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論文空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真及關(guān)鍵件運(yùn)動(dòng)特性分析(編輯修改稿)

2025-07-25 23:01 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)定或者調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)位置。(6)多種形式輸出Pro/E運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果可以以多種格式進(jìn)行輸出。(7)預(yù)測(cè)工程和工程判斷準(zhǔn)則Pro/E的運(yùn)動(dòng)分析模塊是用于預(yù)測(cè)工程的應(yīng)用軟件。在許多情況下,在機(jī)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)前或者說(shuō)在機(jī)構(gòu)真正生產(chǎn)出來(lái)前,用該軟件預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性。它類似于有限元分析和注塑流動(dòng)分析。第4章 空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)分析 空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析機(jī)構(gòu)是構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副連接組成的可動(dòng)系統(tǒng),所以可通過(guò)構(gòu)件及其之間的連接方式討論機(jī)構(gòu)的組成特征。無(wú)論是機(jī)器還是機(jī)構(gòu),它們的共同特征是各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分必須有確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng),而確定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是借助于計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度來(lái)斷定,機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件相對(duì)于機(jī)架的所能有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的數(shù)目稱為機(jī)構(gòu)的自由度。進(jìn)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的目的是:在設(shè)計(jì)新機(jī)器時(shí),需要斷定在什么情況下才會(huì)具有確定運(yùn)動(dòng),那就是要做到機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件數(shù)目與它的自由度數(shù)目相等,尤其是對(duì)一些復(fù)雜的機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,以便比較透徹地了解機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),從而為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析,受力分析指明方向。 空間四桿機(jī)構(gòu),這是一種常有的空間連桿機(jī)構(gòu),它由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(R)和兩個(gè)球面副(S)組成,簡(jiǎn)稱RSSR空間機(jī)構(gòu),此機(jī)構(gòu)為空間曲柄,搖桿機(jī)構(gòu),可用于傳遞交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng),若改變構(gòu)件的尺寸,可得到雙曲柄或雙搖桿機(jī)構(gòu)。 空間機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算空間運(yùn)動(dòng)的自由構(gòu)件具有6個(gè)自由度。即沿X、Y、Z軸的3個(gè)移動(dòng)和繞該3軸的3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)兩構(gòu)件組成運(yùn)動(dòng)副之后,其相對(duì)運(yùn)動(dòng)便加上了約束。此約束最少為l,最多為5。根據(jù)所加約束數(shù)目的不同可將空間機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副分為5級(jí),即具有1個(gè)約束的為Ⅰ級(jí)運(yùn)動(dòng)副,具有2個(gè)約束的為Ⅱ級(jí)運(yùn)動(dòng)副,其余類推。兩個(gè)以上的構(gòu)件通過(guò)運(yùn)動(dòng)副的連接而成的系統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)鏈。對(duì)于某些機(jī)構(gòu),由于運(yùn)動(dòng)副的特殊配置,使該機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件都失去了某些運(yùn)動(dòng)的可能性,或者說(shuō),對(duì)該機(jī)構(gòu)所有構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)加上了若干公共約束。公共約束數(shù)M之值可以是0、4(當(dāng)M=5時(shí),兩構(gòu)件間已不可能組成任何運(yùn)動(dòng)副)。機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)副具有的運(yùn)動(dòng)自由度并不在相互平行的平面內(nèi),則將該機(jī)構(gòu)作為空間機(jī)構(gòu)來(lái)計(jì)算自由度。M=0的機(jī)構(gòu)即為一般空間機(jī)構(gòu),自由度計(jì)算公式:F=6(N1)=6(N1)5432式中,F(xiàn)為機(jī)構(gòu)自由度;N為構(gòu)件總數(shù);K為運(yùn)動(dòng)副級(jí)別;為K級(jí)運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)副總數(shù)。使用該公式時(shí)需觀察有無(wú)復(fù)合鉸鏈、局部自由度、虛約束和公共約束。其產(chǎn)生的原因和平面機(jī)構(gòu)相同,不同在于表現(xiàn)的形式放到三維空間中后有所變化。如一個(gè)兩副構(gòu)件都用球面副時(shí),該構(gòu)件繞兩球心連線的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度為局部自由度,計(jì)算自由度時(shí)先照算,然后將局部自由度減去。