四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動與仿真 周云鵬

1、吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目： 四連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動與仿真 系 部： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 14 機(jī)電 15 班 指導(dǎo)教師： 田軍 姓 名： 周云鵬 目錄目錄 摘要摘要.4 4 第第 1 1 章章 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu).5 5 2 1.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本形式 .5 1.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件 .6 1.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 .7 第第 2 2 章章 四桿機(jī)構(gòu)的基本特性四桿機(jī)構(gòu)的基本特性.1010 2.1 四桿機(jī)構(gòu)的極位 .10 2.2 四桿機(jī)構(gòu)從動件的急回特性 .10 2.3 連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性 .10 2.4 死點(diǎn)位置 .11 第第 3 3 章章 四連桿的三維造型

2、四連桿的三維造型.1212 3.1 機(jī)架的三維造型 .12 3.2 連架桿 1 的三維造型 .14 3.3 連架桿 2 的三維造型 .17 3.4 連桿的三維造型 .17 第第 4 4 章章 四連桿的虛擬裝配四連桿的虛擬裝配.1919 4.1 進(jìn)入裝配模塊 .19 4.2 添加組件機(jī)架 .19 4.3 裝配連架桿 1 .20 4.4 裝配連架桿 2 .22 4.5 裝配連桿 .22 第第 5 5 章章 四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真.2626 5.1 新建仿真 .26 5.2 新建連桿 .27 5.3 創(chuàng)建運(yùn)動副 .28 第第 6 6 章章 四連桿的運(yùn)動仿真分析四連桿的運(yùn)動仿真分析.

3、3131 6.1 運(yùn)動副圖表分析 .31 6.2 死點(diǎn)位置 .34 3 結(jié)結(jié) 論論.3636 致致 謝謝.3737 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).3838 摘要摘要 四連桿機(jī)構(gòu)是由低副（轉(zhuǎn)動副）聯(lián)接而成的機(jī)構(gòu)，其主要特點(diǎn)是：由于低 副為面接觸，壓強(qiáng)低、磨損量少，而且構(gòu)成運(yùn)動副的表面是圓柱面或，制造方 便，容易獲得較高精度；又由于這類機(jī)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)常見的轉(zhuǎn)動、移動及其轉(zhuǎn)換， 所以獲得廣泛應(yīng)用。 本課題詳細(xì)的介紹了四桿機(jī)構(gòu)的基本形式、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條 件、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化、四桿機(jī)構(gòu)的基本特性，以及使用 UG 對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn) 4 行三維造型、虛擬裝配及運(yùn)動仿真的方法。 關(guān)鍵字： 四連桿 裝配 仿真 第

4、第 1 1 章章 連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu) 1.11.1 四桿機(jī)構(gòu)的基本形式四桿機(jī)構(gòu)的基本形式 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 所有運(yùn)動副均為轉(zhuǎn)動副的四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它是四桿機(jī)構(gòu)的基 本形式，其他四桿機(jī)構(gòu)都可以看成是在它的基礎(chǔ)上演化而來的。選定其中一個(gè) 構(gòu)件作為機(jī)架之后，直接與機(jī)架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿，不直接與機(jī)架連接的 構(gòu)件稱為連桿，能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱作曲柄，只能在某一角度范圍內(nèi)往 5 復(fù)擺動的構(gòu)件稱為搖桿。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動，有的 則不能，兩構(gòu)件的相對回轉(zhuǎn)角為 360 的轉(zhuǎn)動副稱為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副的存在是 曲柄存在的必要條件，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動，可以將其分為三種基 本形

5、式，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。 曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中若一個(gè)為曲柄，另一桿為搖桿，則此機(jī)構(gòu)稱 為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的功能是：將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為擺動，或?qū)[動轉(zhuǎn)換 為轉(zhuǎn)動。 圖 1-1 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) (2)雙曲柄機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿若都是曲柄，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)。在雙曲柄機(jī)構(gòu) 中，常見的還有正平行四邊形機(jī)構(gòu)（又稱正平行雙曲柄機(jī)構(gòu)）和反平行四邊形 機(jī)構(gòu)（又稱反平行雙曲柄機(jī)構(gòu)） 。雙曲柄機(jī)構(gòu)的功能是：將等速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為等速 同向、不等速同向、不等速反向等多種轉(zhuǎn)動。 圖 1-2 平行四邊形機(jī)構(gòu) 圖 1-3 雙搖桿 機(jī)構(gòu) 6 雙搖桿機(jī)構(gòu) 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿都是

