表現(xiàn)的屏幕上，達(dá)到了以直觀和形象的形式學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)的目的。九十年代后隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，其系統(tǒng)性能提高，價(jià)格降低，pro/e開(kāi)始在設(shè)計(jì)領(lǐng)域全面普及，成為必不可少設(shè)計(jì)工具，pro/e之所以在短短的時(shí)間內(nèi)發(fā)展如此迅速，是因?yàn)樗侨祟愒诙兰o(jì)取得的重大科技成就之一，它幾乎推動(dòng)了一切領(lǐng)域的設(shè)計(jì)革命，徹底改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)繪圖方式，極大的提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度和精度。應(yīng)用pro/e技術(shù)業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，能使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)維修工作快速成而高效地進(jìn)行，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是十分明顯的。Pro/e技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用水平已成為和衡量一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，pro/e技術(shù)已經(jīng)由發(fā)達(dá)國(guó)家向發(fā)展中國(guó)家擴(kuò)展，而且發(fā)展的勢(shì)頭非常迅猛。因?yàn)楫?dāng)今世界工業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是設(shè)計(jì)手段和設(shè)計(jì)水平的競(jìng)爭(zhēng)，發(fā)展中國(guó)家的工業(yè)產(chǎn)品要在世界市場(chǎng)占有一席之地，就必須采用pro/e技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)工作起步相當(dāng)較晚，自八十年代開(kāi)始，CAD技術(shù)應(yīng)用工作才逐步得到了開(kāi)展，隨后pro/e也有了應(yīng)用，國(guó)家逐步認(rèn)識(shí)到開(kāi)展pro/e應(yīng)用工程的必要性和可靠性，并在全國(guó)各個(gè)行業(yè)大力推廣pro/e技術(shù)，同時(shí)展開(kāi)pro/e技術(shù)的不斷研究，開(kāi)發(fā)與廣泛應(yīng)用，對(duì)pro/e技術(shù)提出越來(lái)越高的要求，因此pro/e從本身技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，其發(fā)展趨勢(shì)是集成化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化,也只有不斷完善，創(chuàng)新才能在日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。

1.3課題內(nèi)容

本課題是利用Pro/E軟件的仿真功能對(duì)活塞的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬，并對(duì)活塞、連桿等進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)分析及計(jì)算，以確定設(shè)計(jì)的合理性，可行性，最終完成設(shè)計(jì)。

機(jī)電工程學(xué)院

該設(shè)計(jì)具體研究方法及主要內(nèi)容是使用Pro/E軟件仿照發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸活塞連桿機(jī)構(gòu)，繪制出活塞、搖桿、及其他零部件實(shí)體圖。繪制好活塞連桿機(jī)構(gòu)后，然后對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，包括運(yùn)動(dòng)干涉檢測(cè)、活塞運(yùn)動(dòng)軌跡、速度及加速度的檢測(cè)。

2.機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介

2.1活塞連桿機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)造

活塞連桿組是發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)件，它把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出動(dòng)力。活塞連桿組主要由活塞、活塞環(huán)、活塞銷及連桿等組成活塞連桿組把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出動(dòng)力；活塞的頂部還與汽缸蓋、汽缸比共同組成燃燒室。

2.2工作原理

活塞的頂部直接與高溫燃?xì)饨佑|，活塞的溫度也很高，高溫使活塞的機(jī)械性能下降，熱膨脹量增加；活塞在作功行程中，承受燃?xì)獾母邏簺_擊（3~5mP），活塞在汽缸中高速運(yùn)動(dòng)，平均速度達(dá)到8~12m/s，要求活塞質(zhì)量小，熱膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好和耐磨。一般采用鋁合金，個(gè)別柴油機(jī)也采用高級(jí)鑄鐵或耐熱鋼。

3.Pro/E的裝配與運(yùn)動(dòng)仿真

3.1Pro/E簡(jiǎn)介

Pro-E是Pro/Engineer的簡(jiǎn)稱，更常用的簡(jiǎn)稱是ProE或Pro/E，Pro/E是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱PTC）的重要產(chǎn)品，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。pro-e作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的模具和產(chǎn)品設(shè)計(jì)三維CAD/CAM軟件之一。

Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)上。

Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。

(1).參數(shù)化設(shè)計(jì)

機(jī)電工程學(xué)院

相對(duì)于產(chǎn)品而言，可以把它看成幾何模型，而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化的基本概念。

(2).基于特征建模

Pro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如 系列化快餐托盤(pán)設(shè)計(jì)[1]腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活，特別是在設(shè)計(jì)系列化產(chǎn)品上更是有得天獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

(3).單一數(shù)據(jù)庫(kù)

Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門(mén)的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。

(4).直觀裝配管理

Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“貼合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。

(5).易于使用

菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。

3.2裝配

(1)組裝活塞

選擇菜單欄的【文件】→【設(shè)置工作目錄】,系統(tǒng)彈出“選取工作目錄”對(duì)話框，選擇活塞零件圖所在文件夾，單擊【確定】按鈕，完成工作目錄的設(shè)置。

機(jī)電工程學(xué)院

選擇菜單欄的【文件】→【新建命令】，系統(tǒng)彈出【新建】對(duì)話框，點(diǎn)選【組件】，取消【使用缺省模版】的選擇，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)彈出新文件選項(xiàng)對(duì)話框，如圖

單擊【確定】按鈕，選擇mmns-asm-design,單擊【確定】，進(jìn)入裝配設(shè)計(jì)模塊。

(2).創(chuàng)建骨架模塊

單擊【創(chuàng)建按鈕】，系統(tǒng)彈出元件創(chuàng)建對(duì)話框，如圖1.2

在“元件創(chuàng)建”對(duì)話框中，單選【骨架模型】，單擊【確定】，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建”選項(xiàng)，單擊【空】，單擊【確定】，進(jìn)入元件創(chuàng)建。

單擊工具欄【軸】按鈕，系統(tǒng)彈出“基準(zhǔn)軸”對(duì)話框，如圖1.3。雙選FRONT.RIGHT兩個(gè)基準(zhǔn)面作為參照面，所創(chuàng)建的基準(zhǔn)軸穿過(guò)兩個(gè)參照面，單擊【確定】，創(chuàng)建基準(zhǔn)軸完成。

