第一篇：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。

第二篇：對活塞連桿機構(gòu)運動分析畢業(yè)設(shè)計

本人自己設(shè)計的Pro/e論文，導(dǎo)師評價優(yōu)秀，另有開題報告、任務(wù)書、pro/e圖文檔，答辯準備和答辯PPT。有需要Pro/e方面的要求和問題也可以聯(lián)系我。本人QQ：447519384 級畢業(yè)設(shè)計

論文題目：運用Pro/E對活塞連桿機構(gòu)進行

運動學(xué)分析姓 名：** 學(xué) 號：********* 院 系：機電工程學(xué)院 專 業(yè)：機械制造及自動化

班 級：機自一班 指導(dǎo)老師：***

完成時間：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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ????????????????3 1.3課題內(nèi)容

????????????????????????3 2.機構(gòu)簡介???????????????????????????4 2.1活塞連桿機構(gòu)的基本構(gòu)造

?????????????????4 2.2工作原理 ????????????????????????4 3.pro/e裝配與運動仿真?????????????????????4 3.1 Pro/E簡介 ???????????????????????4 3.2裝配 ??????????????????????????5 3.3運動仿真及分析 ?????????????????????9 參考文獻????????????????????????????15 致謝??????????????????????????????16

機電工程學(xué)院

內(nèi)容摘要:活塞連桿是機械行業(yè)中常見的曲柄滑塊機構(gòu)，應(yīng)用該機構(gòu)最典型的實例就是發(fā)動機氣缸，它可以將燃氣能源轉(zhuǎn)換為機械動能，它的作用是承受氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿以推動曲軸旋轉(zhuǎn)。廣泛應(yīng)用到動力機械的動力源，如汽車、輪船、飛機等。本次設(shè)計是通過這些特點對活塞連桿進行Pro/E三維建模，并對模型進行整體裝配，并完成傳動部分的運動仿真，并對其進行運動分析。

關(guān)鍵詞:活塞連桿機構(gòu)、三維建模、裝配、運動學(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)品的開發(fā)過程中,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，甚至維護性能等等許多問題都需要在開發(fā)過程的前期解決。一般，人們借助理論分析、CAD和各種比例的實物模型，或參考前期產(chǎn)品的開發(fā)經(jīng)驗來解決有關(guān)新產(chǎn)品開發(fā)的各種問題。由于有關(guān)裝配、操作和維修的問題往往只會在產(chǎn)品的后期或在最終產(chǎn)品試車過程中、甚至在投入使用一段時間后才能暴露出來，尤其是有關(guān)維修的問題往往是在產(chǎn)品已經(jīng)售出很長時間以后才被發(fā)現(xiàn)。為了解決這些問題，有事產(chǎn)品就不得不返回設(shè)計構(gòu)造階段以便進行必要的設(shè)計變更。這樣的產(chǎn)品開發(fā)程序不但效率低、耗時，費用也高。

為了解決這些問題，虛擬仿真技術(shù)應(yīng)運而生。仿真技術(shù)是利用計算機技術(shù)對所要進行的生產(chǎn)和制造活動進行全面的建模和仿真，包括產(chǎn)品的設(shè)計、加工、裝配、各參數(shù)的設(shè)計改進等等。在產(chǎn)品的設(shè)計階段就實時地模擬出產(chǎn)品的形狀和工作狀況、制造過程、檢查產(chǎn)品的可制造性和設(shè)計合理性，以便及時修改設(shè)計，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，對活塞連桿機構(gòu)建立了精確的參數(shù)化模型。通過定義各種約束，在裝配模塊中確定了原動件與從動件的關(guān)系。并使用機構(gòu)運動分析模塊，通過定義機構(gòu)的連接與伺服電機，實現(xiàn)了活塞的運動過程仿真。參數(shù)化設(shè)計的本質(zhì)是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動維護所有的不變參數(shù)，參數(shù)化設(shè)計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、相似設(shè)計及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應(yīng)用價值。虛擬裝配是在虛擬環(huán)境中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)將設(shè)計的產(chǎn)品三維模型進行預(yù)裝配虛擬裝配可幫助產(chǎn)品擺脫對于試制物理樣機并裝配物理樣機的依賴，可以有效地提高產(chǎn)品裝配建模的質(zhì)量與速度。通過在計算機軟件平臺下對整套裝置的設(shè)計仿真分析，能夠及時地發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的缺陷，并根據(jù)分析結(jié)果進行實時改進。參數(shù)化建模、虛擬裝配、運動仿真貫穿于整個計算機輔助設(shè)計全過程，可顯著地縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計成本，提高工作效率。本次建模與運動仿真分析實現(xiàn)了活塞搖桿的電子樣機設(shè)計，對現(xiàn)實發(fā)動機制造過程有一定的指導(dǎo)意義。

