对活塞连杆机构运动分析毕业设计

对活塞连杆机构运动分析毕业设计（共5篇）

对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇1

本人自己设计的Pro/e论文，导师评价优秀，另有开题报告、任务书、pro/e图文档，答辩准备和答辩PPT。有需要Pro/e方面的要求和问题也可以联系我。本人QQ：447519384 级毕业设计

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

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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：

经过两个多月的时间,终于完成了这次论文的设计.尽管在论文的设计过程中,遇到了许多困难和不解,但都在老师和同学的帮助下度过了.在这里,尤其要感谢我的指导老师-徐秀芬老师,本课题在选题及研究过程中都得到了徐秀芬老师的悉心指导。徐老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。徐老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神使我获益良多。对徐老师的感激之情是无法用言语表达的。

对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇2

1.1 活塞连杆机构结构如图1所示。

活塞连杆机构主要由活塞、连杆、活塞销三大部分组成, 另外还有气环, 油环, 连杆螺栓, 连杆轴瓦, 连杆盖等小部件。

1.2 活塞连杆的工作环境分析

1.2.1 活塞的工作环境分析。

活塞用以承受气缸中气体压力, 将气体压力产生的作用力通过活塞销和连杆推动曲轴旋转。活塞顶部直接和高温燃气接触, 燃气温度可达2500K以上;又因为散热条件差, 其顶部工作温度高达600~700K, 且分布不均匀, 所以从上而下温度下降。高温一方面使活塞材料机械强度下降, 另一方面使活塞热膨胀增大, 破坏与相关零件的配合, 温度不均匀使活塞产生热应力。

活塞顶部在做功行程中承受3~9Mpa的压力, 高压易使活塞变形, 破坏配合联结, 由于活塞在气缸内速度的大小和方向不断变化, 产生很大的惯性力, 使活塞不同部分受到交变的拉伸、压缩、弯曲载荷, 产生交变机械应力。

活塞还受到燃气的化学腐蚀作用;活塞的润滑条件差, 磨损严重。基于其受载情况, 要求活塞具有足够的刚度和强度, 传力可靠;导热性能好, 要耐高温、耐高压、耐磨损;质量小, 尽可能减小往复惯性力。

1.2.2 连杆的工作环境分析。

连杆由连杆体、连杆盖、连杆轴瓦、连杆衬套和连杆螺栓组成。连杆小头通过活塞销与活塞相连, 连杆大头与曲轴的连杆轴颈相连, 将活塞承受的气体压力传给曲轴, 使活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动。连杆工作时承受从活塞传来的气体作用力、活塞组和连杆小头的往复惯性力, 连杆本身绕活塞销座变速摆动时的惯性力。这些力的大小和方向都是周期性变化的, 所以连杆承受压缩、拉伸和弯曲等交变载荷。这就要求连杆有足够的刚度和强度, 并且重量尽量要轻。

1.2.3 活塞销的工作环境分析。

活塞销连接活塞和连杆小头, 并把活塞承受的气体压力传递给连杆, 在高温下承受较大的周期性冲击载荷, 润滑条件差, 因而要求足够的刚度和强度, 表面耐磨, 质量尽可能小。

2 活塞的精度设计

2.1 活塞的尺寸精度设计。活塞孔的精度采用6级公差等级, 与活塞销轴之间的配合为过渡配合, Φ20N6, 先查标准公差数值表, 知其标准公差IT6=13um, 然后再查孔的基本偏差数值表, 可知其上偏差ES=-15+Δ=-11um, 计算其另一极限偏差用公式EI=ES-IT6=-11-13=-24um。所以活塞孔的尺寸精度为

2.2 活塞的形状精度。

2.3 活塞的位置精度。

3 连杆的精度设计

3.1 连杆的尺寸精度设计。

连杆小头孔的精度采用6级公差等级, 与活塞销轴之间的配合为间隙配合, Φ20H6, 先查标准公差数值表, 知其标准公差IT6=13um, 然后再查孔的基本偏差数值表, 可知其上偏差ES=13um, 计算其另一极限偏差用公式EI=ES-IT6=13-13=0.所以连杆小头孔的尺寸精度为