(3).裝配活塞

選擇菜單欄的【窗口】→【激活】，激活現(xiàn)在裝配模塊。

機(jī)電工程學(xué)院

單擊工具欄【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開(kāi)”對(duì)話框，選擇元件prt001,單擊【打開(kāi)】，就將活塞添加到當(dāng)前模塊了.在【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】框中選擇“滑動(dòng)桿”，單擊【放置】，單擊【軸對(duì)齊】，在3D模型中選擇上面創(chuàng)建的基準(zhǔn)軸和活塞垂直軸線，單擊【旋轉(zhuǎn)】，選取活塞的DTM1基準(zhǔn)面和組件的RIGHT基準(zhǔn)面。

在【放置】的【狀態(tài)】的“完成連接定義”，單擊【完成】。如圖1.6

(4).裝配底座

單擊【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開(kāi)”對(duì)話框，選擇元件prt006，單擊【打開(kāi)】，底座就添加在組件模塊中了。

選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】中的“用戶定義”，單擊【放置】，在3D模型中選擇底座的基準(zhǔn)面和組件的基準(zhǔn)面，然后在將其他兩個(gè)基準(zhǔn)面進(jìn)行約束。

在【狀態(tài)】框中顯示“完成連接定義”，單擊【完成】。如圖1.7

機(jī)電工程學(xué)院

(5).裝配輸出軸

單擊【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開(kāi)”對(duì)話框，選擇元件prt0005，單擊【打開(kāi)】，軸就添加在組件模塊中了。

選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】中的“銷釘”，單擊【放置】，單擊【軸對(duì)齊】，在3D模型中選擇底座軸線和輸出軸的軸線，單擊【平移】，在3D模型中選擇曲柄的側(cè)面和底座的內(nèi)側(cè)面。

在【狀態(tài)】框中顯示“完成連接定義”，單擊【完成】。如圖1

(6).裝配連桿

單擊【裝配】，系統(tǒng)彈出“打開(kāi)”，選擇元件prt0004.單擊【打開(kāi)】，連桿就添加在組件模塊中了。

選中【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】中的“銷釘”，單擊【放置】，單擊【軸對(duì)齊】，在3D模型中選擇輸出軸的軸線和連桿空軸線，單擊【平移】，在3D模型中選擇輸出軸曲柄側(cè)面和連桿外側(cè)面。

機(jī)電工程學(xué)院

單擊【放置】→【新建集】，即創(chuàng)建了一個(gè)新的連接。

選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)連接】中的銷釘，單擊【放置】，單擊【軸對(duì)齊】，在3D模型中選擇活塞孔的軸線和連桿孔的軸線，單擊【平移】，在3D模型中選擇活塞內(nèi)側(cè)面和連桿外側(cè)面。

在【狀態(tài)】中顯示“完成連接定義”，單擊【完成】。如圖1.10

裝配完成。

3.3 運(yùn)動(dòng)仿真及分析

運(yùn)動(dòng)分析對(duì)活塞連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真,可以進(jìn)一步分析其運(yùn)動(dòng)是否合理,結(jié)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉等信息.(1).添加伺服電機(jī)

選擇菜單欄的【應(yīng)用程序】→【機(jī)構(gòu)】，系統(tǒng)進(jìn)入機(jī)構(gòu)平臺(tái)。單擊【伺服電動(dòng)機(jī)】，系統(tǒng)彈出“伺服電動(dòng)機(jī)”對(duì)話框，如圖2.1.點(diǎn)選【從動(dòng)圖元】的【運(yùn)動(dòng)軸】，單擊【選取】，選取旋轉(zhuǎn)軸。如圖2.2

機(jī)電工程學(xué)院

在伺服電動(dòng)機(jī)定義中，單擊【輪廓】，選擇【規(guī)范】中的“速度”，選擇【模】中的“常數(shù)”，在【A】框中輸入50，單擊【確定】。完成伺服電動(dòng)機(jī)的創(chuàng)建。

注：速度為50mm/s。(2).自由度分析

單擊【機(jī)構(gòu)分析】，系統(tǒng)彈出“分析定義”對(duì)話框，如圖2.3.選擇【類型】中的“力平衡”，單擊自由度中的【DOF】右邊的按鈕，在文本框中顯示的數(shù)即為自由度。如果沒(méi)有伺服電動(dòng)機(jī)，自由度則為1.注：一個(gè)自由度的機(jī)構(gòu)，只需要一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)就能驅(qū)動(dòng)它。

(3).動(dòng)畫(huà)

單擊【機(jī)構(gòu)分析】，系統(tǒng)彈出“分析定義”對(duì)話框，選擇【類型】中的“運(yùn)動(dòng)學(xué)”，在【終止時(shí)間】框中輸入50.注：給定時(shí)間為50秒。

機(jī)電工程學(xué)院

單擊【運(yùn)行】，模型就開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。如下圖：

注：生成的視頻文件截圖

(4).運(yùn)動(dòng)包絡(luò)

單擊【回放】，系統(tǒng)彈出“回放”對(duì)話框。單擊【創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)包絡(luò)】，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)包絡(luò)”對(duì)話框，單擊【讀取元件】中的【選取】，在3D模型中選擇連桿，單擊【預(yù)覽】。如圖2.4

注:連桿的運(yùn)動(dòng)軌跡

(5).分析測(cè)量結(jié)果

單擊【測(cè)量】，系統(tǒng)彈出“測(cè)量結(jié)果”對(duì)話框，單擊【創(chuàng)建新測(cè)量】，系統(tǒng) 11

機(jī)電工程學(xué)院

彈出“測(cè)量定義”對(duì)話框。

在“測(cè)量定義”對(duì)話框中，選擇【類型】中的“位置”，單擊【點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸】中的【選取】，在3d模型中選擇活塞的孔軸線，如圖2.6

在“測(cè)量定義”對(duì)話中【測(cè)量】中的“measure1”,選中【結(jié)果集】中“analysisdefinition3”選項(xiàng)，單擊【檢測(cè)選定結(jié)果集所選測(cè)量的圖形】，系統(tǒng)彈出圖形工具對(duì)話框。如圖框中，單擊【確定】，返回“測(cè)量結(jié)果”對(duì)話框