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1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

當(dāng)今任何一個國家，若其要在綜合國力上取得優(yōu)勢地位，就必須在科學(xué)技術(shù)上取得優(yōu)勢。九十年代以來，隨著以計算機技術(shù)為主的信息技術(shù)的發(fā)展，世界經(jīng)濟格局發(fā)生了巨大的變化，逐步形成了一個統(tǒng)一的一體化市場，經(jīng)濟循環(huán)加大，加快市場競爭日趨激烈，從而也迫切要求對產(chǎn)品設(shè)計的研究能有進一步的突破，為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期、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)計階段進行預(yù)測。計算機輔助設(shè)計，將難以用語言表達的復(fù)雜的機械結(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，達到了以直觀和形象的形式學(xué)習(xí)機械設(shè)計知識的目的。九十年代后隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，其系統(tǒng)性能提高，價格降低，pro/e開始在設(shè)計領(lǐng)域全面普及，成為必不可少設(shè)計工具，pro/e之所以在短短的時間內(nèi)發(fā)展如此迅速，是因為它是人類在二十世紀取得的重大科技成就之一，它幾乎推動了一切領(lǐng)域的設(shè)計革命，徹底改變了傳統(tǒng)的手工設(shè)計繪圖方式，極大的提高了產(chǎn)品開發(fā)的速度和精度。應(yīng)用pro/e技術(shù)業(yè)進行產(chǎn)品設(shè)計，能使設(shè)計、生產(chǎn)維修工作快速成而高效地進行，所帶來的經(jīng)濟效益是十分明顯的。Pro/e技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用水平已成為和衡量一個國家的科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志。近幾年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，pro/e技術(shù)已經(jīng)由發(fā)達國家向發(fā)展中國家擴展，而且發(fā)展的勢頭非常迅猛。因為當(dāng)今世界工業(yè)產(chǎn)品的市場競爭，歸根結(jié)底是設(shè)計手段和設(shè)計水平的競爭，發(fā)展中國家的工業(yè)產(chǎn)品要在世界市場占有一席之地，就必須采用pro/e技術(shù)的研究和開發(fā)工作起步相當(dāng)較晚，自八十年代開始，CAD技術(shù)應(yīng)用工作才逐步得到了開展，隨后pro/e也有了應(yīng)用，國家逐步認識到開展pro/e應(yīng)用工程的必要性和可靠性，并在全國各個行業(yè)大力推廣pro/e技術(shù)，同時展開pro/e技術(shù)的不斷研究，開發(fā)與廣泛應(yīng)用，對pro/e技術(shù)提出越來越高的要求，因此pro/e從本身技術(shù)的發(fā)展來看，其發(fā)展趨勢是集成化、智能化和標準化,也只有不斷完善，創(chuàng)新才能在日益激烈的競爭中立于不敗之地。

1.3課題內(nèi)容

本課題是利用Pro/E軟件的仿真功能對活塞的運動過程進行動畫模擬，并對活塞、連桿等進行一些簡單的數(shù)據(jù)分析及計算，以確定設(shè)計的合理性，可行性，最終完成設(shè)計。

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該設(shè)計具體研究方法及主要內(nèi)容是使用Pro/E軟件仿照發(fā)動機氣缸活塞連桿機構(gòu)，繪制出活塞、搖桿、及其他零部件實體圖。繪制好活塞連桿機構(gòu)后，然后對設(shè)計進行仿真，包括運動干涉檢測、活塞運動軌跡、速度及加速度的檢測。