3.2 连杆的形状精度。

小头孔的圆度公差为0.0008mm, 小头孔的圆柱度公差为0.009mm。

3.3 连杆的位置精度。

大、小头孔轴线的平行度为0.04/100。小头孔轴线与杆身轴线B的垂直度为0.015/100, 位置度为0.1mm。

4 活塞销的精度设计

4.1 活塞销的尺寸精度设计。活塞销轴的精度采用5级公差等级, 与活塞孔之间的配合为过渡配合, 与连杆小头孔之间的配合为间隙配合, Φ20h5, 先查标准公差数值表, 知其标准公差IT5=9um, 然后再查轴的基本偏差数值表, 可知其基本偏差es=0, 计算其另一极限偏差可用公式ei=es-IT5=0-9um=-9um。所以活塞销轴的尺寸精度为

4.2 活塞销的形状精度。

5 虚拟装配的原理及方法

5.1 虚拟装配的原理。

虚拟装配 (Virtual Assembly, VA) 一般地被定义为:无需产品或支撑过程的物理实现, 通过分析、先验模型、可视化和数据表达等手段, 利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工程决策。

虚拟装配是实际装配过程在计算机上的本质体现, 它和CAD技术相结合, 根据零件的装配约束关系, 利用计算机模型和仿真技术来实现产品的装配过程, 分析产品的装配性能, 解决设计与装配的对象在研制过程中难以实现的动态性能。虚拟装配系统允许设计者在设计时“虚拟操作”产品, 开发支持机械零件装配的模型、工具和环境, 辅助开发装配设计、维护设计和装配计划。

虚拟装配的主要技术有:

5.1.1 虚拟装配环境中的建模技术。

虚拟环境的建模是虚拟现实的核心内容, 建模技术的目的是获取实际环境中的三维数据, 并根据应用的需要, 利用获取的三维数据建立相应的虚拟模型。

5.1.2 装配规划技术。

装配规划的涵盖范围很广, 包括零部件的装配操作过程、工具夹具的使用、装配资源的合理配置等等, 其中装配顺序和路径是核心内容。

5.1.3 客观有效的可装配性评价。

将可行的装配方案进行装配复杂度、装配性效率等评价, 根据评价结果, 对装配方案进行改进并反馈到虚拟环境下进行验证, 从而选出最优的装配方案。基于规则或基于方案案, , 通通过过工工艺艺模模型型和和生生产产系系统统动动态态模模型型, , 精精确确地地预测技术可行性、装配成成本本、、工工艺艺质质量量和和生生产产周周期期等等。。

5.1.4 零部件的物理属性。

被装配零部件的物理属性 (例如速度、加速度、惯性等) 在虚拟环境中的表现和作用。由于软件的局限性, 虚拟环境中的物理属性一直都是一个技术难点。

5.2 虚拟装配系统的主要建模方法。

虚拟装配可以分为自顶向下 (top-down) 、自底向上 (down-top) 和自两侧向中间等三种装配形式。自顶向下的装配形式从产品功能要求出发, 先设计出初步方案及其结构草图图, , 建建立立约约束束驱驱动动的的产产品品模模型型;;通通过过设计计算, 确定每个设计参数, 然后进进行行零零件件的的详详细细设设计计, , 通通过过几几何何约约束束求解将零件装配成产品;对设计进行不断的修改, 直到得到满足功能要求的产品。自两侧向中间的装配形式从产品功能要求出发, 建立产品模型;在进行零件的详细设计前, 横向地寻找类似的零件进行总结;确定最后的参数, 完成零件的建立。

对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇3

【摘 要】建立了RRPSR机构分析模型，运用矢量回转法确定了空间连杆机构任一动点的轨迹方程，通过将轨迹方程对时间进行微分和再微分，找到动点的速度和加速度。建立了空间连杆机构的连杆曲面方程，为空间连杆机构的推广使用提供理论基础。

【关键字】空间机构 运动分析 应用

【中图分类号】O311 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0009-01

所谓空间连杆机构是指各构件间的相对运动包含有空间运动的连杆机构。空间连杆机构在生产生活中有大量的应用实例，因此，对此机构进行运动分析和应用探讨是十分重要的。应用矢量回转法，能够分析动点的运动特性，建立空间连杆机构的动点轨迹方程，并进行图形表达。

