第一篇：第1講四連桿機構(gòu)運動仿真[模版]

第1講 四連桿機構(gòu)運動仿真

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PROE軟件，點擊'文件'，選擇‘新建’，有如下對話框彈出（如圖3所示），在類型項選擇‘組件’，子類型項選擇‘設(shè)計’，名稱改為‘2009109120’，不使用缺省模板，點擊‘確定’。有下對話框彈出（如圖4所示），在模板中選擇‘mmns-asm-design’，直接點擊‘確定’開始進入制圖過程。

圖3 新建組件

圖4 選擇單位

二、裝配文件 1.機架的放置

（1）進入PROE的主界面，點擊右下角圖標(biāo)‘動仿真四連桿中1ground.prt，單擊打開。

’，有如下對話框彈出（如圖5所示），選擇運

圖5 載入文件

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

’，如圖6所示。

圖6 機架1（2）再點擊右下角圖標(biāo)‘

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

圖7 機架2 用鼠標(biāo)左鍵選擇兩平面對齊，如圖8所示。

圖8平面對齊

在選擇兩側(cè)面對齊，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?！谶\動仿真四連桿中選擇‘2-crank-prt'，單擊‘打開’。在主界面出，在用戶定

’，在操作區(qū)中選擇曲柄的軸線與機座的軸線重合，圖10 曲柄面匹配

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

’，和‘

’，完

圖11 軸對齊

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

’把第4搖桿與另一機座的軸線重合連結(jié)，如圖

圖12 軸對齊

再將該搖桿與機座的端面配對連結(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 在右下角點擊圖標(biāo)‘’在運動仿真四連桿中選擇“3connectingrod.prt”，單擊‘打開’，進

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軸對齊

再將連桿與曲柄的端面配對連結(jié)（如圖16所示）

圖16 面匹配

在任務(wù)欄中點擊‘放置’出現(xiàn)新的對話框，如圖17所示。

圖17 放置 點擊‘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 新建軸對齊

再將連桿與搖桿的兩端面配對連結(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.運動與仿真 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 選擇機構(gòu)菜單

（2）選擇單擊‘機構(gòu)’，左下角出現(xiàn)新的對話框，如圖22所示。

圖22 電動機

單擊‘’，單選擇并點擊‘

’，單擊右鍵，彈出‘

’，并點擊新建出現(xiàn)新的對話框，如圖23所示。

圖23 運動軸選擇 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.運動仿真 在左下角單擊‘

’點擊鼠標(biāo)右鍵彈出新建點擊，出現(xiàn)新的對話框，如圖25所示。在類型中選擇‘運動學(xué)’，在‘終止時間’輸入5，在‘最小間隔’輸入0.02.單擊‘確定’，完成機構(gòu)運動步驟。

圖25 分析定義 3.結(jié)果回放與輸出 點擊左下角‘

’彈出對話框，如圖26所示。

圖26 動畫

單擊‘27和28所示?！汀?/p>

’控制機構(gòu)的起停，得到兩種不同狀態(tài)的圖形，如圖

圖27 機構(gòu)運動狀態(tài)

圖28機構(gòu)運動狀態(tài) 4.測量與記錄 點擊右下角圖標(biāo)‘’彈出對話框，如圖29所示。

圖29 測量結(jié)果

點擊測量處‘’，彈出新的對話框，如圖30所示。

圖30 測量定義 圖31運動軸

在類型欄中選擇‘速度’，點運動軸選擇組件中一運動軸，如圖31所示。同理點擊‘34所示。

’，都選擇‘速度’項分別對組件圖中另三處連結(jié)點分析，如圖

32、圖33和圖

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

按住CTRL鍵，對4個measure全選，并單

圖35 運動學(xué)圖形

四、保存退出

點擊【文件】/【保存】完成本次仿真。點擊【文件】/【退出】退出pro/e。

第二篇：四連桿機構(gòu)運動與仿真 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）

題 目： 四連桿機構(gòu)運動與仿真 系 部： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 14機電15班 指導(dǎo)教師： 田軍 姓 名： 周云鵬

目錄

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

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

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

3.1 機架的三維造型............................................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 進入裝配模塊..............................................19 4.2 添加組件機架..............................................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 四連桿機構(gòu)的運動仿真.....................................26

5.1 新建仿真..................................................26 5.2 新建連桿..................................................27 5.3 創(chuàng)建運動副................................................28 第6章 四連桿的運動仿真分析.....................................31

6.1 運動副圖表分析............................................31 6.2 死點位置..................................................34

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

摘要

四連桿機構(gòu)是由低副（轉(zhuǎn)動副）聯(lián)接而成的機構(gòu)，其主要特點是：由于低副為面接觸，壓強低、磨損量少，而且構(gòu)成運動副的表面是圓柱面或，制造方便，容易獲得較高精度；又由于這類機構(gòu)容易實現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動、移動及其轉(zhuǎn)換，所以獲得廣泛應(yīng)用。

本課題詳細的介紹了四桿機構(gòu)的基本形式、鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化、四桿機構(gòu)的基本特性，以及使用UG對四連桿機構(gòu)進

行三維造型、虛擬裝配及運動仿真的方法。

關(guān)鍵字： 四連桿 裝配 仿真

第1章 連桿機構(gòu)

1.1 四桿機構(gòu)的基本形式

鉸鏈四桿機構(gòu)

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)件作為機架之后，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。在鉸鏈四桿機構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動，有的則不能，兩構(gòu)件的相對回轉(zhuǎn)角為360 o的轉(zhuǎn)動副稱為整轉(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，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機構(gòu)，雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。

曲柄搖桿機構(gòu)

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

圖 1-1 鉸鏈四桿機構(gòu)

(2)雙曲柄機構(gòu)

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

圖1-2平行四邊形機構(gòu) 圖 1-3 雙搖桿機構(gòu)

雙搖桿機構(gòu)

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

圖 1-4 雙搖桿機構(gòu) 圖1-5 鶴式起重機

1.2 鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動，有的則不能。兩構(gòu)件的相對回轉(zhuǎn)角為360o的轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副的存在條件是曲柄存在的必要條件，而鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個曲柄，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——長度條件

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

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

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

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

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

c．若取對短構(gòu)件對面的構(gòu)件作為機架，則該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。②當(dāng)對短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和大于其余兩構(gòu)件長度之和時，則不論取那個構(gòu)件作為機架，機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。1.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

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

（1）曲柄滑塊機構(gòu)

在如圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)曲柄1繞軸A轉(zhuǎn)動時，鉸鏈C將往復(fù)擺動。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，顯然其運動性質(zhì)并未發(fā)生改變；但此時鉸鏈四桿機構(gòu)已演化為曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機構(gòu)。于是鉸鏈四桿機構(gòu)將變?yōu)槌Ｒ姷那瑝K機構(gòu)。

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

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

曲柄滑塊機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動之間的運動轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和自動送料機等機械設(shè)備中。

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

圖 1-6 四連桿機構(gòu)的演化

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

（2）定塊機構(gòu)

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

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

（4）導(dǎo)桿機構(gòu)

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

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

連桿機構(gòu)機傳動特點

1.連桿機構(gòu)中的運動副一般均為低副，因為低副兩元素為面接觸，故在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強較小，可以承受較大的載荷，而且?guī)缀涡螤詈唵伪阌诩庸ぶ圃臁?/p>

