導柱設計——曲柄連桿機構設計

購買設計請充值后下載，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點開預覽，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無水印，可編輯。具體請見文件預覽，有不明白之處，可咨詢QQ:12401814 譯文滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機構的設計 第一部分:多階段動作產(chǎn)生摘要設計滑動塊曲柄機構到完成多階段運動產(chǎn)生應用代表性地完成可通過可調(diào)節(jié)的平面的四桿運動加速器,這一方法是被提出來了的。這個方法的好處有兩點：第一,多階段的規(guī)定剛體位置是可完成的利用一個機構同較少數(shù)活動部分,它用的活動部分比那平面的四桿機構要少。第二，在這階段滑動塊曲柄運動加速器可以完成階段的規(guī)定剛體位置不需任何人工的或自動調(diào)整的它的運動副。一滑塊路徑啟動曲柄運動加速器到完成剛體位置的二階段是設計者利用第7項命令多項式去聯(lián)接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運動產(chǎn)生器推桿連接的運動副。這個多項式產(chǎn)生平滑平穩(wěn)徑向位移、速度、加速度和帶有轉(zhuǎn)角輪廓的邊界條件,這些是可以被呈現(xiàn)的。在本研究中例子問題是考慮一個二階段的運動副轉(zhuǎn)動平面四桿的機構裝置的調(diào)整。 2004 Elsevier 公司版權所有。1.介紹平面的四連桿機構廣泛的被被用于機械系統(tǒng)和裝置。由于平面四桿機構的平面運動學,平面的類型和連接軸方向,它可以是實際的設計并且實現(xiàn)這些機構（與大部分四桿空間機構相比較）。 除此之外, 平面的四連桿機構有一廣范系列的圖解式和解析設計和分析方法。機構分析中產(chǎn)生的問題要求一個剛體是通過一系列規(guī)定位置而被控制的.圖.1顯示了四連桿機構可用于生產(chǎn)這個運動通過制造那剛體作為它的耦合器連接的一部分。圖.2顯示了一部裝配機器的三個位置的運動產(chǎn)生.理想耦合器的運動只能由個別的離散的精確位置近似表示。由于一連接點只有一有限數(shù)的有效的尺寸,設計師可以只規(guī)定一有限數(shù)的精確點。一個四連桿機構可以滿足直到五個規(guī)定位置由那運動產(chǎn)生問題。然而,一個可調(diào)節(jié)的四連桿機構可以滿足超過五個給定的位置用這一樣的硬件。一四桿機構的運動副可以用二種不同的方法來調(diào)整:可調(diào)曲柄推桿長度（圖.3）和安裝曲柄推桿聯(lián)桿調(diào)整（圖.4）。那可調(diào)節(jié)的傳動機構可以供應解決一般平面運動（圖.5）兩個階段的方法。 如果在調(diào)整之后,一四連桿機構在第一階段是被設計能達到達位置1，2和3,同相地、這同樣的接合在第二階段可以到達三個新的位置4,5和6。兩個階段的運動可以利用一樣部件通過校準一個或多個接合叁數(shù)來完成,接合可以在這些位置精確地產(chǎn)生運動并且近似表示在其他的位置的運動。連接器的真實運動是精密位置被用愈較多,對理想的運動也愈靠近。 圖.1 平面四桿機構 圖.2 平面四桿卸栽機構 圖.3 可調(diào)節(jié)長度的曲柄機構 圖.4 固定長度的曲柄機構關于運動的產(chǎn)生在可調(diào)節(jié)的傳動機構的區(qū)域內(nèi),在已出版的作品里1-19 略微被限制。上述的工作包括包括 Ahmad和 Waldron的工作1,他們發(fā)展一方法關于綜合處理一四連桿機構同可調(diào)傳動裝置安裝。他們解決二個階段的問題用一最大量總數(shù)的五個位置。Tao和Krishnamoorthy2發(fā)明了繪圖的合成程序用尖頭產(chǎn)生可變耦合器彎曲。圖.5 規(guī)定剛體位置的兩階段Mcgovern和Sandor 3,4提出了綜合處理可調(diào)節(jié)的機構的功能和路徑生成利用合成物耦合器的方法。Funabashietal.介紹一般方法到設計平面,球體和空間機構哪個可以校準的調(diào)整輸入/輸出關系。Shoup設計可調(diào)節(jié)的存在于空間的滑動塊曲柄機構被當作可變的換置使用泵。 Cheun-chom 和 Kota7介紹了一般的方法關于合成可調(diào)節(jié)的機構利用可調(diào)節(jié)的二數(shù)。Wilhelm呈現(xiàn)了為可調(diào)節(jié)的四桿機構的二相運動產(chǎn)生問題的合成方法。Wangand Sodhi9 呈現(xiàn)了解決為那在每二時期中的二個階段的恰當?shù)囊苿鱼q鏈的三個位置的問題。Russell和Sodhi10,11 最近有耐心的介紹這些方法為綜合處理可調(diào)節(jié)的空間的機構對于多階段運動產(chǎn)生,空間的RRSS機構可以是綜合處理到完成階段的規(guī)定精確的剛體位置。最近Chang12 呈現(xiàn)了可調(diào)整四桿機構用指定的切線速度產(chǎn)生圓形的弧。如果存在過任何性能有關限制到那可調(diào)節(jié)的平面的四桿機構, 人工控制或自動控制是被要求完成所有的規(guī)定階段在多階段的申請。人工控制可能是耗費時間的尤其是如果那調(diào)整過程處于被涉及到的收上位置及機件控制被經(jīng)常地運用。實現(xiàn)自動化調(diào)整能力可能使機制不實用從財務的立場來說-尤其當操作和維護開支被考慮的時候。對于一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運動加速器它包含移動副和連接長度一起控制推桿連接而曲柄連接只能用移動副控制,一等效的滑動塊曲柄運動加速器可以被設計成能完成多階段的規(guī)定剛體的位置。這種方法的好處是規(guī)定剛體位置的多個階段是可利用一機構與較少數(shù)活動件就能實現(xiàn)的,它與那平面的四連桿機構和那滑動塊曲柄運動加速器相比較只用少數(shù)活動件就可以完成階段的規(guī)定剛體位置而不需要任何實際的或自動操作控制的它的移動副在這些階段中。在這個一工作中,一種方法設計偏置曲柄運動加速器實現(xiàn)一般地多階段運動產(chǎn)生點樣可利用可調(diào)節(jié)的平面的四桿運動加速器來完成是已經(jīng)被提出來了的。一滑塊路徑啟動曲柄運動加速器到完成剛體位置的二階段是設計者利用第7項命令多項式去連接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運動產(chǎn)生器推桿連接的移動副。推桿連接的移動副的徑向位移、速度、加速度和參數(shù)也被規(guī)定利用這個多項式的界限條件的情況2.剛體規(guī)則和多階段運動鏈鎖反應存在于這個工作中的滑塊曲柄運動加速器設計法可適應事實上任何多階段運動鏈鎖反應可利用的方法,那方法含有移動副的控制與安裝和可分別地調(diào)整曲柄和推桿長度。作者10,11發(fā)展了他們整個運動階段鏈鎖反應在這一個研究中被利用的方法。那平面的四桿運動加速器在圖圖.6是圖解說明了的。在本研究中、連線a0-a1的是表示曲柄而連線b0-b1表示搖桿。平面的四連桿機構的桿a0-a1和桿b0-b1必須滿足那固定長條件因為它的安裝和移動副的連接軸要保持平行。給一固定支點b0和一移動的鉸鏈b1它們的長度條件等價于公式(1)當用合成法合成平面的四連桿機構的曲柄和從動件時20,21必須被滿足。等式（1）可以被重新寫成等式（3）。在等式（3）里，變量R表示曲柄或從動件連桿的長度。這一個工作的一個目的是設計一個等效的滑動塊-曲柄運動加速器作為一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運動機構。雖然平面的四連桿機構中的曲柄和從動件連桿兩者的運動鉸鏈是可調(diào)整的,但只有動件連桿的長度可被調(diào)整（非那曲柄連桿)。 通過做這些,這個等效滑動塊曲柄運動機構是被設計成將會有一個固定曲柄連桿長度和一滑動塊路徑這就相當于從動件連桿的調(diào)解。 圖.6 平面四桿運動加速器及它剛體上的p、q、r點 （3）方程（2）是一剛體位移矩陣,它是存在于空間的剛體位移矩陣20,21的矩陣與逆矩陣之乘積。為一剛體在適當?shù)奈恢谩癷”和那之后的位置“j”制定坐標,矩陣 Dij是一個變換矩陣要求變換坐標從位置“i”到位置“j”變量 p,q和r在等式方程（2）中表示那剛體在二維空間的位置。雖然這一位置的二維空間位置是通常被描述為單個點和一位移角（例如: p和 ),作家選擇描述剛體使用三個點作為計算的目的。如果用戶喜歡描述那剛體利用傳統(tǒng)的的標記,這個位移矩陣在方程等式（2）將被替換為簡單的平面剛體位移矩陣20,21。因為有四個變量（b0x、b0y、b1x,and b1y）,一個五個剛體位置的最大值可以被確定,不需要任意的選擇一參數(shù)作為其中的一階段（看表1）。點p、q和r 將不會全部的落在各剛體位置的同一直性上.拿這個預防措施防止那些在剛體位移矩陣（方程等式（2）中的排變成成比例項的。有比例項的排,這些矩陣不能被倒置的。在表1里、給出了為可調(diào)節(jié)的平面的四桿運動機構規(guī)定的剛體位置的最大極限數(shù)目轉(zhuǎn)動曲柄和從動件連桿的固定和移動的鉸鏈的數(shù)目確定了剛體位置的最大極限數(shù)目。 這個例子問題在這個工作中，一個等效滑動塊曲柄是被設計成能完成一二相移動鉸鏈控制請求為一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運動加速器。