1对空间连杆机构中任一动点的运动分析

1.1建立动点的运动轨迹方程

设空间连杆机构中任一动点为Q，基于RRPSR机构分析模型（如图1）。图1 RRPSR机构分析模型

设转动副为A、B、E，移动副为C，球面副为D。建立静坐标系E？ijk，取杆5为机架，杆1为主动件。所以，杆3上任一动点Q的运动轨迹方程为：

rQ=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+aef+seg

其中：

l1、l2、l5分别为各杆长度；

e1、e2、e3、e5分别为沿杆长方向的单位矢量；

ea、eb、ec 分别为沿副长方向的单位矢量；

sa、sb、sc、s 分别为运动副副长；

a为公垂线长度；

b为CF的长度；

单位矢量eg由e3绕ef转γ角后得到，即eg=R（ef，γ）e3；

单位矢量ef是由ec绕e3转β角后所得，即ef=R（e3，β）ec。

1.2对动点Q的轨迹、速度及加速度分析

由动点Q的轨迹方程对时间进行两次微分后，既得到点Q的加速度方程。同时，由于主动件是匀速转动，角速度ω恒定，即转角θ1=ωt，取ω=1，则有 s=vt=vθ1。所以，直接对转角θ1进行两次微分即能得到加速度。

对于图1 RRPSR机构，假设动点Q的相对运动为匀速，取相对速度v=25/π mm/s，根据轨迹方程，可得到轨迹如下图。

曲线S2为Q点运动曲线。对动点轨迹数值微分得到Q点的绝对速度和加速度。

2空间连杆机构曲面分析

2.1连杆结构中任意直线的轨迹曲面分析

在图1RRPSR机构中，取变量为h，在E？ijk坐标系上，选取曲线坐标θ1、h，则连杆机构中任意直线m运动轨迹方程为：

Rm=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+aef+heg

2.2连杆结构中任意曲线的轨迹曲面分析

在图1RRPSR机构中，把直线m换成平面曲线n，取n为直径是d的圆，取变量？，在E？ijk坐标系上，选取曲线坐标θ1、？，则连杆机构中曲线n运动轨迹方程为：

Rn=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+（a+dcos2 ？）ef+dcos ？sin ？ eg

3 空间连杆机构的应用探讨

与平面机构相比较而言，空间连杆机构的构件数较少，结构相对简单、紧凑，传动准确可靠，尤其是表现在实现构件的空间运动方面，运动形式较平面机构更加多元化。因此，在轻工、制鞋、制革、针织、缝纫、钻探等机械中广泛使用空间连杆机构；在各种控制装置以及各种机械设备，诸如农机设备、化工设备、仪器仪表、交通工具等均有很多的应用实例；在高科技产品、机器人、机械手等应用中，空间连杆机构也是占据着主导地位。

但是，空间连杆机构的运动复杂，具有较多的运动副形式，并且难以想象构思和用直观的方法进行设计，这为空间连杆机构的发展和推广带来了较多影响，因此机构的运动分析及计算设计必须和机构的结构设计要结合起来。

4结束语

对于空间连杆机构的运动规律，在研究中还可加强空间连杆机构的可视化分析，利用MATLAB与ADAMS软件强大的功能，可以更直观的了解数据信息，更有效的探索运动规律。研究的目的在于应用，设计人员要按照不同的需要，合理的选择参数来满足设计要求，以便更好地推广应用。

【参考文献】

[1]祝毓琥，刘行远.空间连杆机构的分析与综合[M].北京：高等教育出版社，1986.

[2]肖丽萍，魏文军，宋建农，靳桂萍.空间机构连杆的运动分析[J].农机化研究，2006.

[3]谢可兵，茅及愚.空间连杆机构的研究和应用[J].新技术新工艺，2003.

对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇4

平面连杆机构及其设计

平面四杆机构的类型和应用

一、平面四杆机构的基本型式

1．曲柄摇杆机构2．双曲柄机构 3．双摇杆机构

二、平面四杆机构的演化型式

1．改变构件的形状和运动尺寸

曲柄摇杆机构-----曲柄滑块机构 2．改变运动副的尺寸

偏心轮机构可认为是将曲柄滑块机构中的转动副的半径扩大，使之超过曲柄的长度演化而成的。3．选用不同的构件为机架

（a）曲柄滑块机构（b）ABBC为摆动导杆机构）（c）曲柄摇块机构（d）直动滑杆机构（定块机构）

平面四杆机构的基本知识

一、平面四杆机构有曲柄的条件

1．铰链四杆机构中曲柄存在的条件（1）存在周转副的条件是：

最长杆长度其余两杆长度之和①最短杆长度，此条件称为杆长条件。

②组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。（意即：连架杆和机架中必有一杆是最短杆）2满足杆长条件下，不同构件为机架时形成不同的机构