2.在連桿機構(gòu)中，但原動件以同樣的運動規(guī)律運動時，如果改變各構(gòu)件的相對長度關(guān)系，便可使從動件得到不同的運動規(guī)律。

3.在連桿機構(gòu)中，連桿上不同點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)件相對長度關(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滿足不同軌跡的要求。

4．連桿機構(gòu)還可以方便的用來達到增力、擴大行程和實現(xiàn)較遠距離的傳動等目的。

第2章 四桿機構(gòu)的基本特性

2.1 四桿機構(gòu)的極位

曲柄搖桿機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件作整周連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動件做往復(fù)擺動或往復(fù)移動的左右兩個極限位置稱為極位。2.2 四桿機構(gòu)從動件的急回特性

如圖示,四桿機構(gòu)從動件的回程所用時間小于工作行程所用的時間，稱為該機構(gòu)急回特性。

圖 2-1 曲柄搖桿機構(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—— 從動搖桿位于兩極限位置時，原動件兩位置所夾銳角。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間，提高工作效率。2.3 連桿機構(gòu)的傳力特性

傳動角與壓力角：如圖示在機構(gòu)處于某一定位置時，從動件上作用力與作用點絕對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）作為機構(gòu)的傳力特性參數(shù)，故稱為傳動角。

在四桿機構(gòu)運動過程中，壓力角和傳動角是變化的，為使機構(gòu)具有良好的傳力特性應(yīng)使壓力角越小越好，傳動角越大越好。

通常規(guī)定： αmax ≤ [α] —— 許用壓力角

或 γmin ≤ [γ] —— 許用傳動角

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

圖 2-2 連桿機構(gòu)的傳力特性

2.4 死點位置

當(dāng)機構(gòu)在運動過程中，出現(xiàn)傳動角為零時（或壓力角為90°），由于Pt = 0，則無論P力多大，均不能驅(qū)動從動件運動。這種“頂死”的現(xiàn)象稱為機構(gòu)的死點位置。死點出現(xiàn)在兩類機構(gòu)中:(1)曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)中，作往復(fù)運動的構(gòu)件為主動件時，曲柄與連桿共線位置會出現(xiàn)死點。

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

第3章 四連桿的三維造型

3.1 機架的三維造型

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

圖 3-1 新建對話框

單擊長方體按鈕輸入長度10，寬度288，高度20。

圖3-2 特征工具欄

圖3-3 長方體對話框

圖3-4 新建長方體

選擇邊倒圓按鈕，輸入半徑10，在長方體兩邊倒圓。

圖 3-5 特征操作工具欄

圖 3-6 邊倒圓對話框

圖 3-7邊倒圓后的長方體

選擇圓柱體按鈕，在長方體兩邊建立兩個圓柱凸臺，輸入高度5，圓的直徑20

圖 3-8 圓柱對話框

圖 3-9 在兩端加圓柱體凸臺

選擇圓柱體按鈕，在凸臺上建立兩個圓形孔。

圖 3-10 機架

3.2 連架桿1的三維造型

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

圖 3-11 新建對話框

單擊長方體按鈕，輸入長度10，寬度200，高度20，單擊確定按鈕。

圖 3-12 長方體對話框

單擊邊倒圓按鈕，在長方體兩邊倒圓，半徑輸入10。

圖 3-13 邊倒圓后的長方體

在一端建立凸臺，高度20，直徑10。如圖4-14

圖 3-14在一端建立凸臺

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

圖 3-15建立凸臺

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)彈出文件新建對話框。在名稱文本框中輸入文件名稱lianjiagan；單擊確定，進入建模環(huán)境。

2、單擊長方體按鈕，輸入長度10，寬度112，高度20，單擊確定按鈕。

3、單擊邊倒圓按鈕，在長方體兩邊倒圓，半徑輸入10。

4、在一端建立凸臺，高度20，直徑10。

在另一端建立一個直徑20高度為5的圓柱體，在圓柱體上面建立凸臺，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)彈出文件新建對話框，在名稱文本框中輸入名稱liangan，單擊確定，進入建模環(huán)境。

圖 3-18 新建對話框

單擊長方體按鈕，輸入長度10，寬度208，高度20，單擊確定。

圖 3-19 長方體對話框

選擇邊倒圓按鈕，在兩邊倒圓，輸入半徑10。

圖 3-20 邊倒圓后的長方體

在兩邊建立兩個直徑10的孔。

圖 3-21 連桿

第4章 四連桿的虛擬裝配

4.1 進入裝配模塊

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

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】對話框，根據(jù)組件的存放路徑選擇組件機架jijia.prt，單擊返回到【添加組件】對話框設(shè)置定位為“絕對原點”，單擊定位于原點，結(jié)果如圖所示。

按鈕，將實體

圖 4-1 添加組件對話框

圖4-2 添加機架

4.3 裝配連架桿1 以“配對”的定位方式打開連架桿1組件lianjiagan1.prt，單擊鈕進入配對條件對話框。

按

圖4-3 配對條件對話框

單擊配對按鈕面，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”方式打開連架桿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”方式打開連桿組件liangan.prt，單擊按鈕，進入配對條件對話框如圖所示，單擊配對類型里面的配對按鈕，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 “配對條件”對話框

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 四連桿機構(gòu)的運動仿真

四連桿機構(gòu)的運動分析，就是對機構(gòu)上的某點的位移、軌跡、速度、加速度進行分析，根據(jù)原動件的運動規(guī)律，求解出從動件的運動規(guī)律。四連桿機構(gòu)的運動設(shè)計方法有很多，傳統(tǒng)的有圖解法、解析法和實驗法。

通過UG NX軟件，對四連桿機構(gòu)進行三維建模，通過預(yù)先給定尺，之后建立相應(yīng)的連桿、運動副及運動驅(qū)動，對建立的運動模型進行運動學(xué)分析，給出構(gòu)件上某點的運動軌跡及速度和加速度變化的規(guī)律曲線，用圖形和動畫來模擬機構(gòu)的實際運動過程，這是傳統(tǒng)的分析方法所不能比擬的。

運動仿真是基于時間的一種運動形式，即在指定的時間段中運動，UG的仿真分析過程分3個階段進行：前處理(創(chuàng)建連桿、運動副和定義運動驅(qū)動)；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、圖表和報表文件)。5.1 新建仿真

打開運動導(dǎo)航器，在文件名上右擊新建仿真，選擇動力學(xué)，單擊確定按鈕

圖 5-1 運動導(dǎo)航器

圖 5-2 環(huán)境對話框

5.2 新建連桿

單擊按鈕，打開新建連桿對話框，如圖所示

圖 5-3連桿對話框

選中連桿1，點擊桿loo2，再選中連桿3點擊建連桿loo4，最后單擊取消。

打開運動導(dǎo)航器

在運動導(dǎo)航器里面可以看到新建的四個連桿，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點擊

創(chuàng)建連桿loo3，再選中連桿4點擊

創(chuàng)建連

創(chuàng)