2.機構(gòu)簡介

2.1活塞連桿機構(gòu)的基本構(gòu)造

活塞連桿組是發(fā)動機的傳動件，它把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出動力?；钊B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氣接觸，活塞的溫度也很高，高溫使活塞的機械性能下降，熱膨脹量增加；活塞在作功行程中，承受燃氣的高壓沖擊（3~5mP），活塞在汽缸中高速運動，平均速度達到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，個別柴油機也采用高級鑄鐵或耐熱鋼。

3.Pro/E的裝配與運動仿真

3.1Pro/E簡介

Pro-E是Pro/Engineer的簡稱，更常用的簡稱是ProE或Pro/E，Pro/E是美國參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡稱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)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今主流的模具和產(chǎn)品設(shè)計三維CAD/CAM軟件之一。

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

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

(1).參數(shù)化設(shè)計

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相對于產(chǎn)品而言，可以把它看成幾何模型，而無論多么復(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是基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如 系列化快餐托盤設(shè)計[1]腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活，特別是在設(shè)計系列化產(chǎn)品上更是有得天獨到的優(yōu)勢。

(3).單一數(shù)據(jù)庫

Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫，就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個部門的。換言之，在整個設(shè)計過程的任何一處發(fā)生改動，亦可以前后反應(yīng)在整個設(shè)計過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會自動更新；組裝工程圖如有任何變動，也完全同樣反應(yīng)在整個三維模型上。這種獨特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)合起來。這一優(yōu)點，使得設(shè)計更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場，價格也更便宜。

(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”、“對齊”等很容易的把零件裝配起來，同時保持設(shè)計意圖。高級的功能支持大型復(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)級出現(xiàn)，提供了邏輯選項和預(yù)先選取的最普通選項，同時還提供了簡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。

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選擇菜單欄的【文件】→【新建命令】，系統(tǒng)彈出【新建】對話框，點選【組件】，取消【使用缺省模版】的選擇，單擊【確定】按鈕，系統(tǒng)彈出新文件選項對話框，如圖

單擊【確定】按鈕，選擇mmns-asm-design,單擊【確定】，進入裝配設(shè)計模塊。

(2).創(chuàng)建骨架模塊

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

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

單擊工具欄【軸】按鈕，系統(tǒng)彈出“基準軸”對話框，如圖1.3。雙選FRONT.RIGHT兩個基準面作為參照面，所創(chuàng)建的基準軸穿過兩個參照面，單擊【確定】，創(chuàng)建基準軸完成。

(3).裝配活塞

選擇菜單欄的【窗口】→【激活】，激活現(xiàn)在裝配模塊。

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

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”對話框，選擇元件prt006，單擊【打開】，底座就添加在組件模塊中了。

選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機構(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面和組件的基準面，然后在將其他兩個基準面進行約束。

在【狀態(tài)】框中顯示“完成連接定義”，單擊【完成】。如圖1.7

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(5).裝配輸出軸

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

選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機構(gòu)連接】中的“銷釘”，單擊【放置】，單擊【軸對齊】，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”，選擇元件prt0004.單擊【打開】，連桿就添加在組件模塊中了。

選中【將約束轉(zhuǎn)化為機構(gòu)連接】中的“銷釘”，單擊【放置】，單擊【軸對齊】，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。

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單擊【放置】→【新建集】，即創(chuàng)建了一個新的連接。

選擇【將約束轉(zhuǎn)化為機構(gòu)連接】中的銷釘，單擊【放置】，單擊【軸對齊】，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 運動仿真及分析

運動分析對活塞連桿機構(gòu)進行運動仿真,可以進一步分析其運動是否合理,結(jié)構(gòu)是否發(fā)生運動干涉等信息.(1).添加伺服電機

選擇菜單欄的【應(yīng)用程序】→【機構(gòu)】，系統(tǒng)進入機構(gòu)平臺。單擊【伺服電動機】，系統(tǒng)彈出“伺服電動機”對話框，如圖2.1.點選【從動圖元】的【運動軸】，單擊【選取】，選取旋轉(zhuǎn)軸。如圖2.2

