基于matlab的连杆机构设计（7篇）
1.基于matlab的连杆机构设计 篇一
毕业设计论文
题目: 基于UG的平面四连杆机构设计及运动仿真
专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间
机电设备维修与管理
李小军 季祥 2011年7月
毕业设计任务书
指导教师：季祥
一、设计题目用
基于UG的空间四连杆机构设计及运动仿真
二、设计的目的
1）掌握UG的基本使用方法。
2）掌握四连杆机构的特点及虚拟装配的方法。3）掌握UG中运动仿真的方法。
三、设计要求
1）平面四连杆机构的三维造型。2）平面四连杆机构的虚拟装配
3）UG中平面四连杆机构的运动仿真。4）仿真结果的分析
四、完成的任务
要求说明详细，字迹工整，原理正确，图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。
（1）设计与绘制平面四连杆机构，建立运动仿真的模型。（2）毕业设计说明书（8000以上）1）设计题目
2）四连杆机构原理说明
3）四连杆机构的三维造型设计及虚拟装配 4）UG的四连杆运动仿真 5）设计总结及改进意见 6）主要参考资料
五、参考文献
机械设计
高等教育出版社 主编
濮良贵 纪名刚 机械原理
高等教育出版社 主编
孙恒 陈作模
UG NX5.0中文版从入门到精通
机械工业出版社 主编
胡仁喜、康士廷、刘昌丽
目录
摘要..........................................................................................................4 第1章 绪论............................................................................................5
1.1 UG NX5的功能模块.............................................................5
1.1.1 UG NX5用户界面......................................................5 1.1.2主要功能.........................................................................6 1.2 UG NX5的工作环境.............................................................9 1.3 产品设计的一般过程...........................................................12 1.4 三维造型设计步骤...............................................................13 第二章平面连杆机构..........................................................................15
2.1 平面四杆机构的基本形式...................................................15 2.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件.......................................16 2.3 铰链四杆机构的演化.............................................................17 第三章平面四杆机构的基本特性......................................................20
3.1 四杆机构的极位...................................................................20 3.2 四杆机构从动件的急回特性...............................................20 3.3 平面连杆机构的传力特性...................................................20 3.4 死点位置...............................................................................21 第四章 四连杆的三维造型..................................................................22
4.1 机架的三维造型...................................................................22 4.2 连架杆1的三维造型...........................................................26 4.3 连架杆2的三维造型...........................................................28 4.4 连杆的三维造型...................................................................28 第五章 四连杆的虚拟装配..................................................................31
5.1 进入装配模块.......................................................................31
5.2 添加组件机架.......................................................................31 5.3 装配连架杆1........................................................................32 5.4 装配连架杆2........................................................................34 5.5 装配连杆...............................................................................35 第六章
平面四连杆机构的运动仿真................................................40
6.1 新建仿真...............................................................................40 6.2 新建连杆...............................................................................41 6.3 创建运动副...........................................................................43 第七章
平面四连杆的运动仿真分析................................................46
7.1 运动副图表分析...................................................................46 7.2 死点位置...............................................................................49 结
论....................................................................................................51 致
谢....................................................................................................52 参考文献................................................................................................53
摘要
UG NX是集CADCAECAM于一体的三维参数化软件，也是当今世界最先进的设计软件，它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械电子等工程领域。还有在系统创新、工业设计造型、无约束设计、装配设计、钣金设计、工程图设计等方面的功能。
平面四连杆机构是由低副（转动副）联接而成的机构，其主要特点是：由于低副为面接触，压强低、磨损量少，而且构成运动副的表面是圆柱面或平面，制造方便，容易获得较高精度；又由于这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换，所以获得广泛应用。
本课题详细的介绍了UG NX的功能模块、工作环境、产品设计的一般过程、三维造型设计步骤；平面四杆机构的基本形式、铰链四杆机构中曲柄存在的条件、铰链四杆机构的演化、平面四杆机构的基本特性，以及使用UG对平面四连杆机构进行三维造型、虚拟装配及运动仿真的方法。
关键字：
UG 四连杆
装配
仿真
第1章 绪论
UG NX是Unigraphics Solutions公司推出的CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模的应用。
1.1 UG NX5的功能模块
1.1.1 UG NX5用户界面
图 1-1 UG的用户界面
图 1-2 建模工作窗口
1.1.2主要功能
UG NX5软件是由多个模块组成的，主要包括CAD、CAM、CAE、注塑模、钣金件、Web、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以Gateway环境为基础，它们之间既有联系又相互独立。
UG/Gateway UG/Gateway为所有UG NX产品提供了一个一致的、基于Motif的进入捷径，是用户打开NX进入的第一个应用模块。Gateway是执行其他交互应用模块的先决条件，该模块为UG NX5的其他模块运行提供了底层统一的数据库支持和一个图形交互环境。它支持打开已保存的部件文件、建立新的部件文件、绘制工程图以及输入输出不同格式的文件等操作，也提供图层控制、视图定义和屏幕布局、表达式和特征查询、对 6
象信息和分析、显示控制和隐藏/再现对象等操作。
CAD模块 1．实体建模
实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。
2．特征建模
UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。
3．自由形状建模
UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。它是实体建模和曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。还可以采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。
4．工程制图
UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。在模型改变时，工程图将被自动更新。制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙
度标注等。利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。
5．装配建模