①以最短构件的相邻两构件中任一构件为机架时，则最短杆为曲柄，而与机架相连的另一构件为摇杆，即该机构为曲柄摇杆机构。

②以最短构件为机架，则其相邻两构件为曲柄，即该机构为双曲柄机构。③以最短构件的对边为机架，则无曲柄存在，即该机构为双摇杆机构。3.不满足杆长条件的机构为双摇杆机构。

注：1）曲柄滑块机构有曲柄的条件：a + e ≤ b

2）导杆机构：a < b时，转动导杆机构； a > b时，摆动导杆机构。

二、急回运动和行程速比系数

1．极位与极位夹角

（1）极位：机构的极限位置（即摇杆两极限位置，曲柄与连杆两次共线位置）。（2）极位夹角：摇杆处于两极限位置时，曲柄与连杆两次共线位置之间的夹角。（会作图求极位夹角）（3）摆角：摇杆两极限位置之间的夹角。2．急回运动

在一周中，曲柄等速转动，但摇杆是不等速的：工作行程v1空回行程v2，摇杆的这种运动性质称为急回运动。

3．行程速比系数K：衡量急回运动的程度。

v2t11180Kv1t22180注：极位夹角可用图解法和解析法求得。4．结论：

180

K1K1

（1）K1，即v2v1，即机构有急回特性。可通过此判定曲柄的转向。

（2）当曲柄摇杆机构在运动过程中出现极位夹角时，机构便具有急回运动特性。（注：对心曲柄滑块机构：无急回特性； b：偏心曲柄滑块机构：有急回特性。）（3）,K，机构急回运动也越显著。所以可通过分析及的大小，判断机构是否有急回运动及急回运动的程度。雷达天线的俯仰传动的曲柄摇杆机构无急回特性。

（4）急回运动的作用：在一些机械中可以用来节省动力和提高劳动生产率。三、四杆机构的传动角与死点

1．压力角和传动角(会作图)（1）压力角：从动杆件受力方向和受力作用点速度方向之间所夹的锐角。

90。实际就是连杆与从动杆件之间所夹的锐角。（2）传动角：压力角的余角，（3）结论：越小，机构的传力性能越好。可见是判断机构传力性能是否良好的标志。相应有越大，机构的传力性能越好。

最小传动角出现的位置

b2c2(da)21arccos2bc 222bc(da)2arccos2bc或：

b2c2(da)22180arccos2bc或：。1和2中小者为min

即min出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一。注：

①导杆机构的传动角：

图示导杆机构中，已知LAB=40mm，偏距e=10mm，试问：

若LAB为原动件，试比较在e > 0和e=0两种情况下，曲柄摆动导杆机构的传动角，哪个是常数，哪个是变数，哪种传力效果好？

解答：

对于e=0时的摆动导杆机构，传动角=90º、压力角0均为一常数，对于e>0时的摆动导杆机构，其导杆上任何点的速度方向不垂直于导杆，且随曲柄的转动而变化，而滑块作用于导杆的力总是垂直于导杆，故压力角不为零，而传动角0< 90且是变化的。从传力效果看，e=0的方案好。

②曲柄滑块机构的min

对心曲柄滑块机构中：

2．死点

在曲柄摇杆机构中，摇杆CD为主动件，连杆与从动曲柄共线时，曲柄AB不能转动而出现顶死的现象。这个位置称为死点。

（1）原因：连杆作用曲柄的力通过回转中心A，对A点无矩，不能驱使其转动。传动角0（2）改善方法：目的：使机构能够顺利通过死点而正常运转。1.错列2.装飞轮加大惯性 常见题型：

1.如图所示铰链四杆机构中，已知lBC500mm，lCD350mm，lAD300mm，AD为机架。

试问：1．若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； 2． 若此机构为双曲柄机构，求lAB的最小值； 3． 若此机构为双摇杆机构，求lAB的的取值范围。