6、搖桿，則稱為雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)的 功能是：將一種擺動轉(zhuǎn)換為另一種擺動。 圖 1-4 雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖 1-5 鶴式起 重機(jī) 1.21.2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中曲柄存在的條件 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，有的連架桿能做整周轉(zhuǎn)動，有的則不能。兩構(gòu)件的相 對回轉(zhuǎn)角為 360 的轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副。整轉(zhuǎn)副的存在條件是曲柄存在的必要條件， 而鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)三種基本形式的區(qū)別在于機(jī)構(gòu)中是否存在曲柄和有幾個(gè)曲柄， 為此，需要明確整轉(zhuǎn)副和曲柄存在的條件。 （1）整轉(zhuǎn)副存在的條件長度條件 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中有四個(gè)轉(zhuǎn)動副，其能否做整周轉(zhuǎn)動，取決于四構(gòu)件的相對 長度。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，若最長構(gòu)件長度 lmax

7、與最短構(gòu)件長度 lmin 之和小 于或等于其余兩構(gòu)件長度之和（其余兩構(gòu)件長度分別為 l1、l2）,則該機(jī)構(gòu)中 必存在整轉(zhuǎn)副，且最短構(gòu)件兩端的轉(zhuǎn)動副為整轉(zhuǎn)副。即整轉(zhuǎn)副存在的長度條件 為 lmax+lminl1+l2，則機(jī)構(gòu)中沒有整轉(zhuǎn)副。 （2）曲柄存在的條件 最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長度之和。 連架桿與機(jī)架兩構(gòu)件中必有一個(gè)是四構(gòu)件中的最短桿。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)基本類型的判別方法 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和小于或等于其余兩構(gòu)件長 7 度之和時(shí)： a取最短構(gòu)件相鄰的構(gòu)件作為機(jī)架，則該構(gòu)件為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； b若取最短構(gòu)件作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為雙曲柄機(jī)構(gòu)； c若取對短構(gòu)件

8、對面的構(gòu)件作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 當(dāng)對短構(gòu)件與最長構(gòu)件長度之和大于其余兩構(gòu)件長度之和時(shí)，則不論取 那個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架，機(jī)構(gòu)均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 1.31.3 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化 在實(shí)際應(yīng)用中還廣泛采用者滑塊四桿機(jī)構(gòu)，它是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來 的，含有移動副的四桿機(jī)構(gòu)，稱為滑塊四桿機(jī)構(gòu)，常用的有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，導(dǎo) 桿機(jī)構(gòu)，搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu)幾種形式。 （1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 在如圖所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄 1 繞軸 A 轉(zhuǎn)動時(shí)，鉸鏈 C 將往復(fù)擺 動。設(shè)將搖桿 3 做成滑塊形式，并使其沿原話導(dǎo)軌往復(fù)移動，顯然其運(yùn)動性質(zhì) 并未發(fā)生改變；但此時(shí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)已演化為曲線導(dǎo)軌的曲柄

9、滑塊機(jī)構(gòu)。于是 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)將變?yōu)槌Ｒ姷那瑝K機(jī)構(gòu)。 曲柄轉(zhuǎn)動中心至滑塊導(dǎo)路的距離 e，稱為偏距，若 e=0 則將其稱為對心曲 柄滑塊機(jī)構(gòu)；若 e0 則將其稱為偏心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 設(shè)構(gòu)件 AB 的長度為 l1,構(gòu)件 BC 的長度為 l2，則保證桿 AB 桿成為曲柄的條 件是：l1+el2。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)用于轉(zhuǎn)動與往復(fù)移動之間的運(yùn)動轉(zhuǎn)換，廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)、 空氣壓縮機(jī)、沖床和自動送料機(jī)等機(jī)械設(shè)備中。 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取不同構(gòu)件作為機(jī)架，則該機(jī)構(gòu)將演化為定塊機(jī)構(gòu)、 搖塊機(jī)構(gòu)或?qū)U機(jī)構(gòu)等。 8 圖 1-6 四連桿機(jī)構(gòu)的演化 （a）曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；（b）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；（c）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) （2）定塊機(jī)構(gòu)