UG装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被灵活地配对或定位，改进了性能和减少存储的需求。参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。
MoldWizard模块
MoldWizard是UGS公司提供的运行在Unigraphics NX软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。MoldWizard为产品的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、镶块、复杂型芯或型腔轮廓创建电火花加工的电极及模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具模型。
CAM模块
UG/CAM模块是UG NX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。
产品分析模块
UG产品分析模块集成了有限元分析的功能，可用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，可以建立有限元模型、对模型进行分析和对分析后的结果进行处理。提供线性静力、线性屈服分析、模拟分析和
稳态分析。运动分析模块用于对简化的产品模型进行运动分析。可以进行机构连接设计和机构综合，建立产品的仿真，利用交互式运动模式同时控制5个运动副，设计出包含任意关于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析，以多种格式表达分析结果。注塑模流动分析模块用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析。具有前处理、解算和后处理的能力，提供强大的在线求解器和完整的材料数据库。
1.2 UG NX5的工作环境
在初始界面中，单击【标准】工具栏中的【新建】按钮，或者选择【文件】/【新建】选项，系统将弹出如图1-1所示的【文件新建】对话框。
图1-3 【文件新建】对话框
该对话框提供了3个选项卡：模型、图纸和仿真。用户可以根据需要选择对应的模板。首先选择“模型”选项卡中的“模型”模板，然后在“新文件名”组框中的“名称”文本框中输入新文件名（UG NX5要求存盘目录和文件名必须是英文字符），在“文件夹”文本框中选择文件保存目录，最后单击【确定】按钮，系统将弹出如图1-2所示的NX5基
本界面。
图1-4 UG的基本界面
NX5基本界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、绘图区、坐标系图标、提示栏、状态栏和资源导航器等部分组成。
1．标题栏
标题栏位于UG NX5用户界面的最上方，用来显示软件名称及版本号，以及当前的模块和文件名等信息，如果对部件已经做了修改，但还没进行保存，其后面还会显示“修改的”提示信息。
2．菜单栏
菜单栏位于标题栏的下方，包括了该软件的主要功能，每一项对应一个UG NX5的功能类别。它们分别是文件、编辑、视图、插入、格式、工具、装配、信息、分析、首选项、窗口和帮助。每个菜单标题提供一个下拉式选项菜单，菜单中会显示所有与该功能有关的命令选项。
3．工具栏
UG NX5有很多工具栏的选择，当启动默认设置时，系统只显示其中的几个，工具栏是一行图符，每个图符代表一个功能。工具栏与下拉菜单中的菜单项相对应，执行相同的功能，可以使用户避免在菜单栏中
查找命令的繁琐，方便操作。UG各功能模块提供了许多使用方便的工具栏，用户还可以根据自己的需要及显示屏的大小对工具栏图标进行设置。
4．提示栏
提示栏主要用于提示用户如何操作，是用户与计算机信息交互的主要窗口之一。在执行每个命令时，系统都会在提示栏中显示用户必须执行的动作，或者提示用户的下一个动作。
5．状态栏
状态栏位于提示栏的右方，显示有关当前选项的消息或最近完成的功能信息，这些信息不需要回应。
6．对话框轨道及其轨道夹
在UG NX5中，几乎所有对话框都打开在对话框轨道的预定义位置上，用户可拖动对话框轨道将轨道夹放置在所需的目标位置上，也可单击轨道夹临时隐藏一个打开的对话框。另外，可以单击轨道夹中的松开按钮松开对话框，让它们浮在屏幕上，反之单击夹住，使其锁紧在轨道夹位置处。
7．绘图区
绘图区是UG创建、显示和编辑图形的区域，也是进行结果分析和模拟仿真的窗口，相当于工程人员平时使用的绘图板。当光标进入绘图区后，指针就会显示为选择球。
8．坐标系图标
在UG NX5的窗口左下角新增了绝对坐标系图标。在绘图区中央有一个坐标系图标，该坐标系称为工作坐标系WCS，它反映了当前所使用的坐标系形式和坐标方向。
9．资源导航器
资源导航器用于浏览编辑创建的草图、基准平面、特征和历史记录等。在默认情况下，资源导航器位于窗口的左侧。通过选择资源导航器上的图标可以调用装配导航器、部件导航器、操作导航器、Internet、帮助和历史记录等。
1.3 产品设计的一般过程
在进行产品设计时，应该养成一种良好的产品设计习惯，这样可以节省设计时间，降低设计成本，提高产品的市场响应能力。在使用UG NX5软件进行产品设计时，需要了解产品的设计过程。
1．准备工作
（1）阅读相关设计的文档资料，了解设计目标和设计资源。（2）搜集可以被重复使用的设计数据。（3）定义关键参数和结构草图。（4）了解产品装配结构的定义。（5）编写设计细节说明书。
（6）建立文件目录，确定层次结构。
（7）将相关设计数据和设计说明书存入相应的项目目录中。2．设计步骤
（1）建立主要的产品装配结构。用自上而下的设计方法建立产品装配结构树。如果有些以前的设计可以沿用，可以使用结构编辑器将其纳入产品装配树中。其他的一些标准零件，可以在设计阶段后期加入到装配树中。因为大部分这类零件需要在主结构完成后才能定形、定位。
（2）在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和主要设计结构描述（如草图、曲线和实体模型等），这些模型数据将被下属零件所引用，以进行零件细节设计。同时这些数据也将用于最终产品的控制和修 12
改。
（3）根据参数和结构描述数据，建立零件内部尺寸关联和部件间的特征关联。
（4）用户对不同的子部件和零件进行细节设计。
（5）在零件细节设计过程中，应该随时进行装配层上的检查，如装配干涉、重量和关键尺寸等。
此外，也可以在设计过程中，在装配顶层随时增加一些主体参数，然后再将其分配到各个子部件或零件设计中。
1.4 三维造型设计步骤
1．理解设计模型
了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计情况。2．主体结构造型
建立模型的关键结构，如主要轮廓，关键定位孔确定关键的结构对于建模过程起到关键作用。
对于复杂的模型，模型分解也是建模的关键。如果一个结构不能直接用三维特征完成，则需要找到结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸旋转扫描的方法，或者自由形状特征去建立模型。
UG允许用户在一个实体设计上使用多个根特征，这样，就可以分别建立多个主结构，然后在设计后期对它们进行布尔运算。对于能够确定的设计部分，先造型，不确定的部分放在造型的后期完成。
设计基准（Datum）通常决定用户的设计思路，好的设计基准将会帮助简化造型过程并方便后期设计的修改。通常，大部分的造型过程都是从设计基准开始的。
3．零件相关设计
UG允许用户在模型完成之后再建立零件的参数关系，但更加直接的方法是在造型过程中直接引用相关参数。
困难的造型特征尽可能早实现。如果遇到一些造型特征实现较困难，尽可能将其放在前期实现，这样可以尽早发现问题，并寻找替代方案。一般来说，这些特征会出现在hollow、thicken、complex blending„„特征上。
4．细节特征造型
细节特征造型放在造型的后期阶段，一般不要在造型早期阶段进行这些细节设计，否则会大大加长用户的设计周期。
第二章平面连杆机构
2.1 平面四杆机构的基本形式
铰链四杆机构
所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能，两构件的相对回转角为360 º的转动副称为整转副。整转副的存在是曲柄存在的必要条件，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。
曲柄摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆中若一个为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。
图 2-1 铰链四杆机构
(2)双曲柄机构
铰链四杆机构的两个连架杆若都是曲柄，则为双曲柄机构。在双曲柄机构中，常见的还有正平行四边形机构（又称正平行双曲柄机构）和反平行四边形机构（又称反平行双曲柄机构）。双曲柄机构的功能是：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向等多种转动。
图2-2 平行四边形机构
图 2-3 双摇杆机构 双摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。双摇杆机构的功能是：将一种摆动转换为另一种摆动。
图 2-4 双摇杆机构
图2-5 鹤式起重机
2.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件
在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能。两构件的相对回转角为360º的转动副为整转副。整转副的存在条件是曲柄存 16
在的必要条件，而铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄，为此，需要明确整转副和曲柄存在的条件。
（1）整转副存在的条件——长度条件
铰链四杆机构中有四个转动副，其能否做整周转动，取决于四构件的相对长度。在铰链四杆机构中，若最长构件长度lmax与最短构件长度lmin之和小于或等于其余两构件长度之和（其余两构件长度分别为l1、l2）,则该机构中必存在整转副，且最短构件两端的转动副为整转副。即整转副存在的长度条件为
lmax+lmin<=l1+l2 反之，若lmax+lmin>l1+l2，则机构中没有整转副。（2）曲柄存在的条件
最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和。连架杆与机架两构件中必有一个是四构件中的最短杆。铰链四杆机构基本类型的判别方法
在铰链四杆机构中最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和时：
a．取最短构件相邻的构件作为机架，则该构件为曲柄摇杆机构； b．若取最短构件作为机架，则该机构为双曲柄机构；
c．若取对短构件对面的构件作为机架，则该机构为双摇杆机构。②当对短构件与最长构件长度之和大于其余两构件长度之和时，则不论取那个构件作为机架，机构均为双摇杆机构。
2.3 铰链四杆机构的演化
在实际应用中还广泛采用者滑块四杆机构，它是由铰链四杆机构演化而来的，含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，常用的有曲柄 17
滑块机构，导杆机构，摇块机构和定块机构几种形式。
（1）曲柄滑块机构
在如图所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1绕轴A转动时，铰链C将往复摆动。设将摇杆3做成滑块形式，并使其沿原话导轨往复移动，显然其运动性质并未发生改变；但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构。于是铰链四杆机构将变为常见的曲柄滑块机构。
曲柄转动中心至滑块导路的距离e，称为偏距，若e=0则将其称为对心曲柄滑块机构；若e≠0则将其称为偏心曲柄滑块机构。
设构件AB的长度为l1,构件BC的长度为l2，则保证杆AB杆成为曲柄的条件是：l1+e≤l2。
曲柄滑块机构用于转动与往复移动之间的运动转换，广泛应用于内燃机、空气压缩机、冲床和自动送料机等机械设备中。
曲柄滑块机构中，若取不同构件作为机架，则该机构将演化为定块机构、摇块机构或导杆机构等。
图 2-6 四连杆机构的演化