點(diǎn)“測(cè)量” 即生成位移曲線。同時(shí)可生成速度和加速度曲線。如圖1、2、3 12

機(jī)電工程學(xué)院

圖1 注：橫軸代表時(shí)間，豎軸代表活塞位移

分析： 該圖為活塞位移曲線圖。活塞頂端為零點(diǎn)，以-90處為中心點(diǎn)，活塞從初始值為-86.9928處開(kāi)始運(yùn)動(dòng)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)50秒在-93.0072處結(jié)束運(yùn)動(dòng)。可以看出，活塞的總位移成余弦規(guī)律，位移圖比較平穩(wěn)。

圖2 注：橫軸代表時(shí)間，豎軸代表活塞速度

分析： 該圖為活塞速度曲線圖。活塞由最下端以速度為13.0607mm/s開(kāi)始向上做減速運(yùn)動(dòng)，后由0開(kāi)始做加速運(yùn)動(dòng)，由此反復(fù)運(yùn)動(dòng)，50秒后到最下端結(jié)束運(yùn)動(dòng)。可以看出，活塞的速度曲線成余弦規(guī)律，具有周期性變化規(guī)律。

機(jī)電工程學(xué)院

圖3 注：橫軸代表時(shí)間，豎軸代表活塞加速度

分析： 該圖為活塞加速度曲線圖。加速度代表活塞的速度快慢的變化.它是速度的導(dǎo)數(shù)，因此權(quán)限與速度曲線的變化規(guī)律基本一致，可以看出,活塞的加速度曲線成正弦規(guī)律.仍然具有周期性變化規(guī)律。

.注：位移、速度、加速度合圖。

分析：由活塞位移、速度和加速度對(duì)應(yīng)曲線可以得出結(jié)論：位移達(dá)到峰值的時(shí)候，加速度也達(dá)到了反向的峰值，這時(shí)候速度剛好為零。

機(jī)電工程學(xué)院

參考文獻(xiàn)：

【1】 喬建軍,proe 5.0動(dòng)力學(xué)與有限元分析從入門(mén)到精通,機(jī)械工業(yè)出版社,2010,340～357.【2】肖繼德、陳寧寧，機(jī)床夾具，機(jī)械工業(yè)出版社，2011,5～13 【3】劉建華、杜鑫,機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ),北京交通大學(xué)出版社,2010,14～38.【4】魏增菊、李莉,機(jī)械制圖,科學(xué)出版社,2007 【5】林清安,proe機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，2004 【6】孫印杰,proe基礎(chǔ)與實(shí)例教程,北京電子工業(yè)出版社,2008 【7】孫恒，機(jī)械原理，高等教育出版社，2003 【8】施平，機(jī)械工程專業(yè)英語(yǔ)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2011 【9】孫印杰等，野火中文版Pro/ENGINEER Widfire基礎(chǔ)與實(shí)例教程【M】，北京，電子工業(yè)出版社，2004.機(jī)電工程學(xué)院

致謝：

經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的時(shí)間,終于完成了這次論文的設(shè)計(jì).盡管在論文的設(shè)計(jì)過(guò)程中,遇到了許多困難和不解,但都在老師和同學(xué)的幫助下度過(guò)了.在這里,尤其要感謝我的指導(dǎo)老師-徐秀芬老師,本課題在選題及研究過(guò)程中都得到了徐秀芬老師的悉心指導(dǎo)。徐老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。徐老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神使我獲益良多。對(duì)徐老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。

第三篇：第4章平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

第4章平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

習(xí)題

4-1．求出下列機(jī)構(gòu)中所有速度瞬心

（a）

（b）

(c)

(d)

圖4-1

4-2．在圖4-2所示擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，?BAC?90?,lAB?60mm,lAC?120mm,曲柄AB的等角速度?1?30rad/s,求構(gòu)件3的角速度?3和角加速度?3。

4-3．在圖4-3所示機(jī)構(gòu)中，已知?1?45,?1?100rad/s,方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍琹AB?4m,??60。求構(gòu)件2的角速度?2和構(gòu)件3的速度v3。

??

圖4-2

圖4-3

第四篇：第1講四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真[模版]

第1講 四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

一、建立連接 1.設(shè)置工作目錄

選擇【文件】→【設(shè)置工作目錄】打開(kāi)工作目錄選取面板，如圖1所示，選擇如圖所示2的文件夾為工作目錄。

圖1設(shè)置工作目錄

圖2 選擇文件夾 2.建立新的裝配文件

打開(kāi)PROE軟件，點(diǎn)擊'文件'，選擇‘新建’，有如下對(duì)話框彈出（如圖3所示），在類型項(xiàng)選擇‘組件’，子類型項(xiàng)選擇‘設(shè)計(jì)’，名稱改為‘2009109120’，不使用缺省模板，點(diǎn)擊‘確定’。有下對(duì)話框彈出（如圖4所示），在模板中選擇‘mmns-asm-design’，直接點(diǎn)擊‘確定’開(kāi)始進(jìn)入制圖過(guò)程。

圖3 新建組件

圖4 選擇單位

二、裝配文件 1.機(jī)架的放置

（1）進(jìn)入PROE的主界面，點(diǎn)擊右下角圖標(biāo)‘動(dòng)仿真四連桿中1ground.prt，單擊打開(kāi)。

’，有如下對(duì)話框彈出（如圖5所示），選擇運(yùn)

圖5 載入文件

在主界面出現(xiàn)一行任務(wù)欄動(dòng)’選項(xiàng)中選擇，再在右邊單擊‘，在‘自

’，如圖6所示。

圖6 機(jī)架1（2）再點(diǎn)擊右下角圖標(biāo)‘

’，選擇運(yùn)動(dòng)仿真四連桿中1-ground-prt,單擊‘打開(kāi)’，則在主界面中出現(xiàn)一行任務(wù)欄，如圖7所示。

圖7 機(jī)架2 用鼠標(biāo)左鍵選擇兩平面對(duì)齊，如圖8所示。

圖8平面對(duì)齊

在選擇兩側(cè)面對(duì)齊，在任務(wù)欄中選擇，如圖9所示，再單擊右邊'

'。

圖9 側(cè)面對(duì)齊

2.曲柄的裝配 在單擊右下角‘現(xiàn)一行任務(wù)欄：義欄中有選擇'如圖10所示。’，在運(yùn)動(dòng)仿真四連桿中選擇‘2-crank-prt'，單擊‘打開(kāi)’。在主界面出，在用戶定