解题要点：

在铰链四杆机构由曲柄的条件中，其杆长条件是机构

图

有曲柄的根本条件。若满足杆长条件，以最短杆或与最短杆相邻的杆为机架，机构则有曲柄；否则无曲柄；若不满足杆长条件，无论取哪个构件为机架，机构均无曲柄，即为双摇杆机构。

解：1.因AD为机架，AB为曲柄，故AB为最短杆，有

lABlCDlADlBC350300500150mm

lAB150mm

max2.因AD为机架，AB及CD均为曲柄，故AD杆必为最短杆，有下列两种情况：

若BC为最长杆（即AB为中间杆），则lABlBC500，且lADlBClABlCD 故

lABlADlBClCD300500350450mm 得

450 lAB500

若AB为最长杆，则lABlBC500，且lADlABlBClCD 故

lABlBClCDlAD500350300550mm 得

500 lAB550

lABmin450mm

3．如果机构尺寸不满足杆长条件，则机构必为双摇杆机构。

若lAB为最短杆，则lABlBClCDlAD

故

lABlCDlADlBC350300500150mmlmm ABmax150

若lAB为最长杆，则lADlABlBClCD

故

lABlBClBClAD500350300550mm

若lAB即不是最短杆，也不是最长杆，则lADlBClABlCD

故

lABlADlBClCD300500350450mm

若要保证机构成立，则应有

lABlBClCDlAD5003503001150mm

故当该机构为双摇杆机构时, lAB的取值范围为 150mm

（浙工2015

（江苏大学2014）

三、（20分）图示连杆机构中，已知各构件的尺寸为lAB40mm，lBC65mm，lCD50mm，lAD20mm，lDE20mm，lEF70mm；构件AB为原动件，沿顺时针方向匀速回转；滑块上的铰链F的运动轨迹与铰链A、D的连线在同一水平直线上。试确定：（1）铰链A、B、C、D组成的四杆机构的类型；（2）该四杆机构的最小传动角min；

（3）滑块F的行程速度变化系数K。（山科2013、西安电子科技大2014）

C90°EB

AF

D7 注：对转动导杆的行程速比系数的确定（如下例）：

已知图示六杆机构，原动件AB作等速回转。试用作图法确定：（1）滑块5的冲程 H；

（2）滑块5往返行程的平均速度是否相同？行程速度变化系数K值；（3）滑块处的最小传动角min（保留作图线）。（北交2008年）

解：

（1）Hl(F1F2)0.002170.034m（2）不相等。

K18018042180180421.61

（3）min69

题8-5图解

连杆机构的设计：

用作图法设计四杆机构

1．按连杆预定的位置设计四杆机构（1）已知活动铰链中心的位置

当四杆机构的四个铰链中心确定后，其各杆长度也就相应确定了，所以根据设计要求确定各杆的长度，可以通过确定四个铰链中心的位置来确定。

例：要求连杆占据三个位置B1C1，B2C2，B3C3，求所对应的四杆机构。

分析：该机构设计的主要问题是确定两固定铰链A，D点的位置。由于B，C两点的运动轨迹是圆，该圆的中心就是固定铰链的位置。

B,B中垂线b23-------------A 解：连B1,B2中垂线b12 连23 连C1,C2中垂线c12 连就可得四杆机构。

C2,C3中垂线c23------------D 2）已知固定铰链中心位置（用反转法，固化刚体）

（

西安电子科技大学2013年

（河北工业）

东华2013

180K1180KK1，已知K，则等于180，2.按给定的行程速比系数K设计四杆机构:原理：已知，那么，利用机构在极位时的几何关系，再结合其它辅助条件即可进行设计。

（1）曲柄摇杆机构：

六、（15分）如图6所示，已知曲柄摇杆机构的行程速比系数K1.2，曲柄长度lAB80mm，摇杆长度（1）连杆的长度lBC的值；（2）该机构的最小传动角min。lCD300mm，摇杆最大摆角max45。试求：（山科2012）

