畢業(yè)設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

1、 . PAGE35 / NUMPAGES40 . 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法XXXX專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：機(jī)械工XXXX與自動(dòng)化指導(dǎo)教師：XXXX講師摘要曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)樣式多樣，可以實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡且承載能力高、耐磨順，制造簡(jiǎn)單，已于獲得較高的制造精度，因此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在各種機(jī)械儀器中獲得廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的行XXXX速度變化速度系數(shù)和給定點(diǎn)的軌跡設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)深入分析機(jī)構(gòu)的行XXXX數(shù)度比k、搖桿擺動(dòng)角、最小傳動(dòng)角，極為夾角和搖桿擺動(dòng)角等運(yùn)動(dòng)性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系。通過(guò)引入曲柄固定鉸鏈點(diǎn)的位置角建立了曲柄搖桿和機(jī)架長(zhǎng)度關(guān)于和的顯示函數(shù)關(guān)系，通過(guò)解析法、幾何作圖法、

2、和實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上研究機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可能附加要求極其相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法為曲柄搖桿設(shè)計(jì)提供各種可能選項(xiàng)并對(duì)曲柄搖桿的急回特性和死點(diǎn)情況進(jìn)行說(shuō)明。關(guān)鍵詞:曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 行XXXX速度系數(shù) 搖桿擺動(dòng) 設(shè)計(jì)方法AbstractThe diversity of movement component in the crank rocker mechanism can achieve given amotion or motion trajectory and have the high bearing capacity, wear-resisting, simple manufacture,an

3、d highermanufacturing accuracy. therefore ,the crank rocker mechanism is widely used in various mechanical instrument.In view of the crank rocker mechanism of velocity fluctuation velocity coefficient and the design of crank rocker mechanism by track point, Analysis the mechanism of the stroke numbe

4、r ratio K , the rocker swing angle minimum transmission angle, extremely angle and rocker swing angle motion parameter and the relationship between structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angle of crank rocker and the frame length on and display function is built, by t

5、he analytic method, the geometric drawing method, the design of crank rocker mechanism and experimental method. On the basis of the research on the design method of mechanism design may have additional requirements and other extremely corresponding , various possible options and the crank rocker qui

6、ck return characteristics and the dead are described for crank and rocker design.Key words: crank,rocker,travel speed,design 目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc389234167摘要 PAGEREF _Toc389234167 h IHYPERLINK l _Toc389234168Abstract PAGEREF _Toc389234168 h IIHYPERLINK l _Toc389234169目錄 PAGEREF _Toc389234

7、169 h IIIHYPERLINK l _Toc3892341701 緒論 PAGEREF _Toc389234170 h 1HYPERLINK l _Toc3892341712 平面四桿機(jī)構(gòu)概述 PAGEREF _Toc389234171 h 3HYPERLINK l _Toc3892341722.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式 PAGEREF _Toc389234172 h 3HYPERLINK l _Toc3892341732.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 PAGEREF _Toc389234173 h 4HYPERLINK l _Toc3892341742.2.1急回特性 PAGEREF _

8、Toc389234174 h 5HYPERLINK l _Toc3892341752.2.2死點(diǎn)位置 PAGEREF _Toc389234175 h 6HYPERLINK l _Toc3892341762.2.3 傳動(dòng)角和壓力角 PAGEREF _Toc389234176 h 7HYPERLINK l _Toc3892341773曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc389234177 h 9HYPERLINK l _Toc3892341783.1解析法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc389234178 h 9HYPERLINK l _Toc3892341793.1.1附加要求

9、與其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 PAGEREF _Toc389234179 h 11HYPERLINK l _Toc3892341803.2幾何作圖法 PAGEREF _Toc389234180 h 13HYPERLINK l _Toc3892341813.2.1按照給定的行XXXX數(shù)度變化系數(shù)設(shè)計(jì)曲柄搖桿 PAGEREF _Toc389234181 h 13HYPERLINK l _Toc3892341823.2.2按給定連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) PAGEREF _Toc389234182 h 14HYPERLINK l _Toc3892341833.3按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) PAGEREF _

10、Toc389234183 h 14HYPERLINK l _Toc3892341843.4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的比較 PAGEREF _Toc389234184 h 14HYPERLINK l _Toc3892341854 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性運(yùn)用 PAGEREF _Toc389234185 h 16HYPERLINK l _Toc3892341864.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)特性分析極其運(yùn)用 PAGEREF _Toc389234186 h 16HYPERLINK l _Toc3892341874.1.1 搖桿主動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)情況 PAGEREF _Toc389234187 h 16HYPERLIN