若四桿機(jī)構(gòu)中三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行,與機(jī)架相聯(lián)的運(yùn)動(dòng)副為球面副,則機(jī)構(gòu)在互相平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng),但各構(gòu)件均不具備在垂直與運(yùn)動(dòng)平面方向的移動(dòng)自由度,故M=1;若四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線平行,則機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件均失去了繞運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)兩坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和沿垂直于運(yùn)動(dòng)平面的坐標(biāo)軸的移動(dòng),其M=3;如四桿機(jī)構(gòu)的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線匯交于一點(diǎn),則機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件只能在以此匯交點(diǎn)為心的球面在運(yùn)動(dòng),即失去了離開(kāi)球心的三個(gè)方向的移動(dòng)自由,故M=3。用脫離機(jī)架法可方便地判斷機(jī)構(gòu)的公共約束??紤]公共約束以后,空間機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算公式可改寫(xiě)成F=(6M)(N1) (KM)p式中,F(xiàn)為機(jī)構(gòu)自由度;N為機(jī)構(gòu)構(gòu)件總數(shù);M為機(jī)構(gòu)公共約束數(shù);K為運(yùn)動(dòng)副級(jí)別,表示該運(yùn)動(dòng)副使構(gòu)件失去的自由度。用多余自由度這個(gè)等值概念去覆蓋傳統(tǒng)的虛約束多余自由度、滾輪局部多余自由度、移動(dòng)副P(pán)的剛化多余自由度和新提出的結(jié)構(gòu)多余自由度、級(jí)別配合多余自由度。在原平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算式中,再減去多余自由度這一項(xiàng),就得到了空間機(jī)構(gòu)求自由度的新公式:F=3K式中:F為空間機(jī)構(gòu)的自由度;為空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副自由度總數(shù);為空間機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的多余自由度數(shù)目;3為空間機(jī)構(gòu)每個(gè)封閉環(huán)的約束數(shù),或者說(shuō)它是獨(dú)立位移方程數(shù)及條件約束數(shù);K為空間機(jī)構(gòu)的封閉環(huán)數(shù)。RSR空間桿機(jī)構(gòu)是由兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)和兩個(gè)球面副(S)組成,簡(jiǎn)稱RSSR空間機(jī)構(gòu),此機(jī)構(gòu)為空間曲柄,搖桿機(jī)構(gòu),可用于傳遞交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)。按公式算得F=635232=2因該機(jī)構(gòu)中具有一個(gè)局部自由度,故該機(jī)構(gòu)的自由度為1。 空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析給各主動(dòng)件以一定的運(yùn)動(dòng),各從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)也就確定。如何求解主動(dòng)件與從動(dòng)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系是運(yùn)動(dòng)分析所研究的問(wèn)題。運(yùn)動(dòng)分析包括位移分析、速度分析和加速度分析。主、從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系求解包含兩個(gè)問(wèn)題:一個(gè)是已知原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,求解未知從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,主要見(jiàn)于對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析;另一個(gè)是已知從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,求解實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)規(guī)律所需的原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律,主要見(jiàn)于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。按照機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)件與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,寫(xiě)出運(yùn)動(dòng)位移方程,該方程為非線性方程組,對(duì)位移方程求導(dǎo)數(shù),可得到速度方程,再對(duì)其求一次導(dǎo)數(shù),可得到加速度方程,速度和加速度方程為線性方程??臻g連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析一般可采用兩類方法。第一類是與平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析相似,建立空間直角坐標(biāo)系,再建立失量閉環(huán)方程,寫(xiě)出位移矩陣方程,然后對(duì)其依次求導(dǎo)數(shù),解出待求的未知數(shù)。第二類為拆桿法,根據(jù)運(yùn)動(dòng)條件和約束條件建立運(yùn)動(dòng)方程并求解。 RSSR空間四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算RSSR空間四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是已知原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,求解未知從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,主要見(jiàn)于對(duì)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。運(yùn)動(dòng)分析的方法是:建立空間直角坐標(biāo)系,再建立失量閉環(huán)方程,按照機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)件與從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,寫(xiě)出運(yùn)動(dòng)位移方程,對(duì)位移方程求導(dǎo)數(shù),可得到速度方程,再對(duì)其求一次導(dǎo)數(shù),可得到加速度方程。RSSR空間四連桿機(jī)構(gòu)ABCD,A、D組成機(jī)架,AB桿和CD桿在A、D點(diǎn)組成轉(zhuǎn)動(dòng)副R,連桿BC分別與AB和CD組成球面副S,點(diǎn)B和C各為球面副的球心。假定AB為主動(dòng)桿,CD為從動(dòng)桿。通過(guò)B和C各作平面V和U分別垂直于主動(dòng)軸A和從動(dòng)軸D,兩個(gè)平面的交線為ZZ。由于首末兩軸垂直交錯(cuò),交角等于90度的RSSR空間四連桿機(jī)構(gòu)比較常用。將平面V繞ZZ回轉(zhuǎn)90度與平面U重合, A點(diǎn)在平面U上的投影為E,它必在直線ZZ上。當(dāng)主動(dòng)桿AB繞軸A回轉(zhuǎn),即B點(diǎn)作以A為圓心、L為半徑的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),其投影E沿ZZ作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。