圖 5-4 運動導(dǎo)航器中顯示的連桿 圖 5-5 固定連桿loo4 5.3 創(chuàng)建運動副

考慮到連桿與連桿之間考旋轉(zhuǎn)副連接均作，將建立4個運動副，其中有2個運動副固定，為了使4個連桿的運動有連貫性，必須在創(chuàng)建運動副時，在各連桿之間建立聯(lián)系，使各部件運動結(jié)成一個整體。

單擊打開創(chuàng)建運動副對話框，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)動類型為恒定初速度為10單擊

圖 5-6 運動副對話框 圖 5-7 設(shè)置驅(qū)動類型

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)建第二個運動副。

圖5-8 創(chuàng)建運動副對話框

選中連桿3，在咬合連桿上打上勾，讓你咬合連桿2。單擊建第三個運動副。

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)建第四個運動副。

按鈕，創(chuàng)

圖 5-9 運動副對話框 圖 5-10 解算方案對話框

單擊按按鈕進行解算，設(shè)置時間為100，步數(shù)為100，勾選步數(shù)下的通過進行解算，點擊確定進行解算。

經(jīng)過解算，可對四桿機構(gòu)進行運動仿真顯示及其相關(guān)的后處理，通過動畫可以觀察機構(gòu)的運動過程，并可以隨時暫停、倒退，選擇動畫中的軌跡選項，可以觀察機構(gòu)的運動過程，還可以生成指定標(biāo)記點的位移、速度、加速度等規(guī)律曲線。

第6章 四連桿的運動仿真分析

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

分析：由預(yù)先給定的連桿長度數(shù)據(jù)，連桿1長度+機架長度≤其余兩桿長度之和；所以轉(zhuǎn)動副連桿1和機架之間的轉(zhuǎn)動副為周轉(zhuǎn)副，連桿1為曲柄，所以該機構(gòu)應(yīng)該為曲柄搖桿機構(gòu)。點擊運動仿真可以看到連桿正如分析的一樣周轉(zhuǎn)起來，確實是個曲柄。6.1 運動副圖表分析

曲柄（連桿1）為原動件，在其轉(zhuǎn)動一周后，有兩次與連桿2共線，如圖所示。

這時搖桿（連桿3）分別處于兩個被稱為極位的位置，當(dāng)曲柄以等角速轉(zhuǎn)動一周時，搖桿將在兩個極位之間擺動，而且較明顯地看到從一個極位到另一個極位要用的時間長，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軸屬性請求選擇速度，分量選擇角度幅值，即表示角速度，接著點擊確定輸出圖標(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，從時間上說明了擺桿的急回特性。

圖 6-1擺桿角速度變化曲線

運動副1的分析

因為機架是固定不動的，所以運動副1的角速度應(yīng)該為0，如圖所示

圖 6-2 機架的角速度的變化曲線

運動副2的分析

運動副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

運動副3的分析

圖 6-4 連桿的角速度變化曲線

運動副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，從時間上說明了擺桿的急回特性。6.2 死點位置

當(dāng)搖桿為主動件進行運動分析時，在如圖所示的兩個位置會出現(xiàn)不能使曲柄轉(zhuǎn)動的“頂死”現(xiàn)象，機構(gòu)的這種位置稱為死點。在一些運動中我們應(yīng)盡量避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，為了使機構(gòu)能順利地通過死點而正常運轉(zhuǎn)，可以采取組合機構(gòu)或者采用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構(gòu)闖過死點。

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)計及運動仿真，給出了用UG建模的步驟和仿真分析的結(jié)果。

四連桿機構(gòu)雖是個簡單的機構(gòu)，但在生活中卻很常見，所以我們要熟悉其原理，特性?；拘问?，以便在合適的場合使用它。

總體來說，最重要的是在本課題的設(shè)計過程中我學(xué)到了很多知識，從中受益匪淺。了解了UG軟件的基本建模方法，對四連桿機構(gòu)有了更深入的理解和掌握。這些對我今后的學(xué)習(xí)和工作都會有很大幫助的。

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。還要同班的兄弟們在我的畢業(yè)設(shè)計中對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)計中幫助過我的所有同學(xué)和師兄師姐們。

參考文獻

[1]濮良貴 紀(jì)名剛 機械設(shè)計 北京：高等教育出版社 2008.[2]孫恒 陳作模 機械原理 北京：高等教育出版社.2007 [3]胡仁喜 康士廷 劉昌麗 UG NX5.0中文版從入門到精通 北京：機械工業(yè)出版社 2005 [4]于興之 朱敬超 機械設(shè)計基礎(chǔ) 武漢：武漢理工大學(xué)出版社2008 [5]屈?？?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：機械工業(yè)出版社2010 [7]劉家平機械制圖 北京：中國人民大學(xué)出版社2008 [8]羅忠輝 黃世慶 機械設(shè)計與制造 北京：中國人民大學(xué)出版社2005

[9]李懷剛 王偉 計算機應(yīng)用基礎(chǔ) 北京：機械工業(yè)出版社2009 [10]鄭祖斌 通用機械設(shè)備 北京：機械工業(yè)出版社2010

第三篇：四連桿機構(gòu)運動分析

游梁式抽油機是以游梁支點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活動桿所構(gòu)成的四連結(jié)構(gòu)。1.1四連桿機構(gòu)運動分析：

圖1

復(fù)數(shù)矢量法：

為了對機構(gòu)進行運動分析，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，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)式中負號對應(yīng)的四連桿機構(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。而通過圖形3分析，我們得到OA的角度???3?因此懸點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的運動規(guī)律，我們對四連結(jié)構(gòu)進行簡化，可采用簡諧運動、曲柄滑塊結(jié)構(gòu)進行研究。

1.2 簡化為簡諧運動時的懸點運動規(guī)律

一般我們認為曲柄半徑|O’D|比連桿長度|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，游梁和連桿的連接點B的運動可以看為簡諧運動，即認為B點的運動規(guī)律和D點做圓周運動時在垂直中心線上的投影的運動規(guī)律相同。則B點經(jīng)過時間t時的位移sB為

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

?曲柄角速度； t時間。

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

?A?A點的加速度為

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

圖4

圖5

圖6

1.3 簡化為曲柄滑塊結(jié)構(gòu)的選點運動規(guī)律

由于簡諧運動只能在不太精確的近似計算和分析中應(yīng)用，而在實際中抽油機的曲柄/桿長值不能忽略不計，特別是沖程長度較大時，忽略會引起很大誤差。把B點繞游梁支點的弧線運動看做直線運動，則四桿運動可被簡化為圖所示的曲柄滑塊運動。

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

B點在任意時刻的位移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|通過轉(zhuǎn)化分析，我們得到B點的位移：

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是波動速度英尺/秒；

c是阻尼系數(shù)，1/秒； t是時間，單位是秒；

x是在無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

?無因次阻尼；

L?x1?x2?...xm桿的總長度(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抽運周期；

A1,A2,...,An每個桿的面積； x1,x2,...,xm桿的區(qū)間長度；

S桿的負載。

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)動態(tài)光桿負載函數(shù)； L(?t)總負載函數(shù)；

Wr流動的桿重；

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對于一個數(shù)學(xué)例子，?是個離散變量

采用簡單的標(biāo)記

我們可以用梯形公式寫出

?????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??