11、K l _Toc3892341884.1.2 曲柄主動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置的條件 PAGEREF _Toc389234188 h 16HYPERLINK l _Toc3892341894.1.3 滿足有死點(diǎn)條件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)個(gè)數(shù)與位置情況分析 PAGEREF _Toc389234189 h 17HYPERLINK l _Toc3892341904.1.4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)條件的應(yīng)用 PAGEREF _Toc389234190 h 20HYPERLINK l _Toc3892341914.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)急回特性應(yīng)用 PAGEREF _Toc389234191 h 21HYPERLINK l

12、_Toc3892341925曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc389234192 h 22HYPERLINK l _Toc3892341935.1按照最小傳動(dòng)角和行XXXX速度比系數(shù)最大綜合優(yōu)化 PAGEREF _Toc389234193 h 22HYPERLINK l _Toc3892341945.1.1 最小傳動(dòng)角的確定 PAGEREF _Toc389234194 h 22HYPERLINK l _Toc3892341955.1.2優(yōu)化設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc389234195 h 24HYPERLINK l _Toc3892341965.1.3最小傳動(dòng)角min最大的目

13、標(biāo)函數(shù)的建立 PAGEREF _Toc389234196 h 25HYPERLINK l _Toc3892341975.1.4總目標(biāo)函數(shù)的建立 PAGEREF _Toc389234197 h 26HYPERLINK l _Toc3892341985.2算例(1) PAGEREF _Toc389234198 h 27HYPERLINK l _Toc3892341995.2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc389234199 h 27HYPERLINK l _Toc3892342005.3基于圖譜對(duì)曲柄搖桿的優(yōu)化 PAGEREF _Toc389234200 h 29HYPERLINK

14、l _Toc3892342015.3.1 最小傳動(dòng)角位置分析 PAGEREF _Toc389234201 h 29HYPERLINK l _Toc3892342025.3.2極為夾角分析 PAGEREF _Toc389234202 h 30HYPERLINK l _Toc3892342035.3.3搖桿擺角分析 PAGEREF _Toc389234203 h 31HYPERLINK l _Toc3892342045.4曲柄搖桿優(yōu)化 PAGEREF _Toc389234204 h 31HYPERLINK l _Toc3892342055.4.1增大最小傳動(dòng)角 PAGEREF _Toc389234

15、205 h 31HYPERLINK l _Toc3892342065.5算例（2） PAGEREF _Toc389234206 h 32HYPERLINK l _Toc389234207總結(jié) PAGEREF _Toc389234207 h 33HYPERLINK l _Toc389234208致 PAGEREF _Toc389234208 h 34HYPERLINK l _Toc389234209參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc389234209 h 351 緒論18世紀(jì)下半葉的第一次工業(yè)革命促進(jìn)機(jī)械工XXXX的迅速發(fā)展，機(jī)構(gòu)學(xué)在原來(lái)機(jī)械力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展成為一門(mén)獨(dú)立的科學(xué).早在19世紀(jì)連桿機(jī)

16、構(gòu)就已經(jīng)廣泛的運(yùn)用最簡(jiǎn)單的就是四桿機(jī)構(gòu)，也是出現(xiàn)最早的一種連桿機(jī)構(gòu)。對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的研究起始于19世紀(jì)著名發(fā)明家瓦特，他改進(jìn)的蒸汽機(jī)運(yùn)用了四桿機(jī)構(gòu)。19世紀(jì)以來(lái)，以幾何圖解法為主導(dǎo)的德國(guó)機(jī)構(gòu)學(xué)派對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的研究做出了巨大的貢獻(xiàn)，其研究結(jié)果長(zhǎng)期處于世界領(lǐng)先地位，二次世界大戰(zhàn)后隨著 社會(huì)科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,尤其是電子計(jì)算機(jī)的普與很大推動(dòng)了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)XXXX。平面四桿機(jī)構(gòu)是平面多桿機(jī)構(gòu),空間多桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ),所以對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究有著很重要的意義。 平面連桿機(jī)構(gòu)中構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，平面連桿機(jī)構(gòu)因承載能力高，耐磨順，制造簡(jiǎn)便，已于獲得較高的制造精度在機(jī)械機(jī)構(gòu)量使用