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在伺服電動機定義中，單擊【輪廓】，選擇【規(guī)范】中的“速度”，選擇【?！恐械摹俺?shù)”，在【A】框中輸入50，單擊【確定】。完成伺服電動機的創(chuàng)建。

注：速度為50mm/s。(2).自由度分析

單擊【機構(gòu)分析】，系統(tǒng)彈出“分析定義”對話框，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。如果沒有伺服電動機，自由度則為1.注：一個自由度的機構(gòu)，只需要一個伺服電動機就能驅(qū)動它。

(3).動畫

單擊【機構(gòu)分析】，系統(tǒng)彈出“分析定義”對話框，選擇【類型】中的“運動學(xué)”，在【終止時間】框中輸入50.注：給定時間為50秒。

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單擊【運行】，模型就開始運動。如下圖：

注：生成的視頻文件截圖

(4).運動包絡(luò)

單擊【回放】，系統(tǒng)彈出“回放”對話框。單擊【創(chuàng)建運動包絡(luò)】，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建運動包絡(luò)”對話框，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:連桿的運動軌跡

(5).分析測量結(jié)果

單擊【測量】，系統(tǒng)彈出“測量結(jié)果”對話框，單擊【創(chuàng)建新測量】，系統(tǒng) 11

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彈出“測量定義”對話框。

在“測量定義”對話框中，選擇【類型】中的“位置”，單擊【點或運動軸】中的【選取】，在3d模型中選擇活塞的孔軸線，如圖2.6

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

點“測量” 即生成位移曲線。同時可生成速度和加速度曲線。如圖1、2、3 12

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圖1 注：橫軸代表時間，豎軸代表活塞位移

分析： 該圖為活塞位移曲線圖?；钊敹藶榱泓c，以-90處為中心點，活塞從初始值為-86.9928處開始運動做往復(fù)運動，經(jīng)過50秒在-93.0072處結(jié)束運動?？梢钥闯?，活塞的總位移成余弦規(guī)律，位移圖比較平穩(wěn)。

圖2 注：橫軸代表時間，豎軸代表活塞速度

分析： 該圖為活塞速度曲線圖?；钊勺钕露艘运俣葹?3.0607mm/s開始向上做減速運動，后由0開始做加速運動，由此反復(fù)運動，50秒后到最下端結(jié)束運動?？梢钥闯?，活塞的速度曲線成余弦規(guī)律，具有周期性變化規(guī)律。

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圖3 注：橫軸代表時間，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、速度和加速度對應(yīng)曲線可以得出結(jié)論：位移達到峰值的時候，加速度也達到了反向的峰值，這時候速度剛好為零。

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參考文獻：

【1】 喬建軍,proe 5.0動力學(xué)與有限元分析從入門到精通,機械工業(yè)出版社,2010,340～357.【2】肖繼德、陳寧寧，機床夾具，機械工業(yè)出版社，2011,5～13 【3】劉建華、杜鑫,機械設(shè)計基礎(chǔ),北京交通大學(xué)出版社,2010,14～38.【4】魏增菊、李莉,機械制圖,科學(xué)出版社,2007 【5】林清安,proe機構(gòu)設(shè)計，2004 【6】孫印杰,proe基礎(chǔ)與實例教程,北京電子工業(yè)出版社,2008 【7】孫恒，機械原理，高等教育出版社，2003 【8】施平，機械工程專業(yè)英語，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)與實例教程【M】，北京，電子工業(yè)出版社，2004.機電工程學(xué)院

致謝：

經(jīng)過兩個多月的時間,終于完成了這次論文的設(shè)計.盡管在論文的設(shè)計過程中,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程中都得到了徐秀芬老師的悉心指導(dǎo)。徐老師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。徐老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神使我獲益良多。對徐老師的感激之情是無法用言語表達的。

第三篇：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

第四篇：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‘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‘

’，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‘’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‘’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。

第五篇：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【標準】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，即可得出如圖7-3所示圖標。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。基本形式，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。

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