’，在操作區(qū)中選擇曲柄的軸線與機(jī)座的軸線重合，圖10 曲柄面匹配

再選擇曲柄與該機(jī)座的一端面配對(duì)，如圖11所示。在任務(wù)欄中點(diǎn)擊‘成該次聯(lián)結(jié)。

’，和‘

’，完

圖11 軸對(duì)齊

3.搖桿的裝配 單擊右下角‘ ’，運(yùn)動(dòng)仿真四連桿中選擇‘4rocker-prt’，單擊‘打開(kāi)’。任務(wù)欄：，同理在用戶定義中選擇‘ 12所示。

’把第4搖桿與另一機(jī)座的軸線重合連結(jié)，如圖

圖12 軸對(duì)齊

再將該搖桿與機(jī)座的端面配對(duì)連結(jié)，如圖13所示。最后在任務(wù)欄中單擊‘成好該次連結(jié)。

’，‘

’完

圖13 面匹配

4.連桿的裝配 在右下角點(diǎn)擊圖標(biāo)‘’在運(yùn)動(dòng)仿真四連桿中選擇“3connectingrod.prt”，單擊‘打開(kāi)’，進(jìn)

入主界面和任務(wù)欄中，如圖14所示：

圖14 連桿的裝配 在任務(wù)欄用戶定義欄中選擇‘軸線重合連結(jié)，如圖15所示。

’。把連桿凸軸部分與曲柄孔的圖15軸對(duì)齊

再將連桿與曲柄的端面配對(duì)連結(jié)（如圖16所示）

圖16 面匹配

在任務(wù)欄中點(diǎn)擊‘放置’出現(xiàn)新的對(duì)話框，如圖17所示。

圖17 放置 點(diǎn)擊‘新建集’，再將連桿與搖桿的軸線重合連結(jié)，如圖18所示。

圖18 新建軸對(duì)齊

再將連桿與搖桿的兩端面配對(duì)連結(jié)，如圖19所示。

圖19 新建面匹配

最后單擊‘’完成所有組件連結(jié)，連結(jié)好組件如圖20所示。

圖20 總裝配圖 三.運(yùn)動(dòng)與仿真 1.參數(shù)的設(shè)置

（1）單擊菜單欄中‘應(yīng)用程序’，如圖21所示。

圖21 選擇機(jī)構(gòu)菜單

（2）選擇單擊‘機(jī)構(gòu)’，左下角出現(xiàn)新的對(duì)話框，如圖22所示。

圖22 電動(dòng)機(jī)

單擊‘’，單選擇并點(diǎn)擊‘

’，單擊右鍵，彈出‘

’，并點(diǎn)擊新建出現(xiàn)新的對(duì)話框，如圖23所示。

圖23 運(yùn)動(dòng)軸選擇 圖24 輪廓選擇

單擊‘’，選擇組件圖中‘’，單擊‘輪廓’，如圖24所示。在規(guī)范選項(xiàng)中選擇‘速度’和常數(shù)A中輸入360，單擊‘確定’完成該步驟。

2.運(yùn)動(dòng)仿真 在左下角單擊‘

’點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵彈出新建點(diǎn)擊，出現(xiàn)新的對(duì)話框，如圖25所示。在類型中選擇‘運(yùn)動(dòng)學(xué)’，在‘終止時(shí)間’輸入5，在‘最小間隔’輸入0.02.單擊‘確定’，完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)步驟。

圖25 分析定義 3.結(jié)果回放與輸出 點(diǎn)擊左下角‘

’彈出對(duì)話框，如圖26所示。

圖26 動(dòng)畫(huà)

單擊‘27和28所示。’和‘

’控制機(jī)構(gòu)的起停，得到兩種不同狀態(tài)的圖形，如圖

圖27 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

圖28機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 4.測(cè)量與記錄 點(diǎn)擊右下角圖標(biāo)‘’彈出對(duì)話框，如圖29所示。

圖29 測(cè)量結(jié)果

點(diǎn)擊測(cè)量處‘’，彈出新的對(duì)話框，如圖30所示。

圖30 測(cè)量定義 圖31運(yùn)動(dòng)軸

在類型欄中選擇‘速度’，點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軸選擇組件中一運(yùn)動(dòng)軸，如圖31所示。同理點(diǎn)擊‘34所示。

’，都選擇‘速度’項(xiàng)分別對(duì)組件圖中另三處連結(jié)點(diǎn)分析，如圖

32、圖33和圖

圖32連接點(diǎn)1 圖33 連接點(diǎn)2 圖34連接點(diǎn)3 點(diǎn)擊對(duì)話框中擊‘’，得出四連結(jié)點(diǎn)速度圖（如圖35所示）。

按住CTRL鍵，對(duì)4個(gè)measure全選，并單

圖35 運(yùn)動(dòng)學(xué)圖形

四、保存退出

點(diǎn)擊【文件】/【保存】完成本次仿真。點(diǎn)擊【文件】/【退出】退出pro/e。

第五篇：四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與仿真 周云鵬

吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）

題 目： 四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與仿真 系 部： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 14機(jī)電15班 指導(dǎo)教師： 田軍 姓 名： 周云鵬

目錄

摘要..............................................................4 第1章 連桿機(jī)構(gòu)...................................................5

1.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本形式.........................................5 1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件...............................6 1.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化..........................................7 第2章 四桿機(jī)構(gòu)的基本特性........................................10

2.1 四桿機(jī)構(gòu)的極位............................................10 2.2 四桿機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的急回特性..................................10 2.3 連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性........................................10 2.4 死點(diǎn)位置..................................................11 第3章 四連桿的三維造型..........................................12

3.1 機(jī)架的三維造型............................................12 3.2 連架桿1的三維造型........................................14 3.3 連架桿2的三維造型........................................17 3.4 連桿的三維造型............................................17 第4章 四連桿的虛擬裝配..........................................19

4.1 進(jìn)入裝配模塊..............................................19 4.2 添加組件機(jī)架..............................................19 4.3 裝配連架桿1...............................................20 4.4 裝配連架桿2...............................................22 4.5 裝配連桿..................................................22 第5章 四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真.....................................26

5.1 新建仿真..................................................26 5.2 新建連桿..................................................27 5.3 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副................................................28 第6章 四連桿的運(yùn)動(dòng)仿真分析.....................................31

6.1 運(yùn)動(dòng)副圖表分析............................................31 6.2 死點(diǎn)位置..................................................34