在這二相中,可調(diào)整的移動鉸鏈例子的問題在這一個工作中,需要的未知數(shù)是 a0,a1,a1n,b0,b1和b1n，未知數(shù)a0 和 b0表示平面的四桿機構繁榮固定支點。未知數(shù)a1,a1n,b1和b1n表示那移動鉸鏈在平面四桿機構中的1階段和階段。由于這些未知數(shù)的中間每一個有二組成物,則總共由12個變量來確定。表1 可調(diào)的平面四桿機構的規(guī)定剛體位置和各階段的變化方程等式 (4)-(8), 是用來計算六個未知者中的五個在a0, a1和a1n 。這個變量a0x 和連桿長度R是確定了的。方程等式 (9)-(13), 是用來計算六個未知者中的五個在b0, b1和b1n 。這個變量b0x 和連桿長度R1和R2是確定了的。3.軌道鏈鎖反應級在前一單元描述了那多階段運動鏈鎖反應級方法之后,用戶可以用合成法合成一個平面的四桿運動加速器和確定移動副的路徑。這個從動件連桿的運動副的軌道必須以一種方式被連接的,這種方式以允許平滑的變位速度，加速度和 變換在確定運動副的軌道之間。突然的或不連續(xù)的變化將最終導致滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機構的過度磨損。這等效滑動塊曲柄運動加速器的滑動塊路徑將由該從動件連桿的運動副的路徑和連接他們的軌道組成。在一可調(diào)節(jié)的四連桿機構的操作期間由于在一個特別的階段,這轉(zhuǎn)動曲柄和從動件連桿的運動副的半徑位置是固定的及這個運動副半徑的速度,加速度和轉(zhuǎn)角是零。這同樣的適用在可調(diào)節(jié)的平面的四連桿機構的運動副,固定連桿長度調(diào)整的期間 ,當運動副和連桿長度調(diào)整被考慮的時候,這運動副的徑向位置，速度,加速度和轉(zhuǎn)角進行從這連桿參數(shù)在前階段到這后階段連桿參數(shù)的變化。如果轉(zhuǎn)變曲線的產(chǎn)生是因為這從動件連桿,及這個曲線圖是分段的連接到這個從動件的移動副的曲線圖上的,這就相當于這個階段前后的變化, 一個單一的滑動塊軌道的形成說明在這些階段之間的變化（或從動件連桿移動副的調(diào)整）。一7次順序多項式22,23是要求確定這可調(diào)整的平面的四桿運動加速器中從動件的運動副的徑向位置，速度，加速度和轉(zhuǎn)角在這些階段的變化。這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角邊界條件關于這個多項式是在這一個工作中, R0是從動件連桿在階段一的長度（連桿b0 - b1)而Rf是從動件連桿在階段二的長度（連桿b0 -b1n）。這些約束確定了一線性集的八個方程等式與八個數(shù),它們的解答式是4. 例問題帶有固定轉(zhuǎn)動曲柄的可調(diào)整的平面四桿運動加速器的兩個階段的運動副的調(diào)節(jié)和從動件從動件長度在這一個斷面是被例證了的。在表2里是列出關于七個規(guī)定剛體位置的點p, q和r在X Y 座標系中的座標。表2可調(diào)整的平面四桿運動加速器規(guī)定剛體的位置等式方程（4）-（8）用來計算六個未知者中的五個在a0、a1和a1n中。這可變的a0x和連桿長度R1是確定了的（a0x = 0而R1 = 1）利用下列初始值:這平面的四連桿機構解答表示為 圖.7 可調(diào)整的平面四桿運動加速器和相應規(guī)定剛體位置 圖.8 用合成法合成可調(diào)整的平面的四桿運動加速器的運動副的軌跡等式方程.（9）-（13）是用來計算在 b 0 ， b 1 和 b 1n 中六個未知數(shù)中的五個。這可變的b0x和連接長度R1而R2是確定了的（b0x = 1.5、R1 = 1.5、R2 = 1.3）。利用下列初始估計：這平面的四連桿機構解答表示為:利用這已計算了的值和運動副的參數(shù),可調(diào)整的平面四桿機構運動加速器的結果在圖.7里被說明.在本研究中一等效滑動塊曲柄加速器是被設計成平面的四桿運動加速器的。用合成法合成可調(diào)整的平面的四桿運動加速器在階段一和階段二的開始和結束位置是被說明的在圖.8。 由于這曲柄連桿由一固定的長度的連桿的運動副來控制, 這個圖.9 等效滑動塊曲柄加速器和剛體的初始位置 滑塊徑向位移曲柄的角位移圖.10 合成法合成滑動塊曲柄運動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向位移連桿的運動副的全部位置（a1經(jīng)過a4而a1n經(jīng)過 D57 a1n）是位于同一條圓弧上的。而從動件連桿的運動副的位置（b1穿過b4和b1n穿過 D57 b1n）落在兩條不同的弧上（一個為一個階段）。為了完成等效滑動塊曲柄運動加速器的滑動塊軌道,等式方程（14）是用來計算一連接從動件運動副如在圖.8.的路徑。使用方程（14）和這規(guī)定邊界條件,滑動塊軌道在圖.9是可以被設計的?；瑒訅K軌道產(chǎn)生這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角輪廓這在圖.1013中被說明了。 在表 3 列出是等效平面滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機構的七個規(guī)定剛體位置點p ,q 和r在X Y 座標系中的值。為了達到位置2,3 和4在表3中,連桿a0a1需繞X軸分別旋轉(zhuǎn)到130,125和120。為了要在表 3 中達成位置 5,6 和 7,連桿a0-a1需繞X軸分別旋轉(zhuǎn)到100,95和90。在這兩個階段,曲柄轉(zhuǎn)角最初 135 是相對 X軸和剛體點坐標在這個轉(zhuǎn)動曲柄的位置是表格3中位置 1 中是坐標。 滑塊的徑向速度 曲柄的角位移圖.11 合成法合成滑動塊曲柄運動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向速度 滑塊的徑向速度曲柄的角位移圖.12 合成法合成滑動塊曲柄運動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向加速度曲柄的角位移圖.12 合成法合成滑動塊曲柄運動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向加速度表3圖.1013說明了等效滑動塊曲柄運動機構徑向這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角(相對于轉(zhuǎn)動曲柄位移角）在階段1到階段2這其中的變化。這徑向速度，加速度和轉(zhuǎn)角的邊界條件（等式方程( 16 ( 18)和等式方程( 20) ( 22)是指定到零的,這是為了產(chǎn)生的速度，加速度和轉(zhuǎn)角輪廓與那外在變化的輪廓是相連的。這徑向位移輪廓邊界條件(等式方程。( 15)和( 19)是表示階段1和階段2從動件連桿的長度( R0 = 1.5和Rf = 1.3)，這也是為了形成的位移與那在外面變化的輪廓是連續(xù)的。5.討論由于被綜合的機械裝置所需要，在這一個工作中被呈現(xiàn)的滑件路徑設計方法因只有固定的和運動副對可調(diào)整平面的四桿機械裝置對大部份的現(xiàn)有動作是可適用方法。雖然一個二個階段的移動副問題在這一個工作被例證,規(guī)定的剛體位置的另外時期能被插入。 通過計算那平面四桿機構的坐標和移動副分別為附加的階段,和每個另外的階段另外的轉(zhuǎn)變路徑 (等式方程 (14)-(30) 等效滑動塊曲柄運動加速器可以被設計成能達到這個附加的階段。 雖然二維的空間的剛體的位置普遍被描述被一點和一個變位角 (p 和 h 舉例來說),作家選擇描述剛體使用三個點作為計算的目的。如果使用者偏愛描述使用的剛體傳統(tǒng)的標記,位移矩陣在方程(2) 將會替換為這傳統(tǒng)的平面剛體被放置成矩陣20,21。 計算機輔助設計軟件將規(guī)定在這一個工作和數(shù)學軟件的機械裝置叁數(shù)用來計算機械裝置。這一個軟件使那能夠作成表規(guī)定和有計劃的叁數(shù)被四位有效數(shù)來表示。6.結論為滑件曲柄機構的一個設計方法達成多階段動作鏈鎖反應級請求的完成通過平面的四連桿機構帶有可調(diào)整的運動副是被呈現(xiàn)在這項研究中的。這種方法的好處是那使用它,規(guī)定剛體使用一機構與較少數(shù)活動部分可完成的多階段位置,它用到的活動部分部分與平面的四連桿機構相比較是少的。這一個方法的另一種利益是使用它,滑塊曲柄機構能被設計達成規(guī)定剛體的各階段不需任何的人工的或自動操作控制它的運動副在這些階段中。一滑塊路徑啟動曲柄運動加速器到完成剛體位置的二階段是設計者利用第7項命令多項式去連接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運動產(chǎn)生器推桿連接的移動副。例子問題在本研究中認為一二階段的移動副調(diào)整可調(diào)整平面的四桿機械裝置。33摘 要摘要：曲柄連桿是若干構件用低副連接成的機構。曲柄連桿機構中的構件大都可以表示為桿狀，故亦稱其為桿.由于低副是圓柱面或平面接觸,使得平面連桿機構具有制造容易、運動副中壓強和磨損較小、便于潤滑等優(yōu)點，因此平面連桿機構廣泛用于天各種機械及儀器中。但是，這種機構運動副磨損后會形成間隙，當構件數(shù)目較多時，會使從動件產(chǎn)生較大的運動累積誤差，不容易精確地實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。