17、。如縫紉機(jī)的踏板機(jī)構(gòu)（如圖1.1）送料機(jī)構(gòu)（如圖1.2），牛頭刨床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)（如圖1.3），傳送帶送料機(jī)構(gòu)(如圖1.4)等。所以建立出一些簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用的設(shè)計(jì)方法有利于連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。而一些相關(guān)的書(shū)籍里對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)與其優(yōu)化并沒(méi)有完整的提出，對(duì)于設(shè)計(jì)者查詢相關(guān)信息時(shí)帶來(lái)不變，也對(duì)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶來(lái)不便。在這種背景下，本課題主要研究的對(duì)象為平面四桿機(jī)構(gòu)本中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)分析設(shè)計(jì)要求,使用合理的設(shè)計(jì)方法揭示其傳力性能 和運(yùn)動(dòng)性能與機(jī)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系,以期實(shí)現(xiàn)為工XXXX應(yīng)用給出機(jī)構(gòu)運(yùn) 動(dòng)尺寸的設(shè)計(jì)，再利用多目標(biāo)函數(shù)限定選擇優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。圖1.1縫紉機(jī)踏板機(jī)構(gòu)

18、圖1.2送料機(jī)構(gòu)圖1.3牛頭刨床的橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)圖1.4傳送帶送料機(jī)構(gòu)2 平面四桿機(jī)構(gòu)概述2.1 平面四桿機(jī)構(gòu)的基本型式平面四桿機(jī)構(gòu)最常見(jiàn)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)如圖2.1所示，機(jī)構(gòu)的固定構(gòu)件4 稱(chēng)為機(jī)架，與機(jī)架用轉(zhuǎn)動(dòng)副相連接的構(gòu)件1和3 稱(chēng)為連架桿，不與機(jī)架直接連接的構(gòu)件2稱(chēng)為連桿。若組成轉(zhuǎn)動(dòng)副的二構(gòu)件能做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱(chēng)該轉(zhuǎn)動(dòng)副為整轉(zhuǎn)副，否則為擺動(dòng)副。與機(jī)架組成整轉(zhuǎn)副的連架桿稱(chēng)為曲柄，與機(jī)架組成擺動(dòng)副的連架桿稱(chēng)為搖桿。圖2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖因?yàn)槠渌矫嫠臈U機(jī)構(gòu)均可視為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的派生機(jī)構(gòu), 所以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)中最基本的機(jī)構(gòu)。以圖 2.1中的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為例，如圖2.1示位置時(shí)是

19、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)進(jìn)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)置( 即讓不同桿件做機(jī)架 )時(shí)，就會(huì)得 到不同類(lèi)型的四桿機(jī)構(gòu) 。 當(dāng)構(gòu)件1作為機(jī)架，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu) ； 當(dāng)構(gòu)件2作為機(jī)架，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為另一曲柄搖桿機(jī)構(gòu) ； 當(dāng)構(gòu)件3作為機(jī)架，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu) ； 四桿機(jī)構(gòu)的派生機(jī)構(gòu)還有:曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄搖塊機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等。2.2平面四桿機(jī)構(gòu)的基本特性鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是否具有整轉(zhuǎn)副，取決于個(gè)桿的長(zhǎng)度。如圖2.2所示曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，桿1為曲柄，桿2為連桿，桿3為搖桿、桿4為機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)度用、表示。因桿1為曲柄，故桿1與桿4的夾角的變化當(dāng)搖桿處于左右極限位置時(shí)，曲柄與連桿二次共線，故桿1與桿2的夾角的變化圍也是化 ；桿3

20、為搖桿，與他相鄰的夾角、的變化圍小于.。顯然，A、B為整轉(zhuǎn)副。為了實(shí)現(xiàn)曲柄1整周轉(zhuǎn)動(dòng)，AB 桿必須順利通過(guò)與連桿共線的兩個(gè)位置和。圖2.3鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)當(dāng)桿1處于位置時(shí)，形成。根據(jù)三角形任意兩邊之和必大于第三邊的定理可得。 ( ) + (2-1) ( ) + (2-2) + + (2-3) + + (2-4)當(dāng)桿1處于位置時(shí)，形成。可以寫(xiě)出以下關(guān)系 + + 將上面的式子相加可得從上面的式子可以得出結(jié)論：（1）鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副的條件是最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。（2）整轉(zhuǎn)副是由最短桿與其鄰邊組成的。曲柄是連架桿，整轉(zhuǎn)副處于機(jī)架上才能形成曲柄；應(yīng)此，具有整轉(zhuǎn)副的鉸鏈四桿機(jī)