10、在圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，如果將滑塊作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)便演化 為定塊機(jī)構(gòu)。 （3）搖塊機(jī)構(gòu)，如圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中若取 2 為固定構(gòu)件，則可得搖塊 機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)廣泛用于液壓驅(qū)動裝置中。 （4）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 如圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，若取構(gòu)件 1 作為機(jī)架，則曲柄滑塊機(jī)構(gòu)便演化 為導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中構(gòu)件 4 稱為導(dǎo)桿，滑塊 3 相對導(dǎo)桿滑動，并和導(dǎo)桿一起繞 A 點(diǎn)轉(zhuǎn)動，一般取連桿 2 為原動件。當(dāng) l1l2 時(shí)，構(gòu)件 2 和構(gòu)件 4 都能做整周 轉(zhuǎn)動，此機(jī)構(gòu)稱為轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 當(dāng) l1l2 時(shí)，構(gòu)件 2 能做整周轉(zhuǎn)動，構(gòu)件 4 只能在某一角度內(nèi)擺動，則該 機(jī)構(gòu)成為擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 連桿機(jī)構(gòu)機(jī)傳動特點(diǎn)

11、 1. 連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動副一般均為低副，因?yàn)榈透眱稍貫槊娼佑|，故在傳 遞同樣載荷的條件下，兩元素間的壓強(qiáng)較小，可以承受較大的載荷，而且?guī)缀?形狀簡單便于加工制造。 2. 在連桿機(jī)構(gòu)中，但原動件以同樣的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時(shí)，如果改變各構(gòu)件的 相對長度關(guān)系，便可使從動件得到不同的運(yùn)動規(guī)律。 3. 在連桿機(jī)構(gòu)中，連桿上不同點(diǎn)的軌跡是不同形狀的曲線（特稱為連桿曲 線） ，而且隨著各構(gòu)件相對長度關(guān)系的改變，這些連桿曲線的形狀也將改變，從 而可以得到各種不同形狀的曲線，可以利用這些曲線來滿足不同軌跡的要求。 4連桿機(jī)構(gòu)還可以方便的用來達(dá)到增力、擴(kuò)大行程和實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動 等目的。 第第 2 2 章章 四桿機(jī)

12、構(gòu)的基本特性四桿機(jī)構(gòu)的基本特性 2.12.1 四桿機(jī)構(gòu)的極位四桿機(jī)構(gòu)的極位 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動件作整周 連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，從動件做往復(fù)擺動或往復(fù)移動的左右兩個(gè)極限位置稱為極位。 2.22.2 四桿機(jī)構(gòu)從動件的急回特性四桿機(jī)構(gòu)從動件的急回特性 如圖示,四桿機(jī)構(gòu)從動件的回程所用時(shí)間小于工作行程所用的時(shí)間，稱為該 機(jī)構(gòu)急回特性。 圖 2-1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性 急回特性用行程速比系數(shù) K 表示極位夾角 從動搖桿位于兩極限位 置時(shí)，原動件兩位置所夾銳角。 越大，K 越大，急回特性越明顯。急回特性 能滿足某些機(jī)械的工作要求，如牛頭刨床和插床，工作行程要求速度慢而均勻

13、以提高加工質(zhì)量，空回行程要求速度快以縮短非工作時(shí)間，提高工作效率。 2.32.3 連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性 傳動角與壓力角：如圖示在機(jī)構(gòu)處于某一定位置時(shí)，從動件上作用力與作 用點(diǎn)絕對速度方向所夾的銳角 稱為壓力角。壓力角的余角 （=90 - ）作為機(jī)構(gòu)的傳力特性參數(shù)，故稱為傳動角。 在四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，壓力角和傳動角是變化的，為使機(jī)構(gòu)具有良好 的傳力特性應(yīng)使壓力角越小越好，傳動角越大越好。 通常規(guī)定： max 許用壓力角 或 min 許用傳動角 最小傳動角 min 出現(xiàn)的位置： 曲柄與機(jī)架的兩個(gè)共線位置，如圖示同 理，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)最小傳動角出現(xiàn)在曲柄與導(dǎo)路垂直位置。 10 圖 2