關鍵詞： 曲柄 連桿。AbstractCrank connecting bar is a mechanism that severial mechanical components are connected by low counter gear. The mechanical components of crank connecting bar can normally be expressed as rodlike forms, so we can also called it “bar”. Due to low counter gear indicats a cylindrical surface contact or a plane surface contact，planar linkage mechanisms has a numbers of advantages such as easy manufacture, relatively small pressure and abrasion of kinematic pair, and easier lubrication, so which has been widely used in various machinery and apparatus. However, a gap will be formed after this kind of mechanism of kinermatic pair is fretted away. Followers will lead to accumulated error of movement when there is a relative large number of mechanical components, so which is not easy to precisely realize the complicated law of motion.Key words: crank connecting bar長春理工大學光電信息學院畢業(yè)設計（論文）題目申報表 院 別 機 電 工 程 分 院 教 研 室 機 械 工 程 教 研 室 指導教師 張 廣 杰 職稱 講 師 職稱 2010年 3月 8日題目名稱導柱設計題目類別設計類題目性質(zhì)結合實際專業(yè)機械設計制造及其自動化參加本題目學生人數(shù)1人論文類虛擬題目題目來源、教師準備情況、主要培養(yǎng)學生哪些能力1本題目來源于指導教師的命題。2指導教師對此課題有深厚的理論基礎及實際經(jīng)驗，在師生共同努力下定能順利、按期完成該課題設計。3本課題主要培養(yǎng)學生對已有知識的運用能力、查找資料和閱讀能力、英譯漢的能力、工程機械的設計、制造能力。題 目 內(nèi) 容 及 要 求一、內(nèi)容：導柱是用于模具中與組件組合使用確保模具以精準的定位進行活動引導模具行程的導向元件。導柱的材質(zhì)一般選用軸承鋼、熱作模具鋼、易車鐵等，而以軸承鋼SUJ2的使用量較大，使導柱在導向性能上的耐用性與可換性大大加強。導柱與組件組成外導柱組件與內(nèi)導柱組件，具有美麗的金屬光澤。二、要求：1.寫出11.5萬字的論文，繪制總裝圖、部裝圖及零件圖。論文內(nèi)容包括:（1）導柱的應用現(xiàn)狀。（2）導柱的特點及分類。（3）斜導柱C段的長度計算及結構參數(shù)確定。（4）導柱中心孔的作用。2.將一篇與本課題有關的英文資料，翻譯成中文（約5000字）。實踐環(huán)節(jié)安排實習長春客車廠3周實驗金工實習基地3周計算機應用計算機繪圖360學時中、外文參考資料：1于駿一. 鄒青.機械制造技術基礎M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.2余躍慶. 現(xiàn)代機械動力學M. 北京：北京工業(yè)大學出版社，2001. 3濮良貴，紀名剛. 機械設計M. 北京：高等教育出版社， 2001.4謝黎明. 械工程與技術創(chuàng)新M. 北京：化學工業(yè)出版社， 2005.5詹啟賢. 自動機械設計M. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 1994.6王步瀛. 機械零件強度計算的理論和方法M. 北京：高等教育出版社， 1988.7扎布隆斯基KE. 機械零件M. 北京：高等教育出版社， 1990.8卜炎. 螺紋連接設計與計算M. 北京：高等教育出版社， 1993.9Hindhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical ApproachM. New York:Wiley,1983. 10Kollmann F .G . Rotating Elasto-plastic Interference FitsM. Trans.ASME,80-C2/DET-1111 Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ. House, 1985.12Mechanical Drive(Reference Issue). Machine Design. 52(14), 1980.教研室主任審 批 簽 字分 院 院 長審 批 簽 字注：題目類別和題目性質(zhì)請用符號填在相應欄內(nèi)。長春理工大學光電信息學院學生畢業(yè)設計（論文）登記表分院機電工程分院專業(yè)機械設計制造及其自動化班級學生姓名指導教師設計（論文）起止日期教研室主任題目名稱（包括主要技術參數(shù)）及要求：1.題目名稱：導柱設計2.要求：導柱是用于模具中與組件組合使用確保模具以精準的定位進行活動引導模具行程的導向元件。導柱的材質(zhì)一般選用軸承鋼、熱作模具鋼、易車鐵等，而以軸承鋼SUJ2的使用量較大，使導柱在導向性能上的耐用性與可換性大大加強。導柱與組件組成外導柱組件與內(nèi)導柱組件，具有美麗的金屬光澤論文開題報告（設計方案論證）應該包括以下幾方面內(nèi)容：1、 本課題研究的意義；2、調(diào)研（社會調(diào)查）情況總結；3、查閱文獻資料情況（列出主要文獻清單；4、擬采取的研究路線；5、進度安排。1. 本課題研究的意義：導柱設計具有運行可靠的特點，能滿足現(xiàn)代化工業(yè)的應用要求。整個控制系統(tǒng)體積小、結構緊湊，具有較高的可靠性。機構的運行控制精度較高，能夠滿足使用要求的需要。近年來受到很大的重視，已經(jīng)成為現(xiàn)代機構學發(fā)展的主要方向之一，是創(chuàng)新的主要方面。2. 調(diào)研情況總結：為更好的完成本課題，在指導教師的帶領下，我們參觀了長春電影城及機械加工廠并隨同有關人員一起見習了加工過程及使用過程，與此同時還把我們的課題設計思路和要解決的問題與工廠實際情況相結合，得到有關人員的指導，使我們受益匪淺。3. 查閱文件清單：1于駿一,鄒青. 機械制造技術基礎M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.2余躍慶. 現(xiàn)代機械動力學M. 北京：北京工業(yè)大學出版社，2001. 3濮良貴，紀名剛. 機械設計M. 北京：高等教育出版社， 2001.4謝黎明. 機械工程與技術創(chuàng)新M. 北京：化學工業(yè)出版社， 2005.5詹啟賢. 自動機械設計M. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 1994.6王步瀛. 機械零件強度計算的理論和方法M. 北京：高等教育出版社， 1988.7扎布隆斯基KE. 機械零件M. 北京：高等教育出版社， 1990.8卜炎. 螺紋連接設計與計算M. 北京：高等教育出版社， 1993.9Hindhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical Approach. New York:Wiley, 1983. 10Kollmann F .G . Rotating Elasto-plastic Interference Fits. Trans.ASME,80-C2/DET-1111patton W .J .Mechanical Power Transmission. New Jersey: Printice-Hall . 1980.12Mechanical Drive(Reference Issue). Machine Design. 52(14), 1980.4. 擬采取的研究路線：指導教師下達任務充分理解課題要解決的問題查閱文件和素材（圖書館、上網(wǎng)）翻譯英文資料到工廠參觀實習寫論文指導教師審查修改完善、定搞準備答辯。5. 進度安排：3月 8日3月 26日 查閱文件，書籍材料。3月 29日4月 09日 翻譯英文材料。4月 11日5月 14日 寫課題論文，寫初稿。5月 17日5月 21日 完善論文，定稿。5月 23日6月 11日 繪制設計草圖、打印。6月 14日6月 18日 整理，熟悉文件。