21、構(gòu)是否存在曲柄，還應(yīng)跟據(jù)選擇那一個(gè)桿為機(jī)架來(lái)判斷：取最短桿為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上有兩個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得雙曲柄機(jī)構(gòu)取最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上只有一個(gè)整轉(zhuǎn)副，故得曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。取最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)，機(jī)架上沒(méi)有整轉(zhuǎn)副，故得雙搖桿機(jī)構(gòu)。(4)如果鉸鏈機(jī)構(gòu)中的最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和大于其余兩邊長(zhǎng)度之和，則該機(jī)構(gòu)中不存在整轉(zhuǎn)副，無(wú)論曲那個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架都只能得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。2.2.1急回特性如圖2.3 所示，主動(dòng)曲柄AB做等速回轉(zhuǎn)， 是圖中該曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的兩極限位置，在， 間作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，即擺角 為。當(dāng)點(diǎn)由到時(shí)，曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角 ，順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)，設(shè)時(shí)間為，C點(diǎn)平均速度；由B2到B1時(shí)， 曲柄順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)角2，C逆時(shí)針

22、轉(zhuǎn)過(guò)，設(shè)時(shí)間過(guò)t2，C點(diǎn)平均速度v。=(+)2=（- )，tt，是曲柄在兩個(gè)極限位置時(shí)所夾銳角，稱(chēng)為極位夾角。顯然在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)曲柄為主動(dòng)件做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，搖桿由位置C1D擺回到位置C2D，其擺角任然是。雖然搖桿來(lái)回?cái)[動(dòng)的擺角一樣。但對(duì)應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角不等，對(duì)應(yīng)的時(shí)間也不等，從而反映了搖桿往復(fù)擺動(dòng)的快慢不同。令搖桿自C2D擺至C1D為工作行XXXX，這是搖桿的平均角數(shù)度是=/t1;搖桿自C2D擺會(huì)至C1D是其空回行XXXX，這是搖桿的平均角數(shù)度是=/t2，顯然，它表明搖桿具有急回特性。圖2.3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)用行XXXX速度變化系數(shù)K表示機(jī)構(gòu)急回特性的XXXX度 。 (2-5) (2-6)當(dāng)=0

23、時(shí)，K=1則機(jī)構(gòu)沒(méi)有急回特性。2.2.2死點(diǎn)位置如圖2. 4所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)如以3為原動(dòng)件，而已曲柄1為從動(dòng)件，則當(dāng)搖桿擺到極限位置C1D和C2D時(shí)，連桿2與曲柄1共線，從動(dòng)件的傳動(dòng)角=00。若不計(jì)個(gè)干的質(zhì)量，則這是連桿加給曲柄的力將經(jīng)過(guò)鉸鏈中心A，此力對(duì)點(diǎn)A不產(chǎn)生力矩，因此不能使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)構(gòu)的這種轉(zhuǎn)動(dòng)角為零的位置稱(chēng)為死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置會(huì)是機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件出現(xiàn)卡死或運(yùn)動(dòng)不確定現(xiàn)象。圖2.4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置2.2.3 傳動(dòng)角和壓力角曲柄搖桿機(jī)ABCD中，假設(shè)各桿是理想的二力桿，沒(méi)有質(zhì)量和摩擦阻力。AB是主動(dòng)件，BC是連桿，CD是從動(dòng)件。分析從動(dòng)件上力的輸入點(diǎn)C的 受力如圖2.5所示。壓力角的

24、定義是該點(diǎn)的受力方向與運(yùn)動(dòng)方向所加的銳角是壓力角。由圖中受力分析可知，C點(diǎn)的壓力角為沿著B(niǎo)C桿的 受力Pt與垂直于CD 桿的速度，c的夾銳角，即圖中標(biāo)注的 。圖2.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)壓力角分析 對(duì)圖2.5中 C點(diǎn)的進(jìn)行受力分析。CD 桿的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是做以D為中心 ，CD為半徑的圓周運(yùn)動(dòng)，C點(diǎn)的絕對(duì)速度方向垂直于CD。C點(diǎn)受到二力桿BC的沿著B(niǎo)C方向的推力Pt，將力P分解為沿著CD的法向力Pn，垂直 CD的切向力Pt；Pn的作用只產(chǎn)生CD桿的壓力，沒(méi)有力方向上的位移，即不做功，Pt與C點(diǎn)絕對(duì)速度度方向一致，是有效分力，所以Pt 越大機(jī) 構(gòu)件的傳動(dòng)效率越高， Pt =P，顯然壓力角越小有效分力Pt 越大

25、。為了方便測(cè)量引入傳動(dòng)角，它是壓力角的余角， 即= 900 -，Pt=P=P，顯然越大Pt 越大Pn 越小。機(jī)構(gòu)的傳力性能的情況常用傳動(dòng)角 來(lái)限定，為了保證機(jī)構(gòu)具有良好的傳動(dòng)性能，一般要求400 對(duì)于顎式破碎機(jī)、沖床等大功率機(jī)械，最小傳動(dòng)角應(yīng)取大一些，可取min傳動(dòng)角的大小隨機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)位置變化而變化，所以對(duì)于短有時(shí)高載的機(jī)構(gòu)應(yīng)使工作行XXXX的傳動(dòng)角接近最大值max可節(jié)省動(dòng)力。 3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)給定的運(yùn)動(dòng)條件（按照給定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（位置、速度、加速度）和按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡）確定確定運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的尺寸參數(shù)，通過(guò)解析法、幾何作圖法和實(shí)驗(yàn)法來(lái)進(jìn)行曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。3.1

