【文章內(nèi)容簡介】 國內(nèi)關(guān)于機構(gòu)運動學(xué)分析和仿真技術(shù)的研究也發(fā)展的較早，但對相關(guān)軟件的研究起步卻較晚。這類軟件可分為三類：第一類用于教學(xué)目的，使用 VB等軟件工具開發(fā)一些常見機構(gòu)的動畫演示；第二類是出于某一工程實際應(yīng)用需要所編寫的運動學(xué)分析軟件，這些軟件一般能相應(yīng)解決某一類機構(gòu)的問題，而通用性受到限制；第三類是一些高校自主研發(fā)的比較通用的運動學(xué)分析軟件，比如大連理工大學(xué)研發(fā)的平面連桿機構(gòu)分析與仿真專家系統(tǒng)，就能實現(xiàn)平面連桿機構(gòu)的運動學(xué)分析。 在一些機構(gòu)分析及仿真論 文中也有類似研究。參考文獻(xiàn) [6]利用了特征歸納的作用，即從各種具體零件中總結(jié)出共性的信息進(jìn)行描述，以利于設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化及過程簡單化，根據(jù)曲柄連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，建立其特征庫。然后開發(fā)基于 VC++和 Pro/TOOLKIT的系統(tǒng)主程序與人機交互界面，實現(xiàn)對 Pro/E進(jìn)行控制與參數(shù)傳遞，從而最終建立完整的計算機輔助系統(tǒng)。參考文獻(xiàn) [7]采用 Visual C++，并用消息并行處理技術(shù)、位圖技術(shù)和控件信息提示技術(shù)等，實現(xiàn)了機構(gòu)的運動仿真，給出了運動實時控制的程序段和運動平滑處理等方法。在參考文獻(xiàn) [8]中研究了在三維 機械設(shè)計系統(tǒng) SolidWorks平臺上進(jìn)行平面連桿機構(gòu)北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 運動仿真的方法，基于 SolidWorks平臺，以 API為應(yīng)用程序接口，以類型轉(zhuǎn)化及廣義轉(zhuǎn)化法為運動分析的理論基礎(chǔ)，通過機構(gòu)的配合特征和裝配體中各零件幾何信息的提取與轉(zhuǎn)換，利用面向?qū)ο蟮?VC++語言實現(xiàn)了機構(gòu)三維實體的運動仿真。參考文獻(xiàn) [9]以八桿機構(gòu)為例，將由機構(gòu)創(chuàng)意性定向發(fā)散得到的每一個機構(gòu)型作為基本運動分析對象，以桁架理論和基本桿組理論對其進(jìn)行運動分析，采用面向?qū)ο蟮?VC++編程技術(shù)對其封裝，應(yīng)用雅格比矩陣辨識機構(gòu)和傳遞機構(gòu)幾何特征信息，實現(xiàn)了機構(gòu)運 動分析的自動化。參考文獻(xiàn) [10]運用圖論理論，建立了靜定桁架分析方法與機構(gòu)運動分析方法的對應(yīng)關(guān)系，將桁架分析中的通路法拓展到平面機構(gòu)運動分析，提出了連桿機構(gòu)運動分析的廣義回路法。建立了桁架節(jié)點位移方程與機構(gòu)速度方程的對應(yīng)關(guān)系，將桁架有限元分析直接應(yīng)用于機構(gòu)速度計算， 運用通路法和桁架有限元法建立機構(gòu)運動方程，方法通用，實現(xiàn)簡單，且只與構(gòu)件中桿件的方位有關(guān)，與機構(gòu)中各桿件的長度無關(guān)。參考文獻(xiàn) [11]對平面連桿機構(gòu)運動分析的各類方法進(jìn)行了分析比較，完善了用于簡單平面連桿機構(gòu)運動分析的矢量三角形法理論，并引入約束 條件逼近思想，即用矢量三角形環(huán)路構(gòu)成復(fù)雜連桿機構(gòu)運動分析的基本環(huán)路，通過把未知數(shù)較多的回路中的某個未知參數(shù)虛擬為已知量 [15]，而將后續(xù)回路中的已知參數(shù)作為約束條件進(jìn)行逼近，使復(fù)雜機構(gòu)的分析問題變?yōu)橐痪S搜索問題。 連桿機構(gòu)設(shè)計的傳統(tǒng)方法有：圖解法和解析法和實驗法。這幾種設(shè)計方法各有特點。圖解法直觀、清晰，對不太精密的機械比較簡單可行，但作圖誤差大，且誤差難以事先計算和控制 .實驗法也有類似之處，而且工作比較煩瑣，工作量大。但隨著計算機的應(yīng)用和普及，解析法的煩瑣之處已不再困難。通過解析法設(shè)計連桿機構(gòu)可以得到精確 的機構(gòu)位置和軌跡。而且還可在此基礎(chǔ)上對所設(shè)計機構(gòu)進(jìn)行運動分析和繪制動態(tài)圖。直接在計算機上觀察所設(shè)計機構(gòu)的動態(tài)運行情況，用計算機對機構(gòu)進(jìn)行動態(tài)性能分析。從前面發(fā)展現(xiàn)狀的分析可以看出，對平面連桿機構(gòu)的計算機輔助設(shè)計的研究越來越多，但從解決工程中的實際問題的要求來看，還是存在著一些問題：一是所采用的解析法在內(nèi)容和方法上有些局限性，缺乏系統(tǒng)性，而且有的方法比較復(fù)雜，不容易被一般工程技術(shù)人員所掌握；二是解析法的初始解的確定未得到很好解決，因為初始解直接影響到解的收斂性，故有時需要借助于實驗法和圖解法來確定。因而不僅煩 瑣、費事，而且所能解決的問題也有限 .三是由于解析法的直觀性能較差，所以計算結(jié)果的驗證和一些項目的檢驗同樣要用圖解法和實驗法來完成。由于上述原因，這些軟件在實際使用中往往很麻煩，費時間，欲收到滿意的精確解也很困難。因此，平面連桿的計算機輔助設(shè)計向著實用、簡明精確和人工智能化的方向發(fā)展，仍是當(dāng)今國內(nèi)外機構(gòu)學(xué)者致力研究的目標(biāo)之一 [12]。 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 連桿機構(gòu) 連桿機構(gòu)的概念及特點 平面連桿機構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機構(gòu)，故又稱平面低副機構(gòu)。平面連桿機構(gòu)構(gòu)件運動形式多樣，可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、 移動和平面復(fù)雜運動，從而實現(xiàn)已知運動規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點是運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減小 。制造方便，易獲得較高的精度 。兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不像凸輪機構(gòu)有時需用彈簧等力封閉來保持接觸 :連桿機構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的作用，若接長連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動作。所以，平面連桿機構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機械、儀表和機電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點 :一般情況下只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設(shè)計較為復(fù)雜 。當(dāng)給定的運動要求較多或復(fù)雜時，需要的構(gòu)件數(shù)和運 動副數(shù)往往較多，這樣就使機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機構(gòu)運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加 。機構(gòu)中作平面復(fù)雜運動和作往復(fù)運動的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故機構(gòu)常用于速度較低的場合。以四桿機構(gòu)為代表的平面連桿機構(gòu)在工程機械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計者所期望的多種運動規(guī)律和運動軌跡的要求，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡單機構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜的運動要求時，該機構(gòu)的設(shè)計過程通常也是十分艱難的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機構(gòu)的載荷與速度不斷提高 ，對平面連桿機構(gòu)設(shè)計的要求也越來越高 [2]。因此，如何設(shè)計可滿足各種工程要求的平面連桿機構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的重要課題。 連桿機構(gòu)的地位和作用 現(xiàn)代機械主要特征之一是用機器代替精密的、高難度的、手工勞動 .這樣既提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，又減輕了工人的勞動強度 。現(xiàn)代機械的另一個主要特征是機構(gòu)復(fù)雜 .特別是由于機械運動速度越來越高，為了保證各機構(gòu)運動的精確配合，對機構(gòu)運動和動力特性的要求也越來越高。由此可見，實現(xiàn)高速度、高精度的復(fù)雜運動，關(guān)鍵在于設(shè)計制造精巧的機構(gòu)。機構(gòu)的選型和設(shè)計己成為機器設(shè)計的核心和首要環(huán)節(jié) .機構(gòu)有連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)等等，其中連桿機構(gòu)是其它機構(gòu)的理論結(jié)構(gòu)原型，是機構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論的主要研究對象，而且在各種機構(gòu)中，它表現(xiàn)為具有多種多樣的結(jié)構(gòu)相多種多樣的特性，因此對連桿機構(gòu)的研究正方興未艾。連桿機構(gòu)全部采用低副連接，因而結(jié)構(gòu)簡單易于制造，結(jié)實耐用，不易磨損，適于高速重載 。運動低副具有良好的匣形結(jié)構(gòu)，無需保養(yǎng)；適于極度污染或腐蝕而易出現(xiàn)問題的機器中。例如農(nóng)業(yè)、礦山、化工設(shè)備中 。連桿機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣復(fù)雜的運動規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不一定隨所需完成的運動規(guī)律性的復(fù)雜程度而增加 。連桿機構(gòu) 還具有一個獨特的優(yōu)點，就是可調(diào)性，即通過改變機構(gòu)中各桿件長度，從北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 而方便地改變了原機構(gòu)的運動規(guī)律和性能。連桿機構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的特點在各種機械行業(yè)中被廣泛的采用 [3]。通過對連桿機構(gòu)的設(shè)計，可以實現(xiàn)不同的運動規(guī)律，滿足預(yù)定的位置要求和滿足預(yù)定的軌跡要求。 連桿機構(gòu)的發(fā)展及現(xiàn)狀 在各種機構(gòu)型式中，連桿機構(gòu)的特點表現(xiàn)為具有多種多樣的特性 .僅就平面連桿而言，即使其構(gòu)件數(shù)被限制在極少的情況下，大量的各種可能的結(jié)構(gòu)型式在今天難以估計 .它們的特性在每一方面是多種多樣的，以致只能將其視為最一般形式的機械系統(tǒng)。所以， 數(shù)學(xué)家、自然科學(xué)家、工程師已經(jīng)將連桿機構(gòu)作為值得研究的對象而對其進(jìn)行理論研究。集合論、圖論、數(shù)值數(shù)學(xué)中一些專門的分支、幾何學(xué)、工程力學(xué)、設(shè)計科學(xué)等都將連桿機構(gòu)選作為例子加以研究和討論 .過去大多數(shù)研究都沒有明確地服從于把連桿機構(gòu)作為機械制造有效組成部分進(jìn)行設(shè)計這一目的，因而不難理解，連桿機構(gòu)比賦予它們的實際意義以更多的關(guān)注，就能肯定地說，還未對連桿機構(gòu)的所有特性都進(jìn)行了研究或者說還未全部加以應(yīng)用。在古代和在中世紀(jì)許多實際應(yīng)用方面的發(fā)明中就有連桿機構(gòu)，例如列澳多 .達(dá) .芬奇所描述的橢圓在削裝置。在工業(yè)革命時代，就 有了諸如天才的斯特芬機構(gòu)和其它機車制造中的機構(gòu)或詹姆士 .瓦特機構(gòu)，詹姆士 .瓦特甚至把齒輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)組合為齒輪連桿機構(gòu)