在平面U內(nèi)可構(gòu)造搖桿滑塊機(jī)構(gòu)DCE,其中從動(dòng)桿CD具有實(shí)長(zhǎng)L,而連桿CE的長(zhǎng)度L是變化的。又在平面V內(nèi)構(gòu)造移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu),移動(dòng)導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)與點(diǎn)E的運(yùn)動(dòng)相同。在該移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中有S=d + Lcos將上式對(duì)時(shí)間依次求一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù),有S′= LsinS″= L(sin+cos)式中,S、S′和S″為移動(dòng)導(dǎo)桿(即E點(diǎn))的位移、速度和加速度。在U面內(nèi)的搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中,△BEC求得,即L=L(BE)以BE=XLsin代入上式得L=L (XLsin)或 L= 將式對(duì)時(shí)間求一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù),經(jīng)演化后得L′=L″=關(guān)于搖桿滑塊機(jī)構(gòu)DCE的運(yùn)動(dòng)分析,因其中存在連桿CE的可變長(zhǎng)度L,故作下列推導(dǎo),以確定從動(dòng)桿2的角位移、角速度和角加速度。(1)位移分析 D i,按多邊形DCEN各邊矢向,有Le+ Le=S + Yi或 Le= S+Yi Le將上式分別取實(shí)部和虛部,有消去并整理,得S cos+Y sin+G=0解得=2arctan式中 G=上式根號(hào)前的符號(hào)“+”和“—”′D。又由式得= arctan(2)速度分析將Le+ Le=S + Yi對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得Le+(L′+ L′i)e=S′上式每項(xiàng)乘以e,得Lie+ L′+ L′i =S′e分別取實(shí)部和虛部,解得=′=(3)加速度分析將Le+(L′+ L′i)e=S′對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得 S″=( L″+ 2 L′′i + L′) e+L(i) e上式每項(xiàng)乘以e,得S″e(cuò)= L″+ 2 L′′i+ L′+ L(i) e取實(shí)部,解得=注意, 和′僅作過(guò)渡計(jì)算之用,并非為空間RSSR機(jī)構(gòu)中連桿BC的實(shí)際角位移和角速度。如果要求機(jī)構(gòu)任意構(gòu)件上點(diǎn)的速度和加速度,則可通過(guò)求該點(diǎn)位置向量的導(dǎo)數(shù)而得到。 機(jī)構(gòu)從動(dòng)元件上一點(diǎn)的速度和加速度曲線(1)速度曲線 (2)加速度曲線 RSSR空間四連桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu),,最小速度為0;。第5章 空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的三維動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是原動(dòng)件與從動(dòng)件的轉(zhuǎn)軸在空間交錯(cuò),將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到從動(dòng)件的機(jī)構(gòu)上,從動(dòng)件能完成由所謂的傳動(dòng)函數(shù)所決定的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)運(yùn)動(dòng)。空間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)件數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、靈活、可靠,可實(shí)現(xiàn)平面機(jī)構(gòu)不可能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。第三章中講述了運(yùn)用Pro/E對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì),Pro/E的運(yùn)動(dòng)分析模塊可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的干涉分析,跟蹤零件的運(yùn)動(dòng)軌跡,分析機(jī)構(gòu)中零件的位移、速度和加速度等,分析結(jié)果可以指導(dǎo)修改零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者調(diào)整零件的材料。通過(guò)觀察和了解機(jī)構(gòu)的組成原理和工作原理,在Pro/E環(huán)境下按測(cè)量得到的尺寸完成零件實(shí)體模型,按步驟裝配成機(jī)構(gòu),進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真,通過(guò)干涉檢查,解決設(shè)計(jì)問(wèn)題,并錄制影像,創(chuàng)建動(dòng)態(tài)點(diǎn)的軌跡曲線。 單萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的三維動(dòng)態(tài)仿真設(shè)計(jì)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)是用作傳遞相交軸間的轉(zhuǎn)動(dòng),它的兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線都匯交于定點(diǎn),故它是一個(gè)球面機(jī)構(gòu),主動(dòng)以均速度是變化的,若采用雙萬(wàn)向節(jié)則得到主動(dòng)與從動(dòng)相等的速度傳動(dòng),兩軸的夾角a可在040度間選取。 單萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的整體結(jié)構(gòu) 單萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)的零件設(shè)計(jì)(1)主動(dòng)元件的設(shè)計(jì)進(jìn)入Pro/E零件造型模塊。應(yīng)用“拉伸”,“草繪”相距為12mm的半圓,“拉伸”寬為20mm。后建“DTM1”、“DTM2”,“拉伸”完成兩端半圓,并運(yùn)用“拉伸”去除材料,兩端完成同一軸線的兩個(gè)直徑為5mm的銷釘孔,“拉伸”得到直徑10mm,長(zhǎng)度 5mm的主動(dòng)軸端。用同樣的方法畫(huà)出從動(dòng)元件,除從動(dòng)軸端“拉伸”長(zhǎng)度為20mm,其余尺寸與主動(dòng)元件相同。 主動(dòng)元件 從動(dòng)元件(2)銷釘和定位銷的設(shè)計(jì)應(yīng)用“旋轉(zhuǎn)”,得到半球,在球面“拉伸”出直徑5mm,長(zhǎng)度為120mm的圓柱。在圓柱的中間建立基準(zhǔn)面“DTM3”,用于銷釘連接。短銷釘?shù)拈L(zhǎng)度尺寸為40mm,在圓柱端建立基準(zhǔn)面“DTM3”與FRONT面相距60mm。通過(guò)“拉伸”,得到直徑為5mm,長(zhǎng)度為50mm的定位銷。 長(zhǎng)銷釘
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