結(jié) 論...........................................................36 致 謝...........................................................37 參考文獻(xiàn).........................................................38

摘要

四連桿機(jī)構(gòu)是由低副（轉(zhuǎn)動(dòng)副）聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是：由于低副為面接觸，壓強(qiáng)低、磨損量少，而且構(gòu)成運(yùn)動(dòng)副的表面是圓柱面或，制造方便，容易獲得較高精度；又由于這類機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)及其轉(zhuǎn)換，所以獲得廣泛應(yīng)用。

本課題詳細(xì)的介紹了四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化、四桿機(jī)構(gòu)的基本特性，以及使用UG對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)

行三維造型、虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真的方法。

關(guān)鍵字： 四連桿 裝配 仿真

第1章 連桿機(jī)構(gòu)

1.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本形式

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它是四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，其他四桿機(jī)構(gòu)都可以看成是在它的基礎(chǔ)上演化而來(lái)的。選定其中一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架之后，直接與機(jī)架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿，不直接與機(jī)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(dòng)的

構(gòu)件稱為搖桿。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，有的則不能，兩構(gòu)件的相對(duì)回轉(zhuǎn)角為360 o的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副的存在是曲柄存在的必要條件，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中若一個(gè)為曲柄，另一桿為搖桿，則此機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的功能是：將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為擺動(dòng)，或?qū)[動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖 1-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)

(2)雙曲柄機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿若都是曲柄，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)。在雙曲柄機(jī)構(gòu)中，常見(jiàn)的還有正平行四邊形機(jī)構(gòu)（又稱正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)）和反平行四邊形機(jī)構(gòu)（又稱反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)）。雙曲柄機(jī)構(gòu)的功能是：將等速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為等速同向、不等速同向、不等速反向等多種轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖1-2平行四邊形機(jī)構(gòu) 圖 1-3 雙搖桿機(jī)構(gòu)

雙搖桿機(jī)構(gòu)

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿都是搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)的功能是：將一種擺動(dòng)轉(zhuǎn)換為另一種擺動(dòng)。

圖 1-4 雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖1-5 鶴式起重機(jī)

1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，有的則不能。兩構(gòu)件的相對(duì)回轉(zhuǎn)角為360o的轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副的存在條件是曲柄存在的必要條件，而鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個(gè)曲柄，為此，需要明確整轉(zhuǎn)副和曲柄存在的條件。

（1）整轉(zhuǎn)副存在的條件——長(zhǎng)度條件

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，其能否做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，取決于四構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度lmax與最短構(gòu)件長(zhǎng)度lmin之和小于或等于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和（其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度分別為l1、l2）,則該機(jī)構(gòu)中必存在整轉(zhuǎn)副，且最短構(gòu)件兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副。即整轉(zhuǎn)副存在的長(zhǎng)度條件為

lmax+lmin<=l1+l2 反之，若lmax+lmin>l1+l2，則機(jī)構(gòu)中沒(méi)有整轉(zhuǎn)副。（2）曲柄存在的條件

最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和。連架桿與機(jī)架兩構(gòu)件中必有一個(gè)是四構(gòu)件中的最短桿。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別方法

在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和時(shí)：

a．取最短構(gòu)件相鄰的構(gòu)件作為機(jī)架，則該構(gòu)件為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； b．若取最短構(gòu)件作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；

c．若取對(duì)短構(gòu)件對(duì)面的構(gòu)件作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。②當(dāng)對(duì)短構(gòu)件與最長(zhǎng)構(gòu)件長(zhǎng)度之和大于其余兩構(gòu)件長(zhǎng)度之和時(shí)，則不論取那個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。1.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化

在實(shí)際應(yīng)用中還廣泛采用者滑塊四桿機(jī)構(gòu)，它是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來(lái)的，含有移動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)，稱為滑塊四桿機(jī)構(gòu)，常用的有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)幾種形式。

（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

在如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄1繞軸A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鉸鏈C將往復(fù)擺動(dòng)。設(shè)將搖桿3做成滑塊形式，并使其沿原話導(dǎo)軌往復(fù)移動(dòng)，顯然其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)并未發(fā)生改變；但此時(shí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)已演化為曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。于是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)將變?yōu)槌Ｒ?jiàn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)中心至滑塊導(dǎo)路的距離e，稱為偏距，若e=0則將其稱為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；若e≠0則將其稱為偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。

設(shè)構(gòu)件AB的長(zhǎng)度為l1,構(gòu)件BC的長(zhǎng)度為l2，則保證桿AB桿成為曲柄的條件是：l1+e≤l2。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用于轉(zhuǎn)動(dòng)與往復(fù)移動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)、空氣壓縮機(jī)、沖床和自動(dòng)送料機(jī)等機(jī)械設(shè)備中。

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取不同構(gòu)件作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)將演化為定塊機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)或?qū)U機(jī)構(gòu)等。

圖 1-6 四連桿機(jī)構(gòu)的演化

（a）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；（c）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

（2）定塊機(jī)構(gòu)

在圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，如果將滑塊作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)便演化為定塊機(jī)構(gòu)。

（3）搖塊機(jī)構(gòu)，如圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中若取2為固定構(gòu)件，則可得搖塊機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)廣泛用于液壓驅(qū)動(dòng)裝置中。

（4）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

如圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取構(gòu)件1作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)便演化為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中構(gòu)件4稱為導(dǎo)桿，滑塊3相對(duì)導(dǎo)桿滑動(dòng)，并和導(dǎo)桿一起繞A點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，一般取連桿2為原動(dòng)件。當(dāng)l1＜l2時(shí)，構(gòu)件2和構(gòu)件4都能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，此機(jī)構(gòu)稱為轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。

當(dāng)l1＞l2時(shí)，構(gòu)件2能做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)件4只能在某一角度內(nèi)擺動(dòng)，則該機(jī)構(gòu)成為擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。

連桿機(jī)構(gòu)機(jī)傳動(dòng)特點(diǎn)

1.連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副，因?yàn)榈透眱稍貫槊娼佑|，故在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷，而且?guī)缀涡螤詈?jiǎn)單便于加工制造。

2.在連桿機(jī)構(gòu)中，但原動(dòng)件以同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系，便可使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

3.在連桿機(jī)構(gòu)中，連桿上不同點(diǎn)的軌跡是不同形狀的曲線（特稱為連桿曲線），而且隨著各構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系的改變，這些連桿曲線的形狀也將改變，從而可以得到各種不同形狀的曲線，可以利用這些曲線來(lái)滿足不同軌跡的要求。

