【正文】 當今任何一個國家，若其要在綜合國力上取得優(yōu)勢地位，就必須在科學技術(shù)上取得優(yōu)勢。 90 年代以來，隨著以計算機技術(shù)為支柱的信息技術(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。同時，工業(yè)產(chǎn)品由傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品向機電一體化產(chǎn)品、信息電子產(chǎn)品開發(fā)時把面向產(chǎn)品的創(chuàng)新性、外觀造型、人機工程等的設(shè)計提高到了一個新的高度，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，以提高企業(yè)形象、產(chǎn)品設(shè)計水平和市場競爭力。正因如此，工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域的研究逐漸受到了國內(nèi)學者的關(guān)注。特別是近幾年來，隨著計算機軟硬件技術(shù)的日新月異，計算機圖形學、計算機輔助設(shè)計、多媒體等技術(shù)的發(fā)展和 CAD/CAM、 PRO/E 軟件應(yīng)用的逐步深入，現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計理論與方法的研究有了長足的進步。 隨著現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，產(chǎn)品的功 能、結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，新產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期不斷縮短，設(shè)計工作在產(chǎn)品的整個生命周期中占據(jù)了越來越重要的地位。事實上，雖然開發(fā)中設(shè)計本身所花的費用僅占產(chǎn)品總成本的 5%左右，但新產(chǎn)品的開發(fā)費用中約有 80%取決于設(shè)計過程，因而產(chǎn)品的設(shè)計階段己被視為提高整個生產(chǎn)效率的瓶頸，對于生產(chǎn)系統(tǒng)的整個生產(chǎn)率起著舉足輕重的作用。因此，伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計也得到了迅速的發(fā)展和普及。而參數(shù)化技術(shù)是當前 PRO/E技術(shù)需要的研究的領(lǐng)域之一。參數(shù)化設(shè)計一般是指設(shè)計對象的結(jié)構(gòu)比較定型，可以用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系，參數(shù)的求解較 簡單，參數(shù)與設(shè)計對象的控制尺寸有顯式的對應(yīng)，設(shè)計結(jié)果的修改受到尺寸驅(qū)動。參數(shù)化設(shè)計技術(shù)以其強有力的草圖設(shè)計、尺寸驅(qū)動修改圖形功能，成為初始設(shè)計、產(chǎn)品建模及修改系列設(shè)計、多方案比較和動態(tài)設(shè)計的有效手段。 為了能夠更直觀、更全面地反映設(shè)計意圖，可在計算機內(nèi)部建立相應(yīng)的三維實體模型。并且，在三維模型的基礎(chǔ)上可以進行零件裝配、干涉檢查、有限元分析，運動分析等高級的計算機輔助設(shè)計工作。而 PRO/ENGINEER 是美國參數(shù)技術(shù)公司 (PTC) 研制的 CAD/CAM 軟件，它具有以上強大功能，因此本課題具有很重要的實際研究 意義。 本課題設(shè)計的 曲柄滑塊機構(gòu) 正是運用 PRO/E 的獨特造型設(shè)計功能來實現(xiàn)的。 湖北文理 學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 2 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 90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 20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)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時行，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)用水平己成為和衡量一個國家的科學技術(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)己經(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)。我國 PRO/E 技術(shù)的研究和開發(fā)工作起步相對較晚，自 80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)的開發(fā)和研制工作。 隨著 POR/E技術(shù)的不斷研究，開發(fā)與廣泛應(yīng)用，對 POR/E技術(shù)提出越來越高的要求，因此 POR/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。 運動仿真技術(shù)及國內(nèi)外運動仿真技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展概況 運動仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)方法，是多個相關(guān)學科領(lǐng)域交叉、集成的產(chǎn)物，是一種基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設(shè)計方法，其涉及機械、 電子、計算機圖形學、仿真建模、虛擬現(xiàn)實等多個領(lǐng)域、多項技術(shù)，以計算機仿真和產(chǎn)品生命周期建模為基礎(chǔ)，以機械系統(tǒng)運動學、動力學和控制理論為核心，借助成熟的三維計算機圖形技術(shù)、圖形用戶界面技術(shù)、信息技術(shù)、集成技術(shù)、多媒體技術(shù)、并行處理技術(shù)等，將分散的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和分析過程集成在一起，使得與產(chǎn)品相關(guān)的所有人員能在產(chǎn)品研制的早期直觀形象地對虛擬的產(chǎn)品原型進行設(shè)計優(yōu)化、性能測試、制造仿真以及使用仿真等。 湖北文理 學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 3 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 3 換句話說“運動仿真”設(shè)計方法就是在建造第一臺物理樣機之前，利用軟件技術(shù)建立產(chǎn)品系統(tǒng)計算機模型，通過基于實體可視化的仿 真分析，模擬系統(tǒng)在真實工作環(huán)境條件下的運動和動力特性，以便反復(fù)修改設(shè)計方案，最終得到最優(yōu)設(shè)計方案。 國外已經(jīng)在各個領(lǐng)域廣泛地應(yīng)用仿真設(shè)計。所涉及到的產(chǎn)品從龐大的卡車到微小的照相機的快門，從火箭到輪船的錨機。