通過上述方程我們得到

kn??n?n??n?n,n?1,2,3,...2EA(?n??n2)?n?通過上面一系列的推導(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，泵的位移和負載用下列公式計算

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?上沖程懸點靜載荷

由于游動閥關(guān)閉，懸點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

上沖程時的沉沒壓力導(dǎo)致井內(nèi)液體流入泵中，此時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沉沒壓力，kpa；

?pr流體通過泵入口設(shè)備產(chǎn)生的壓力降，m。

將以上三個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

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

Wup?Wr'?WL'

下沖程懸點載荷

下沖程時，游動閥打開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。而液柱荷載通過固定閥作用在油管上，不作用在懸點上。所以下沖程懸點載荷為：

Wdown?Wr'?ptAr

迭代計算

通過分析我們知道，計算阻尼系數(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問題，首先，先給一個任選一個初值c0，根據(jù)c0求泵功圖，再用式子求c0。

第四篇：基于UG的平面四連桿機構(gòu)運動與仿真

畢業(yè)設(shè)計論文

題目: 基于UG的平面四連桿機構(gòu)設(shè)計及運動仿真

專業(yè)名稱 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 畢業(yè)時間

機電設(shè)備維修與管理

李小軍 季祥 2011年7月

畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書

指導(dǎo)教師：季祥

一、設(shè)計題目用

基于UG的空間四連桿機構(gòu)設(shè)計及運動仿真

二、設(shè)計的目的

1）掌握UG的基本使用方法。

2）掌握四連桿機構(gòu)的特點及虛擬裝配的方法。3）掌握UG中運動仿真的方法。

三、設(shè)計要求

1）平面四連桿機構(gòu)的三維造型。2）平面四連桿機構(gòu)的虛擬裝配

3）UG中平面四連桿機構(gòu)的運動仿真。4）仿真結(jié)果的分析

四、完成的任務(wù)

要求說明詳細，字跡工整，原理正確，圖紙規(guī)范，圖形清晰，符號標(biāo)準(zhǔn)，線條均勻。

（1）設(shè)計與繪制平面四連桿機構(gòu)，建立運動仿真的模型。（2）畢業(yè)設(shè)計說明書（8000以上）1）設(shè)計題目

2）四連桿機構(gòu)原理說明

3）四連桿機構(gòu)的三維造型設(shè)計及虛擬裝配 4）UG的四連桿運動仿真 5）設(shè)計總結(jié)及改進意見 6）主要參考資料

五、參考文獻

機械設(shè)計

高等教育出版社 主編

濮良貴 紀(jì)名剛 機械原理

高等教育出版社 主編

孫恒 陳作模

UG NX5.0中文版從入門到精通

機械工業(yè)出版社 主編

胡仁喜、康士廷、劉昌麗

目錄

摘要..........................................................................................................4 第1章 緒論............................................................................................5

1.1 UG NX5的功能模塊.............................................................5

1.1.1 UG NX5用戶界面......................................................5 1.1.2主要功能.........................................................................6 1.2 UG NX5的工作環(huán)境.............................................................9 1.3 產(chǎn)品設(shè)計的一般過程...........................................................12 1.4 三維造型設(shè)計步驟...............................................................13 第二章平面連桿機構(gòu)..........................................................................15

2.1 平面四桿機構(gòu)的基本形式...................................................15 2.2 鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件.......................................16 2.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化.............................................................17 第三章平面四桿機構(gòu)的基本特性......................................................20

3.1 四桿機構(gòu)的極位...................................................................20 3.2 四桿機構(gòu)從動件的急回特性...............................................20 3.3 平面連桿機構(gòu)的傳力特性...................................................20 3.4 死點位置...............................................................................21 第四章 四連桿的三維造型..................................................................22

4.1 機架的三維造型...................................................................22 4.2 連架桿1的三維造型...........................................................26 4.3 連架桿2的三維造型...........................................................28 4.4 連桿的三維造型...................................................................28 第五章 四連桿的虛擬裝配..................................................................31

5.1 進入裝配模塊.......................................................................31

5.2 添加組件機架.......................................................................31 5.3 裝配連架桿1........................................................................32 5.4 裝配連架桿2........................................................................34 5.5 裝配連桿...............................................................................35 第六章

平面四連桿機構(gòu)的運動仿真................................................40

6.1 新建仿真...............................................................................40 6.2 新建連桿...............................................................................41 6.3 創(chuàng)建運動副...........................................................................43 第七章

平面四連桿的運動仿真分析................................................46

7.1 運動副圖表分析...................................................................46 7.2 死點位置...............................................................................49 結(jié)

論....................................................................................................51 致

謝....................................................................................................52 參考文獻................................................................................................53

摘要

UG NX是集CADCAECAM于一體的三維參數(shù)化軟件，也是當(dāng)今世界最先進的設(shè)計軟件，它廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機械電子等工程領(lǐng)域。還有在系統(tǒng)創(chuàng)新、工業(yè)設(shè)計造型、無約束設(shè)計、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、工程圖設(shè)計等方面的功能。

平面四連桿機構(gòu)是由低副（轉(zhuǎn)動副）聯(lián)接而成的機構(gòu)，其主要特點是：由于低副為面接觸，壓強低、磨損量少，而且構(gòu)成運動副的表面是圓柱面或平面，制造方便，容易獲得較高精度；又由于這類機構(gòu)容易實現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動、移動及其轉(zhuǎn)換，所以獲得廣泛應(yīng)用。

本課題詳細的介紹了UG NX的功能模塊、工作環(huán)境、產(chǎn)品設(shè)計的一般過程、三維造型設(shè)計步驟；平面四桿機構(gòu)的基本形式、鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件、鉸鏈四桿機構(gòu)的演化、平面四桿機構(gòu)的基本特性，以及使用UG對平面四連桿機構(gòu)進行三維造型、虛擬裝配及運動仿真的方法。

關(guān)鍵字：

UG 四連桿

裝配

仿真

第1章 緒論

UG NX是Unigraphics Solutions公司推出的CAD/CAM/CAE于一體的三維參數(shù)化設(shè)計軟件，在汽車、交通、航空航天、日用消費品、通用機械及電子工業(yè)等工程設(shè)計領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。

1.1 UG NX5的功能模塊

1.1.1 UG NX5用戶界面

圖 1-1 UG的用戶界面

圖 1-2 建模工作窗口

1.1.2主要功能

UG NX5軟件是由多個模塊組成的，主要包括CAD、CAM、CAE、注塑模、鈑金件、Web、管路應(yīng)用、質(zhì)量工程應(yīng)用、逆向工程等應(yīng)用模塊，其中每個功能模塊都以Gateway環(huán)境為基礎(chǔ)，它們之間既有聯(lián)系又相互獨立。

UG/Gateway UG/Gateway為所有UG NX產(chǎn)品提供了一個一致的、基于Motif的進入捷徑，是用戶打開NX進入的第一個應(yīng)用模塊。Gateway是執(zhí)行其他交互應(yīng)用模塊的先決條件，該模塊為UG NX5的其他模塊運行提供了底層統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫支持和一個圖形交互環(huán)境。它支持打開已保存的部件文件、建立新的部件文件、繪制工程圖以及輸入輸出不同格式的文件等操作，也提供圖層控制、視圖定義和屏幕布局、表達式和特征查詢、對 6