（a）曲柄摇杆机构；（b）曲柄滑块机构；（c）导杆机构
（2）定块机构
在图所示曲柄滑块机构中，如果将滑块作为机架，则曲柄滑块机构便演化为定块机构。
（3）摇块机构，如图所示曲柄滑块机构中若取2为固定构件，则可得摇块机构，这种机构广泛用于液压驱动装置中。
（4）导杆机构
如图所示曲柄滑块机构中，若取构件1作为机架，则曲柄滑块机构便演化为导杆机构。机构中构件4称为导杆，滑块3相对导杆滑动，并和导杆一起绕A点转动，一般取连杆2为原动件。当l1＜l2时，构件2和构件4都能做整周转动，此机构称为转动导杆机构。
当l1＞l2时，构件2能做整周转动，构件4只能在某一角度内摆动，则该机构成为摆动导杆机构。
连杆机构机传动特点
1.连杆机构中的运动副一般均为低副，因为低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷，而且几何形状简单便于加工制造。
2.在连杆机构中，但原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可使从动件得到不同的运动规律。
3.在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹是不同形状的曲线（特称为连杆曲线），而且随着各构件相对长度关系的改变，这些连杆曲线的形状也将改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。
4．连杆机构还可以方便的用来达到增力、扩大行程和实现较远距离的传动等目的。
第三章平面四杆机构的基本特性
3.1 四杆机构的极位
曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件作整周连续转动时，从动件做往复摆动或往复移动的左右两个极限位置称为极位。
3.2 四杆机构从动件的急回特性
如图示,四杆机构从动件的回程所用时间小于工作行程所用的时间，称为该机构急回特性。
图 3-1 曲柄摇杆机构的急回特性
急回特性用行程速比系数K表示极位夹角θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐角。θ越大，K越大，急回特性越明显。急回特性能满足某些机械的工作要求，如牛头刨床和插床，工作行程要求速度慢而均匀以提高加工质量，空回行程要求速度快以缩短非工作时间，提高工作效率。
3.3 平面连杆机构的传力特性
传动角与压力角：如图示在机构处于某一定位置时，从动件上作用力与作用点绝对速度方向所夹的锐角α称为压力角。压力角的余角γ（γ=90 º-α）作为机构的传力特性参数，故称为传动角。
在四杆机构运动过程中，压力角和传动角是变化的，为使机构具有良好的传力特性应使压力角越小越好，传动角越大越好。
通常规定：
αmax ≤ [α] —— 许用压力角
或
γmin ≤ [γ] —— 许用传动角
最小传动角γmin 出现的位置： 曲柄与机架的两个共线位置，如图示同理，曲柄滑块机构最小传动角出现在曲柄与导路垂直位置。
图 3-2 平面连杆机构的传力特性 3.4 死点位置
当机构在运动过程中，出现传动角为零时（或压力角为90°），由于Pt = 0，则无论P力多大，均不能驱动从动件运动。这种“顶死”的现象称为机构的死点位置。死点出现在两类机构中:(1)曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和曲柄导杆机构中，作往复运动的构件为主动件时，曲柄与连杆共线位置会出现死点。
(2)平行四边形机构中,当主动曲柄与机架共线时，连杆也与输出曲柄与机架重合，从动件曲柄上传动角等于零，它将可能朝两个方向转动，也称为死点位置。
第四章 四连杆的三维造型
4.1 机架的三维造型
打开UG5.0，新建文件。点击新建按钮，系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称jijia；单击确定，进入建模环境。
图 4-1 新建对话框
单击长方体按钮输入长度10，宽度288，高度20。
图 4-2 特征工具栏
图4-3 长方体对话框
图4-4 新建长方体
选择边倒圆按钮，输入半径10，在长方体两边倒圆。
图 4-5 特征操作工具栏
图 4-6 边倒圆对话框
图 4-7边倒圆后的长方体
选择圆柱体按钮，在长方体两边建立两个圆柱凸台，输入高度5，圆的直径20 24
图 4-8 圆柱对话框
图 4-9 在两端加圆柱体凸台
选择圆柱体按钮，在凸台上建立两个圆形孔。
图 4-10 机架
4.2 连架杆1的三维造型
新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。
图 4-11 新建对话框
单击长方体按钮，输入长度10，宽度200，高度20，单击确定按钮。
图 4-12 长方体对话框
单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。
图 4-13 边倒圆后的长方体
在一端建立凸台，高度20，直径10。如图4-14
图 4-14在一端建立凸台
在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。
图 4-15建立凸台
图4-16 连架杆1 4.3 连架杆2的三维造型
1、新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。
2、单击长方体按钮，输入长度10，宽度112，高度20，单击确定按钮。
3、单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。
4、在一端建立凸台，高度20，直径10。
在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。
图 4-17 连架杆2 4.4 连杆的三维造型
新建文件，系统弹出文件新建对话框，在名称文本框中输入名称liangan，单击确定，进入建模环境。
图 4-18 新建对话框
单击长方体按钮，输入长度10，宽度208，高度20，单击确定。
图 4-19 长方体对话框
选择边倒圆按钮，在两边倒圆，输入半径10。
图 4-20 边倒圆后的长方体
在两边建立两个直径10的孔。
图 4-21 连杆
第五章 四连杆的虚拟装配
5.1 进入装配模块
1．启动UG NX，新建一个文件。2．单击【标准】工具栏中的选择【装配】命令，进入装配模块。
按钮，在弹出的下拉菜单中5.2 添加组件机架
在菜单栏中选择【装配】【组件】【添加组件】命令，或者单击装配工具栏中的按钮，弹出【添加组件】对话框，如图所示。单击按钮，弹出【部件名】对话框，根据组件的存放路径选择组件机架jijia.prt，单击单击按钮，返回到【添加组件】对话框设置定位为“绝对原点”，按钮，将实体定位于原点，结果如图所示。
图 5-1 添加组件对话框
图5-2 添加机架
5.3 装配连架杆1 以“配对”的定位方式打开连架杆1组件lianjiagan1.prt，单击按钮进入配对条件对话框。
图5-3 配对条件对话框
单击配对按钮选择如图5-4所示红色的面，再选中如图5-5所示红色的面，单击确定按钮。
单击 按钮选择图5-6所示的红色的面，再选中如图5-7所示的红
色的面，单击确定按钮，最后得到如图5-8所示
图 5-4装配关系
图 5-5装配关系
图 5-6装配关系
图 5-7装配关系
图 5-8 装配连架杆1 5.4 装配连架杆2 同装配连架杆1，以“配对”方式打开连架杆2组件lianjiagan2.prt，单击按钮，装配结果如图5-9所示。
图 5-9 装配连架杆2 5.5 装配连杆
同装配连架杆（1）/(2)一样以“配对”方式打开连杆组件liangan.prt，单击配对按钮，进入配对条件对话框如图所示，单击配对类型里面的按钮，选择如图5-11所示的红色的面，再选中如图5-12所示的按钮，再单击中心
按钮，选择如图5-13所示
按钮，再单红色的面，单击的红色的面，再选中如图5-14所示的红色的面，单击击按钮，选择如图5-15所示红色的面，再选中如图5-16所示红色的按钮，再单击
按钮，得到最终装配图如图5-17所面单击示。
图 5-10 “配对条件”对话框
图 5-11装配关系
图 5-12装配关系
图 5-13装配关系
图 5-14装配关系
图 5-15装配关系
图 5-16装配关系
图 5-17 完成的装配图
第六章
平面四连杆机构的运动仿真
平面四连杆机构的运动分析，就是对机构上的某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析，根据原动件的运动规律，求解出从动件的运动规律。平面四连杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。
通过UG NX软件，对平面四连杆机构进行三维建模，通过预先给定尺，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及速度和加速度变化的规律曲线，用图形和动画来模拟机构的实际运动过程，这是传统的分析方法所不能比拟的。
运动仿真是基于时间的一种运动形式，即在指定的时间段中运动，UG的仿真分析过程分3个阶段进行：前处理(创建连杆、运动副和定义运动驱动)；求解(生成内部数据文件)；后处理(分析处理数据，并转化成电影文件、图表和报表文件)。
6.1 新建仿真
打开运动导航器，在文件名上右击新建仿真，选择动力学，单击确定按钮
图 6-1 运动导航器
图 6-2 环境对话框
6.2 新建连杆
单击按钮，打开新建连杆对话框，如图所示
图 6-3连杆对话框
选中连杆1，点击创建连杆loo1，再选中连杆2点击创建连杆loo2，再选中连杆3点击击
创建连杆loo3，再选中连杆4点创建连杆loo4，最后单击取消。打开运动导航器
在运动导航器里面可以看到新建的四个连杆，在连杆4上面右击选择固定连杆，把连杆4设置成固定的。如图所示
图 6-4 运动导航器中显示的连杆
图 6-5 固定连杆loo4
6.3 创建运动副
考虑到连杆与连杆之间考旋转副连接均作，将建立4个运动副，其中有2个运动副固定，为了使4个连杆的运动有连贯性，必须在创建运动副时，在各连杆之间建立联系，使各部件运动结成一个整体。
单击打开创建运动副对话框，如图所示，选择连杆1，创建旋
按钮创建旋转副。转副指定驱动类型为恒定初速度为10单击 43
图 6-6 运动副对话框
图 6-7 设置驱动类型
选择连杆2，在咬合连杆上打上勾，让其咬合连杆1，如图所示。单击按钮创建第二个运动副。
图6-8 创建运动副对话框
选中连杆3，在咬合连杆上打上勾，让你咬合连杆2。单击钮，创建第三个运动副。
按选中连杆3，在连杆3和连杆4咬合的中心建立旋转副，如图所示。单击按钮，创建第四个运动副。
图 6-9 运动副对话框
图 6-10 解算方案对话框
单击下的通过按按钮进行解算，设置时间为100，步数为100，勾选步数进行解算，点击确定进行解算。
经过解算，可对平面四杆机构进行运动仿真显示及其相关的后处理，通过动画可以观察机构的运动过程，并可以随时暂停、倒退，选择动画中的轨迹选项，可以观察机构的运动过程，还可以生成指定标记点的位移、速度、加速度等规律曲线。
第七章
平面四连杆的运动仿真分析
我们知道，连杆上转动副为周转副的条件是：最短杆长度+最长杆长度之和≤其余两杆长度之和：组成该周转副的两杆中必有一杆位最短杆。
分析：由预先给定的连杆长度数据，连杆1长度+机架长度≤其余两杆长度之和；所以转动副连杆1和机架之间的转动副为周转副，连杆1为曲柄，所以该机构应该为曲柄摇杆机构。点击运动仿真可以看到连杆正如分析的一样周转起来，确实是个曲柄。
7.1 运动副图表分析
曲柄（连杆1）为原动件，在其转动一周后，有两次与连杆2共线，如图所示。
这时摇杆（连杆3）分别处于两个被称为极位的位置，当曲柄以等角速转动一周时，摇杆将在两个极位之间摆动，而且较明显地看到从一个极位到另一个极位要用的时间长，这就是摇杆的急回特性。
摆杆角速度变化
为了用UG定量地说明摇杆的急回特性，可以用UG中的Graphing功能，选定连杆2与连杆3构成的旋转副，Y轴属性请求选择速度，分量选择角度幅值，即表示角速度，接着点击确定输出图标，即可得出如图7-3所示图标。从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。
图 7-3摆杆角速度变化曲线
运动副1的分析
因为机架是固定不动的，所以运动副1的角速度应该为0，如图所示