4．連桿機(jī)構(gòu)還可以方便的用來(lái)達(dá)到增力、擴(kuò)大行程和實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)等目的。

第2章 四桿機(jī)構(gòu)的基本特性

2.1 四桿機(jī)構(gòu)的極位

曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件作整周連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)件做往復(fù)擺動(dòng)或往復(fù)移動(dòng)的左右兩個(gè)極限位置稱為極位。2.2 四桿機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的急回特性

如圖示,四桿機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的回程所用時(shí)間小于工作行程所用的時(shí)間，稱為該機(jī)構(gòu)急回特性。

圖 2-1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性

急回特性用行程速比系數(shù)K表示極位夾角θ—— 從動(dòng)搖桿位于兩極限位置時(shí)，原動(dòng)件兩位置所夾銳角。θ越大，K越大，急回特性越明顯。急回特性能滿足某些機(jī)械的工作要求，如牛頭刨床和插床，工作行程要求速度慢而均勻以提高加工質(zhì)量，空回行程要求速度快以縮短非工作時(shí)間，提高工作效率。2.3 連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性

傳動(dòng)角與壓力角：如圖示在機(jī)構(gòu)處于某一定位置時(shí)，從動(dòng)件上作用力與作用點(diǎn)絕對(duì)速度方向所夾的銳角α稱為壓力角。壓力角的余角γ（γ=90 o-α）作為機(jī)構(gòu)的傳力特性參數(shù)，故稱為傳動(dòng)角。

在四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，壓力角和傳動(dòng)角是變化的，為使機(jī)構(gòu)具有良好的傳力特性應(yīng)使壓力角越小越好，傳動(dòng)角越大越好。

通常規(guī)定： αmax ≤ [α] —— 許用壓力角

或 γmin ≤ [γ] —— 許用傳動(dòng)角

最小傳動(dòng)角γmin 出現(xiàn)的位置： 曲柄與機(jī)架的兩個(gè)共線位置，如圖示同理，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最小傳動(dòng)角出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路垂直位置。

圖 2-2 連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性

2.4 死點(diǎn)位置

當(dāng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，出現(xiàn)傳動(dòng)角為零時(shí)（或壓力角為90°），由于Pt = 0，則無(wú)論P(yáng)力多大，均不能驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)。這種“頂死”的現(xiàn)象稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。死點(diǎn)出現(xiàn)在兩類機(jī)構(gòu)中:(1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件為主動(dòng)件時(shí)，曲柄與連桿共線位置會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)。

(2)平行四邊形機(jī)構(gòu)中,當(dāng)主動(dòng)曲柄與機(jī)架共線時(shí)，連桿也與輸出曲柄與機(jī)架重合，從動(dòng)件曲柄上傳動(dòng)角等于零，它將可能朝兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，也稱為死點(diǎn)位置。

第3章 四連桿的三維造型

3.1 機(jī)架的三維造型

打開(kāi)UG5.0，新建文件。點(diǎn)擊新建按鈕，系統(tǒng)彈出文件新建對(duì)話框。在名稱文本框中輸入文件名稱jijia；單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。

圖 3-1 新建對(duì)話框

單擊長(zhǎng)方體按鈕輸入長(zhǎng)度10，寬度288，高度20。

圖3-2 特征工具欄

圖3-3 長(zhǎng)方體對(duì)話框

圖3-4 新建長(zhǎng)方體

選擇邊倒圓按鈕，輸入半徑10，在長(zhǎng)方體兩邊倒圓。

圖 3-5 特征操作工具欄

圖 3-6 邊倒圓對(duì)話框

圖 3-7邊倒圓后的長(zhǎng)方體

選擇圓柱體按鈕，在長(zhǎng)方體兩邊建立兩個(gè)圓柱凸臺(tái)，輸入高度5，圓的直徑20

圖 3-8 圓柱對(duì)話框

圖 3-9 在兩端加圓柱體凸臺(tái)

選擇圓柱體按鈕，在凸臺(tái)上建立兩個(gè)圓形孔。

圖 3-10 機(jī)架

3.2 連架桿1的三維造型

新建文件系統(tǒng)彈出文件新建對(duì)話框。在名稱文本框中輸入文件名稱lianjiagan；單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。

圖 3-11 新建對(duì)話框

單擊長(zhǎng)方體按鈕，輸入長(zhǎng)度10，寬度200，高度20，單擊確定按鈕。

圖 3-12 長(zhǎng)方體對(duì)話框

單擊邊倒圓按鈕，在長(zhǎng)方體兩邊倒圓，半徑輸入10。

圖 3-13 邊倒圓后的長(zhǎng)方體

在一端建立凸臺(tái)，高度20，直徑10。如圖4-14

圖 3-14在一端建立凸臺(tái)

在另一端建立一個(gè)直徑20高度為5的圓柱體，在圓柱體上面建立凸臺(tái)，直徑10，高度15。

圖 3-15建立凸臺(tái)

圖3-16 連架桿1 3.3 連架桿2的三維造型

1、新建文件系統(tǒng)彈出文件新建對(duì)話框。在名稱文本框中輸入文件名稱lianjiagan；單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。

2、單擊長(zhǎng)方體按鈕，輸入長(zhǎng)度10，寬度112，高度20，單擊確定按鈕。

3、單擊邊倒圓按鈕，在長(zhǎng)方體兩邊倒圓，半徑輸入10。

4、在一端建立凸臺(tái)，高度20，直徑10。

在另一端建立一個(gè)直徑20高度為5的圓柱體，在圓柱體上面建立凸臺(tái)，直徑10，高度15。

圖 3-17 連架桿2 3.4 連桿的三維造型

新建文件，系統(tǒng)彈出文件新建對(duì)話框，在名稱文本框中輸入名稱liangan，單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。

圖 3-18 新建對(duì)話框

單擊長(zhǎng)方體按鈕，輸入長(zhǎng)度10，寬度208，高度20，單擊確定。

圖 3-19 長(zhǎng)方體對(duì)話框

選擇邊倒圓按鈕，在兩邊倒圓，輸入半徑10。

圖 3-20 邊倒圓后的長(zhǎng)方體

在兩邊建立兩個(gè)直徑10的孔。

圖 3-21 連桿

第4章 四連桿的虛擬裝配

4.1 進(jìn)入裝配模塊

1．啟動(dòng)UG NX，新建一個(gè)文件。2．單擊【標(biāo)準(zhǔn)】工具欄中的配】命令，進(jìn)入裝配模塊。4.2 添加組件機(jī)架