象信息和分析、顯示控制和隱藏/再現(xiàn)對象等操作。

CAD模塊 1．實體建模

實體建模是集成了基于約束的特征建模和顯性幾何建模兩種方法，提供符合建模的方案，使用戶能夠方便地建立二維和三維線框模型、掃描和旋轉(zhuǎn)實體、布爾運算及其表達式。實體建模是特征建模和自由形狀建模的必要基礎(chǔ)。

2．特征建模

UG特征建模模塊提供了對建立和編輯標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計特征的支持，常用的特征建模方法包括圓柱、圓錐、球、圓臺、凸墊及孔、鍵槽、腔體、倒圓角、倒角等。為了基于尺寸和位置的尺寸驅(qū)動編輯、參數(shù)化定義特征，特征可以相對于任何其他特征或?qū)ο蠖ㄎ?，也可以被引用?fù)制，以建立特征的相關(guān)集。

3．自由形狀建模

UG自由形狀建模擁有設(shè)計高級的自由形狀外形、支持復(fù)雜曲面和實體模型的創(chuàng)建。它是實體建模和曲面建模技術(shù)功能的合并，包括沿曲線的掃描，用一般二次曲線創(chuàng)建二次曲面體，在兩個或更多的實體間用橋接的方法建立光滑曲面。還可以采用逆向工程，通過曲線/點網(wǎng)格定義曲面，通過點擬合建立模型。還可以通過修改曲線參數(shù)，或通過引入數(shù)學(xué)方程控制、編輯模型。

4．工程制圖

UG工程制圖模塊是以實體模型自動生成平面工程圖，也可以利用曲線功能繪制平面工程圖。在模型改變時，工程圖將被自動更新。制圖模塊提供自動的視圖布局（包括基本視圖、剖視圖、向視圖和細節(jié)視圖等），可以自動、手動尺寸標(biāo)注，自動繪制剖面線、形位公差和表面粗糙

度標(biāo)注等。利用裝配模塊創(chuàng)建的裝配信息可以方便地建立裝配圖，包括快速地建立裝配圖剖視、爆炸圖等。

5．裝配建模

UG裝配建模是用于產(chǎn)品的模擬裝配，支持“由底向上”和“由頂向下”的裝配方法。裝配建模的主模型可以在總裝配的上下文中設(shè)計和編輯，組件以邏輯對齊、貼合和偏移等方式被靈活地配對或定位，改進了性能和減少存儲的需求。參數(shù)化的裝配建模提供為描述組件間配對關(guān)系和為規(guī)定共同創(chuàng)建的緊固件組和共享，使產(chǎn)品開發(fā)并行工作。

MoldWizard模塊

MoldWizard是UGS公司提供的運行在Unigraphics NX軟件基礎(chǔ)上的一個智能化、參數(shù)化的注塑模具設(shè)計模塊。MoldWizard為產(chǎn)品的分型、型腔、型芯、滑塊、嵌件、推桿、鑲塊、復(fù)雜型芯或型腔輪廓創(chuàng)建電火花加工的電極及模具的模架、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等提供了方便的設(shè)計途徑，最終可以生成與產(chǎn)品參數(shù)相關(guān)的、可用于數(shù)控加工的三維模具模型。

CAM模塊

UG/CAM模塊是UG NX的計算機輔助制造模塊，該模塊提供了對NC加工的CLSFS建立與編輯，提供了包括銑、多軸銑、車、線切割、鈑金等加工方法的交互操作，還具有圖形后置處理和機床數(shù)據(jù)文件生成器的支持。同時又提供了制造資源管理系統(tǒng)、切削仿真、圖形刀軌編輯器、機床仿真等加工或輔助加工。

產(chǎn)品分析模塊

UG產(chǎn)品分析模塊集成了有限元分析的功能，可用于對產(chǎn)品模型進行受力、受熱后的變形分析，可以建立有限元模型、對模型進行分析和對分析后的結(jié)果進行處理。提供線性靜力、線性屈服分析、模擬分析和

穩(wěn)態(tài)分析。運動分析模塊用于對簡化的產(chǎn)品模型進行運動分析?？梢赃M行機構(gòu)連接設(shè)計和機構(gòu)綜合，建立產(chǎn)品的仿真，利用交互式運動模式同時控制5個運動副，設(shè)計出包含任意關(guān)于注塑模中對熔化的塑料進行流動分析，以多種格式表達分析結(jié)果。注塑模流動分析模塊用于注塑模中對熔化的塑料進行流動分析。具有前處理、解算和后處理的能力，提供強大的在線求解器和完整的材料數(shù)據(jù)庫。

1.2 UG NX5的工作環(huán)境

在初始界面中，單擊【標(biāo)準(zhǔn)】工具欄中的【新建】按鈕，或者選擇【文件】/【新建】選項，系統(tǒng)將彈出如圖1-1所示的【文件新建】對話框。

圖1-3 【文件新建】對話框

該對話框提供了3個選項卡：模型、圖紙和仿真。用戶可以根據(jù)需要選擇對應(yīng)的模板。首先選擇“模型”選項卡中的“模型”模板，然后在“新文件名”組框中的“名稱”文本框中輸入新文件名（UG NX5要求存盤目錄和文件名必須是英文字符），在“文件夾”文本框中選擇文件保存目錄，最后單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)將彈出如圖1-2所示的NX5基

本界面。

圖1-4 UG的基本界面

NX5基本界面主要由標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、繪圖區(qū)、坐標(biāo)系圖標(biāo)、提示欄、狀態(tài)欄和資源導(dǎo)航器等部分組成。

1．標(biāo)題欄

標(biāo)題欄位于UG NX5用戶界面的最上方，用來顯示軟件名稱及版本號，以及當(dāng)前的模塊和文件名等信息，如果對部件已經(jīng)做了修改，但還沒進行保存，其后面還會顯示“修改的”提示信息。

2．菜單欄

菜單欄位于標(biāo)題欄的下方，包括了該軟件的主要功能，每一項對應(yīng)一個UG NX5的功能類別。它們分別是文件、編輯、視圖、插入、格式、工具、裝配、信息、分析、首選項、窗口和幫助。每個菜單標(biāo)題提供一個下拉式選項菜單，菜單中會顯示所有與該功能有關(guān)的命令選項。

3．工具欄

UG NX5有很多工具欄的選擇，當(dāng)啟動默認設(shè)置時，系統(tǒng)只顯示其中的幾個，工具欄是一行圖符，每個圖符代表一個功能。工具欄與下拉菜單中的菜單項相對應(yīng)，執(zhí)行相同的功能，可以使用戶避免在菜單欄中

查找命令的繁瑣，方便操作。UG各功能模塊提供了許多使用方便的工具欄，用戶還可以根據(jù)自己的需要及顯示屏的大小對工具欄圖標(biāo)進行設(shè)置。

4．提示欄

提示欄主要用于提示用戶如何操作，是用戶與計算機信息交互的主要窗口之一。在執(zhí)行每個命令時，系統(tǒng)都會在提示欄中顯示用戶必須執(zhí)行的動作，或者提示用戶的下一個動作。