图 7-4 机架的角速度的变化曲线
运动副2的分析
运动副2设置的是恒定角速度为10度/秒，由图7-5所示可以看出其
角速度为10度/秒
图 7-5 曲柄的角速度变化曲线
运动副3的分析
图 7-6 连杆的角速度变化曲线
运动副5的分析
图 7-7 摆杆角速度变化曲线
从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。
7.2 死点位置
当摇杆为主动件进行运动分析时，在如图所示的两个位置会出现不能使曲柄转动的“顶死”现象，机构的这种位置称为死点。在一些运动中我们应尽量避免这种现象的出现，为了使机构能顺利地通过死点而正常运转，可以采取组合机构或者采用安装飞轮加大惯性的方法，借惯性作用使机构闯过死点。
2.基于matlab的连杆机构设计 篇二
平面连杆机构的运动分析可采用传统的作图分析法，但是这种方法作图的工作量大，只能作出大致的轨迹图，精度不高，并且很难分析速度和加速度等的变化情况。而利用速度瞬心的方法，往往只能求得瞬时的速度，无法求解速度和加速度连续变化的情况，因而也具有很大的局限性。
在参考文献[1]中，提出了杆组法对平面连杆机构进行分析。先将机构拆解成若干个基本杆组，然后对每个基本杆组建立数学模型，对每个基本杆组的输入与另一个杆组的输出相串联，即可对整个机构的运动进行分析。虽然这种方法能够对任何机构都适用，但是对每个杆组的编程非常繁琐。
在参考文献[2]中，根据机构的几何关系，列出解析表达式，并对解析表达式求导，进行速度和加速度分析。但是这样无法得到机构运动的动画。在参考文献[3]中，只是对于特定的物理模型求解，当物理模型发生变化时，又得重新计算解析表达式和求导，而且当原动件不是匀速变化时，需要重新编程计算。在参考文献[4]中，利用fsolve函数，对机构进行分析，但牵扯到求反函数的多值问题，实际求解得到的函数关系不一定正确，而且也不便于分析原动机非匀速转动的情形。
本文提出一种全新的解法，采用MATLAB数学工具模拟机构的实际运动，从而确定机构上点的轨迹，利用差分代替求导过程，从而实现机构上点的速度及加速度的分析。并且模拟的步长可以很小，因而能实现很高的精度。利用图像动画，能够很容易地判断模拟的正确性，因而非常适用。
2 基本原理
在实际工程运用中，往往要将电动机的连续回转运动转化为摇杆的往复运动。因而本文着重介绍曲柄摇杆机构的运动分析。
2.1 模拟运动
首先根据设计好的各杆的长度,确定好初始的机构位置θ0,如图1所示。
为了方便研究,可将固定杆AD为水平位置(虚线BD和B′D为辅助线)。保持AB的长度不变,将AB旋转dθ到AB′位置,此时B′点的坐标(xB′,yB′)。
其中,Rotation(dθ)表示逆时针旋转dθ的矩阵。
将式(1)写成坐标的形式：
利用式(2)可求出B′点的坐标(xB′，yB′)：
为了确定AB′旋转dθ之后机构的位置，只需知道C′的位置，整个机构上所有点的位置即可确定。为了得到C′点的位置，仍然采用旋转的方法。在△B′C′D中求解C′点的坐标。为了完全确定三角形△B′C′D各边的长度，先在△AB′D中利用余弦定理求出AB′的长度。
将B′D绕着B′点旋转∠C′B′D:
式(7)中Rotation(∠C′B′D)表示逆时针旋转∠C′B′D的矩阵。将式(7)写成坐标的形式：
利用式(8)求得C′点的坐标：
这样整个曲柄连杆机构的位置就完全确定。
在这个基础上，不停地循环迭代θ0=θ0+dθ就可以求出机构在不同θ时的位置，这样就能够模拟出机构的实际的运动过程。改变dθ的大小，即可以改变模拟实际运动的精度。
2.2 运动分析
为了得到实际的运动规律，如轨迹、速度、加速度等，需要记录所求点的位置坐标。把各个点的位置坐标记录下来，并连成线即可求得所求点的实际运动轨迹。
式(13)中ω表示原动机的转速,将式(13)代入式(11)得
因实际记录的点(x,y)的坐标是离散的，没有解析表达式，但是只要步长足够小，可用差分代替求导的过程，可将式(14)改写成如下的形式
式(15)中x′、y′表示所求点(x,y)下一个点的横纵坐标值。dθ表示原动件(即曲柄)转过dθ角。结合式(12)和式
仍然用差分代替求导的方法,可求得切向加速度
式中，v′表示速度v下一点的速度值。dθ表示原动件(即曲柄)转过dθ角。这样便可求得轨迹上各个点的切线加速度的值。
同样的道理，要求角位置、角速度、角加速度方法类似，只需记录模拟运动过程中各个位置的角位置，仍用差分代替求导的方法，可求得角速度和角加速度。原理相同，不再赘述。
3 实例演示
此部分结合实例,利用Matlab数学工具,求解一个实际的平面连杆机构运动分析问题。
例：如图2所示机构，已知机构的各构件的尺寸为AB=100mm,BC=4.28AB,CE=4.86AB,CD=2.14AB,AD=4.55AB,AF=7AB,DF=3.32AB，β=139，构件1的角速度为ω1=10rad/s,试求构件2上点E的轨迹及构件5的角位移，角速度和角加速度。
3.1 机构分析
(1)结构分析及自由度计算
活动构件数n=5;高副PH=0;低副PL=7;自由度F=3n-PH-2PL=3×5-2×7=1;
A为原动件，ABCD构成了曲柄摇杆的机构，因为BCE为一根杆，曲柄摇杆机构确定了BC的运动，因而也确定了E点的运动，DCEF组成了曲柄导杆机构，因而也就确定了构件5的摆动。
(2)基本杆组的划分
杆1为原动件，杆2和杆3构成了RRRⅡ级杆组，杆4、杆5够成了RPRⅡ级杆组。
3.2 算法描述
鉴于MATLAB矩阵计算的能力很强，故选择MATLAB数学工具，采用上述的方法进行编程计算。并用动画的方式，显示实际模拟运动的过程。算法设计如下：
Step1：以A点为坐标原点建立坐标系，根据θ0的大小确定机构ABCDE各点的位置;
Step2：将AB绕A点旋转dθ到AB′位置，记录B′点的坐标;
Step3：在△AB′D中求出B′D的长度;
Step4：在△C′B′D中求出∠C′B′D的大小;
Step5：将B′D绕B点旋转∠C′B′D到B′D位置，并缩短为B′C′的长度,记录C′点的位置;
Step6：将C′B′绕C′点旋转β到C′B′位置，并伸长为C′E′的长度，记录E′点的位置;
Step7：连接FE′，记录此时FE′与x轴正方向的角度σ;
Step8：将E′点和σ记录在数组中，θ0=θ0+dθ，点B、C、E坐标替换为C′、B′、E′点坐标，连接旋转过程中E′点，显示轨迹;
Step9：判断旋转是否满一周，若未满返回Step2，若满一周，执行Step10;
Step10：连接E′在运动过程中所有点的轨迹，并绘制图形;
Step11：按公式对σ进行处理，求出各点的角位移、角速度、角加速度，并绘制图形;
Step12：结束。
3.3 模拟机构实际运动结果
由初始位置建立的坐标系如图3所示。
利用MATLAB编程生成机构运动的动画，如图4所示。
重新提取E点的坐标，生成轨迹图，如图5所示。
利用记录的σ值绘制5杆两个周期内的角位移时间曲线,如图6所示。
利用σ作差分,求得5杆的角速度曲线如图7所示。
利用5杆的角速度作差分,求得5杆的角加速度曲线如图8所示。
由图6可知,t=0.28s,t=0.54s为角位移曲线的极值点,因为角速度为角位移的一阶导数,因而角速度理论上在该时刻为0rad/s,而模拟运动的结果图7中t=0.28s,t=0.54s角速度正好为0rad/s,同理在图7中t=0.03s,t=0.44s为角速度曲线的极值点,在图8中该时刻的角加速度为0rad/s2,由此可见,当步长dθ足够小,利用差分能够很好地代替求导的结果。
4 方法拓展
4.1 求机构上任意点轨迹
利用Matlab模拟机构的实际运动能够求解机构上任意点的轨迹。如图9所示。
杆BG和杆BC固结为一体，BG与BC的夹角为Ψ。仍然利用旋转的方法，即可求解任意点G的轨迹。由几何关系得：
将式(19)改写成坐标的形式：
求得点G的坐标(xG,yG)
这样只要记录机构在各个位置时G点的坐标值，即可求得杆BC上任意点G的轨迹。
如在上例中设BG与BC成30°角，且BG=3AB,BC与BG固结为一个构件,则求得G点轨迹如图10所示。
4.2 原动件非匀速转动
当原动件不是匀速转动时，ω不是常值，而是关于时间t的函数ω(t)，由角速度公式ω(t)=dθ/dt(22)
写成差分的形式△θ(t)=ω(t)△(t)(23)式中，△θ(t)表示t时刻角度θ在△t时间内的变化量，因仿真是离散进行的，故t=n△t，式(23)改写成如下的形式
这样只要固定步长△t，然后将原动件按照式(24)的规律模拟机构的运动规律，仍然用差分代替求导的方法求得速度和加速度，便可得到所求构件的运动规律。
如在上例中，假设ω(t)=10+5t(rad/s),可求得构件5的角位移时间曲线如图11所示。
由图11可明显看出构件5的摆动周期随着时间逐渐缩短，这与实际情况相符。构件5的角速度和角加速度曲线分别如图12、图13所示。由图可知，杆5的速度和加速度峰值都随时间增大。这也与实际情况相符。
5 结论
由以上的分析可知，利用MATLAB工具分析机构的运动规律是非常有效的。能在较短的时间内，求解机构上任意点的轨迹，也能求解速度、加速度、角速度、角加速度等运动学问题。只要仿真的步长足够小，用差分代替求导的方法求解速度和加速度的问题精度很高。这种方法不仅能够分析原动件匀速转动时机构的运动规律，而且能够分析原动件按照特定规律转动时的机构的运动规律。这种方法是通过数学推导出来的，因而是非常科学合理的。而且实际运用表明，这种方法效率很高，不需要求解运动量的解析表达式，能够快速模拟机构的实际运动，并对运动做详细的分析。
参考文献
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[5]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学(Ⅰ)[M].北京:高等教育出版社,2002.
3.基于matlab的连杆机构设计 篇三
关键词：花生收获机；振动筛；动态仿真；运动学分析
中图分类号： S225.7+3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）02-0343-03
收稿日期：2013-06-15
基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划（编号：2011c460007）。
作者简介：袁世先（1966—），女，贵州贵阳人，副教授，主要研究方向为机械设计与制造。E-mail：yuansx1966@126.com。花生是我国重要的油料作物之一，全国种植面积约433万hm2。由于受到土地等客观条件的限制，花生机械化收获较为分散且作业程度较低。我国虽然对花生收获机械进行了大量的研究与开发工作，但与发达国家相比仍处于初级阶段，结构简单、适应性差、损失率高、土果分离不好等仍旧是困扰花生收获机械发展的主要问题。目前，在花生收获机研究中已经涌现出许多新设备，如胡志超等研发的4H-800 型振动筛式花生收获机[1]、陈强等研发的HS-73 实用新型振动筛式花生收获机[2]和吕冰等设计的振动式花生收获机[3]等。
振动筛机构是花生收获机的核心部件，其工作运动性能的优劣与整机工作性能的优劣有着直接的关系，以四连杆机构为模型的花生收获机振动筛机构是目前使用最广泛的机构之一。对花生收获机振动筛机构利用MATLAB的Simulink软件进行动态仿真，分析其运动情况，以了解四连杆仿真模块模型及图形化求解方法，为优化花生收获机结构提供一种可视化的方法。
1数学模型的建立
1.1工作原理及机构简图
四连杆机构为模型的花生收获机振动筛，其主体为纵向排列的筛条，筛条中心距在确定的过程中可根据当地的种植品种进行自行设置，对振动筛的位移、速度、加速度不产生直接影响。振动筛机构由曲柄（R2）、连杆（R3和R4）、振动筛组成，其结构简图如图1所示。在花生收获过程中，通过轴带动偏心轮转动来实现振动筛子的运动，而振动筛通过上下和左右的往复运动将土壤等杂物及花生秧果等不断向后推动，在运动过程中杂物被振动筛振落，少部分杂物及花生秧果被抛出，实现花生的收获。
1.2矢量方程的建立
为了便于对花生收获机振动筛机构的运动特性进行仿真分析，须建立振动筛机构的数学模型，可以近似为一个四连杆机构，其闭环矢量图如图2所示。其中，R1是两端的固定杆，R2代表曲柄，R3、R4代表连杆，θ2、θ3、θ4、ω2、ω3、ω4和α2、α3、α4分别是R2、R3、R4的运动角度、角速度和角加速度。
2.1初始数据的获取