在菜單欄中選擇【裝配】【組件】【添加組件】命令，或者單擊裝配工具欄中的按鈕，彈出【添加組件】對(duì)話框，如圖所示。單擊

按鈕，彈出【部

按鈕，按鈕，在彈出的下拉菜單中選擇【裝件名】對(duì)話框，根據(jù)組件的存放路徑選擇組件機(jī)架jijia.prt，單擊返回到【添加組件】對(duì)話框設(shè)置定位為“絕對(duì)原點(diǎn)”，單擊定位于原點(diǎn)，結(jié)果如圖所示。

按鈕，將實(shí)體

圖 4-1 添加組件對(duì)話框

圖4-2 添加機(jī)架

4.3 裝配連架桿1 以“配對(duì)”的定位方式打開(kāi)連架桿1組件lianjiagan1.prt，單擊鈕進(jìn)入配對(duì)條件對(duì)話框。

按

圖4-3 配對(duì)條件對(duì)話框

單擊配對(duì)按鈕面，單擊確定按鈕。

單擊按鈕選擇圖5-6所示的紅色的面，再選中如圖5-7所示的紅色的面，最后得到如圖5-8所示

選擇如圖5-4所示紅色的面，再選中如圖5-5所示紅色的單擊確定按鈕

圖 4-4裝配關(guān)系

圖 4-5裝配關(guān)系

圖 4-6裝配關(guān)系

圖 4-7裝配關(guān)系

圖 4-8 裝配連架桿1

4.4 裝配連架桿2 同裝配連架桿1，以“配對(duì)”方式打開(kāi)連架桿2組件lianjiagan2.prt，單擊按鈕，裝配結(jié)果如圖5-9所示。

圖 4-9 裝配連架桿2 4.5 裝配連桿

同裝配連架桿（1）/(2)一樣以“配對(duì)”方式打開(kāi)連桿組件liangan.prt，單擊按鈕，進(jìn)入配對(duì)條件對(duì)話框如圖所示，單擊配對(duì)類型里面的配對(duì)按鈕，選擇如圖5-11所示的紅色的面，再選中如圖5-12所示的紅色的面，單擊按鈕，再單擊中心

按鈕，選擇如圖5-13所示的紅色的面，再選中如

按鈕，再單擊

按鈕，選擇如圖5-15所按鈕，再單擊

按圖5-14所示的紅色的面，單擊示紅色的面，再選中如圖5-16所示紅色的面單擊鈕，得到最終裝配圖如圖5-17所示。

圖 4-10 “配對(duì)條件”對(duì)話框

圖 4-11裝配關(guān)系

圖 4-12裝配關(guān)系

圖 4-13裝配關(guān)系

圖 4-14裝配關(guān)系

圖 4-15裝配關(guān)系

圖 4-16裝配關(guān)系

圖 4-17 完成的裝配圖

第5章 四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真

四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，就是對(duì)機(jī)構(gòu)上的某點(diǎn)的位移、軌跡、速度、加速度進(jìn)行分析，根據(jù)原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求解出從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方法有很多，傳統(tǒng)的有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。

通過(guò)UG NX軟件，對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，通過(guò)預(yù)先給定尺，之后建立相應(yīng)的連桿、運(yùn)動(dòng)副及運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，對(duì)建立的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，給出構(gòu)件上某點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡及速度和加速度變化的規(guī)律曲線，用圖形和動(dòng)畫(huà)來(lái)模擬機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這是傳統(tǒng)的分析方法所不能比擬的。

運(yùn)動(dòng)仿真是基于時(shí)間的一種運(yùn)動(dòng)形式，即在指定的時(shí)間段中運(yùn)動(dòng)，UG的仿真分析過(guò)程分3個(gè)階段進(jìn)行：前處理(創(chuàng)建連桿、運(yùn)動(dòng)副和定義運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng))；求解(生成內(nèi)部數(shù)據(jù)文件)；后處理(分析處理數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成電影文件、圖表和報(bào)表文件)。5.1 新建仿真

打開(kāi)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器，在文件名上右擊新建仿真，選擇動(dòng)力學(xué)，單擊確定按鈕

圖 5-1 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器

圖 5-2 環(huán)境對(duì)話框

5.2 新建連桿

單擊按鈕，打開(kāi)新建連桿對(duì)話框，如圖所示

圖 5-3連桿對(duì)話框

選中連桿1，點(diǎn)擊桿loo2，再選中連桿3點(diǎn)擊建連桿loo4，最后單擊取消。

打開(kāi)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器

在運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器里面可以看到新建的四個(gè)連桿，在連桿4上面右擊選擇固定連桿，把連桿4設(shè)置成固定的。如圖所示

創(chuàng)建連桿loo1，再選中連桿2點(diǎn)擊

創(chuàng)建連桿loo3，再選中連桿4點(diǎn)擊

創(chuàng)建連

創(chuàng)

圖 5-4 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航器中顯示的連桿 圖 5-5 固定連桿loo4 5.3 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副

考慮到連桿與連桿之間考旋轉(zhuǎn)副連接均作，將建立4個(gè)運(yùn)動(dòng)副，其中有2個(gè)運(yùn)動(dòng)副固定，為了使4個(gè)連桿的運(yùn)動(dòng)有連貫性，必須在創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副時(shí)，在各連桿之間建立聯(lián)系，使各部件運(yùn)動(dòng)結(jié)成一個(gè)整體。

單擊打開(kāi)創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副對(duì)話框，如圖所示，選擇連桿1，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副指定

按鈕創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副。驅(qū)動(dòng)類型為恒定初速度為10單擊

圖 5-6 運(yùn)動(dòng)副對(duì)話框 圖 5-7 設(shè)置驅(qū)動(dòng)類型

選擇連桿2，在咬合連桿上打上勾，讓其咬合連桿1，如圖所示。單擊按鈕創(chuàng)建第二個(gè)運(yùn)動(dòng)副。

圖5-8 創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副對(duì)話框

選中連桿3，在咬合連桿上打上勾，讓你咬合連桿2。單擊建第三個(gè)運(yùn)動(dòng)副。

選中連桿3，在連桿3和連桿4咬合的中心建立旋轉(zhuǎn)副，如圖所示。單擊按鈕，創(chuàng)建第四個(gè)運(yùn)動(dòng)副。

按鈕，創(chuàng)