5．狀態(tài)欄

狀態(tài)欄位于提示欄的右方，顯示有關(guān)當(dāng)前選項的消息或最近完成的功能信息，這些信息不需要回應(yīng)。

6．對話框軌道及其軌道夾

在UG NX5中，幾乎所有對話框都打開在對話框軌道的預(yù)定義位置上，用戶可拖動對話框軌道將軌道夾放置在所需的目標(biāo)位置上，也可單擊軌道夾臨時隱藏一個打開的對話框。另外，可以單擊軌道夾中的松開按鈕松開對話框，讓它們浮在屏幕上，反之單擊夾住，使其鎖緊在軌道夾位置處。

7．繪圖區(qū)

繪圖區(qū)是UG創(chuàng)建、顯示和編輯圖形的區(qū)域，也是進行結(jié)果分析和模擬仿真的窗口，相當(dāng)于工程人員平時使用的繪圖板。當(dāng)光標(biāo)進入繪圖區(qū)后，指針就會顯示為選擇球。

8．坐標(biāo)系圖標(biāo)

在UG NX5的窗口左下角新增了絕對坐標(biāo)系圖標(biāo)。在繪圖區(qū)中央有一個坐標(biāo)系圖標(biāo)，該坐標(biāo)系稱為工作坐標(biāo)系WCS，它反映了當(dāng)前所使用的坐標(biāo)系形式和坐標(biāo)方向。

9．資源導(dǎo)航器

資源導(dǎo)航器用于瀏覽編輯創(chuàng)建的草圖、基準(zhǔn)平面、特征和歷史記錄等。在默認情況下，資源導(dǎo)航器位于窗口的左側(cè)。通過選擇資源導(dǎo)航器上的圖標(biāo)可以調(diào)用裝配導(dǎo)航器、部件導(dǎo)航器、操作導(dǎo)航器、Internet、幫助和歷史記錄等。

1.3 產(chǎn)品設(shè)計的一般過程

在進行產(chǎn)品設(shè)計時，應(yīng)該養(yǎng)成一種良好的產(chǎn)品設(shè)計習(xí)慣，這樣可以節(jié)省設(shè)計時間，降低設(shè)計成本，提高產(chǎn)品的市場響應(yīng)能力。在使用UG NX5軟件進行產(chǎn)品設(shè)計時，需要了解產(chǎn)品的設(shè)計過程。

1．準(zhǔn)備工作

（1）閱讀相關(guān)設(shè)計的文檔資料，了解設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計資源。（2）搜集可以被重復(fù)使用的設(shè)計數(shù)據(jù)。（3）定義關(guān)鍵參數(shù)和結(jié)構(gòu)草圖。（4）了解產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)的定義。（5）編寫設(shè)計細節(jié)說明書。

（6）建立文件目錄，確定層次結(jié)構(gòu)。

（7）將相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計說明書存入相應(yīng)的項目目錄中。2．設(shè)計步驟

（1）建立主要的產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)。用自上而下的設(shè)計方法建立產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)樹。如果有些以前的設(shè)計可以沿用，可以使用結(jié)構(gòu)編輯器將其納入產(chǎn)品裝配樹中。其他的一些標(biāo)準(zhǔn)零件，可以在設(shè)計階段后期加入到裝配樹中。因為大部分這類零件需要在主結(jié)構(gòu)完成后才能定形、定位。

（2）在裝配設(shè)計的頂層定義產(chǎn)品設(shè)計的主要控制參數(shù)和主要設(shè)計結(jié)構(gòu)描述（如草圖、曲線和實體模型等），這些模型數(shù)據(jù)將被下屬零件所引用，以進行零件細節(jié)設(shè)計。同時這些數(shù)據(jù)也將用于最終產(chǎn)品的控制和修 12

改。

（3）根據(jù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)描述數(shù)據(jù)，建立零件內(nèi)部尺寸關(guān)聯(lián)和部件間的特征關(guān)聯(lián)。

（4）用戶對不同的子部件和零件進行細節(jié)設(shè)計。

（5）在零件細節(jié)設(shè)計過程中，應(yīng)該隨時進行裝配層上的檢查，如裝配干涉、重量和關(guān)鍵尺寸等。

此外，也可以在設(shè)計過程中，在裝配頂層隨時增加一些主體參數(shù)，然后再將其分配到各個子部件或零件設(shè)計中。

1.4 三維造型設(shè)計步驟

1．理解設(shè)計模型

了解主要的設(shè)計參數(shù)、關(guān)鍵的設(shè)計結(jié)構(gòu)和設(shè)計約束等設(shè)計情況。2．主體結(jié)構(gòu)造型

建立模型的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，如主要輪廓，關(guān)鍵定位孔確定關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)對于建模過程起到關(guān)鍵作用。

對于復(fù)雜的模型，模型分解也是建模的關(guān)鍵。如果一個結(jié)構(gòu)不能直接用三維特征完成，則需要找到結(jié)構(gòu)的某個二維輪廓特征。然后用拉伸旋轉(zhuǎn)掃描的方法，或者自由形狀特征去建立模型。

UG允許用戶在一個實體設(shè)計上使用多個根特征，這樣，就可以分別建立多個主結(jié)構(gòu)，然后在設(shè)計后期對它們進行布爾運算。對于能夠確定的設(shè)計部分，先造型，不確定的部分放在造型的后期完成。

設(shè)計基準(zhǔn)（Datum）通常決定用戶的設(shè)計思路，好的設(shè)計基準(zhǔn)將會幫助簡化造型過程并方便后期設(shè)計的修改。通常，大部分的造型過程都是從設(shè)計基準(zhǔn)開始的。

3．零件相關(guān)設(shè)計

UG允許用戶在模型完成之后再建立零件的參數(shù)關(guān)系，但更加直接的方法是在造型過程中直接引用相關(guān)參數(shù)。

困難的造型特征盡可能早實現(xiàn)。如果遇到一些造型特征實現(xiàn)較困難，盡可能將其放在前期實現(xiàn)，這樣可以盡早發(fā)現(xiàn)問題，并尋找替代方案。一般來說，這些特征會出現(xiàn)在hollow、thicken、complex blending??特征上。

4．細節(jié)特征造型

細節(jié)特征造型放在造型的后期階段，一般不要在造型早期階段進行這些細節(jié)設(shè)計，否則會大大加長用戶的設(shè)計周期。

第二章平面連桿機構(gòu)

2.1 平面四桿機構(gòu)的基本形式

鉸鏈四桿機構(gòu)

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)件作為機架之后，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。在鉸鏈四桿機構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動，有的則不能，兩構(gòu)件的相對回轉(zhuǎn)角為360 o的轉(zhuǎn)動副稱為整轉(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，可以將其分為三種基本形式，即曲柄搖桿機構(gòu)，雙曲柄機構(gòu)和雙搖桿機構(gòu)。

曲柄搖桿機構(gòu)

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

圖 2-1 鉸鏈四桿機構(gòu)

(2)雙曲柄機構(gòu)

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

圖2-2 平行四邊形機構(gòu)

圖 2-3 雙搖桿機構(gòu) 雙搖桿機構(gòu)

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

圖 2-4 雙搖桿機構(gòu)

圖2-5 鶴式起重機

2.2 鉸鏈四桿機構(gòu)中曲柄存在的條件

在鉸鏈四桿機構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動，有的則不能。兩構(gòu)件的相對回轉(zhuǎn)角為360o的轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副的存在條件是曲柄存 16

