【文章內容簡介】 國內關于機構運動學分析和仿真技術的研究也發(fā)展的較早，但對相關軟件的研究起步卻較晚。這類軟件可分為三類：第一類用于教學目的，使用 VB等軟件工具開發(fā)一些常見機構的動畫演示；第二類是出于某一工程實際應用需要所編寫的運動學分析軟件，這些軟件一般能相應解決某一類機構的問題，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分析軟件，比如大連理工大學研發(fā)的平面連桿機構分析與仿真專家系統(tǒng)，就能實現平面連桿機構的運動學分析。 在一些機構分析及仿真論 文中也有類似研究。參考文獻 [6]利用了特征歸納的作用，即從各種具體零件中總結出共性的信息進行描述，以利于設計的標準化及過程簡單化，根據曲柄連桿機構的結構特點，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，實現對 Pro/E進行控制與參數傳遞，從而最終建立完整的計算機輔助系統(tǒng)。參考文獻 [7]采用 Visual C++，并用消息并行處理技術、位圖技術和控件信息提示技術等，實現了機構的運動仿真，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 [8]中研究了在三維 機械設計系統(tǒng) SolidWorks平臺上進行平面連桿機構北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 3 運動仿真的方法，基于 SolidWorks平臺，以 API為應用程序接口，以類型轉化及廣義轉化法為運動分析的理論基礎，通過機構的配合特征和裝配體中各零件幾何信息的提取與轉換，利用面向對象的 VC++語言實現了機構三維實體的運動仿真。參考文獻 [9]以八桿機構為例，將由機構創(chuàng)意性定向發(fā)散得到的每一個機構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行運動分析，采用面向對象的 VC++編程技術對其封裝，應用雅格比矩陣辨識機構和傳遞機構幾何特征信息，實現了機構運 動分析的自動化。參考文獻 [10]運用圖論理論，建立了靜定桁架分析方法與機構運動分析方法的對應關系，將桁架分析中的通路法拓展到平面機構運動分析，提出了連桿機構運動分析的廣義回路法。建立了桁架節(jié)點位移方程與機構速度方程的對應關系，將桁架有限元分析直接應用于機構速度計算， 運用通路法和桁架有限元法建立機構運動方程，方法通用，實現簡單，且只與構件中桿件的方位有關，與機構中各桿件的長度無關。參考文獻 [11]對平面連桿機構運動分析的各類方法進行了分析比較，完善了用于簡單平面連桿機構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)路構成復雜連桿機構運動分析的基本環(huán)路，通過把未知數較多的回路中的某個未知參數虛擬為已知量 [15]，而將后續(xù)回路中的已知參數作為約束條件進行逼近，使復雜機構的分析問題變?yōu)橐痪S搜索問題。 連桿機構設計的傳統(tǒng)方法有：圖解法和解析法和實驗法。這幾種設計方法各有特點。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。但隨著計算機的應用和普及，解析法的煩瑣之處已不再困難。通過解析法設計連桿機構可以得到精確 的機構位置和軌跡。而且還可在此基礎上對所設計機構進行運動分析和繪制動態(tài)圖。直接在計算機上觀察所設計機構的動態(tài)運行情況，用計算機對機構進行動態(tài)性能分析。從前面發(fā)展現狀的分析可以看出，對平面連桿機構的計算機輔助設計的研究越來越多，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雜，不容易被一般工程技術人員所掌握；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計向著實用、簡明精確和人工智能化的方向發(fā)展，仍是當今國內外機構學者致力研究的目標之一 [12]。 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 4 連桿機構 連桿機構的概念及特點 平面連桿機構是由若干剛性構件用低副聯接而成的平面機構，故又稱平面低副機構。平面連桿機構構件運動形式多樣，可以實現轉動、擺動、 移動和平面復雜運動，從而實現已知運動規(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，它不像凸輪機構有時需用彈簧等力封閉來保持接觸 :連桿機構還能起增力或擴大行程的作用，若接長連桿，則能控制較遠距離的某些動作。所以，平面連桿機構廣泛地應用于各種機械、儀表和機電一體化產品中。但是它還存在著許多缺點 :一般情況下只能近似實現給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設計較為復雜 。當給定的運動要求較多或復雜時，需要的構件數和運 動副數往往較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機構運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加 。機構中作平面復雜運動和作往復運動的構件所產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，故機構常用于速度較低的場合。以四桿機構為代表的平面連桿機構在工程機械中應用非常廣泛，其優(yōu)勢是能夠實現設計者所期望的多種運動規(guī)律和運動軌跡的要求，而且結構簡單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡單機構實現復雜的運動要求時，該機構的設計過程通常也是十分艱難的。隨著生產的發(fā)展，機構的載荷與速度不斷提高 ，對平面連桿機構設計的要求也越來越高 [2]。因此，如何設計可滿足各種工程要求的平面連桿機構，一直是該領域的重要課題。 連桿機構的地位和作用 現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 .這樣既提高了產品的質量，又減輕了工人的勞動強度 ?，F代機械的另一個主要特征是機構復雜 .特別是由于機械運動速度越來越高，為了保證各機構運動的精確配合，對機構運動和動力特性的要求也越來越高。由此可見，實現高速度、高精度的復雜運動，關鍵在于設計制造精巧的機構。機構的選型和設計己成為機器設計的核心和首要環(huán)節(jié) .機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、間歇機構等等，其中連桿機構是其它機構的理論結構原型，是機構的結構理論的主要研究對象，而且在各種機構中，它表現為具有多種多樣的結構相多種多樣的特性，因此對連桿機構的研究正方興未艾。連桿機構全部采用低副連接，因而結構簡單易于制造，結實耐用，不易磨損，適于高速重載 。運動低副具有良好的匣形結構，無需保養(yǎng)；適于極度污染或腐蝕而易出現問題的機器中。例如農業(yè)、礦山、化工設備中 。連桿機構能夠實現多種多樣復雜的運動規(guī)律，而且結構的復雜性不一定隨所需完成的運動規(guī)律性的復雜程度而增加 。連桿機構 還具有一個獨特的優(yōu)點，就是可調性，即通過改變機構中各桿件長度，從北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 5 而方便地改變了原機構的運動規(guī)律和性能。連桿機構由于結構上的特點在各種機械行業(yè)中被廣泛的采用 [3]。通過對連桿機構的設計，可以實現不同的運動規(guī)律，滿足預定的位置要求和滿足預定的軌跡要求。 連桿機構的發(fā)展及現狀 在各種機構型式中，連桿機構的特點表現為具有多種多樣的特性 .僅就平面連桿而言，即使其構件數被限制在極少的情況下，大量的各種可能的結構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， 數學家、自然科學家、工程師已經將連桿機構作為值得研究的對象而對其進行理論研究。集合論、圖論、數值數學中一些專門的分支、幾何學、工程力學、設計科學等都將連桿機構選作為例子加以研究和討論 .過去大多數研究都沒有明確地服從于把連桿機構作為機械制造有效組成部分進行設計這一目的，因而不難理解，連桿機構比賦予它們的實際意義以更多的關注，就能肯定地說，還未對連桿機構的所有特性都進行了研究或者說還未全部加以應用。在古代和在中世紀許多實際應用方面的發(fā)明中就有連桿機構，例如列澳多 .達 .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和其它機車制造中的機構或詹姆士 .瓦特機構，詹姆士 .瓦特甚至把齒輪機構和連桿機構組合為齒輪連桿機構