根据机构设计的尺寸，利用几何方法计算得到的数据见表1。
2.2动态仿真模型的建立
根据矢量方程所建数学模型，设连杆初始的角加速度为0，通过数值积分计算θ2、θ3、θ4、ω2、ω3、ω4、α3、α4。为实现面向模块的动态仿真，在Simulink模型中需要6个积分模块，以α2为常量0作为仿真输入，选择constant模块与积分器相连接。在子程序function函数中定义四连杆的r1、r2、r3和r4，选择function块将函数嵌入Simulink仿真中，由于function块的输入、输出是以矢量的形式进行，因此，需加入Mux块实现原始信号的转换，在输出时需要用DeMux块分解，然后再将Mux块联网到适当的信号。为实现仿真结果的输出为矩阵（变量simout），在结果输出前也需要再加入Mux块。另外，为实现振动筛的运动分析，需在此基础上进行模块的扩展，增加1个function块（即whz.m文件），再通过DeMux和Mux块实现信号的分解和矩阵矢量化，便于准确分析振动筛在x、y、z方向的速度、加速度和位移的变化[3，5-6]。
3仿真结果分析
由于筛子与连杆是通过焊接连接，分析连接点可间接分析振动筛，因此，以连接振动筛的点作为研究对象，分别对该点沿x与y方向的速度、加速度以及位移进行仿真分析，运用plot函数绘制相关曲线。由图3至图8可见，振动筛在x方向的速度在250～-250 mm/s之间做周期性变化（图3），振动筛在y方向的速度在200～-200 mm/s之间做周期性变化（图4），振动筛在x方向的加速度在5 000～-5 000 mm/s2之间做周期性变化（图5），振动筛在y方向的加速度在 4 000～-4 000 mm/s2 之间做周期性变化（图6），振动筛在x方向的位移在0～25 mm之间做周期性变化，其振动幅度为23.4 mm（图7），振动筛在y方向的位移在0～18 mm之间做周期性变化，其振动幅度为16.7 mm（图8）；变化周期均为 0.3 s。
4小结与讨论
利用MATLAB的Simulink仿真模型对花生收获机振动筛机构运动情况进行仿真分析，结果发现，振动筛速度、加速度和位移在x方向上分别在250～-250 mm/s、5000～-5000 mm/s2、0～25 mm之间呈周期性变化，位移振动幅度为23.4 mm，在y方向上分别在200～-200 mm/s、4 000～-4 000 mm/s2、0～18 mm之间呈周期性变化，位移振动幅度为16.7 mm；周期均为0.3 s。
在设计花生振动筛机构时，设计的尺寸、结构及配置要求等会与实际运动状况存在一定误差，利用花生振动筛机构运动学仿真模块框图，通过MATLAB设计程序对不同尺寸、角加速度、角速度赋值，分析各连杆的角速度、角加速度、摆角和振动筛的位移、速度、加速度情况，进而选取具有最小振动、最适合当地收获情况、不存在运动死点的设计尺寸和结构，以满足实际生产要求[7-8]。利用MATLAB的Simulink软件建立的仿真模型，实现了花生收获机振动筛运动情况的图形可视化，能够便捷地得到运动的相关参数，简化了计算过程，提高了计算精度，为花生收获机振动筛机构优化设计提供了良好快捷的方法。
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4.对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇四
论文题目：运用Pro/E对活塞连杆机构进行
运动学分析姓 名：** 学 号：********* 院 系：机电工程学院 专 业：机械制造及自动化
班 级：机自一班 指导老师：***
完成时间：2012年*月*日
目录
内容摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 关键字„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 Abstract„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 Key words „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.1选题的依据及其意义
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 1.2国内外研究现状及发展趋势 „„„„„„„„„„„„„„„„3 1.3课题内容
„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.机构简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.1活塞连杆机构的基本构造
„„„„„„„„„„„„„„„„„4 2.2工作原理 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.pro/e装配与运动仿真„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.1 Pro/E简介 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4 3.2装配 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.3运动仿真及分析 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16
机电工程学院
内容摘要:活塞连杆是机械行业中常见的曲柄滑块机构，应用该机构最典型的实例就是发动机气缸，它可以将燃气能源转换为机械动能，它的作用是承受气体压力，并将此力通过活塞销传给连杆以推动曲轴旋转。广泛应用到动力机械的动力源，如汽车、轮船、飞机等。本次设计是通过这些特点对活塞连杆进行Pro/E三维建模，并对模型进行整体装配，并完成传动部分的运动仿真，并对其进行运动分析。
关键词:活塞连杆机构、三维建模、装配、运动学分析
Abstract:The piston rod is in the machinery industry common crank slider mechanism.the device Application of the most typical examples is engine cylinder.It can be a gas energy is converted to mechanical energy.It is the role to bear gas pressure.and the force transmitted to the connecting rod by the piston pin to drive the rotation of the crankshaft.Widely applied to mechanical power source, such as automobiles, ships, aircraft and other.This design is through these features of piston rod for Pro/E three-dimensional modeling.the whole assembly model.then the completion of the transmission part of the motion simulation.and its motion analysis.Key words : Piston connecting rod mechanism、Three dimensional modeling、Assembly、Kinematic analysis、机电工程学院
1．绪论
1.1选题的依据及其意义
在产品的开发过程中,有关产品的结构、功能、操作性能、生产工艺、装配性能，甚至维护性能等等许多问题都需要在开发过程的前期解决。一般，人们借助理论分析、CAD和各种比例的实物模型，或参考前期产品的开发经验来解决有关新产品开发的各种问题。由于有关装配、操作和维修的问题往往只会在产品的后期或在最终产品试车过程中、甚至在投入使用一段时间后才能暴露出来，尤其是有关维修的问题往往是在产品已经售出很长时间以后才被发现。为了解决这些问题，有事产品就不得不返回设计构造阶段以便进行必要的设计变更。这样的产品开发程序不但效率低、耗时，费用也高。
为了解决这些问题，虚拟仿真技术应运而生。仿真技术是利用计算机技术对所要进行的生产和制造活动进行全面的建模和仿真，包括产品的设计、加工、装配、各参数的设计改进等等。在产品的设计阶段就实时地模拟出产品的形状和工作状况、制造过程、检查产品的可制造性和设计合理性，以便及时修改设计，更有效地灵活组织生产，缩短产品研制周期，获得最好的产品质量和效益。
在Pro/E环境下，对活塞连杆机构建立了精确的参数化模型。通过定义各种约束，在装配模块中确定了原动件与从动件的关系。并使用机构运动分析模块，通过定义机构的连接与伺服电机，实现了活塞的运动过程仿真。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数，参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。虚拟装配是在虚拟环境中，利用虚拟现实技术将设计的产品三维模型进行预装配虚拟装配可帮助产品摆脱对于试制物理样机并装配物理样机的依赖，可以有效地提高产品装配建模的质量与速度。通过在计算机软件平台下对整套装置的设计仿真分析，能够及时地发现设计中的缺陷，并根据分析结果进行实时改进。参数化建模、虚拟装配、运动仿真贯穿于整个计算机辅助设计全过程，可显著地缩短研发周期，降低设计成本，提高工作效率。本次建模与运动仿真分析实现了活塞摇杆的电子样机设计，对现实发动机制造过程有一定的指导意义。
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1.2国内外研究现状及发展趋势
当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。九十年代以来，随着以计算机技术为主的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大，加快市场竞争日趋激烈，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，为了缩短产品的设计周期、提高生产的质量、降低生产成本，就需要在产品的设计阶段进行预测。计算机辅助设计，将难以用语言表达的复杂的机械结构，应用多媒体技术以多样化的方式表现的屏幕上，达到了以直观和形象的形式学习机械设计知识的目的。九十年代后随着CAD技术的发展，其系统性能提高，价格降低，pro/e开始在设计领域全面普及，成为必不可少设计工具，pro/e之所以在短短的时间内发展如此迅速，是因为它是人类在二十世纪取得的重大科技成就之一，它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度。应用pro/e技术业进行产品设计，能使设计、生产维修工作快速成而高效地进行，所带来的经济效益是十分明显的。Pro/e技术的发展与应用水平已成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，pro/e技术已经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用pro/e技术的研究和开发工作起步相当较晚，自八十年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展，随后pro/e也有了应用，国家逐步认识到开展pro/e应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广pro/e技术，同时展开pro/e技术的不断研究，开发与广泛应用，对pro/e技术提出越来越高的要求，因此pro/e从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化和标准化,也只有不断完善，创新才能在日益激烈的竞争中立于不败之地。
1.3课题内容
本课题是利用Pro/E软件的仿真功能对活塞的运动过程进行动画模拟，并对活塞、连杆等进行一些简单的数据分析及计算，以确定设计的合理性，可行性，最终完成设计。