26、解析法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)按行XXXX速比系數(shù)K設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時(shí)， 基本要機(jī)構(gòu)的行XXXX速比系數(shù)K 和搖桿擺角， 解機(jī)構(gòu)的幾何參量具有圖3.1所示的相對(duì)幾何關(guān)系。 圖3.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖3.1中，點(diǎn)D是搖桿的固定鉸鏈點(diǎn)，C1，C2分別是搖桿動(dòng)鉸鏈點(diǎn)C 的兩個(gè)極限位置，角是機(jī)構(gòu)的極位夾角，應(yīng)按速比系數(shù)K 確定如下: （3-1）(a)桿長(zhǎng)表達(dá)式圖3.2中，以C1C2為弦、2為圓心角的圓1為型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄固定鉸鏈點(diǎn)A 的軌跡圓，圓心位于點(diǎn)O，兩圓的半徑R 均為:（3-2） 式中: 搖桿CD 的長(zhǎng)度， 。 引入角參量 用以表示曲柄固定鉸鏈點(diǎn)A 在圓1 的位置，如圖3.2。則由圖3.2的幾何關(guān)系，

27、線段AC1，AC2和OD 的長(zhǎng)度分別為:=2ROD=由于，所以曲柄和連桿的長(zhǎng)度和為：= （3-3）=（3-4）（3-5） (3-6) 圖3.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（b）位置角的取值圍由于機(jī)構(gòu)的放縮不影響機(jī)構(gòu)的急回特性，所以上面的公式表示的機(jī)構(gòu)長(zhǎng)只取決于極位夾角、搖桿擺角和參量角其中和 按機(jī)構(gòu)的使用要求確定，的取值圍如圖3.2可知3.1.1附加要求與其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法在給定速度比系數(shù)K和搖桿擺角的情況下，桿長(zhǎng)表達(dá)式（3）、（4）（5）共包含4個(gè)桿長(zhǎng)參量、與一個(gè)角參量。在上述5個(gè)參量中，任意給定2個(gè)參量，即可由桿長(zhǎng)表達(dá)式求出其余3個(gè)量，設(shè)計(jì)出符合給定要求的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。分析式（3）（4)和(5)可知，2個(gè)參量

28、的可行給定方式有3種（1）給定2個(gè)桿長(zhǎng);（2）給定一個(gè)桿長(zhǎng)和一個(gè)桿長(zhǎng)比；（3）給定一個(gè)桿長(zhǎng)與A點(diǎn)的位置角其他的參量給定方式。給定2個(gè)桿長(zhǎng)，4個(gè)桿長(zhǎng)給定2個(gè)，共有6個(gè)給定方式：（，）（，）（，）（，)(，)(，)和(，).各種給定方式下的求解方法。(I)給定和式（4）比式（3）變形整理的：=()/()=2 （3-7) 把式（7）的角與給定的代入式子（3）可求出再把和分別帶入式子（4）和（5）有可以求的和。(II)給定和式子（3）變形整理得： （3-8)仿上即可以求的和。(III)給定 和 式子（5）比（3）變形整理的： (3-9)仿上可以求的 和 。(IV)給定和 式子（4）變形整理的： (3-

29、10)仿上可以求的 和 。(V) 給定和式子（5）比上（4）變形整理的：(3-11)仿上可以求的和。(VI)給定和式子（5）變形整理的 (3-12)仿上可以求的和。 在4個(gè)桿長(zhǎng)和6個(gè)桿長(zhǎng)比中各給定一個(gè)量，共有24種給定方式。由于這種附加要求下的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵仍在于根據(jù)給定的桿長(zhǎng)比確定角參量，而相應(yīng)的確定方法已在上節(jié)給出，所以此處不再贅述。3.2幾何作圖法3.2.1按照給定的行XXXX數(shù)度變化系數(shù)設(shè)計(jì)曲柄搖桿已知搖桿長(zhǎng)度，擺角和行XXXX速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)如下：(1)由給定的形成速度變化系數(shù)K求出極位夾角。(2)如圖3.3所示，任選固定鉸鏈中心D的位置，由搖桿長(zhǎng)度和擺角，做出搖桿兩個(gè)極限位置C1D