指導教師審閱意見：年 月 日記事：指導教師審閱意見：年 月 日目錄第一章、 緒論- 1 -1.1 選題的目的和意義- 2 -1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀- 3 -1.3 設計研究的主要內(nèi)容- 5-第二章、曲柄連桿機構的整體設計概念- 6 -2.1設計機械整體時應滿足的要求：-6 -2.2、標準化、系列化、通用化：- 6-2.3、結構設計：- 7-第三章、 曲柄連桿機構基本知識- 7 -3.1 曲柄連桿中部分名詞- 7 -3.2 曲柄連桿機構的自由度與約束- 8 -3.3、 曲柄連桿機構的運動分析- 13-第四章、曲柄連桿機構的設計與計算- 15 -4.1 曲柄連桿機構的設計- 15 -4.2 曲柄連桿機構的計算- 19 -4.3 連桿螺栓的設計- 30-第五章、曲柄連桿機構的應用- 32 -第六章- 34 -6.1 機構- 34 -6.2維護與保養(yǎng)- 35 -6.3 注意事項- 35 -結論- 36 -參 考 文 獻- 37 -致謝- 38 -附錄Crane Work Needs More Technique- 39 -I長春理工大學光電信息學院目錄第一章、 緒論- 5 -1.1 選題的目的和意義- 6 -1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀- 6 -1.2.1、解析法- 7 -1.2.2、圖解法- 7 -1.2.3、復數(shù)向量法- 8 -1.3 設計研究的主要內(nèi)容- 9 -1.3.1、- 9 -1.3.2、- 9 -1.3.3、- 9 -1.3.4、- 9 -第二章、曲柄連桿機構的整體設計概念- 10 -2.1設計機械整體時應滿足的要求：- 10 -2.2、標準化、系列化、通用化：- 10 -2.3、結構設計：- 10 -第三章、 曲柄連桿機構基本知識- 11 -3.1 曲柄連桿中部分名詞- 11 -3.2 曲柄連桿機構的自由度與約束- 12 -3.2.1、機構自由度與約束- 12 -3.2.2、平面機構自由度計算- 12 -3.2.3、 機構具有確定運動的條件- 13 -3.2.4、曲柄連桿機構存在曲柄的條件- 13 -3.2.5、曲柄連桿機構運動特征- 15 -3.3、 曲柄連桿機構的運動分析- 17 -3.3.1、動力特性- 17 -3.3.2、 速度瞬心及其應用- 18 -第四章、曲柄連桿機構的設計與計算- 19 -4.1 曲柄連桿機構的設計- 19 -4.1.1、設計的基本問題- 19 -4.1.2 連桿的工作情況、設計要求和材料選用- 22 -4.2 曲柄連桿機構的計算- 23 -4.2.1 連桿小頭的結構設計與強度、剛度計算- 24 -4.2.2 連桿桿身的結構設計與強度計算- 27 -4.2.3 連桿大頭的結構設計與強度、剛度計算- 31 -4.2.3.1連桿大頭的結構設計與主要尺寸- 31 -4.2.3.2、連桿大頭的強度校核- 32 -4.3 連桿螺栓的設計- 34 -4.3.1 連桿螺栓的工作負荷與預緊力- 34 -4.3.2 連桿螺栓的屈服強度校核和疲勞計算- 35 -第五章、曲柄連桿機構的應用- 36 -第六章- 38 -6.1 機構- 38 -6.1.1 驅(qū)動電機- 38 -6.1.2減速器- 38 -6.1.3執(zhí)行機構- 38 -6.2維護與保養(yǎng)- 39 -6.3 注意事項- 39 -結論- 40 -參 考 文 獻- 41 -致謝- 42 -附錄- 43 - 41 -倒柱設計曲柄連桿機構第一章、 緒論機械是人類進行物質(zhì)生產(chǎn)的重要工具，是現(xiàn)代生產(chǎn)的基礎，機械是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。先進生產(chǎn)力離不開先進的機電設備。今天機械設備已經(jīng)廣泛應用于我們的生產(chǎn)和生活領域。隨著工業(yè)的發(fā)展，機械產(chǎn)品的種類越來越多，大到生產(chǎn)用的產(chǎn)品生產(chǎn)線，數(shù)控機床、小到我們的生活用品、都離不開機械產(chǎn)品。機構是具有確定的相對運動構件的組合。而不是無條件的任意組合。所以構件組合后是否成為機構，就要看它能否實現(xiàn)卻定的相對運動。為此，需要討論機構的自由度和它具有的相對運動條件。曲柄連桿機構是若干構件用低副連接而成的機構，是鉸鏈四桿機構的基本形式之一。如果組成機構的所有構件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動，這種機構稱為平面機構；如果各構件不在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動，則稱為空間機構。本次設計通過對平面曲柄連桿機構的結構特點、結構組成、傳動特性、工作特點、故障診斷與排除以及受力分析等方面的討論和研究，從而得到曲柄連桿機構的最優(yōu)設計方案，并通過對其優(yōu)缺點的分析，使之廣泛用于不同領域。由于低副是圓柱面或平面接觸，使得連桿機構具有制造容易、運動副中壓強和磨損較小、便于潤滑等優(yōu)點，因此廣泛應用于各種機械及儀器中。但是，這種機構運動副磨損后會形成間隙，當構件數(shù)目較多時，會使從動件產(chǎn)生較大的運動累積誤差，不容易精確地實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律。1.1 選題的目的和意義曲柄連桿機構是發(fā)動機的傳遞運動和動力的機構，通過它把活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動而輸出動力。因此，曲柄連桿機構是發(fā)動機中主要的受力部件，其工作可靠性就決定了發(fā)動機工作的可靠性。隨著發(fā)動機強化指標的不斷提高，機構的工作條件更加復雜。在多種周期性變化載荷的作用下，如何在設計過程中保證機構具有足夠的疲勞強度和剛度及良好的動靜態(tài)力學特性成為曲柄連桿機構設計的關鍵性問題。通過設計，確定發(fā)動機曲柄連桿機構的總體結構和零部件結構，包括必要的結構尺寸確定、運動學和動力學分析、材料的選取等，以滿足實際生產(chǎn)的需要。在傳統(tǒng)的設計模式中，為了滿足設計的需要須進行大量的數(shù)值計算，同時為了滿足產(chǎn)品的使用性能，須進行強度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性等方面的設計和校核計算，同時要滿足校核計算，還需要對曲柄連桿機構進行動力學分析。為了真實全面地了解機構在實際運行工況下的力學特性，本文采用了多體動力學仿真技術，針對機構進行了實時的，高精度的動力學響應分析與計算，因此本研究所采用的高效、實時分析技術對提高分析精度，提高設計水平具有重要意義，而且可以更直觀清晰地了解曲柄連桿機構在運行過程中的受力狀態(tài)，便于進行精確計算，對進一步研究發(fā)動機的平衡與振動、發(fā)動機增壓的改造等均有較為實用的應用價值。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀多剛體動力學模擬是近十年發(fā)展起來的機械計算機模擬技術，提供了在設計過程中對設計方案進行分析和優(yōu)化的有效手段，在機械設計領域獲得越來越廣泛的應用。它是利用計算機建造的模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究，將分析的方法用于模擬實驗，充分利用已有的基本物理原理，采用與實際物理系統(tǒng)實驗相似的研究方法，在計算機上運行仿真實驗。目前多剛體動力學模擬軟件主要有CATIA ,Pro/Mechanics，Working model 3D，ADAMS等。多剛體動力學模擬軟件的最大優(yōu)點在于分析過程中無需編寫復雜仿真程序，在產(chǎn)品的設計分析時無需進行樣機的生產(chǎn)和試驗。對內(nèi)燃機產(chǎn)品的部件裝配進行機構運動仿真，可校核部件運動軌跡，及時發(fā)現(xiàn)運動干涉；對部件裝配進行動力學仿真，可校核機構受力情況；根據(jù)機構運動約束及保證性能最優(yōu)的目標進行機構設計優(yōu)化，可最大限度地滿足性能要求，對設計提供指導和修正2。目前國內(nèi)大學和企業(yè)已經(jīng)已進行了機構運動、動力學仿真方面的研究和局部應用，能在設計初期及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機曲柄連桿機構干涉，校核配氣機構運動、動力學性能等，為設計人員提供了基本的設計依據(jù)3-4。目前國內(nèi)外對發(fā)動機曲柄連桿機構的動力學分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟。其中機構運動學分析是研究兩個或兩個以上物體間的相對運動，即位移、速度和加速度的變化關系：動力學則是研究產(chǎn)生運動的力。發(fā)動機曲柄連桿機構的動力學分析主要包括氣體力、慣性力、軸承力和曲軸轉(zhuǎn)矩等的分析，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機工作機構動力學、運動學分析方法主要有圖解法和解析法。1.2.1、解析法 解析法是對構件逐個列出方程，通過各個構件之間的聯(lián)立線性方程組來求解運動副約束反力和平衡力矩，解析法又包括單位向量法、直角坐標法等。1.2.2、圖解法圖解法形象比較直觀，機構各組成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改變趨勢均能通過圖解一目了然。圖解法作為解析法的輔助手段，可用于對計算機結果的判斷和選擇。解析法取點數(shù)值較少，繪制曲線精度不高。不經(jīng)任何計算，對曲柄連桿機構直接圖解其速度和加速度的方法最早由克萊茵提出，但方法十分復雜6。 1.2.3、復數(shù)向量法復數(shù)向量法是以各個桿件作為向量，把在復平面上的連接過程用復數(shù)形式加以表達，對于包括結構參數(shù)和時間參數(shù)的解析式就時間求導后，可以得到機構的運動性能。