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该设计具体研究方法及主要内容是使用Pro/E软件仿照发动机气缸活塞连杆机构，绘制出活塞、摇杆、及其他零部件实体图。绘制好活塞连杆机构后，然后对设计进行仿真，包括运动干涉检测、活塞运动轨迹、速度及加速度的检测。
2.机构简介
2.1活塞连杆机构的基本构造
活塞连杆组是发动机的传动件，它把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力。活塞连杆组主要由活塞、活塞环、活塞销及连杆等组成活塞连杆组把燃烧气体的压力传给曲轴，使曲轴旋转并输出动力；活塞的顶部还与汽缸盖、汽缸比共同组成燃烧室。
2.2工作原理
活塞的顶部直接与高温燃气接触，活塞的温度也很高，高温使活塞的机械性能下降，热膨胀量增加；活塞在作功行程中，承受燃气的高压冲击（3~5mP），活塞在汽缸中高速运动，平均速度达到8~12m/s，要求活塞质量小，热膨胀系数小，导热性好和耐磨。一般采用铝合金，个别柴油机也采用高级铸铁或耐热钢。
3.Pro/E的装配与运动仿真
3.1Pro/E简介
Pro-E是Pro/Engineer的简称，更常用的简称是ProE或Pro/E，Pro/E是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。pro-e作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的模具和产品设计三维CAD/CAM软件之一。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
(1).参数化设计
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相对于产品而言，可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。
(2).基于特征建模
Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如 系列化快餐托盘设计[1]腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活，特别是在设计系列化产品上更是有得天独到的优势。
(3).单一数据库
Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。
(4).直观装配管理
Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“贴合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
(5).易于使用
菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。
3.2装配
(1)组装活塞
选择菜单栏的【文件】→【设置工作目录】,系统弹出“选取工作目录”对话框，选择活塞零件图所在文件夹，单击【确定】按钮，完成工作目录的设置。
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选择菜单栏的【文件】→【新建命令】，系统弹出【新建】对话框，点选【组件】，取消【使用缺省模版】的选择，单击【确定】按钮，系统弹出新文件选项对话框，如图
单击【确定】按钮，选择mmns-asm-design,单击【确定】，进入装配设计模块。
(2).创建骨架模块
单击【创建按钮】，系统弹出元件创建对话框，如图1.2
在“元件创建”对话框中，单选【骨架模型】，单击【确定】，系统弹出“创建”选项，单击【空】，单击【确定】，进入元件创建。
单击工具栏【轴】按钮，系统弹出“基准轴”对话框，如图1.3。双选FRONT.RIGHT两个基准面作为参照面，所创建的基准轴穿过两个参照面，单击【确定】，创建基准轴完成。
(3).装配活塞
选择菜单栏的【窗口】→【激活】，激活现在装配模块。
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单击工具栏【装配】，系统弹出“打开”对话框，选择元件prt001,单击【打开】，就将活塞添加到当前模块了.在【将约束转化为机构连接】框中选择“滑动杆”，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择上面创建的基准轴和活塞垂直轴线，单击【旋转】，选取活塞的DTM1基准面和组件的RIGHT基准面。
在【放置】的【状态】的“完成连接定义”，单击【完成】。如图1.6
(4).装配底座
单击【装配】，系统弹出“打开”对话框，选择元件prt006，单击【打开】，底座就添加在组件模块中了。
选择【将约束转化为机构连接】中的“用户定义”，单击【放置】，在3D模型中选择底座的基准面和组件的基准面，然后在将其他两个基准面进行约束。
在【状态】框中显示“完成连接定义”，单击【完成】。如图1.7
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(5).装配输出轴
单击【装配】，系统弹出“打开”对话框，选择元件prt0005，单击【打开】，轴就添加在组件模块中了。
选择【将约束转化为机构连接】中的“销钉”，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择底座轴线和输出轴的轴线，单击【平移】，在3D模型中选择曲柄的侧面和底座的内侧面。
在【状态】框中显示“完成连接定义”，单击【完成】。如图1
(6).装配连杆
单击【装配】，系统弹出“打开”，选择元件prt0004.单击【打开】，连杆就添加在组件模块中了。
选中【将约束转化为机构连接】中的“销钉”，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择输出轴的轴线和连杆空轴线，单击【平移】，在3D模型中选择输出轴曲柄侧面和连杆外侧面。
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单击【放置】→【新建集】，即创建了一个新的连接。
选择【将约束转化为机构连接】中的销钉，单击【放置】，单击【轴对齐】，在3D模型中选择活塞孔的轴线和连杆孔的轴线，单击【平移】，在3D模型中选择活塞内侧面和连杆外侧面。
在【状态】中显示“完成连接定义”，单击【完成】。如图1.10
装配完成。
3.3 运动仿真及分析
运动分析对活塞连杆机构进行运动仿真,可以进一步分析其运动是否合理,结构是否发生运动干涉等信息.(1).添加伺服电机
选择菜单栏的【应用程序】→【机构】，系统进入机构平台。单击【伺服电动机】，系统弹出“伺服电动机”对话框，如图2.1.点选【从动图元】的【运动轴】，单击【选取】，选取旋转轴。如图2.2
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在伺服电动机定义中，单击【轮廓】，选择【规范】中的“速度”，选择【模】中的“常数”，在【A】框中输入50，单击【确定】。完成伺服电动机的创建。
注：速度为50mm/s。(2).自由度分析
单击【机构分析】，系统弹出“分析定义”对话框，如图2.3.选择【类型】中的“力平衡”，单击自由度中的【DOF】右边的按钮，在文本框中显示的数即为自由度。如果没有伺服电动机，自由度则为1.注：一个自由度的机构，只需要一个伺服电动机就能驱动它。
(3).动画
单击【机构分析】，系统弹出“分析定义”对话框，选择【类型】中的“运动学”，在【终止时间】框中输入50.注：给定时间为50秒。
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单击【运行】，模型就开始运动。如下图：
注：生成的视频文件截图
(4).运动包络
单击【回放】，系统弹出“回放”对话框。单击【创建运动包络】，系统弹出“创建运动包络”对话框，单击【读取元件】中的【选取】，在3D模型中选择连杆，单击【预览】。如图2.4
注:连杆的运动轨迹
(5).分析测量结果
单击【测量】，系统弹出“测量结果”对话框，单击【创建新测量】，系统 11
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弹出“测量定义”对话框。
在“测量定义”对话框中，选择【类型】中的“位置”，单击【点或运动轴】中的【选取】，在3d模型中选择活塞的孔轴线，如图2.6
在“测量定义”对话中【测量】中的“measure1”,选中【结果集】中“analysisdefinition3”选项，单击【检测选定结果集所选测量的图形】，系统弹出图形工具对话框。如图框中，单击【确定】，返回“测量结果”对话框
点“测量” 即生成位移曲线。同时可生成速度和加速度曲线。如图1、2、3 12
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图1 注：横轴代表时间，竖轴代表活塞位移
分析： 该图为活塞位移曲线图。活塞顶端为零点，以-90处为中心点，活塞从初始值为-86.9928处开始运动做往复运动，经过50秒在-93.0072处结束运动。可以看出，活塞的总位移成余弦规律，位移图比较平稳。
图2 注：横轴代表时间，竖轴代表活塞速度
分析： 该图为活塞速度曲线图。活塞由最下端以速度为13.0607mm/s开始向上做减速运动，后由0开始做加速运动，由此反复运动，50秒后到最下端结束运动。可以看出，活塞的速度曲线成余弦规律，具有周期性变化规律。
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图3 注：横轴代表时间，竖轴代表活塞加速度
分析： 该图为活塞加速度曲线图。加速度代表活塞的速度快慢的变化.它是速度的导数，因此权限与速度曲线的变化规律基本一致，可以看出,活塞的加速度曲线成正弦规律.仍然具有周期性变化规律。
.注：位移、速度、加速度合图。
分析：由活塞位移、速度和加速度对应曲线可以得出结论：位移达到峰值的时候，加速度也达到了反向的峰值，这时候速度刚好为零。
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参考文献：
【1】 乔建军,proe 5.0动力学与有限元分析从入门到精通,机械工业出版社,2010,340～357.【2】肖继德、陈宁宁，机床夹具，机械工业出版社，2011,5～13 【3】刘建华、杜鑫,机械设计基础,北京交通大学出版社,2010,14～38.【4】魏增菊、李莉,机械制图,科学出版社,2007 【5】林清安,proe机构设计，2004 【6】孙印杰,proe基础与实例教程,北京电子工业出版社,2008 【7】孙恒，机械原理，高等教育出版社，2003 【8】施平，机械工程专业英语，哈尔滨工业大学出版社，2011 【9】孙印杰等，野火中文版Pro/ENGINEER Widfire基础与实例教程【M】，北京，电子工业出版社，2004.机电工程学院
致谢：
5.连杆机构的应用 篇五
连杆的最新应用包括以下三个方面 1.工艺方面——裂解工艺
连杆是发动机上的关键零件，在高频率疲劳载荷下作，对强度有较高的要求。连杆属于较难锻造与加工的一种零件，对其制造方法及技术，国内外都给予了极大的关注，连杆裂解（也称连杆胀断、撑断）加工新工艺是20世纪90年代初发展起来的一种连杆加工新技术，该种新工艺与装备从根本上改变了传统的连杆加工方法，是对传统连杆加工的一次重大变革。连杆裂解技术的原理是根据材料断裂理论，首先将整体锻造的连杆毛坯大头孔人为加工，形成初始断裂源，然后用特定方法控制裂痕扩展，达到连杆本体与连杆盖分离的目的。其裂解加工过程见下图
刘赛
学号：20140702020
(a)初始断裂源
(b)裂解
(c)杆、盖分离
(a)在连杆锻造毛坯大头孔内，预先加工出裂解槽，形成初始断裂源；
(b)在裂解专业设备上首先对连杆大头内孔侧面施加径向力，使裂纹由内孔向外不断扩展直至完全裂解；
(c)连杆盖从连杆本体上分离出来。利用断裂面犬牙交错的特征，在裂解专业设备上，再将裂解分离后的连杆盖与本体精确复位，最后在断裂面完全啮合的条件下，完成上螺栓工序及其它后续与传统工艺相同的切削加工工序。裂解加工工艺流程：