30、和C2D。（3）連接C1和C2，并作C1M垂直與C1C2。（4）作，C2N 與C1M相交于P點(diǎn)，有圖可見(jiàn)。（5）做三角形PCC的外接圓，在此圓周（弧C1C1和弧EF除外）上任取一點(diǎn)A做出曲柄的固定點(diǎn)連接AC1和AC2，因同一圓弧的圓周角，因?yàn)橥粓A弧的圓周角相等，故CAC=CPC。（6）因極限位置處曲柄和連桿共線，故AC1=-，AC=+，從而得曲柄長(zhǎng)度=(AC-AC)/2，連桿長(zhǎng)度=(AC+AC)/2.有圖得AD=。由于A點(diǎn)是三角形CPC外接圓上任選的點(diǎn)，所以若僅按行XXXX速度變化系數(shù)K設(shè)計(jì)，可得無(wú)窮多的解。A點(diǎn)位置不同，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角大小不同。圖3.3 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)3.2.2按給定連桿位置設(shè)計(jì)

31、四桿機(jī)構(gòu)給定連桿3的長(zhǎng)度=BC極其兩個(gè)位置B1C1和B2C2，要求確定連架桿與機(jī)架組成的固定鉸鏈中心A和D的位置，并求出其余三桿的長(zhǎng)度、.由于連桿3上的B、C兩點(diǎn)的軌跡分別以A、D為圓心的圓弧，所以A、D必分別位于BB和CC的垂直線平分線上。涉與步驟如下：(1)根據(jù)給定條件，繪出連桿3的兩個(gè)位置BC和BC。(2)分別連接B和B，C和C，并作BB、CC的垂直平分線b、c。(3)由于A和D兩點(diǎn)可分別在b和c兩直線上任意選取，股有無(wú)窮多個(gè)解。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還可以考慮其他條件如：最小傳動(dòng)角、個(gè)桿尺寸所允許的圍或其他機(jī)構(gòu)的要求。3.3按照給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)曲柄搖桿運(yùn)動(dòng)時(shí)其連桿作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，

32、連桿上每一點(diǎn)都描出一條封閉曲線-連桿曲線。連桿曲線的形狀隨點(diǎn)在連桿上的位置和各桿相對(duì)尺寸的不同變化而不同，連桿曲線形狀的多樣性使他有可能用于描繪復(fù)雜的軌跡。曲柄搖桿曲線是高階曲線，所以設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)使其連桿上一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)給定的任意的軌跡是十分復(fù)雜的。未為了便于設(shè)計(jì)，工XXXX上常常利用事先編好的連桿曲線圖譜。從圖譜中找出所需的曲線，便可直接查出該四桿機(jī)構(gòu)的個(gè)尺寸參數(shù)。在運(yùn)用圖譜設(shè)計(jì)可以按照以下步驟進(jìn)行：首先，從圖譜中查出形狀與要現(xiàn)的軌跡相識(shí)的連桿曲線；再次，按照?qǐng)D上的文字說(shuō)明得出所求四桿機(jī)構(gòu)的比值；再次，用縮放儀求出圖譜中的連桿曲線和所要求軌跡之間的相差的倍速，并由此確定所求的四桿機(jī)構(gòu)各桿的真實(shí)值，

33、最后，根據(jù)兩岸曲線上的小圓圈與鉸鏈B、C的對(duì)應(yīng)位置，即可確定描繪軌跡之間的點(diǎn)在連桿上的位置。3.4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的比較(1)傳統(tǒng)的幾何作圖法最大的特點(diǎn)是直觀，概念清楚，幾何作圖法對(duì)機(jī)構(gòu)的尺度在理論上和方法都起到了巨大的推動(dòng)作用，但是缺點(diǎn)是精度低，作圖復(fù)雜、繁瑣，并且只能實(shí)現(xiàn)有限位置的尺度綜合。因此該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)做出精確的運(yùn)動(dòng)軌跡，但是隨著計(jì)算機(jī)的廣泛的應(yīng)用幾何作圖法會(huì)有新的發(fā)展。(2)解析法是通過(guò)建立方XXXX通過(guò)方XXXX求解的一種方法來(lái)求解的方法。目前解析法被廣泛應(yīng)用，他以精確的計(jì)算出曲柄搖桿機(jī)構(gòu)個(gè)桿的長(zhǎng)度以與優(yōu)化而大量運(yùn)用。但是解析法建立方XXXX復(fù)雜、計(jì)算量大，函數(shù)約束比較復(fù)雜