14、-2 連桿機(jī)構(gòu)的傳力特性 2.42.4 死點(diǎn)位置死點(diǎn)位置 當(dāng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，出現(xiàn)傳動角為零時(shí)（或壓力角為 90） ，由于 Pt = 0，則無論 P 力多大，均不能驅(qū)動從動件運(yùn)動。這種“頂死”的現(xiàn)象稱為機(jī)構(gòu)的 死點(diǎn)位置。死點(diǎn)出現(xiàn)在兩類機(jī)構(gòu)中: (1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)中，作往復(fù)運(yùn)動的構(gòu)件為 主動件時(shí)，曲柄與連桿共線位置會出現(xiàn)死點(diǎn)。 (2)平行四邊形機(jī)構(gòu)中,當(dāng)主動曲柄與機(jī)架共線時(shí)，連桿也與輸出曲柄與機(jī) 架重合，從動件曲柄上傳動角等于零，它將可能朝兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動，也稱為死點(diǎn) 位置。 第第 3 3 章章 四連桿的三維造型四連桿的三維造型 3.13.1 機(jī)架的三維造型機(jī)架的三維造型

15、 打開 UG5.0，新建文件。點(diǎn)擊新建按鈕，系統(tǒng)彈出文件新建對話框。在名稱文本框 中輸入文件名稱 jijia；單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。 圖 3-1 新建對話框 單擊長方體按鈕輸入長度 10，寬度 288，高度 20。 圖 3-2 特征工具欄 圖 3-3 長方體對話框 12 圖 3-4 新建長方體 選擇邊倒圓按鈕，輸入半徑 10，在長方體兩邊倒圓。 圖 3-5 特征操作工具欄 圖 3-6 邊倒圓對話框 圖 3-7 邊倒圓后的長方體 13 選擇圓柱體按鈕，在長方體兩邊建立兩個(gè)圓柱凸臺，輸入高度 5，圓的直徑 20 圖 3-8 圓柱對話框 圖 3-9 在兩端加圓柱體凸臺 選擇圓柱體按鈕，在凸臺上建立

16、兩個(gè)圓形孔。 圖 3-10 機(jī)架 3.23.2 連架桿連架桿 1 1 的三維造型的三維造型 新建文件系統(tǒng)彈出文件新建對話框。在名稱文本框中輸入文件名稱 lianjiagan； 單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。 14 圖 3-11 新建對話框 單擊長方體按鈕，輸入長度 10，寬度 200，高度 20，單擊確定按鈕。 圖 3-12 長方體對話框 單擊邊倒圓按鈕，在長方體兩邊倒圓，半徑輸入 10。 圖 3-13 邊倒圓后的長方體 15 在一端建立凸臺，高度 20，直徑 10。如圖 4-14 圖 3-14 在一端建立凸臺 在另一端建立一個(gè)直徑 20 高度為 5 的圓柱體，在圓柱體上面建立凸臺，直徑 10， 高

17、度 15。 圖 3-15 建立凸臺 圖 3-16 連架桿 1 3.33.3 連架桿連架桿 2 2 的三維造型的三維造型 1、新建文件系統(tǒng)彈出文件新建對話框。在名稱文本框中輸入文件名稱 lianjiagan；單擊確定，進(jìn)入建模環(huán)境。 2、單擊長方體按鈕，輸入長度 10，寬度 112，高度 20，單擊確定按鈕。 3、單擊邊倒圓按鈕，在長方體兩邊倒圓，半徑輸入 10。 4、在一端建立凸臺，高度 20，直徑 10。 16 在另一端建立一個(gè)直徑 20 高度為 5 的圓柱體，在圓柱體上面建立凸臺，直徑 10， 高度 15。 圖 3-17 連架桿 2 3.43.4 連桿的三維造型連桿的三維造型 新建文件，系

18、統(tǒng)彈出文件新建對話框，在名稱文本框中輸入名稱 liangan，單擊確 定，進(jìn)入建模環(huán)境。 圖 3-18 新建對話框 單擊長方體按鈕，輸入長度 10，寬度 208，高度 20，單擊確定。 17 圖 3-19 長方體對話框 選擇邊倒圓按鈕，在兩邊倒圓，輸入半徑 10。 圖 3-20 邊倒圓后的長方體 在兩邊建立兩個(gè)直徑 10 的孔。 圖 3-21 連桿 第第 4 4 章章 四連桿的虛擬裝配四連桿的虛擬裝配 4.14.1 進(jìn)入裝配模塊進(jìn)入裝配模塊 1啟動 UG NX，新建一個(gè)文件。 2單擊【標(biāo)準(zhǔn)】工具欄中的按鈕，在彈出的下拉菜單中選擇 【裝配】命令，進(jìn)入裝配模塊。 4.24.2 添加組件機(jī)架添加組件