在工程和礦山機械行業(yè)，如約翰迪爾公司利用仿真技術(shù)成功地解決了工程機械在高速行駛時出現(xiàn)蛇形現(xiàn)象的問題及在重載下的自激振動這個一直困擾著設(shè)計師及用戶的難題，大大提高了工程和礦山機械高速行駛性能與重載作業(yè)性能?？ㄌ乇死展纠锰摂M樣機在切削任何一片金屬之前就可快速試驗數(shù)千種設(shè)計方案，不但降低了產(chǎn)品設(shè)計成本， 縮短了開發(fā)周期，而且還制造出性能更為優(yōu)異的產(chǎn)品。 運動仿真技術(shù)在國外已有很多應(yīng)用實例，我國也正積極投身于該項技術(shù)的研究中。在傳統(tǒng)上，我國引進物理樣機，開發(fā)人員往往停留在零件照抄的水平上，對于樣機缺乏系統(tǒng)水平上的理解和研究，結(jié)果雖然投入了大量的人力物力，卻收效甚微。但如果采用虛擬樣機技術(shù)，技術(shù)人員便可對引進樣機進行深入的研究，可以追蹤樣機的設(shè)計思想，從而真正提高設(shè)計人員的水平，開發(fā)出能滿足市場需求的產(chǎn)品來。 主要研究內(nèi)容、途徑及技術(shù)路線 本課題主要分析 曲柄滑塊機構(gòu) 的結(jié)構(gòu)及工作原理，學習 PRO/E三維造 型軟件的基本操作，特征造型方法及運動仿真等。 具體研究內(nèi)容有以下幾點：（ 1）對 曲柄滑塊機構(gòu) 本身的結(jié)構(gòu)特點和性能進行研究。（ 2）對 曲柄滑塊機構(gòu) 各組成零件的三維模型進行設(shè)計。（ 3）在 PRO/E環(huán)境中生成減速器的各主要零件的三維模型。（ 4）對 曲柄滑塊機 構(gòu) 的 方案進行優(yōu)化設(shè)計。（ 5）對 曲柄滑塊機構(gòu) 的工作情況進行裝配和運動仿真。 主要研究途徑和技術(shù)路線有： 查閱有關(guān) 曲柄滑塊機構(gòu)的 機械原理、 PRO/E軟件功能等與設(shè)計相關(guān)方面的資料，研究國內(nèi)外相關(guān)的設(shè)計手冊或書籍，在保證設(shè)計方案可行性的基礎(chǔ)上，用 PRO/E設(shè)計出減速器 的結(jié)構(gòu)并進行仿真。 利用計算機三維造型軟件對機構(gòu)進行三維造型和運動仿真，及時發(fā)現(xiàn) 問題，及時修改。實行邊科研和邊設(shè)計 等，這樣信息反饋快、修改及時、從而提高工作效率和經(jīng)濟湖北文理 學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 4 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 4 效益。 曲柄滑塊機 構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 上圖概述了 曲柄滑塊機構(gòu) 的總體設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計方法 ,系統(tǒng)設(shè)計方法 ,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)等。 曲柄滑塊 構(gòu)在 PRO/E設(shè)計系統(tǒng)運行 的 流程圖 如下： 用戶界面模塊 總體設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 數(shù)據(jù)庫模塊 用戶界面生成數(shù)據(jù) PRO/E生成數(shù)據(jù) 模型 庫 塊 零件模型庫 裝配關(guān)系模型庫 應(yīng)用程序模塊 圖 11 曲柄滑塊機構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng) 湖北文理 學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 5 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 5 圖 12 在 PRO/E 設(shè)計系統(tǒng)運行的流程圖 本章小結(jié) 本章主要對曲柄滑塊機構(gòu)的用途及發(fā)展前景進行調(diào)查 ，并且對課題的研究目的和意義，及主要研究途徑和技術(shù)路線進行了說明，通過對這些問題的分析和探討 ,更加深入地了解課題，為論文的設(shè)計做好充足的準備。湖北文理 學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 6 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 6 2 曲柄滑塊機構(gòu)簡介 曲柄滑塊機構(gòu)定義 曲柄滑塊機構(gòu)是鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式 ,由若干剛性構(gòu)件用低副 (回轉(zhuǎn)副、移動副 )聯(lián)接而成的一種機構(gòu)。是由曲柄（或曲軸、偏心輪）、連桿、滑塊通過移動副和轉(zhuǎn)動副組成的機構(gòu) 。 曲柄滑塊機構(gòu)的特性及應(yīng)用 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運動變換為滑塊的往復(fù)直線運動 ?；蛘邔⒒瑝K的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換 為曲柄的回轉(zhuǎn)運動。對曲柄滑塊機構(gòu)進行運動特性分析是當已知各構(gòu)件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動件運動規(guī)律時 ,研究機構(gòu)其余構(gòu)件上各點的軌跡、位移、速度、加速度等 ,從而評價機構(gòu)是否滿足工作性能要求 ,機構(gòu)是否發(fā)生運動干涉等。曲柄滑塊機構(gòu)具有運動副為低副 ,各元件間為面接觸 ,構(gòu)成低副兩元件的幾何形狀比較簡單 ,加工方便 ,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點 ,因而在包括煤礦機械在內(nèi)的各類機械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動送料機構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機空氣壓縮機等 。 曲柄滑塊機構(gòu)的分類 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點，將其分成 3大類：對心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊 、偏心輪機構(gòu) 圖 21 對心曲柄滑塊機構(gòu) 湖北文理 學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 7 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 7 圖 22 偏置曲柄滑塊機構(gòu) 圖 23 偏心輪機構(gòu) 偏心輪機構(gòu)簡介 當曲柄長度很小時，通常把曲柄做成偏心輪，這樣不僅增大了軸頸的尺寸，提高偏心軸的強度和剛度，而且當軸頸位于中部時，還可以安裝整體式連桿，使得結(jié)構(gòu)簡化。因此偏心輪廣泛應(yīng)用于傳力較大的剪床、沖床、鄂式破碎機、內(nèi)燃機等機械中 [6]。 偏心輪機構(gòu)可以