在的必要條件，而鉸鏈四桿機構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個曲柄，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——長度條件

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

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

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

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

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

c．若取對短構(gòu)件對面的構(gòu)件作為機架，則該機構(gòu)為雙搖桿機構(gòu)。②當(dāng)對短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和大于其余兩構(gòu)件長度之和時，則不論取那個構(gòu)件作為機架，機構(gòu)均為雙搖桿機構(gòu)。

2.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化

在實際應(yīng)用中還廣泛采用者滑塊四桿機構(gòu)，它是由鉸鏈四桿機構(gòu)演化而來的，含有移動副的四桿機構(gòu)，稱為滑塊四桿機構(gòu)，常用的有曲柄 17

滑塊機構(gòu)，導(dǎo)桿機構(gòu)，搖塊機構(gòu)和定塊機構(gòu)幾種形式。

（1）曲柄滑塊機構(gòu)

在如圖所示的曲柄搖桿機構(gòu)中，當(dāng)曲柄1繞軸A轉(zhuǎn)動時，鉸鏈C將往復(fù)擺動。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，顯然其運動性質(zhì)并未發(fā)生改變；但此時鉸鏈四桿機構(gòu)已演化為曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機構(gòu)。于是鉸鏈四桿機構(gòu)將變?yōu)槌Ｒ姷那瑝K機構(gòu)。

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

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

曲柄滑塊機構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動之間的運動轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機、空氣壓縮機、沖床和自動送料機等機械設(shè)備中。

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

圖 2-6 四連桿機構(gòu)的演化

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

（2）定塊機構(gòu)

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

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

（4）導(dǎo)桿機構(gòu)

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

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

連桿機構(gòu)機傳動特點

1.連桿機構(gòu)中的運動副一般均為低副，因為低副兩元素為面接觸，故在傳遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強較小，可以承受較大的載荷，而且?guī)缀涡螤詈唵伪阌诩庸ぶ圃臁?/p>

2.在連桿機構(gòu)中，但原動件以同樣的運動規(guī)律運動時，如果改變各構(gòu)件的相對長度關(guān)系，便可使從動件得到不同的運動規(guī)律。

3.在連桿機構(gòu)中，連桿上不同點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)件相對長度關(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滿足不同軌跡的要求。

4．連桿機構(gòu)還可以方便的用來達到增力、擴大行程和實現(xiàn)較遠距離的傳動等目的。

第三章平面四桿機構(gòu)的基本特性

3.1 四桿機構(gòu)的極位

曲柄搖桿機構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和曲柄滑塊機構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件作整周連續(xù)轉(zhuǎn)動時，從動件做往復(fù)擺動或往復(fù)移動的左右兩個極限位置稱為極位。

3.2 四桿機構(gòu)從動件的急回特性

如圖示,四桿機構(gòu)從動件的回程所用時間小于工作行程所用的時間，稱為該機構(gòu)急回特性。

圖 3-1 曲柄搖桿機構(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—— 從動搖桿位于兩極限位置時，原動件兩位置所夾銳角。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間，提高工作效率。

3.3 平面連桿機構(gòu)的傳力特性

傳動角與壓力角：如圖示在機構(gòu)處于某一定位置時，從動件上作用力與作用點絕對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）作為機構(gòu)的傳力特性參數(shù)，故稱為傳動角。

在四桿機構(gòu)運動過程中，壓力角和傳動角是變化的，為使機構(gòu)具有良好的傳力特性應(yīng)使壓力角越小越好，傳動角越大越好。

通常規(guī)定：

αmax ≤ [α] —— 許用壓力角

或

γmin ≤ [γ] —— 許用傳動角

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

圖 3-2 平面連桿機構(gòu)的傳力特性 3.4 死點位置

當(dāng)機構(gòu)在運動過程中，出現(xiàn)傳動角為零時（或壓力角為90°），由于Pt = 0，則無論P力多大，均不能驅(qū)動從動件運動。這種“頂死”的現(xiàn)象稱為機構(gòu)的死點位置。死點出現(xiàn)在兩類機構(gòu)中:(1)曲柄搖桿機構(gòu)、曲柄滑塊機構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)中，作往復(fù)運動的構(gòu)件為主動件時，曲柄與連桿共線位置會出現(xiàn)死點。

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

第四章 四連桿的三維造型

4.1 機架的三維造型

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

圖 4-1 新建對話框

單擊長方體按鈕輸入長度10，寬度288，高度20。

圖 4-2 特征工具欄

圖4-3 長方體對話框

圖4-4 新建長方體

選擇邊倒圓按鈕，輸入半徑10，在長方體兩邊倒圓。

圖 4-5 特征操作工具欄

圖 4-6 邊倒圓對話框

圖 4-7邊倒圓后的長方體

選擇圓柱體按鈕，在長方體兩邊建立兩個圓柱凸臺，輸入高度5，圓的直徑20 24

圖 4-8 圓柱對話框

圖 4-9 在兩端加圓柱體凸臺

選擇圓柱體按鈕，在凸臺上建立兩個圓形孔。

圖 4-10 機架

4.2 連架桿1的三維造型

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

圖 4-11 新建對話框

單擊長方體按鈕，輸入長度10，寬度200，高度20，單擊確定按鈕。

圖 4-12 長方體對話框

單擊邊倒圓按鈕，在長方體兩邊倒圓，半徑輸入10。

圖 4-13 邊倒圓后的長方體

在一端建立凸臺，高度20，直徑10。如圖4-14

圖 4-14在一端建立凸臺

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

圖 4-15建立凸臺

圖4-16 連架桿1 4.3 連架桿2的三維造型

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

2、單擊長方體按鈕，輸入長度10，寬度112，高度20，單擊確定按鈕。

3、單擊邊倒圓按鈕，在長方體兩邊倒圓，半徑輸入10。

4、在一端建立凸臺，高度20，直徑10。

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

圖 4-17 連架桿2 4.4 連桿的三維造型

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

圖 4-18 新建對話框

單擊長方體按鈕，輸入長度10，寬度208，高度20，單擊確定。

圖 4-19 長方體對話框

選擇邊倒圓按鈕，在兩邊倒圓，輸入半徑10。

圖 4-20 邊倒圓后的長方體

在兩邊建立兩個直徑10的孔。

圖 4-21 連桿

第五章 四連桿的虛擬裝配

5.1 進入裝配模塊

1．啟動UG NX，新建一個文件。2．單擊【標(biāo)準(zhǔn)】工具欄中的選擇【裝配】命令，進入裝配模塊。

按鈕，在彈出的下拉菜單中5.2 添加組件機架

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】對話框，如圖所示。單擊按鈕，彈出【部件名】對話框，根據(jù)組件的存放路徑選擇組件機架jijia.prt，單擊單擊按鈕，返回到【添加組件】對話框設(shè)置定位為“絕對原點”，按鈕，將實體定位于原點，結(jié)果如圖所示。

圖 5-1 添加組件對話框

圖5-2 添加機架

5.3 裝配連架桿1 以“配對”的定位方式打開連架桿1組件lianjiagan1.prt，單擊按鈕進入配對條件對話框。

圖5-3 配對條件對話框

單擊配對按鈕選擇如圖5-4所示紅色的面，再選中如圖5-5所示紅色的面，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，單擊確定按鈕，最后得到如圖5-8所示