該方法是機構運動分析的較好方法。通過對機構運動學、動力學的分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機工作機構的運動性能、運動規(guī)律等，從而可以更好地對機構進行性能分析和產(chǎn)品設計。但是過去由于手段的原因，大部分復雜的機械運動盡管能夠給出解析表達式，卻難以計算出供工程設計使用的結果，不得不用粗糙近似的圖解法求得數(shù)據(jù)。近年來隨著計算機的發(fā)展，可以利用復雜的計算表達式來精確求解各種運動過程和動態(tài)過程，從而形成了機械性能分析和產(chǎn)品設計的現(xiàn)代理論和方法。通過對機構運動學和動力學分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機工作機構的運動性能、運動規(guī)律等，從而可以更好地對機構進行性能分析和產(chǎn)品設計。但是過去由于手段的原因，大部分復雜的機構運動盡管能夠給出解析式，卻難以計算出供工程使用的計算結果，不得不用粗糙的圖解法求得數(shù)據(jù)。隨著計算機的發(fā)展，可以利用復雜的計算表達式來精確求解各種運動過程和動態(tài)過程，從而形成機械性能分析和產(chǎn)品設計的現(xiàn)代理論和方法。機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術的核心是利用計算機輔助技術進行機械系統(tǒng)的運動學和動力學分析，以確定系統(tǒng)各構件在任意時刻的位置、速度和加速度，進而確定系統(tǒng)及其及其各構件運動所需的作用力5。目前，在對內(nèi)燃機曲柄連桿機構進行動力學分析時，大多采用的是專業(yè)的虛擬樣機商業(yè)軟件，如ADAMS等。這些軟件的功能重點是在力學分析上，在建模方面還是有很多不足，尤其是對這些復雜的曲柄連桿機構零部件的三維建模很難實現(xiàn)。因而在其仿真分析過程中對于結構復雜的模型就要借助CAD軟件來完成，如CATIA,Pro/E,UG等4。當考慮到對多柔體系統(tǒng)進行動力學分析時，有時還需要結合Ansys等專業(yè)的有限元分析軟件來進行7。這一過程十分復雜，不僅需要對這些軟件有一定了解，還需要處理好軟件接口之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，而且軟件使用成本也很高。1.3 設計研究的主要內(nèi)容對內(nèi)燃機運行過程中曲柄連桿機構受力分析進行深入研究，其主要的研究內(nèi)容有：1.3.1、對曲柄連桿機構進行運動學和動力學分析，分析曲柄連桿機構中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對曲柄連桿機構的主要零部件進行強度、剛度等方面的計算和校核，以便達到設計要求；1.3.2、分析曲柄連桿機構中主要零部件如活塞，曲軸，連桿等的工作條件和設計要求，進行合理選材，確定出主要的結構尺寸，并進行相應的尺寸檢驗校核，以符合零件實際加工的要求；1.3.3、應用CATIA軟件對曲柄連桿機構的零件分別建立實體模型，并將其分別組裝成活塞組件，連桿組件，然后定義相應的連接關系，最后裝配成完整的機構，并進行運動仿真分析，檢測其運動干涉，獲取分析結果；1.3.4、應用CATIA軟件將零件模型圖轉(zhuǎn)化為相應的工程圖，并結合使用AutoCAD軟件，系統(tǒng)地反應工程圖上的各類信息，以便實現(xiàn)對機構的進一步精確設計和檢驗。 第二章、曲柄連桿機構的整體設計概念2.1設計機械整體時應滿足的要求：設計的機械零件既要工作可靠，又要成本低。要解決前一個問題，需要根據(jù)可能發(fā)生的失效，確定要件在強度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性、溫升等方面必須滿足的條件，這些條件是判斷要件工作能力的準則，在設計曲柄連桿機構中，根據(jù)機構的具體運轉(zhuǎn)情況和的計算后，確定后來設計方案。2.2、標準化、系列化、通用化：在不同類型、不同規(guī)格的各種機器中，有相當多的零部件是相同的（本設計中就有3個螺釘），將這些零部件加以標準化，并按尺寸加以系列化，則設計時就毋須重設計，可直接從有關手冊的標準中選用。通用化是指系列系列之內(nèi)的或跨系列的產(chǎn)品之間盡量采用同一結構和尺寸的零部件，以減少設計時零部件的種類，從而簡化生產(chǎn)管理和縮短制造時間（如本設計中的機架）。2.3、結構設計：計算和結構設計都是設計工作中的重要內(nèi)容，兩者同等重要。有必要指出，結構設計千萬不可輕視，何況計算也往往要在初步結構構思的基礎上將其抽象為數(shù)學模型后才能進行（以曲柄為例，只有先確定軸的支承和受載零件的位置和尺寸后才能計算）。在設計過程中，借鑒前人成功的設計經(jīng)驗，注意歸納、分析、總結，掌握設計中的規(guī)律，對提高設計質(zhì)量幫助很大。在設計曲柄連桿機構過程中，以上的三個方面都是要重點考慮的內(nèi)容。經(jīng)過認真的計算和畫圖，并參考了很多的設計實例，才完成此次設計。第三章、 曲柄連桿機構基本知識3.1 曲柄連桿中部分名詞曲柄搖桿機構：一個連架桿為曲柄，另一個連架桿為搖桿的鉸鏈四桿機構稱為曲柄搖桿機構。鉸鏈四桿機構：在平面機構中如果全部運動副都是轉(zhuǎn)動副，則稱為鉸鏈四桿機構。連架桿：與機架相連的桿稱為連架桿。曲柄：連架桿中能作360轉(zhuǎn)動稱為曲柄。搖桿：在運動中該桿的轉(zhuǎn)動在小于360擺動則稱為搖桿。機械：機械是機構和機器的總稱。機構：只有確定的相對運動，而不能代替人做有用的機械的構件組合。例如摩托車是機器，而自行車是機構。構件的自由度：一個作平面運動的自由構件有三個獨立運。在坐標系中，構件可隨其任一點沿，軸方向移動和該點轉(zhuǎn)動，這種獨立的運動稱為構件的自由度。高副：高副是指兩構件通過點或線接觸組成的運動副。低副：兩構件通過面接觸組成的運動副稱為低副 固定件：機架又稱固定件，用來支撐活動構件，比如氣缸體就是機架。原動件：運動規(guī)律已知的活動構件。比如內(nèi)燃機的活塞就是原動件。從動件：機構中隨著原動件的運動而運動的其余活動構件稱為從動件，比如內(nèi)燃機的連桿和曲軸都是從動件。運動鏈：若干構件通過運動副聯(lián)接起來所構成的系統(tǒng)稱為運動鏈.。平面機構：所有構件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運動的機構稱為平面機構；否則稱為空間機構。3.2 曲柄連桿機構的自由度與約束3.2.1、機構自由度與約束機構是具有確定相對運動的構件組合。曲柄搖桿機構也屬于平面機構，既然是平面機構也就無條件的遵從平面機構的運動特性所以，一個作平面運動的自由構件有三個自由度。機構是由許多構件組合而成的，機構的每個構件都以一定的方式與其它構件相互聯(lián)接。這種聯(lián)接都不是固定聯(lián)接，而是能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接。這種使兩構件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運動的聯(lián)接稱為運動副。例如在內(nèi)燃機中，活塞與連桿的聯(lián)接、活塞與氣缸的聯(lián)接等都構成了運動副。顯然，構件組成運動副后，它們的獨立運動就受到約束，自由度便隨之減少。又根據(jù)它們的相對運動是轉(zhuǎn)動或是移動，又可分為回轉(zhuǎn)副和移動副。當兩個構件組成運動副之后，它們的運動受約束，因而其自由度隨之減少。不同類型的運動副，由于其運動副元素的不同，引入的約束數(shù)目不同，因此使構件保留的自由度也不同。例如低副為面接觸，引入兩個約束，保留一個自由度。其中轉(zhuǎn)動幅限制了沿軸、軸方向的兩個移動，使構件保留了一個轉(zhuǎn)動的自由度；而移動副約束了垂直于移動副中心線方向的一個移動和在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動這兩個自由度。高副為點或線接觸，只能引入一個約束，保留兩個自由度，即只約束了接觸處（點或線）公法線放向移動的自由度，使構件保留接觸處轉(zhuǎn)動和接觸處公切線方向移動兩個自由度。在平面機構中，每個低副引入兩個約束，每個高副引入一個約束。3.2.2、平面機構自由度計算設某平面機構共有個構件，除去一個機架是固定件外，活動構件數(shù)n=N-1個。在用運動副將構件聯(lián)接起來之前，這些構件自由度總和為3n個。當用P各低副和M個高副聯(lián)接成運動鏈以后，這些運動副所帶來的總約束數(shù)為（2P+M）個。那么，整個機構相對機架的自由度，即機構的自由度，應為運動構件自由度總和與運動副引入的約束綜合之差，所以以F表示機構的自由度，則有 F=3n-2P+M (1-1) 式(1-1)給出了平面機構中運動構件數(shù)目、低副數(shù)目、高副數(shù)目與機構自由度的關系，此式即為平面機構自由度計算公式。3.2.3、 機構具有確定運動的條件要是機構能有確定運動，必須使主動件數(shù)等于機構的自由度數(shù)，即因此機構具有確定運動的條件是：機構的原動件的數(shù)目必須等于機構的自由度數(shù)。如果主動件數(shù)大于自由度數(shù)，若迫使兩個主動件數(shù)按各自規(guī)律運動，則機構中最薄弱的構件或運動將會遭到破壞。