粗磨连杆两侧面→精镗大小头孔、半精镗小头孔→钻、攻螺栓孔→钻油道孔洗→拉削裂解槽、裂解、装配、压衬套、精整衬套、倒角→精磨两侧面→半精镗、精镗大小头孔→铰珩连杆大小头孔→清洗→终检。裂解工艺的经济性
裂解工艺改变了连杆加工的关键生产工序，以整体加工代替分体加工，省去分离面的拉 削与 磨削等工艺，降低螺栓孔的加工精度要求，从而显著地提 高生产效率，降低生产成本，增加经济效益。
据于永仁《连杆裂解工艺》文献介绍，裂解加工技术的应用，可减
少机 械加工工序60%，节省机床设备投资25%，减少刀具费用35%，节省能源40%，还可减少占地面积、减少废品率等，其经济效益十分显著。此外连杆裂解技术还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆、盖的定位精度、装配质量大幅度提高，对提高发动机整体生产技术水平具有重要作用。2.汽车方面——瓦特连杆
瓦特连杆是由英国传奇发明家兼工程师詹姆斯-瓦特所发明的。
别克英朗，奔驰A级，B级车均采用这种结构，用于扭力梁悬架上，以此来减少后轮侧向力对车轮前束的影响。也减少了在转弯时侧向力产生的离心，使两侧车轮受力始终与路面保持最适宜的接触，达到最佳的附着力。一方面提高了车辆的驾乘舒适性，也加强了车辆循迹性。
一套三链杆组成的中央控制臂被安置在一个铝制方形封盖后方，当控制臂被从左边推动，它就向右边拉动，反之亦然。这样的话，车子的动力就在左右轮中得到了很好的平衡。当汽车在转向的时候，离心力会作用在车轮上。瓦特连杆的作用就是平衡两边车轮上的这些离心力，将这些力反转到另一边。这样，两边车轮就能始终与路面保持最适宜的接触，而汽车在转向时也就能变得更加灵活。配备了欧宝专利技术的瓦特连杆之后，从实际的操控效果来看，完全不亚于配备普通独立悬挂的后轴车型。扭力杆保证了汽车在转向时，垂直作用力能够被平均地分配作用到两个后轮。这是通过轮轴的轻微扭曲(扭矩)来完成的，其自身的特性让这个过程成为了可能。
3.材料方面
连杆不仅在工业上得到很多最新应用，在其材料方面也有。20世纪末，国内的企业根据各自不同的需求，先后开发了不同牌号的钒系、锰铬系及在此基础上衍生的锰钒氮系连杆用非调质钢典
型的有38MnVS、40MnV、48MnV等，但由于其强度
级别小于900MPa，故在一定程度上已经满足不了发动机的高强化和高爆发压力的要求。在这种情况下，国外
（主要是德国）率先研制了以C70S6BY为代表的高碳非调质钢，其强度好、材料纯度高，更重要的是可适应连杆孔分离面涨断工艺的需要；而法国也相应研制了SPLITASCO系列高碳钢，其成分与C70S6相比只是为了提高可加工性能，对P、S等微量元素的含量做了进一步调整。为了进一步提高材料的疲劳强度，欧洲公司在C70S6基础上进一步增加C元素、V元素 的含量，并添加了相应含量的Mo，开发了70MnSV4与80MnS5等牌号的微合金钢，经测试其疲劳强度比C70S6提高了10%～15%，但是由于合金元素的加入使连杆的加工性能受到一定的影响，目前上述两种材料只是在欧洲的几家产量较大的公司应用。为了节省毛坯制造环节中的能耗，提高材料利用率以及简化机械加工中的制造工序，国外还采用粉末烧结锻造工艺生 产汽车发动机连杆；用钛合金制造汽车发动机连杆，可 大幅度地减轻连杆的质量；颗粒增强铝基复合材料因采 用价格低廉的陶瓷颗粒作增强相，是金属基复合材料中价格唯一被汽车行业所接受的类别。目前，采用压力浸渗工艺生产的50%SiCp增强铝基复合材料已达到弹性模量为2×105N/mm2、弯曲强度为800N/mm2、弯曲疲劳强度为200N/mm2的性能指标，极具应用前景。
未来连杆的发展趋势
综合连杆的应用，连杆在汽车方面是连杆未来发展最主流的势头。连杆是汽车发动 机中的重要零件。连杆最大的应用市场在于汽车工业。中国是全球汽车生产和消费大国。我国汽车产量快速增长，占世界汽车总产量的比重也在快速提升，我国汽车工业在世
界的地位正快速加强。汽车工业的快速发展，零部件国产化逐步提升，也给我国汽车零部件产业带来巨大的市场空间与发展机会。
《2010-2013年新经济形势下连杆产业运行及投资战略深度研究报告》、《2010-2013年中国连杆市场分析投资价值研究报告》、《2011-2015年中国发动机连杆行业发展趋势与投资商机研究报告 》等报告都详细分析了近几年国内连杆行业市场的产销状况和重点企业的发展运营状况，并对未来三年连杆行业的市场供需状况、竞争格局进行了预测分析。可见未来几年内连杆在汽车上的应用会得到质的飞跃。我们尽情期待！
参考文献
6.曲柄连杆机构的构造与维修教案 篇六
教学目的：掌握曲柄连杆机构的组成、功用、主要零部件的构造及装配连接关系；熟悉曲柄连杆主要部件的检测方法，掌握曲柄连杆机构装配与调整方法。
重点和难点：掌握曲柄连杆机构的组成、功用、主要零部件的构造及气门间隙的调整方法。
教学方式：多媒体 教学课时：14学时
教学内容： 2.1 概述 2.1.1 功用与组成
功用:压力能转换为机械能
组成:机体组 活塞连杆组 曲轴飞轮组 2.1.2 工作条件与受力分析
条件:高温 高压 高速 化学腐蚀
受力:气体压力、惯性力、离心力、摩擦力、热应力。
产生：压缩 拉伸 弯曲 扭转 离心 磨擦等 2.2 机体组 2.2.1 气缸体
1、气缸体的功用
安装、固定气缸套及其他机构的基础。
2、气缸体的型式
整体式和分体式
水冷式和风冷式
整体式一般为水冷式，分体则为风冷式
3、整体式气缸体类型：平分式、龙门式、隧道式
4、气缸体的受力特点及材料
特点：各种受力、热负荷、润滑条件差
材料：优质合金铸铁、铸铝合金
5、曲轴箱的密封 2.2.2 气缸与气缸套
1、气缸与气缸套的功用
燃料燃烧实现能量转换的场所
活塞运动的轨迹
2、气缸的形式
结合方式：整体式、单铸式
冷却方式：风冷式、水冷式（干式和湿式）
4、气缸的排列
单列（直列）式、V形式、对置式
5、气缸套的定位
㈠干式缸套：不与冷却水接触，壁厚：1-3mm。
㈡湿式缸套：与冷却水接触，壁厚：5-9mm。
湿式缸套有：上支承定位带，下支承密封带，上与气缸套座紧配合。
优点与缺点 2.2.3 气缸盖
1、气缸盖的主要功用
封闭气缸上部，并与活塞顶和气缸壁一起形成燃烧室。
2、气缸盖的构造
进排气门座、气门导管、进排气通道
结构分：单体式、块状式和整体式 2.2.4 燃烧室
1、燃烧室的主要功用
燃烧混合气产生强大的压力能。
2、燃烧室的构造
基本要求：㈠热量损失小、燃烧行程短。
㈡压缩冲程完成后，混合气能产生涡流，保证充分燃烧。2.2.5 气缸垫
1、气缸垫的工作要求
①在高温高压作用下不易损坏；②耐热耐腐蚀；③有弹性，能密封；④卸装方便，能重复使用，寿命长。
2、气缸垫常见结构
金属—石棉、金属—复合材料，纯金属
3、油底壳
2.2.6 发动机的支承
二点支承;三点支承(前.后);四点支承.2.3 活塞连杆组
活塞连杆组的组成：活塞、活塞环、活塞销、连杆 2.3.1 活塞
1、活塞的功用：将活塞顶的压力传到连杆，使曲轴产生旋转。
2、活塞的工作要求：质量小；导热性好；耐磨；热膨胀系数小。
材料：铝合金、优质铸铁和耐热钢。
3、活塞的基本结构
顶部、头部和裙部
4、活塞变形分析与结构措施
㈠预加工、㈡开槽、㈢镶钢片、㈣表面处理、㈤冷却、㈥活塞销偏移和改善裙部结构 2.3.2 活塞环
1、活塞环的种类与作用
种类：气环 油环
作用：减少磨损和摩擦阻力，封气油
2、活塞环材料
耐磨、耐热、高强度耐冲击、表面处理 粉末冶金（发展）
3、活塞环的结构
活塞环有一个切口，比气缸内径大，安装后由于弹力而紧贴在气缸壁，密封气体。2.3.3 活塞销
1、活塞销的功用
功用：连接活塞，传递作用力。
2、活塞销的工作要求要求：耐磨、抗冲击、高强度、质量小。
种类：圆柱形、组合形、两段截锥形。2.3.4 连杆
1、连杆的功用
功用：将活塞承受的力传给曲轴。要求：质量小、强度和刚度高。
2、连杆的材料
中碳钢、合金钢，模锻、热处理
3、连杆的结构
4、连杆大头的分类
1、平切口、斜切口
2、斜切口连杆定位方式：
3、止口定位 套筒定位 锯齿定位
5、V形发动机的连杆
左右两侧对应两气缸的连杆是同支承于一个曲柄销上。布置形式：
1、并列连杆式；
2、主副连杆式；
3、叉形连杆式 2.4 曲轴飞轮组 曲轴飞轮组的组成：
曲轴和飞轮以及其他不同作用的零件和附件组成。
2.4.1 曲轴
1、曲轴的功用
以旋转力矩的形式对外输出动力，并为其他系统提供动力。
2、曲轴的材料
中碳钢或合金钢模锻，表面热处理。
3、曲轴的结构
曲轴前端、若干个曲拐、曲轴后端三部分组成。
直列曲拐与缸数相同，V形曲拐等于缸数的一半。2.4.2 曲轴扭转减振器
摩擦式减振器工作原理：使曲轴扭转振动能量逐渐消耗于减振器内的摩擦，从而使振幅逐渐减小。
粘液式减振器工作原理：曲轴扭转振动时，减振器中的硅油受到剪切，产生各油层之间相对摩擦，产生热量达到消耗能量。2.4.3 连杆轴承（轴瓦）
巴氏合金、铜铅合金、高锡合金
保护油膜，减少摩擦阻力
承载负荷、导热性强 2.4.4 飞轮
1、飞轮的功用：
贮存能量
2、飞轮的材料：
灰铸铁，高速时用球墨铸钢
3、飞轮的结构
2.5 曲柄连杆机构的维护 2.5.1 积炭的清除
1、积炭的产生
汽油机：爆振燃烧
柴油机：缺氧燃烧
2、积炭的危害
3、清除方法
2.5.2 曲轴轴承配合间隙的检验
1、径向间隙的检验（1）专用塑料线规检验法（2）通用量具检验法（3）手感检验法
2、轴向间隙的检验与调整
通用量具检验 2.6 发动机异响诊断 2.6.1 概述
1、异响类型
响声超过技术文件规定的强度
机械、燃烧、空气动力、电磁
2、产生的原因
3、影响因素和诊断条件
转速、温度、负荷、润滑 2.7 气缸体的检修 2.7.1 裂纹的检修
缸体裂纹：曲轴箱的共振裂纹和水套冰冻裂纹。气缸体裂纹：气缸套过盈过大、工艺不当。检验方法：水压试验 修理方法：加热减应焊和胶粘 2.7.2 变形的检修
部分主要要素的形位误差超差
1、平面度
2、垂直度
3、同轴度
对气缸体的整形修理
定位镗缸、导向镗削、修理平面 2.7.3 气缸体的常见损伤与检验
1、常见损伤
磨损、拉痕、裂纹、生锈等。
2、工作表面损伤特征
锥形、椭圆、台阶。
3、气缸的检验
（1）用内径百分表检测气缸内径。
（2）计算气缸磨损后的圆度、圆柱度、最大磨损量、与活塞配合间隙。2.7.4 修理尺寸的确定
1、气缸修理尺寸分为6级，每级加0.25mm。
2、修理尺寸的确定方法
最大磨损+加工余量=修理尺寸 2.7.5 气缸的镗削与磨削
1、计算气缸的镗削量和镗削次数（1）确定修理尺寸
镗削量=活塞裙部最大直径+标准配合间隙 —气缸最小直径—磨缸余量（2）镗削次数
第1次和最后1次要小 0.03-0.05mm 中间几次可以大 0.04-0.10mm
2、镗缸（1）镗缸机
T716型镗缸机为固定型
以缸体底平面为定位基准 T8014型镗缸机为移动型
以缸体上平面为定位基准（2）镗削方法
根据气缸磨损是否偏心分为：
同心镗和偏心镗
（3）镗削工艺要点（以T8014镗缸机为例）A、清洁气缸上平面；
B、固定、调整镗缸机，即对镗杆中心； C、安装镗刀、调整尺寸； D、确定速度和进刀量；
E、调整自动停刀装置、检查吃刀量； F、开始加工。（4）镗缸质量要求
3、气缸的珩磨（1）珩磨机
M4215立式珩磨机
简易珩磨机在台钻或手电钻安装珩磨头（2）磨缸的工艺要点 2.7.6 气缸套的镶换
磨损过大、气缸套裂纹、松旷、漏水
1、气缸套的拆卸（采用专用工具）
2、气缸套承孔的检修 a、检测
b、修理：分级2~4级，每级加0.5mm。
3、新气缸套的检修
留好配合过盈量
干式缸套与气缸上平面等高，湿式缸套则高出0.05~0.15mm。
4、镶装气缸套
干式在压过程中，在压入20~30mm处，应放松压力，让缸套自动校正轴线；湿式在压过程中，应在承孔上涂石墨粉，缸套涂密封胶；压入缸套后应进行水压试验。2.8 气缸盖的检修
1、损坏形式：
（1）裂纹：出现在进排气门座之间的过梁上
原因：气门座过盈量太大或安装不当
措施：更换
（2）变形：接合平面的平面度超差
原因：材料受热变形
措施：铲削或磨削
2、修理标准：
标准：
长度≤300mm平面度公差为0.05mm，长度＞300mm平面度公差为0.10mm。
注：修理后，燃烧室容积不得小于原厂规定的95%，各燃烧室容积差不得大于4mm。2.9 活塞组的选配 2.9.1 活塞的选配
原因：烧蚀、拉伤、活塞环槽磨损等 注意要点：
1、同一级修理尺寸
2、同一品牌
3、成组活塞直径、质量一致 2.9.2 活塞环的选配
1、活塞环的选配