圖 5-4裝配關(guān)系

圖 5-5裝配關(guān)系

圖 5-6裝配關(guān)系

圖 5-7裝配關(guān)系

圖 5-8 裝配連架桿1 5.4 裝配連架桿2 同裝配連架桿1，以“配對”方式打開連架桿2組件lianjiagan2.prt，單擊按鈕，裝配結(jié)果如圖5-9所示。

圖 5-9 裝配連架桿2 5.5 裝配連桿

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

按鈕，選擇如圖5-13所示

按鈕，再單紅色的面，單擊的紅色的面，再選中如圖5-14所示的紅色的面，單擊擊按鈕，選擇如圖5-15所示紅色的面，再選中如圖5-16所示紅色的按鈕，再單擊

按鈕，得到最終裝配圖如圖5-17所面單擊示。

圖 5-10 “配對條件”對話框

圖 5-11裝配關(guān)系

圖 5-12裝配關(guān)系

圖 5-13裝配關(guān)系

圖 5-14裝配關(guān)系

圖 5-15裝配關(guān)系

圖 5-16裝配關(guān)系

圖 5-17 完成的裝配圖

第六章

平面四連桿機構(gòu)的運動仿真

平面四連桿機構(gòu)的運動分析，就是對機構(gòu)上的某點的位移、軌跡、速度、加速度進行分析，根據(jù)原動件的運動規(guī)律，求解出從動件的運動規(guī)律。平面四連桿機構(gòu)的運動設(shè)計方法有很多，傳統(tǒng)的有圖解法、解析法和實驗法。

通過UG NX軟件，對平面四連桿機構(gòu)進行三維建模，通過預(yù)先給定尺，之后建立相應(yīng)的連桿、運動副及運動驅(qū)動，對建立的運動模型進行運動學(xué)分析，給出構(gòu)件上某點的運動軌跡及速度和加速度變化的規(guī)律曲線，用圖形和動畫來模擬機構(gòu)的實際運動過程，這是傳統(tǒng)的分析方法所不能比擬的。

運動仿真是基于時間的一種運動形式，即在指定的時間段中運動，UG的仿真分析過程分3個階段進行：前處理(創(chuàng)建連桿、運動副和定義運動驅(qū)動)；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、圖表和報表文件)。

6.1 新建仿真

打開運動導(dǎo)航器，在文件名上右擊新建仿真，選擇動力學(xué)，單擊確定按鈕

圖 6-1 運動導(dǎo)航器

圖 6-2 環(huán)境對話框

6.2 新建連桿

單擊按鈕，打開新建連桿對話框，如圖所示

圖 6-3連桿對話框

選中連桿1，點擊創(chuàng)建連桿loo1，再選中連桿2點擊創(chuàng)建連桿loo2，再選中連桿3點擊擊

創(chuàng)建連桿loo3，再選中連桿4點創(chuàng)建連桿loo4，最后單擊取消。打開運動導(dǎo)航器

在運動導(dǎo)航器里面可以看到新建的四個連桿，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

圖 6-4 運動導(dǎo)航器中顯示的連桿

圖 6-5 固定連桿loo4

6.3 創(chuàng)建運動副

考慮到連桿與連桿之間考旋轉(zhuǎn)副連接均作，將建立4個運動副，其中有2個運動副固定，為了使4個連桿的運動有連貫性，必須在創(chuàng)建運動副時，在各連桿之間建立聯(lián)系，使各部件運動結(jié)成一個整體。

單擊打開創(chuàng)建運動副對話框，如圖所示，選擇連桿1，創(chuàng)建旋

按鈕創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副。轉(zhuǎn)副指定驅(qū)動類型為恒定初速度為10單擊 43

圖 6-6 運動副對話框

圖 6-7 設(shè)置驅(qū)動類型

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)建第二個運動副。

圖6-8 創(chuàng)建運動副對話框

選中連桿3，在咬合連桿上打上勾，讓你咬合連桿2。單擊鈕，創(chuàng)建第三個運動副。

按選中連桿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)建第四個運動副。

圖 6-9 運動副對話框

圖 6-10 解算方案對話框

單擊下的通過按按鈕進行解算，設(shè)置時間為100，步數(shù)為100，勾選步數(shù)進行解算，點擊確定進行解算。

經(jīng)過解算，可對平面四桿機構(gòu)進行運動仿真顯示及其相關(guān)的后處理，通過動畫可以觀察機構(gòu)的運動過程，并可以隨時暫停、倒退，選擇動畫中的軌跡選項，可以觀察機構(gòu)的運動過程，還可以生成指定標(biāo)記點的位移、速度、加速度等規(guī)律曲線。

第七章

平面四連桿的運動仿真分析

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

分析：由預(yù)先給定的連桿長度數(shù)據(jù)，連桿1長度+機架長度≤其余兩桿長度之和；所以轉(zhuǎn)動副連桿1和機架之間的轉(zhuǎn)動副為周轉(zhuǎn)副，連桿1為曲柄，所以該機構(gòu)應(yīng)該為曲柄搖桿機構(gòu)。點擊運動仿真可以看到連桿正如分析的一樣周轉(zhuǎn)起來，確實是個曲柄。

7.1 運動副圖表分析

曲柄（連桿1）為原動件，在其轉(zhuǎn)動一周后，有兩次與連桿2共線，如圖所示。

這時搖桿（連桿3）分別處于兩個被稱為極位的位置，當(dāng)曲柄以等角速轉(zhuǎn)動一周時，搖桿將在兩個極位之間擺動，而且較明顯地看到從一個極位到另一個極位要用的時間長，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軸屬性請求選擇速度，分量選擇角度幅值，即表示角速度，接著點擊確定輸出圖標(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，從時間上說明了擺桿的急回特性。

圖 7-3擺桿角速度變化曲線

運動副1的分析

因為機架是固定不動的，所以運動副1的角速度應(yīng)該為0，如圖所示

圖 7-4 機架的角速度的變化曲線

運動副2的分析

運動副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 7-5 曲柄的角速度變化曲線

運動副3的分析

圖 7-6 連桿的角速度變化曲線

運動副5的分析

圖 7-7 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，從時間上說明了擺桿的急回特性。

7.2 死點位置

當(dāng)搖桿為主動件進行運動分析時，在如圖所示的兩個位置會出現(xiàn)不能使曲柄轉(zhuǎn)動的“頂死”現(xiàn)象，機構(gòu)的這種位置稱為死點。在一些運動中我們應(yīng)盡量避免這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，為了使機構(gòu)能順利地通過死點而正常運轉(zhuǎn)，可以采取組合機構(gòu)或者采用安裝飛輪加大慣性的方法，借慣性作用使機構(gòu)闖過死點。

第五篇：第4章平面連桿機構(gòu)的運動分析

第4章平面連桿機構(gòu)運動分析

習(xí)題

4-1．求出下列機構(gòu)中所有速度瞬心

（a）

（b）

(c)

(d)

圖4-1

4-2．在圖4-2所示擺動導(dǎo)桿機構(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所示機構(gòu)中，已知?1?45,?1?100rad/s,方向為逆時針方向，lAB?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