34、，容易出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤而受到約束。（3）根據(jù)給定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)候需要與圖譜進(jìn)行比對(duì)，然而圖譜分析得出的桿件結(jié)果經(jīng)常是一個(gè)圍，所以結(jié)果不是很準(zhǔn)確，并且圖譜的樣式不同各個(gè)國(guó)家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有區(qū)別得到的圖譜也有所差異不能被廣泛的實(shí)用。4 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性運(yùn)用4.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)死點(diǎn)特性分析極其運(yùn)用4.1.1 搖桿主動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)情況如圖4.1 所示，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的搖桿主動(dòng)時(shí)，在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)， 從動(dòng)件曲柄總會(huì)與連桿共線兩次( 拉直共線AB2C2D 或重疊共線AB 1C1D ) ，此兩個(gè)位置為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置，這是無(wú)條件的，因此可以說(shuō)當(dāng)搖桿主動(dòng)時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無(wú)條件地存在兩個(gè)死點(diǎn)位置. 但是否還有其他

35、死點(diǎn)位置呢? 圖 4.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 4.1.2 曲柄主動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置的條件曲柄主動(dòng)時(shí)，要使曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有死點(diǎn)位置，則必須使連桿b 與從動(dòng)件搖桿c 拉直共線或重疊共線，下面分拉直共線與重疊共線兩種情況來(lái)討論。 (1)假設(shè)連桿b 與搖桿c可處于拉直共線位置。則必有如圖2a 所示ABD 存在，則有a+db+c，而對(duì)以AB 為曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)而言，總有a+db+c，故有a+d=b+c. 由于曲柄a為最短桿，故此時(shí)機(jī)架d 必為最長(zhǎng)桿。(2)假設(shè)連桿b 與搖桿c可處于重疊共線位置。則必有如圖2b (b c) 或圖2c(bc) 所示ABD 存在.對(duì)于2b則有a+b-cd，即有a +bc+d，而對(duì)以

36、AB為曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)而言， 總有a+b c+d，故有a+b=c+d.由于曲柄a為最短桿，故此時(shí)連桿b 必為最長(zhǎng)桿。對(duì)圖2c，則有a + c- bd， 即有a + cb+d。而對(duì)以AB為曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)而言，總有a+ cb+ d，故有a +c= b+ d 由于曲柄a 為最短桿， 故此時(shí)搖桿c 必為最長(zhǎng)桿。 綜上所述，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)當(dāng)滿足最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和等于另外兩桿長(zhǎng)度之和時(shí)，即有死點(diǎn)位置存在. 因此可得，曲柄主動(dòng)時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有死點(diǎn)位置的條件為：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和等于另外兩桿長(zhǎng)度之和.由此亦可得，曲柄主動(dòng)時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無(wú)死點(diǎn)位置的條件為：最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和小于另外兩

37、桿長(zhǎng)度之和。圖 4.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 4.1.3 滿足有死點(diǎn)條件的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)個(gè)數(shù)與位置情況分析由上可見(jiàn)，曲柄主動(dòng)時(shí)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有死點(diǎn)位置的條件為: 最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度之和等于另外兩桿長(zhǎng)度之和. 當(dāng)滿足該條件時(shí)， 由于曲柄a為最短桿，下面分別以連桿、機(jī)架、搖桿為最長(zhǎng)桿時(shí)，如圖4.3a、圖4.3b、圖4.3c 所示，考察機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)個(gè)數(shù)與位置情況.由圖4.3 可知，搖桿的兩可行域弧段CC、CC在C點(diǎn)連通起來(lái)， 因而搖桿的擺動(dòng)圍可只在CC弧段上進(jìn)行 也可在CCC 弧段上進(jìn)行。對(duì)應(yīng)于只在CC弧段上的來(lái)回運(yùn)動(dòng)在一個(gè)工作循環(huán)中，曲柄須轉(zhuǎn)動(dòng)一周，其經(jīng)過(guò)AB位置一次。即此時(shí)，曲柄主動(dòng)時(shí)，有一個(gè)死點(diǎn)位

38、ABCD。若搖桿主動(dòng)時(shí)，則有二個(gè)死點(diǎn)位置。ABCD 與ABCD.對(duì)應(yīng)于在弧段上的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，在一個(gè)工作循環(huán)中，曲柄須轉(zhuǎn)動(dòng)二周，其經(jīng)過(guò) 位置二次.即此時(shí)， 曲柄主動(dòng)時(shí)，有二次死點(diǎn)， 但都在同一位置上.若搖桿主動(dòng)時(shí)，則有四個(gè)死點(diǎn)位置ABCD 、ABCD( 二次) 與ABCD。 特別地，當(dāng)曲柄a 與連桿b 等長(zhǎng)且為最短桿，搖桿c 與機(jī)架d 等長(zhǎng)且為最長(zhǎng)桿， 即a = b400，對(duì)于大功率機(jī)械，50。關(guān)于行XXXX速比系數(shù)最大的目標(biāo)函數(shù)令:f1(x)=k則: （5-12）工XXXX上，一般XXXX度的急回運(yùn)動(dòng)，K值的取值圍是1，3，則有: (5-13) (5-14)構(gòu)造子目標(biāo)函數(shù)的隸屬函數(shù):(5-15)