3.2.4、曲柄連桿機構存在曲柄的條件在圖（一）中在鉸鏈四桿機構中，設分別以a 、b、 c、 d 表示機構中個構件長度。設ac時) 或 c-bFmin=d-a(cb時) 將上式整理得： ac, ab, ad設ad d+ab+c d+ba+c d+ca+b將上式兩兩相加可得 da, db, dc3設a=d此時Fmin=0， a=d b=c ab由此可綜合歸納出曲柄搖桿機構存在曲柄的條件為：連架桿和機架中必有一桿為最短桿；最短桿和最長桿之和應小于或等于其它兩桿長度之和。推論： 當機構尺寸滿足桿長條件時，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動副均為周轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動副為擺動副。上述兩個條件必須同時滿足，否則機構中無曲柄存在。根據(jù)曲柄存在的條件，還可做如下推論：1） 若鉸鏈四桿機構中最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則可能有以下三種情況：a 以最短桿的相鄰桿做機架時，為曲柄搖桿機構。b 以最短桿為機架時，為雙曲柄機構。c 以最短桿的相對桿為機架時，為雙搖桿機構。2） 若鉸鏈四桿機構中最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則不論哪一桿為機架均為雙搖桿機構。3.2.5、曲柄連桿機構運動特征 1）、連架桿轉(zhuǎn)角曲線 兩連架桿轉(zhuǎn)角間的變化關系曲線稱為連架桿轉(zhuǎn)角曲線用()表示。 2）、連桿曲線： 四桿機構的連桿平面上任一點所實現(xiàn)的軌跡曲線稱為連桿曲線。連桿曲線的形狀與機構尺寸和該點的位置有關。 連桿轉(zhuǎn)角曲線： 四桿機構連桿平面上任一條標線（如BC）與x軸正向夾角，隨原動件AB轉(zhuǎn)角的變化曲線。3）、急回特性（1）. 機構極位：曲柄回轉(zhuǎn)一周，與連桿兩次共線，此時搖桿分別處于兩極限位置，稱為機構極位。（2） 極位夾角：機構在兩個極位時，原動件所處兩個位置之間所夾的銳角稱為極位夾角。（3） 急回運動：曲柄等速轉(zhuǎn)動情況下，搖桿往復擺動的平均速度一快一慢，機構的這種運動性質(zhì)稱為急回運動。 ab圖2-23.2.6 行程速比系數(shù)K為表明急回運動程度，用反正行程速比系數(shù)K來衡量 q角愈大，K值愈大，急回運動性質(zhì)愈顯著對于（二）圖a：對心曲柄滑塊機構=0，沒有急回運動。對于（二）圖b：偏置曲柄滑塊機構0，有急回運動。機構急回的作用： 節(jié)省空回時間，提高工作效率。3.3、 曲柄連桿機構的運動分析3.3.1、動力特性壓力角、傳動角壓力角a:在不計摩擦的情況下,從動件受力方向與力作用點速度方向所夾的銳角。傳動角g:壓力角之余角。衡量機構的傳動質(zhì)量。傳動角g越大，對機構工作越有利。設計時，應使g gmin鉸鏈四桿機構中，曲柄與機架拉直共線和重疊共線的兩位置處出現(xiàn)的傳動角中，必有一出為最小傳動角死點 a 在分從動件在傳動角為零的位置為機構的死點.b 析死點位置時,要首先搞清楚哪個是主動件.c 死點是機構在運動過程中所處的特殊位置,它與自由度為0不同,與機構的自鎖也不同.死點的避免a 機構錯位排列b 加飛輪,利用慣性通過死點死點的利用a 飛機起落架b 夾具3.3.2、 速度瞬心及其應用 1.速度瞬心的概念：兩個剛體上相對速度為零的重合點。如果兩剛體之一是靜止的，其瞬心為絕對速度瞬心。（如圖三左）如果兩剛體都是運動的，其瞬心為相對速度瞬心。（如圖三右） 2.速度瞬心數(shù)目：如果一個機構由k個構件所組成，則它的瞬心 總數(shù)為：N=k(k-1)/2 3.速度瞬心的位置：直接構成運動副間接構成運動副三心定理：作平面運動的三個構件共有三個瞬心，它們位于同一直上。 圖2-3 4.應用：常用在構件較少的機構中，不適用多桿機構。 找瞬心時可根據(jù)實際情況找所用的瞬心。 只適用于速度分析，不適用加速度分析。 只適用一個或幾個位置的求解，不適于多位置或一個周期內(nèi)速度、加速度分析。第四章、曲柄連桿機構的設計與計算4.1 曲柄連桿機構的設計4.1.1、設計的基本問題 1）. 設計任務： 根據(jù)給定的運動要求，選定機構的類型； 確定各構件的尺度參數(shù)； 檢件；驗是否滿足結構運動和動力條如：運動副結構曲柄存在條件最小傳動角運動連續(xù)性等2）曲柄連桿機構設計的基本問題（1）現(xiàn)預定運動規(guī)律（函數(shù)生成機構的設計）例.實如：連架桿的對應位置 從動件的急回運動特性（2）.實現(xiàn)連桿給定位置（剛體導引機構的設計）（3）.實現(xiàn)預定運動軌跡（軌跡生成機構的設計） 方法：解析法、作圖法、實驗法3）使四桿機構兩連架桿間實現(xiàn)給定的傳動比關系的設計，實現(xiàn)預定的運動要求，稱為傳動機構設計（函數(shù)機構設計）。如：車門開閉機構，要求兩連架桿轉(zhuǎn)角相同，轉(zhuǎn)向相反。汽車前輪轉(zhuǎn)向機構，要求兩連架桿滿足某種函數(shù)關系，保證順利轉(zhuǎn)彎。牛頭刨床要求滿足一定的急回等性。4）實現(xiàn)預定的連桿位置要求剛體導引機構設計圖3-1飛機起落架機構圖 圖3-1 鑄造翻砂 要求實現(xiàn)機輪放下和收起兩個位置 5）實現(xiàn)預定的軌跡要求軌跡生成機構設計使四桿機構連桿上某一點實現(xiàn)給定的一段曲線軌跡或某一封閉曲線軌跡的設計。6）曲柄搖桿機構的設計公式如圖，主動機是曲柄OA，從動件是連桿AP與滑塊P，機架、導軌l（不動件）如圖組合而成，電動機帶動曲柄旋轉(zhuǎn)，通過連桿帶動滑塊在導軌上做往復直線運動 圖3-3設旋轉(zhuǎn)中心O到導軌的距離為e，滑塊的最大行程為H，滑塊兩極限位置 在O點所張的角為 （叫做極位夾角）當連桿 與曲柄 重疊時，滑塊到達位置 ；連桿 與曲柄 成一直線時，滑塊到達位置 在實際設計中，常常需從已知數(shù)據(jù)e，H， 出發(fā)，求出曲柄OA之長r，連桿AP之長x下面我們來解決這一問題在 中， 根據(jù)余弦定理，有 即 所以 又因為 所以 即 解由，構成的方程組，得 因為 所以 4.1.2 連桿的工作情況、設計要求和材料選用1、工作情況連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復運動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運動。因此，連桿體除有上下運動外，還左右擺動，做復雜的平面運動。2、設計要求 連桿主要承受氣體壓力和往復慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設計時應首先保證連桿具有在足夠的疲勞強度和結構鋼度。如果強度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會對曲柄連桿機構的工作帶來不好的影響。所以設計連桿的一個主要要求是在盡可能輕巧的結構下保證足夠的剛度和強度。為此，必須選用高強度的材料；合理的結構形狀和尺寸。3、材料的選擇 為了保證連桿在結構輕巧的條件下有足夠的剛度和強度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結構鋼45模鍛，表面噴丸強化處理，提高強度。 4.2 曲柄連桿機構的計算DCBA728700588 圖3-4 1曲柄搖桿機構：AB為最短桿 2雙曲柄機構：AD為最短桿3 雙搖桿機構：因不是最短桿的對邊，故考慮不滿足桿長和條件下的雙搖桿機構 或 4.2.1 連桿小頭的結構設計與強度、剛度計算1、連桿小頭的結構設計連桿小頭主要結構尺寸如圖4.1所示，小頭襯套內(nèi)徑和小頭寬度已在活塞組設計中確定，。為了改善磨損，小頭孔中以一定過盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為，取，則小頭孔直徑，小頭外徑，取。2、連桿小頭的強度校核以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應力也增大。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。上述載荷的聯(lián)合作用可能使連桿小頭及其桿身過渡處產(chǎn)生疲勞破壞，故必須進行疲勞強度計算9。 圖4.1 連桿小頭主要結果尺寸（1）襯套過盈配合的預緊力及溫度升高引起的應力計算時把連桿小頭和襯套當作兩個過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為： （4.1）式中：襯套壓入時的過盈，； 一般青銅襯套，取，其中：工作后小頭溫升,約；連桿材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼 ；襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅；、連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可取；連桿材料的彈性模數(shù)，鋼10；襯套材料的彈性模數(shù)，青銅；計算小頭承受的徑向壓力為：由徑向均布力引起小頭外側及內(nèi)側纖維上的應力，可按厚壁筒公式計算，外表面應力 （4.2）內(nèi)表面應力 （4.3）的允許值一般為，校核合格。（2）連桿小頭的疲勞安全系數(shù)連桿小頭的應力變化為非對稱循環(huán)，最小安全系數(shù)在桿身到連桿小頭的過渡處的外表面上為： （4.4）式中：材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），??