第一气环磨损最严重，磨损后弹力减弱，间隙增大，密封性能差，动力性能下降，油耗上升。注意事项： A、修理尺寸同一级 B、各项指标符合要求
2、活塞环的检验 A、弹力检验 B、漏光度的检验
C、端隙（开口间隙）检验与修整 D、侧隙的检验与修整 E、背隙的修配 F、平面度的检验 2.9.3 活塞销的选配
活塞销磨损后，配合间隙增大，产生异响。
更换活塞时，活塞销应采用同一修级别。
活塞销有四个修理级别，不换活塞时，加工活塞销孔座和连杆衬套来满足其配合要求。2.10 连杆组的检修
2.10.1 连杆变形的检验与校正
1、工量具与设备
连杆校正仪、常见量具
检验工艺
2、连杆变形的校正
先校正扭曲，后校正弯曲（弯曲过大用热校，直到更换。2.10.3 连杆衬套的修复
1、连杆衬套的检验
2、衬套的更换
3、衬套铰削工艺要点
4、活塞销孔的铰削
2.10.4 连杆其他损伤的检修
裂纹、缝隙、圆柱度、螺杆螺母等
2.11 活塞连杆组的组装 2.11.1 根据特点，确定安装位置 2.11.2 装配工艺要点
1、试配；
2、活塞加热装销；
3、装挡圈 2.11.3 组装后的质量检验
1、检验方法
2、检验标准 2.11.4 安装时的注意事项 2.12 曲轴耗损及检验 2.12.1 曲轴裂纹的检验 2.12.2 曲轴磨损的检验
1、曲轴磨损规律特征
2、曲轴轴颈磨损的检验 a、测量直径 B、计算
圆柱度、圆度、最大磨损和配合间隙
2.12.3 曲轴变形检验
1、曲轴弯曲的检验
2、曲轴扭曲的检验
3、曲轴检验分析处理 2.12.4 曲轴弯曲变形的校正
1、冷校法
2、表面敲击校正法 2.13 曲轴轴颈的磨修 2.13.1 曲轴磨床简介
MQ8260曲轴磨床，中心高300mm,长度1600mm.2.13.2 曲轴曲颈修理尺寸的确定
1、修理尺寸分6级，级差为0.25mm。
2、选择最近的级别进行修理。
3、各曲颈修成同一级修理尺寸，统一选配轴瓦。2.13.3 曲轴主曲轴颈的磨削
1、安装曲轴
2、校正主轴颈与磨床旋转轴线的同轴度
3、修磨砂轮
4、磨削主轴颈
5、砂轮材料与冷却液 2.13.4 曲轴连杆轴颈的磨削
1、调整曲柄半径
2、检查校准同轴度
3、检查曲柄半径
4、调整配重
5、依次磨削所有的连杆轴颈 2.13.5 飞轮的修理
1、更换齿圈
2、修理飞轮工作平面
3、曲轴、飞轮、离合器总成组装后进行动平衡试验 2.14 曲轴轴承的选配与修整 2.14.1 轴瓦选配基本要求
1、轴颈轴瓦尺寸要求
2、轴瓦分解面的高度应符合要求
3、定位凸点完整，瓦背光滑
4、弹性合适
2.14.2 轴瓦的手工刮配
1、技术要求
2、轴瓦手工刮配工艺
2.14.3 曲轴轴向间隙的检查调整
1、检查方法
2、调整间隙
课外作业：P80、21、22
广东省2015年普通高等学校本科插班生招生考试
《大学语文》参考答案及评分标准
一、单项选择题（本题共16小题，每小题1分，共16分）
1.D
2.C
3.C
4.D
5.B
6.A
7.A
8.C 9.B
10.B
11.C
12.B
13.D
14.A
15.B
16.A
二、古文翻译题（本题共8小题。解释加点的字，句子翻译每小题2分，共12分）
（一）解释下面句子中加点的字。17.事，实践。18.燀，炊，煮。19.如，往。20.鐍，锁钥。
（二）把下面的句子翻译成现代汉语。
21.有“和”则万事万物蓬勃生长，只认“同”则发展难以为继。22.秦始皇死后，他的余威在边远地区仍有影响。23.张巡就义的时候，神色不变，跟平常一样安详。24.按照常例办事，不是大丈夫所为。
三、名句默写题（本大题共8小题，人选6题，多选只按前6题计分，每空1分，共6分）25.损有余而补不足 26.道路以目 27.劳者须歌其事 28.虚步蹑太清 29.秋雨梧桐叶落时 30.谦德益
31.伤心桥下春波绿 32.妙处难与君说
错字、漏字、多字均不给分。
四、阅读题（本大题共3小题，共26分）33.（1）比喻、拟人、通感。（答对两种给1分）
①用黄昏灯光下的影子来比喻深夜独步的脚步声，更加凸显孤寂的如影随形。
②“枯寂的声响固执地追随着你”，将脚步声人格化，突出了寂寞带来的紧张、压迫的感觉
③“枯寂的声响”与昏黄灯光下的影子“形成痛感，赋予声音以色彩感，使感觉的表达更加立体化。
（答对一种给2分，答对两种给3分）（2）面对孤独，“我“既渴望友情又害怕被人过多地关注。（3分）
（3）作者独步荒凉夜街时联想到种种意象、中外人物，由此传达出孤寂的情绪和对生命的深思。（3分）
意思答对即可，只要言之有理，均可酌情给分。
34.（1）每个人都有自由、合法地使用私人财富的权利。（或：富人应该将财富更多地回馈社会或者用到更有意义的事情上去。）（3分）
意思答对即可，只要言之有理，均可酌情给分。（2）夹叙夹议，叙议结合。（1分）
开头即以议论定下文章基调，然后通过叙述万柳堂的奢华、建造以及衰败，表明作者的态度，揭示主旨。（3分）
（3）作者以园林的变迁警示世人（1分）：穷人不必羡慕富贵（1分），富贵之人不该挖空心思盘剥百姓、搜刮民脂民膏。（1分）35.（1）诗人借秀美幽独的兰花杜若在风刀霜剑的摧残下枯萎凋零的生命历程，悲叹自己年华流逝、理想破灭的境遇。（3分）意思答对即可，只要言之有理，均可酌情给分。（2）比兴手法（1分）
前三句全用比兴，以花的一生喻人的一生，寓意凄婉，寄慨遥深，为表达诗歌的主旨做了很好的铺垫。（2分）
五、评分标准：
（1）观点明确、立意切合原材料；内有丰富、叙事清楚或说理有力；语言通畅、生动；结构合理、线索明晰。（40-32分）
（2）观点基本明确、立意基本切合原材料；内容基本完整；语言基本通顺；结构基本合理。（31-24分）
（3）观点不够明确；内容不够完整；语言不太通顺；结构不够合理。（23-0分）（4）缺少标题扣2分；总字数每少50字扣1分；每错3字扣1分。
广东省2014年普通高等学校本科插班生招生考试
大学语文参考答案及评分标准
一、单项选择题（本大题共15小题，每小题1分，共15分）
1.D
2.C
3.B
4.B
5.C
6.A
7.D
8.D
9.A
10.B
11.C
12.A
13.B
14.A
15.D
二、多项选择题（本大题共5小题，每小题2分，共10分。为选、错选、多选或少选均无分）
16.CE
17.AB
18.ABCE
19.ABE
20.CD
三、古文翻译题（本题共7小题，解释加点的字每小题1分，句子翻译每小题2分，共10分）
（一）解释下面句子中加点的字 21.贱，轻视。22.笃，固，拘限。
23.告，眼力障碍，比喻小过错。24.就，往访。
（二）把下面的句子翻译成现代汉语 25.君子摈弃了爱，怎么能成名呢？
26.百姓想要的就给予他们并为他们积聚财富，百姓所厌恶的事就不要强加于他们身上，如此而已。
27.所以，善于治水的人，排除雍障之物，使河水畅流；善于治理国家、统治民众的人，引导老百姓讲话。
四、名句默写题（本大题共7小题，任选5题，多选只按前5题记分，每空1分，共5分，错字、漏字、多字 均不给分）
28.小人所腓
29.其不善者而改之 30.恐美人之迟暮
31.青枫浦上不胜愁 32.江间波浪兼天涌
33.怕应羞见 34.我是你挂着眼泪的笑涡
五、阅读分析题（本大题共2小题，每小题10分，共20分）35.阅读下文，回答问题
（1）具体描写了邹菊的生长环境，为下文邹菊的出现作铺垫，用废墟的荒凉凄惨反衬邹菊的美丽悦目。（3分）
意思答对即可
（2）无论经历过怎样深重的灾难，新的生命总会诞生。（2分）作者借邹菊表现自己对新生命诞生的宽慰与喜悦
之情。（1分）意思答对即可。只要言之成理，均可酌情给分。（3）作者由一朵废墟上的小花谈起两年前的歌剧院火灾，并由此引发了作者对历史的回顾与感概，（2分）从小
见大，由小及大，把历史和现实联结了起来。（2分）意思答对即可，只要言之有理，均可酌情给分。36.阅读下文，回答问题
（1）揭露封建官吏盘剥压迫人民的罪行。（2分）意思答对即可（2）对比论证。（1分）用上古之吏的“为民”与当今之吏的“害民”对比（或用盗贼之“随起随仆”与官吏的
“白昼肆行”对比）。（2分）通过对比，相形益彰，褒贬自现。（1分）举出一例给2分。指出效果给1分。
意思答对即可。（3）选贤用能；（2分）废除百官，听任自然。（2分）意思答对即可。
六、作文（40分）37.评分标准：
（1）观点明确、立意符合原材料；内容丰富、叙事清楚或说理有力；语言通畅、生动；结构合理、线索明晰。（40-32分）
（2）观点基本明确、立意基本符合原材料；内容基本完整；语言基本通顺；机构基本合理。（31-24分）
7.基于matlab的连杆机构设计 篇七
用参数化设计方法来设计连杆机构,可以利用VB实现设计的自动化、结果的可视化,并将设计结果保存到数据库中,便于利用数据仓库技术进行总结、参考、重用、优化等。
1 连杆机构的参数分析与数学模型
为了能将连杆机构设计及其过程参数化,并利用计算机技术,必须建立设计的数学模型,以获得参数,并且将参数分为输入参数和输出参数。例如:在图1所示的铰链四连杆机构中,已知杆长分别为L1、L2、L3、L4,原动件1的转角为φ1及等角速度为ω1,要求确定构件2、3的角位移、角速度和角加速度。
从已知变量中,首先确定输入参数:L1、L2、L3、L4、φ1和ω1,也就是已知参数。通过已知参数(输入参数)求得相关的未知参数(输出参数),需要进行参数关联分析,也就是函数分析。
将铰链四杆机构ABCD看作一封闭矢量多边形,如图1所示。若以分别表示各构件的矢量,该机构的封闭矢量方程式为,以复数形式表示为
按欧拉公式展开式(1)得:
利用实部和虚部分别相等,求得
式(2)中φ3有两个值,它说明在满足相同杆长条件下,该机构有两种装配方案,根号前为“+”号的φ3值适用于图示机构ABCD位置的装配,根号前为“-”号的φ3′适用于图1中机构ABC′D位置的装配,究竟取哪个φ3,要根据从动件3的初始位置和运动连续性条件来确定。
根据上面的方法可求得:
这样我们得到了输出参数:φ2、φ3、ω2、ω3、α2和α3。
2 软件的工具选择
为了实现参数化和自动化设计,选择VB开发工具来进行设计,并将结果用参数输出,同时进行连杆机构的运动仿真,将其结果可视化表达。
VB是基于Windows平台的可视化开发工具,实现了面向对象的编程,简单易学,特别适用于图形的输出。本文利用VB的特点,将获得的数学模型进行程序化处理,并设计了人机交互界面,并对连杆机构进行运动仿真。使用ADO技术操纵数据库,保存并显示运算结果。
程序化的实现流程参见图2。
3 数据库应用
在参数设计中,通过输入不同的参数值,随之得到不同的设计结果(输出参数)。但如果不将这些结果保存起来,就只能设计机构个体,而不能从大量的设计计算中总结规律进而优化设计或进行研究分析等。因此,可以利用数据库技术及其数据库技术,以存储的数据作支撑,将有用的数据保存起来,以便进行后续处理。作为Microsoft的Office套件产品之一,Access已成为当今世界上最为流行的数据库管理系统之一,并且Access功能强大,使用方便,是优秀的数据库开发工具。
ADO数据访问接口是最新的数据库访问技术,使用它可以创建几个对象来连接数据源、获取所需数据和进行数据访问后的保存操作。ADO对象定义了一个可编程的分层对象集合,主要由三个对象成员Connection、Command、Recordset,以及几个集合对象Errors、Parameters和Fields组成,如图3所示。
ADO Data控件可以执行大部分数据库访问操作,但并不显示数据内容。ADO Data控件与“数据察觉”控件Data List、Data Combo、和Data Grid控件结合使用,当ADO Data控件中当前记录发生变化时,“数据察觉”控件内容会随之变化。
(1)建立数据库(Access)
(2)连接数据库
(3)将Text中的内容保存到数据库
(4)将保存到数据库中的结果通过Data Grid控件显示
4 软件实现
通过利用VB和数据库技术,将参数化的设计过程程序化,同时实现了设计结果的可视化。部分结果如图5、图6、图7所示。
5 结语
本文介绍了基于VB和数据库技术的连杆机构的设计方法。通过对该方法的研究,获得一种简便可行、具有较高实用性的连杆机构设计方法,以提高工程师的设计效率、设计质量,降低劳动强度。并且保存下来是数据也进行重用、优化、决策等。
参考文献
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基于百度贴吧的英语口语教学设计10-21
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