39、5.1.3最小傳動(dòng)角min最大的目標(biāo)函數(shù)的建立令: =，則:(5-16)為，由空間位置安裝條件等限制給定構(gòu)件的最大長(zhǎng)度為,則有: (5-17) (5-18)構(gòu)造子目標(biāo)函數(shù)的隸屬函數(shù): (5-19)5.1.4總目標(biāo)函數(shù)的建立 (i= 1 2 3 ) (5-20)其中，=1，為子目標(biāo)函數(shù)i(x)的權(quán)重，它涉與各子目標(biāo)之間的相對(duì)重要性，使此集合的隸屬函數(shù)取得最小值的解即為多目標(biāo)優(yōu)化的最優(yōu)?？偰繕?biāo)函數(shù)可以寫(xiě)為: (5-21)其中: (5-22)數(shù)學(xué)模型求設(shè)計(jì)變量: (5-23)(5-24) 其中: 見(jiàn)式(4-12)，)見(jiàn)式(4-16)，)見(jiàn)下式:(5-25) (5-26)(5-27)(5-28)(5-

40、29) (5-30) (5-31)（5-31） 建立數(shù)學(xué)模型時(shí)需注意:a, 的大小可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)定;，根據(jù)工作要求來(lái)定。5.2算例(1)5.2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)利用上述結(jié)論可以解決一部分曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)例如: 設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，已知搖桿的長(zhǎng)度，擺角，行XXXX速比系數(shù)，曲柄長(zhǎng)度圖解法解題k=20圖5.3圖解法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)AD=278mm AC=251mmBC=AC-75=176mm(2)滿足傳動(dòng)角要求的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)仍以上題為例，將已知曲柄的條件改為要求許用傳動(dòng)角在此種情況下可先分析A 點(diǎn)的可能位置，若連桿BC與搖桿CD之間的夾角為，當(dāng)時(shí)，可以過(guò)C2 點(diǎn)做與線段C2D 相夾角度為

41、的直線，交于輔助圓于A 點(diǎn)得直線AC2; 當(dāng)時(shí)， 應(yīng)過(guò)C1 作DC1A = ,用這種方法選擇的鉸鏈A 點(diǎn)當(dāng)時(shí)，可以過(guò)C2點(diǎn)做與線段C2D夾角度為 的直線。圖5.4 圖解法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)得AC= 261mm， AC= 378 mm， 求出BC= 319 mm， AB = 58 mm; 機(jī)架AD= 243 mm解析法計(jì)算圖5.5解析法設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)R=CDBC=BC=PC2=2RAB=AB=B2P=PC2=2RAD=BC=176.0142mmOD=59.1468mmAD=278.7183mm可以看出圖解法算出的結(jié)果更精確。5.3基于圖譜對(duì)曲柄搖桿的優(yōu)化5.3.1 最小傳動(dòng)角位置分析構(gòu)件尺寸與的

42、關(guān)系如下：，型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)若a，d不變，最小傳動(dòng)角b，c交換變化。型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)若a，d 不變，；b=c 最大。型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)若a，d 不變，。5.3.2極為夾角分析構(gòu)件尺寸與的關(guān)系構(gòu)件1是曲柄，等角速度整周轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu)件3是搖桿：a c，所以有交換b，c極為夾角。（3）改善工作行XXXX的工作性能將工作行XXXX設(shè)在慢行XXXX，機(jī)構(gòu)的急回特性越顯著，工作效率越 高;機(jī)構(gòu)的傳力性能與傳動(dòng)角有關(guān)，傳動(dòng)角越大傳動(dòng)性能越好，該 機(jī)構(gòu)是型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，若a ，d不變 ，交換b， c ， 此時(shí)慢行XXXX的最小傳動(dòng)角為 55.21 。增大搖桿擺角由5.3.3結(jié)論（I型或II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，d，c 一定） ，（I型或II型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，a，d一定，）任一都可實(shí)現(xiàn)增大搖桿擺角，如d， c一定令a=0.3 ，b=1.6?？偨Y(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們?cè)诋厴I(yè)之前對(duì)所學(xué)各課XXXX的一次深入的綜合性的總測(cè)驗(yàn)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，它在我們將來(lái)的工作和生活中占有