； 材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2； 應力幅， ； 平均應力，；工藝系數(shù)，取0.5；則 連桿小頭的疲勞強度的安全系數(shù)，一般約在范圍之內(nèi)4。3、連桿小頭的剛度計算當采用浮動式活塞銷時，必須計算連桿小頭在水平方向由于往復慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗公式為: （4.5）式中：連桿小頭直徑變形量，；連桿小頭的平均直徑，； 連桿小頭斷面積的慣性矩，則 對于一般發(fā)動機，此變形量的許可值應小于直徑方向間隙的一半，標準間隙一般為，則校核合格。4.2.2 連桿桿身的結構設計與強度計算1、連桿桿身結構的設計連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度約等于(為氣缸直徑)，取，截面高度，取。為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。2、連桿桿身的強度校核連桿桿身在不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計算斷面以上做往復運動的質(zhì)量的慣性力的拉伸，在爆發(fā)行程，則受燃氣壓力和慣性力差值的壓縮，為了計算疲勞強度安全系數(shù)，必須現(xiàn)求出計算斷面的最大拉伸、壓縮應力。（1）最大拉伸應力由最大拉伸力引起的拉伸應力為： （4.6）式中：連桿桿身的斷面面積，汽油機，為活塞投影面積，取。則最大拉伸應力為： （2）桿身的壓縮與縱向彎曲應力桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃氣作用力時，并可認為是在上止點，最大壓縮力為： （4.7）連桿承受最大壓縮力時，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。此時連桿在擺動平面內(nèi)的彎曲，可認為連桿兩端為鉸支，長度為；在垂直擺動平面內(nèi)的彎曲可認為桿身兩端為固定支點，長度為，因此在擺動平面內(nèi)的合成應力為： （4.8）式中：系數(shù)，對于常用鋼材，取；計算斷面對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩，。 ；將式（4.8）改為： （4.9）式中 連桿系數(shù)，；則擺動平面內(nèi)的合成應力為：同理，在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應力為： （4.10） 將式（4.10）改成 （4.11）式中：連桿系數(shù)，。則在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應力為： 和的許用值為 ，所以校核合格。（3）連桿桿身的安全系數(shù)連桿桿身所受的是非對稱的交變循環(huán)載荷，把或看作循環(huán)中的最大應力，看作是循環(huán)中的最小應力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。循環(huán)的應力幅和平均應力，在連桿擺動平面為： （4.12） （4.13）在垂直擺動平面內(nèi)為： （4.13） （4.14）連桿桿身的安全系數(shù)為： （4.15）式中：材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），??；材料對應力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2；工藝系數(shù)，取0.45。則在連桿擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：在垂直擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為：桿身安全系數(shù)許用值在的范圍內(nèi)，則校核合格。4.2.3 連桿大頭的結構設計與強度、剛度計算4.2.3.1連桿大頭的結構設計與主要尺寸連桿大頭的結構與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑、長度、連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。其中在、在曲軸設計中確定，則大頭寬度，軸瓦厚度，取，大頭孔直徑。連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺高度，取，取，為了提高連桿大頭結構剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離，取，一般螺栓孔外側壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。4.2.3.2、連桿大頭的強度校核假設通過螺栓的緊固連接，把大頭與大頭蓋近似視為一個整體，彈性的大頭蓋支承在剛性的連桿體上，固定角為，通常取，作用力通過曲柄銷作用在大頭蓋上按余弦規(guī)律分布，大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面一致，大頭的曲率半徑為。 連桿蓋的最大載荷是在進氣沖程開始的，計算得：作用在危險斷面上的彎矩和法向力由經(jīng)驗公式求得： （4.16）由此求得作用于大頭蓋中間斷面的彎矩為： （4.17）作用于大頭蓋中間斷面的法向力為： （4.18）式中：，大頭蓋及軸瓦的慣性矩， ， ，大頭蓋及軸瓦的斷面面積， ，在中間斷面的應力為： （4.18）式中：大頭蓋斷面的抗彎斷面系數(shù)， 計算連桿大頭蓋的應力為：一般發(fā)動機連桿大頭蓋的應力許用值為，則校核合格。4.3 連桿螺栓的設計4.3.1 連桿螺栓的工作負荷與預緊力根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計，取。發(fā)動機工作時連桿螺栓受到兩種力的作用：預緊力和最大拉伸載荷，預緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過盈度所必須具有的預緊力；二是保證發(fā)動機工作時，連桿大頭與大頭蓋之間的結合面不致因慣性力而分開所必須具有的預緊力15。連桿上的螺栓數(shù)目為2，則每個螺栓承受的最大拉伸載荷為往復慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力在氣缸中心線上的分力之和，即 （4.19）軸瓦過盈量所必須具有的預緊力由軸瓦最小應力，由實測統(tǒng)計可得一般為，取30，由于發(fā)動機可能超速，也可能發(fā)生活塞拉缸，應較理論計算值大些，一般取，取。4.3.2 連桿螺栓的屈服強度校核和疲勞計算連桿螺栓預緊力不足不能保證連接的可靠性，但預緊力過大則可能引起材料超出屈服極限，則應校核屈服強度，滿足 （4.20）式中：螺栓最小截面積，；螺栓的總預緊力，；安全系數(shù)，取1.7；材料的屈服極限，一般在800以上16。那么連桿螺栓的屈服強度為： 則校核合格。第五章、曲柄連桿機構的應用1. 現(xiàn)實生活中曲柄連桿機構的應用非常多下面是我在現(xiàn)實生活中發(fā)現(xiàn)的一些例子1曲柄搖桿機構 圖5-1牛頭刨床橫向自動進給機構 圖5-2 腳踏砂輪機構 2. 雙搖桿機構圖5-3鄂式起重機 圖5-4 夾緊機構3. 雙曲柄機構A、D均為整轉(zhuǎn)副圖5-5雙曲柄機構 圖5-6平行四邊形機構第六章6.1 機構6.1.1 驅(qū)動電機 型號：Y801-4-X3 三相交流電機供電電壓：380VAC額定電流：1.5A額定轉(zhuǎn)速：1390r/min額定功率：550w6.1.2減速器安裝方式：直聯(lián)（組成BWD0.55-15-59減速電機）結構形式：擺線針輪減速器減速比：1：59輸出轉(zhuǎn)矩：240Nm6.1.3執(zhí)行機構結構形式：祛病搖桿機構傾斜幅度：406.2維護與保養(yǎng)經(jīng)常檢查注模的運動狀態(tài)是否正常，必要時調(diào)整與行程開關的相對位置，檢查是否有松脫現(xiàn)象，必要時擰緊螺紋緊固件，注模型主軸承為雙到向心球面球軸承。裝配時已注滿潤滑脂，無需專門的保養(yǎng)。減速器憷場時已注滿潤滑脂，無需專門的保養(yǎng)。減速器出廠時已注滿潤滑脂，一般也無需專門的保養(yǎng)。若發(fā)現(xiàn)減速器過熱（）85），則應補充潤滑脂，若發(fā)現(xiàn)潤滑脂變質(zhì)，應立即清洗并更換潤滑脂。定期維護時全面擰緊螺紋固件。大修時減速器、軸承及清洗連桿兩端的球銷并注油。6.3 注意事項柱模型長度大，柔度大，有很大的沖擊慣量?；A鋼板與地基的聯(lián)結情況不清，請注意觀察基礎鋼板是否有松動趨勢。發(fā)現(xiàn)問題時做加固處理。執(zhí)行機構連桿長度可調(diào)，維修拆卸后需重新調(diào)節(jié)。保持曲柄長度不變，曲柄處于水平位置且與連桿軸線重合時調(diào)節(jié)連桿長度使柱模型直立或完全倒下。運動部件附近不得存放雜物，以免阻礙機構運動造成機構損壞。特別要注意電纜線不得與運動部件有接觸的可能。以免造成磨損短路。結論本次設計所涉及的知識面主要是機械結構設計的內(nèi)容、機械結構、機械傳動、材料選擇輔助的有機械專業(yè)外的傳感器、處理器以及模糊控制。