【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 業(yè)性能?？ㄌ乇死展纠锰摂M樣機(jī)在切削任何一片金屬之前就可快速試驗(yàn)數(shù)千種設(shè)計(jì)方案，不但降低了產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，而且還制造出性能更為優(yōu)異的產(chǎn)品。 運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)在國(guó)外已有很多應(yīng)用實(shí)例，我國(guó)也正積 極投身于該項(xiàng)技術(shù)的研究中。在傳統(tǒng)上，我國(guó)引進(jìn)物理樣機(jī)，開(kāi)發(fā)人員往往停留在零件照抄的水平上，對(duì)于樣機(jī)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(jī)技術(shù)，技術(shù)人員便可對(duì)引進(jìn)樣機(jī)進(jìn)行深入的研究，可以追蹤樣機(jī)的設(shè)計(jì)思想，從而真正提高設(shè)計(jì)人員的水平，開(kāi)發(fā)出能滿足市場(chǎng)需求的產(chǎn)品來(lái)。 主要研究?jī)?nèi)容、途徑及技術(shù)路線 本課題主要分析 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 的結(jié)構(gòu)及工作原理，學(xué)習(xí) PRO/E 三維造型軟件的基本操作，特征造型方法及運(yùn)動(dòng)仿真等。 具體研究?jī)?nèi)容有以下幾點(diǎn)：（ 1）對(duì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 本身的結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)和性能進(jìn)行研究。（ 2）對(duì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 各組成零件的三維模型進(jìn)行設(shè)計(jì)。（ 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(duì) 曲柄滑塊機(jī) 構(gòu) 的 方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。（ 5）對(duì) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 的工作情況進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)的 機(jī)械原理、 PRO/E軟件功能等與設(shè)計(jì)相關(guān)方面的資料，研究國(guó)內(nèi)外相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)或書(shū)籍，在保證設(shè)計(jì)方案可行性的基礎(chǔ)上，用 PRO/E 設(shè)計(jì)出減速器的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行仿真。 利用計(jì)算機(jī)三維造型軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維造型和運(yùn)動(dòng)仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn) 問(wèn)題，及時(shí)修改。實(shí)行邊科研和邊設(shè)計(jì) 等，這樣信息反饋快、修改及時(shí)、從而提高工作效率和經(jīng)濟(jì) 效益。 曲柄滑塊機(jī) 構(gòu)的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 上圖概述了 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 的總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 ,系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 ,系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)等。 曲柄滑塊 構(gòu)在 PRO/E 設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行 的 流程圖 如下： 用戶界面模塊 總體設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊 用戶界面生成數(shù)據(jù) PRO/E生成數(shù)據(jù) 模型 庫(kù) 塊 零件模型庫(kù) 裝配關(guān)系模型庫(kù) 應(yīng)用程序模塊 圖 11 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng) 圖 12 在 PRO/E 設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖 本章小結(jié) 本章主要對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的用途及發(fā)展前景進(jìn)行調(diào)查，并且對(duì)課題的研究目的和意義，及主要研究途徑和技術(shù)路線進(jìn)行了說(shuō)明，通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的分析和探討 ,更加 深入地了解課題，為論文的設(shè)計(jì)做好充足的準(zhǔn)備。 2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)定義 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式 ,由若干剛性構(gòu)件用低副 (回轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副 )聯(lián)接而成的一種機(jī)構(gòu)。是由曲柄（或曲軸、偏心輪）、連桿、滑塊通過(guò)移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的機(jī)構(gòu) 。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特性及應(yīng)用 常用于將曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 。或者將滑塊的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為曲柄的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析是當(dāng)已知各構(gòu)件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí) ,研究機(jī)構(gòu)其余構(gòu)件上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等 ,從而評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)是否滿足工作性能要求 ,機(jī)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉等。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)單 ,加工方便 ,易于得到較高的制造精度等優(yōu)點(diǎn) ,因而在包括煤礦機(jī)械在內(nèi)的各類機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，如自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)、沖床、內(nèi)燃機(jī)空氣壓縮機(jī)等 。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的分類 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將其分成 3 大類：對(duì)心曲柄滑塊、偏置曲柄滑塊、偏心輪機(jī)構(gòu) 圖 21 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖 22 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 圖 23 偏心輪 機(jī)構(gòu) 偏心輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 當(dāng)曲柄長(zhǎng)度很小時(shí)，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(qiáng)度和剛度，而且當(dāng)軸頸位于中部時(shí)，還可以安裝整體式連桿，使得結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中 [6]。 偏心輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的非線性傳動(dòng)關(guān)系，且傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)力平衡性好。將偏心輪與連桿等機(jī)構(gòu)組合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)單純用連桿機(jī)構(gòu)難以得到的復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)特性。是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是常用的機(jī)構(gòu)型式。生產(chǎn)實(shí)際中，如在滑塊往復(fù)行程中具有勻速運(yùn)動(dòng)段，并有急回特性，則一般將有利于 生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)率的提高。沖壓機(jī)的沖頭 (滑塊 )，如能以勻速?zèng)_壓工件成形、則有益于沖壓件加工質(zhì)量的提高 。牛頭刨床的刨刀 (滑塊 )，如能以勻速刨削工件，則無(wú)疑會(huì)改善工件表面的加工質(zhì)量，并提高刨刀的切削壽命 (因切削刀均勻 )。但是，簡(jiǎn)單的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄勻速回轉(zhuǎn)時(shí)，其滑塊是不具有急回特性和勻速運(yùn)動(dòng)段的 。即便采用六桿以上的連桿機(jī)構(gòu)，一般也只能實(shí)現(xiàn)近似的勻速運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在采用偏心輪一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，則能以緊湊的機(jī)構(gòu)型式實(shí)現(xiàn)上述運(yùn)動(dòng)特性 [7]。 在海上能源綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，采用這種偏心輪機(jī)構(gòu)，通過(guò)滑塊聯(lián)動(dòng)液壓缸，用于將海風(fēng) 端水平軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成液壓能。 圖 24 工作原理圖 圖 25 立體效果圖 本章小結(jié) 本章主要對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的 定義以及特性和應(yīng)用加以敘述，并介紹了常見(jiàn)的幾種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，著重介紹了偏心輪機(jī)構(gòu)。 3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)特性 曲柄滑塊的動(dòng)力學(xué)特性 圖 31 立體效果圖 上圖為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析示意圖 從曲柄 r 傳到連桿 l上的力 pc 與滑塊發(fā)出的壓力 p 之間，存在如下關(guān)系： ppc ??cos （ 31） 曲柄頸 A處，沿半徑方向的力 pr和 pc的關(guān)系： pr =pc )cos( ??? （ 32） 將上 2式聯(lián)立，可得到： pr = ??? co s/)co s( ?p （ 33） 曲柄頸沿 r 方向承受與 pr力大小相等的壓力。曲柄頸沿圓周方向所受切線力 pT與半徑 r 的乘積，就是轉(zhuǎn)矩 T。 T=pT*r （ 34） 根據(jù)上圖可知： )sin ( ?? ?? pp cT （ 35） 將 （ 1）、（ 4） 式代入 （ 5） 式，則 rpT *c o s/)s in ( ??? ?? （ 36） 從上式求出 P。 rTp /1*)s in (/c o s ??? ??