19、機(jī)架 在菜單欄中選擇【裝配】【組件】【添加組件】命令，或者單擊裝配工 具欄中的按鈕，彈出【添加組件】對話框，如圖所示。單擊按鈕，彈 出【部件名】對話框，根據(jù)組件的存放路徑選擇組件機(jī)架 jijia.prt，單擊 按鈕，返回到【添加組件】對話框設(shè)置定位為“絕對原點(diǎn)” ，單擊 按鈕，將實(shí)體定位于原點(diǎn)，結(jié)果如圖所示。 圖 4-1 添加組件對話框 圖 4-2 添加機(jī)架 19 4.34.3 裝配連架桿裝配連架桿 1 1 以“配對”的定位方式打開連架桿 1 組件 lianjiagan1.prt，單擊 按鈕進(jìn)入配對條件對話框。 圖 4-3 配對條件對話框 單擊配對按鈕選擇如圖 5-4 所示紅色的面，再選中如圖

20、 5-5 所示紅色 的面，單擊確定按鈕。 單擊按鈕選擇圖 5-6 所示的紅色的面，再選中如圖 5-7 所示的紅色的 面，單擊確定按鈕，最后得到如圖 5-8 所示 圖 4-4 裝配關(guān)系 20 圖 4-5 裝配關(guān)系 圖 4-6 裝配關(guān)系 圖 4-7 裝配關(guān)系 圖 4-8 裝配連架桿 1 21 4.44.4 裝配連架桿裝配連架桿 2 2 同裝配連架桿 1，以“配對”方式打開連架桿 2 組件 lianjiagan2.prt，單 擊按鈕，裝配結(jié)果如圖 5-9 所示。 圖 4-9 裝配連架桿 2 4.54.5 裝配連桿裝配連桿 同裝配連架桿（1）/(2)一樣以“配對”方式打開連桿組件 liangan.pr

21、t， 單擊按鈕，進(jìn)入配對條件對話框如圖所示，單擊配對類型里面的配對 按鈕，選擇如圖 5-11 所示的紅色的面，再選中如圖 5-12 所示的紅色的面， 單擊按鈕，再單擊中心按鈕，選擇如圖 5-13 所示的紅色的面，再選 中如圖 5-14 所示的紅色的面，單擊按鈕，再單擊按鈕，選擇如圖 5-15 所示紅色的面，再選中如圖 5-16 所示紅色的面單擊按鈕，再單擊 按鈕，得到最終裝配圖如圖 5-17 所示。 22 圖 4-10 “配對條件”對話框 圖 4-11 裝配關(guān)系 圖 4-12 裝配關(guān)系 23 圖 4-13 裝配關(guān)系 圖 4-14 裝配關(guān)系 圖 4-15 裝配關(guān)系 24 圖 4-16 裝配關(guān)系

22、圖 4-17 完成的裝配圖 第第 5 5 章章 四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真 四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，就是對機(jī)構(gòu)上的某點(diǎn)的位移、軌跡、速度、加速 度進(jìn)行分析，根據(jù)原動件的運(yùn)動規(guī)律，求解出從動件的運(yùn)動規(guī)律。四連桿機(jī)構(gòu) 的運(yùn)動設(shè)計(jì)方法有很多，傳統(tǒng)的有圖解法、解析法和實(shí)驗(yàn)法。 通過 UG NX 軟件，對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模，通過預(yù)先給定尺，之后建 立相應(yīng)的連桿、運(yùn)動副及運(yùn)動驅(qū)動，對建立的運(yùn)動模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，給出 構(gòu)件上某點(diǎn)的運(yùn)動軌跡及速度和加速度變化的規(guī)律曲線，用圖形和動畫來模擬 機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動過程，這是傳統(tǒng)的分析方法所不能比擬的。 運(yùn)動仿真是基于時(shí)間的一種運(yùn)動形式，即在指定的時(shí)間段