所以通過本次設計不及可以更好的掌握機械設計的原理與應用以及本設計在生活中的應用，而且還對本專業(yè)之外相關專業(yè)知識的應用也有了大概的了解。因此本次設計對今后自己在機械行業(yè)的進一步學習和發(fā)展起到了很好的帶動作用，有很大的幫助。參 考 文 獻1于駿一,鄒青. 機械制造技術基礎M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.2余躍慶. 現(xiàn)代機械動力學M. 北京:北京工業(yè)大學出版社，2001. 3濮良貴，紀名剛. 機械設計M. 北京：高等教育出版社， 2001.4謝黎明. 機械工程與技術創(chuàng)新M. 北京：化學工業(yè)出版社， 2005.5詹啟賢. 自動機械設計M. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 1994.6王步瀛. 機械零件強度計算的理論和方法M. 北京：高等教育出版社， 1988.7扎布隆斯基KE. 機械零件M. 北京：高等教育出版社， 1990.8卜炎. 螺紋連接設計與計算M. 北京：高等教育出版社， 1993.9Hindhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical Approach. New York:Wiley, 1983. 10Kollmann F .G . Rotating Elasto-plastic Interference Fits. Trans.ASME,80-C2/DET-1111patton W .J .Mechanical Power Transmission. New Jersey: Printice-Hall . 1980.12Mechanical Drive(Reference Issue). Machine Design. 52(14), 1980. 13王東華曲軸強度計算若干問題的探討J天津大學學報，20023致謝光陰似箭，自從進入長春理工大學光電信息學院的那一天至今已經(jīng)有近三年的時間了，許多快樂的事好象就是昨天發(fā)生的，老師們的諄諄教導仿佛還在耳邊，感謝老師們幾年來的栽培。經(jīng)過了三個多月的時間，我的畢業(yè)設計在自己的努力與堅持中完成了。很欣慰自己通過查閱國內(nèi)外的大量資料與文獻，深入的認識了機械這個學科所涉及到得知識。不僅增加自己的認知能力，同時也增強了自己的綜合運用能力，自己受益良多。在此我要衷心感謝我的導師張廣杰老師。在整個大學學習期間，張老師的諄諄教誨和無微不至的關懷使我獲益終身。張老師淵博的知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，真誠寬厚的待人品德，專業(yè)的業(yè)務能力都給我留下了深刻的印象，也將是我今后人生道路上學習的榜樣。在此，向張老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。到了現(xiàn)在已經(jīng)是做完畢業(yè)設計，準備告別母校的時候了，在這次畢業(yè)設計中，使自己獨立思考問題，分析問題，解決問題的能力有了很大的提高，并且，我還得到了更寶貴的東西，那就是三年來學到的許多知識，如機械設計、機械制圖、CAD軟件繪圖等都獲得了進行實際演練的機會，進而提高了我的實際動手能力，使我獲得了更加寶貴的專業(yè)經(jīng)驗，為我走向社會起到了良好的作用。在寫論文的過程中，老師嚴謹治學的態(tài)度和一絲不茍的精神更加值得我學習，這將是我在今后的工作崗位上學習的榜樣。由于我的經(jīng)驗有限，在設計過程中，出現(xiàn)紕漏和疏忽是不可避免的，懇請老師們批評、指正。再次感謝所有母校的老師們對我的培養(yǎng)，我永遠都不會忘記你們這些辛勤的園丁。師恩最難忘！2010年06月01日附錄Crane Work Needs More TechniqueCrane work needs more technology. Construction of tower cranes are the main vertical transportation equipment and also a measure of construction companies and equipment strength of the important logo, in todays increasingly competitive construction market, to meet the construction needs of many construction companies have bought the tower crane. With the tower crane at the construction site of the widely used by the tower crane accident also caused more and more to peoples lives and property brought about great losses. According to national statistics, the departments concerned, the tower crane accident rate reached 2.77 percent. Its security problem is still the urgency of the construction Loose training, testing and oversight requirements for the people who work around construction cranes have fostered a false sense of security in our industry. The recent deadly tower-crane collapse at a congested New YorkCity building site should be a wake-up call for us to question and step up our current safety practices.Training and testing is king when it comes to safety. But the construction industry is putting unqualified personnel in the seats of construction cranes, even with todays testing. In many places, no experience is necessary after passing a standardized test. One week of study will give some people enough knowledge to pass a certification examination, and then they can jump into the cab of a crane.Imagine that a commercial airline pilot had the same training as a certified crane operator. How would you feel the next time you decided to fly? In California, it takes more hours of training to wield a pair of scissors in a hair salon than to operate potentially dangerous lifting machinery. How does this make sense?Riggers and signal persons also need standard training and testing to ensure safety under the hook. Employers usually allow any craft to signal a crane on a jobsite, despite best practices that require only qualified people do so. How is it then that uncertified and untrained people are allowed to signal and rig under the hook of a licensed or certified operator?Tower cranes are particularly risky as urban sites become more congested, and the risk of a catastrophic event is very high during climbing operations. Yet most tower-crane climbing crews are trained in a non-traditional manner, via secondhand knowledge that has been passed down over time. The problem with this type of hand-me-down kno