圖 5-9 運(yùn)動(dòng)副對(duì)話框 圖 5-10 解算方案對(duì)話框

單擊按按鈕進(jìn)行解算，設(shè)置時(shí)間為100，步數(shù)為100，勾選步數(shù)下的通過(guò)進(jìn)行解算，點(diǎn)擊確定進(jìn)行解算。

經(jīng)過(guò)解算，可對(duì)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真顯示及其相關(guān)的后處理，通過(guò)動(dòng)畫(huà)可以觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，并可以隨時(shí)暫停、倒退，選擇動(dòng)畫(huà)中的軌跡選項(xiàng)，可以觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，還可以生成指定標(biāo)記點(diǎn)的位移、速度、加速度等規(guī)律曲線。

第6章 四連桿的運(yùn)動(dòng)仿真分析

我們知道，連桿上轉(zhuǎn)動(dòng)副為周轉(zhuǎn)副的條件是：最短桿長(zhǎng)度+最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和≤其余兩桿長(zhǎng)度之和：組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿位最短桿。

分析：由預(yù)先給定的連桿長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，連桿1長(zhǎng)度+機(jī)架長(zhǎng)度≤其余兩桿長(zhǎng)度之和；所以轉(zhuǎn)動(dòng)副連桿1和機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副為周轉(zhuǎn)副，連桿1為曲柄，所以該機(jī)構(gòu)應(yīng)該為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)仿真可以看到連桿正如分析的一樣周轉(zhuǎn)起來(lái)，確實(shí)是個(gè)曲柄。6.1 運(yùn)動(dòng)副圖表分析

曲柄（連桿1）為原動(dòng)件，在其轉(zhuǎn)動(dòng)一周后，有兩次與連桿2共線，如圖所示。

這時(shí)搖桿（連桿3）分別處于兩個(gè)被稱為極位的位置，當(dāng)曲柄以等角速轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，搖桿將在兩個(gè)極位之間擺動(dòng)，而且較明顯地看到從一個(gè)極位到另一個(gè)極位要用的時(shí)間長(zhǎng)，這就是搖桿的急回特性。

擺桿角速度變化

為了用UG定量地說(shuō)明搖桿的急回特性，可以用UG中的Graphing功能，選定連桿2與連桿3構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)副，Y軸屬性請(qǐng)求選擇速度，分量選擇角度幅值，即表示角速度，接著點(diǎn)擊確定輸出圖標(biāo)，即可得出如圖7-3所示圖標(biāo)。從表可以知道，擺桿從曲柄和連桿重合位置到曲柄和連桿共線位置需要20s，從曲柄和連桿共線到曲柄和連桿重合需要16s，從時(shí)間上說(shuō)明了擺桿的急回特性。

圖 6-1擺桿角速度變化曲線

運(yùn)動(dòng)副1的分析

因?yàn)闄C(jī)架是固定不動(dòng)的，所以運(yùn)動(dòng)副1的角速度應(yīng)該為0，如圖所示

圖 6-2 機(jī)架的角速度的變化曲線

運(yùn)動(dòng)副2的分析

運(yùn)動(dòng)副2設(shè)置的是恒定角速度為10度/秒，由圖7-5所示可以看出其角速度為10度/秒

圖 6-3 曲柄的角速度變化曲線

運(yùn)動(dòng)副3的分析

圖 6-4 連桿的角速度變化曲線

運(yùn)動(dòng)副5的分析

圖 6-5 擺桿角速度變化曲線

從表可以知道，擺桿從曲柄和連桿重合位置到曲柄和連桿共線位置需要20s，從曲柄和連桿共線到曲柄和連桿重合需要16s，從時(shí)間上說(shuō)明了擺桿的急回特性。6.2 死點(diǎn)位置

當(dāng)搖桿為主動(dòng)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，在如圖所示的兩個(gè)位置會(huì)出現(xiàn)不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)的“頂死”現(xiàn)象，機(jī)構(gòu)的這種位置稱為死點(diǎn)。在一些運(yùn)動(dòng)中我們應(yīng)盡量避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，為了使機(jī)構(gòu)能順利地通過(guò)死點(diǎn)而正常運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采取組合機(jī)構(gòu)或者采用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機(jī)構(gòu)闖過(guò)死點(diǎn)。

圖 6-6 曲柄與連桿重合

圖 6-7 曲柄與連桿共線

結(jié) 論

本課題介紹了四連桿的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真，給出了用UG建模的步驟和仿真分析的結(jié)果。

四連桿機(jī)構(gòu)雖是個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)，但在生活中卻很常見(jiàn)，所以我們要熟悉其原理，特性。基本形式，以便在合適的場(chǎng)合使用它。

總體來(lái)說(shuō)，最重要的是在本課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中我學(xué)到了很多知識(shí)，從中受益匪淺。了解了UG軟件的基本建模方法，對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)有了更深入的理解和掌握。這些對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作都會(huì)有很大幫助的。

致 謝

首先感謝老師，在老師的指導(dǎo)、幫助下，我才能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。還要同班的兄弟們?cè)谖业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)于目錄的插入給我很大的幫助，衷心感謝他們。

感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)中幫助過(guò)我的所有同學(xué)和師兄師姐們。

參考文獻(xiàn)

[1]濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社 2008.[2]孫恒 陳作模 機(jī)械原理 北京：高等教育出版社.2007 [3]胡仁喜 康士廷 劉昌麗 UG NX5.0中文版從入門(mén)到精通 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2005 [4]于興之 朱敬超 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 武漢：武漢理工大學(xué)出版社2008 [5]屈福康 李勇峰 蔡凱武 模具CAD/CAM(UG)北京：清華大學(xué)出版社 2009 [6]江洪 康瑛石 吳冬俊 UG NX 5.0基礎(chǔ) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2010 [7]劉家平機(jī)械制圖 北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社2008 [8]羅忠輝 黃世慶 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 北京：中國(guó)人民大學(xué)出版社2005

[9]李懷剛 王偉 計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2009 [10]鄭祖斌 通用機(jī)械設(shè)備 北京：機(jī)械工業(yè)出版社2010