山科

(中矿2011、浙工2013)6图示为一用于雷达天线俯仰传动的曲柄摇杆机构。已知天线俯仰的范围为30°，lCD=525mm，lAD=800mm。

试求：（1）曲柄和连杆的长度lAB和lBC ；（2）校验传动角是否大于等于40度（北交2007）解：

K1,0（1）由于雷达天线俯仰传动时不应有急回作用，故有：（2）选取比例尺μl＝1mm/mm，并利用已知条件作图如下：

四、（20分）图4所示，现欲设计一铰链四杆机构，设已知摇杆CD的长度为lCD75mm，行程速度变化系数K1.5，机架AD的长度为lAD100mm，摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为45。试求曲柄的长度lAB和连杆的长度lBC。

CBD

A

(河北工业2012)

东华2012（2）曲柄滑块机构

已知： K，H，e

要求：设计一曲柄滑块机构。

分析：关键求；认识到H相当于曲柄摇杆机构中的。

设计一曲柄滑块机构，已知曲柄长度lAB15mm，偏距e10mm，要求最小传动角min60。1）确定连杆的长度lBC;2）画出滑块的极限位置； 3）标出极位夹角及行程H;4）确定行程速比系数K。

（（（（哈工程2012

（3）导杆机构

已知：d，K。（山科）

对活塞连杆机构运动分析毕业设计 篇5

姓名

学号

机械原理

平面连杆机构及其设计

1、在图示铰链四杆机构中，已知：lBC=50mm，lCD=35mm，lAD=30mm，AD为机架，1）若此机构为曲柄摇杆机构，且AB为曲柄，求lAB的最大值； 2）若此机构为双曲柄机构，求lAB的范围；

3）若此机构为双摇杆机构，求lAB的范围。

解：1）AB为最短杆

lABlBClCDlAD

lABmax15mm

2）AD为最短杆，若lABlBC

lADlBClCDlAB

lAB45mm

若lABlBC

lADlABlBClCD

lAB55mm

3)lAB为最短杆

lABlBClCDlAD，lAB15mm

lABlAD

lADlBClABlCD

lAB45mm

lAB为最短杆

lADlABlBClCD

lAB55mm

由四杆装配条件 lABlADlBClCD115mm

2、在图示的铰链四杆机构中，各杆的长度为a=28mm，b=52mm，c=50mm，d=72mm。试问此为何种机构？请用作图法求出此机构的极位夹角，杆CD的最大摆角，机构的最小传动角min和行程速度比系数K。

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任课教师

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机械原理

解1）作出机构的两个 极位，由图中量得

18.6

70.6

2）求行程速比系数

K1801.23

1803）作出此机构传动 角最小的位置，量得

min22.7

此机构为

曲柄摇杆机构

3、现欲设计一铰链四杆机构，已知其摇杆CD的长lCD=75mm，行程速比系数K=1.5，机架AD的长度为lAD=100mm，又知摇杆的一个极限位置与机架间的夹角为○＝45，试求其曲柄的长度lAB和连杆的长lBC。（有两个解）

180K16.36 解：先计算180K并取l作图，可得两个解 lABl(AC2AC1)/22(84.535)/249.5mm ○

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机械原理

lBCl(AC2AC1)/22(84.535)/2119.5mmlABl(AC1AC2)/22(3513)/222mm ○lBCl(AC1AC2)/22(3513)/248mm

4、如图所示为一已知的曲柄摇杆机构，现要求用一连杆将摇杆CD和滑块连接起来，使摇杆的三个已知位置C1D、C2D、C3D和滑块的三个位置F1、F2、F3相对应（图示尺寸系按比例尺绘出），试以作图法确定此连杆的长度及其与摇杆CD铰接点E的位置。（作图求解时，应保留全部作图线。l=5mm/mm）。

解

（转至位置2作图）

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机械原理

故lEFlE2F2526130mm5、图a所示为一铰链四杆机构，其连杆上一点E的三个位置E1、E2、E3位于给定直线上。现指定E1、E2、E3和固定铰链中心A、D的位置如图b所示，并指定长度lCD=95mm，lEC =70mm。用作图法设计这一机构，并简要说明设计的方法和步骤。

解：以D为圆心，lCD为半径作弧，分别以E1，E2，E3为圆心，lEC为半径交弧C1，评语

任课教师

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机械原理

C2，C3，DC1，DC2，DC3代表点E在1，2，3位置时占据的位置，ADC2使D反转12，C2C1，得DA2

ADC3使D反转13，C3C1，得DA3

CD作为机架，DA、CE连架杆，按已知两连架杆对立三个位置确定B。

评语

任课教师