23、中運(yùn)動，UG 的仿 真分析過程分 3 個(gè)階段進(jìn)行：前處理(創(chuàng)建連桿、運(yùn)動副和定義運(yùn)動驅(qū)動)；求 解(生成內(nèi)部數(shù)據(jù)文件)；后處理(分析處理數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成電影文件、圖表和報(bào) 表文件)。 5.15.1 新建仿真新建仿真 打開運(yùn)動導(dǎo)航器，在文件名上右擊新建仿真，選擇動力學(xué)，單擊確定按鈕 圖 5-1 運(yùn)動導(dǎo)航器 26 圖 5-2 環(huán)境對話框 5.25.2 新建連桿新建連桿 單擊按鈕，打開新建連桿對話框，如圖所示 圖 5-3 連桿對話框 選中連桿 1，點(diǎn)擊創(chuàng)建連桿 loo1，再選中連桿 2 點(diǎn)擊創(chuàng)建連 桿 loo2，再選中連桿 3 點(diǎn)擊創(chuàng)建連桿 loo3，再選中連桿 4 點(diǎn)擊 創(chuàng)建連桿 loo4，最后單擊

24、取消。 打開運(yùn)動導(dǎo)航器 在運(yùn)動導(dǎo)航器里面可以看到新建的四個(gè)連桿，在連桿 4 上面右擊選擇固定 連桿，把連桿 4 設(shè)置成固定的。如圖所示 27 圖 5-4 運(yùn)動導(dǎo)航器中顯示的連桿 圖 5-5 固定連桿 loo4 5.35.3 創(chuàng)建運(yùn)動副創(chuàng)建運(yùn)動副 考慮到連桿與連桿之間考旋轉(zhuǎn)副連接均作，將建立 4 個(gè)運(yùn)動副，其中有 2 個(gè)運(yùn)動副固定，為了使 4 個(gè)連桿的運(yùn)動有連貫性，必須在創(chuàng)建運(yùn)動副時(shí)，在各 連桿之間建立聯(lián)系，使各部件運(yùn)動結(jié)成一個(gè)整體。 單擊打開創(chuàng)建運(yùn)動副對話框，如圖所示，選擇連桿 1，創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副指 定驅(qū)動類型為恒定初速度為 10 單擊按鈕創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)副。 圖 5-6 運(yùn)動副對話框 圖 5-7 設(shè)置驅(qū)

25、動類型 28 選擇連桿 2，在咬合連桿上打上勾，讓其咬合連桿 1，如圖所示。單擊 按鈕創(chuàng)建第二個(gè)運(yùn)動副。 圖 5-8 創(chuàng)建運(yùn)動副對話框 選中連桿 3，在咬合連桿上打上勾，讓你咬合連桿 2。單擊按鈕， 創(chuàng)建第三個(gè)運(yùn)動副。 選中連桿 3，在連桿 3 和連桿 4 咬合的中心建立旋轉(zhuǎn)副，如圖所示。單擊 按鈕，創(chuàng)建第四個(gè)運(yùn)動副。 29 圖 5-9 運(yùn)動副對話框 圖 5-10 解算方案 對話框 單擊按鈕進(jìn)行解算，設(shè)置時(shí)間為 100，步數(shù)為 100，勾選步數(shù)下的通 過按進(jìn)行解算，點(diǎn)擊確定進(jìn)行解算。 經(jīng)過解算，可對四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真顯示及其相關(guān)的后處理，通過動畫 可以觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程，并可以隨時(shí)暫停、倒退

26、，選擇動畫中的軌跡選項(xiàng)， 可以觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程，還可以生成指定標(biāo)記點(diǎn)的位移、速度、加速度等規(guī) 律曲線。 30 第第 6 6 章章 四連桿的運(yùn)動仿真分析四連桿的運(yùn)動仿真分析 我們知道，連桿上轉(zhuǎn)動副為周轉(zhuǎn)副的條件是：最短桿長度+最長桿長度之和 其余兩桿長度之和：組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿位最短桿。 分析：由預(yù)先給定的連桿長度數(shù)據(jù)，連桿 1 長度+機(jī)架長度其余兩桿長度 之和；所以轉(zhuǎn)動副連桿 1 和機(jī)架之間的轉(zhuǎn)動副為周轉(zhuǎn)副，連桿 1 為曲柄，所以 該機(jī)構(gòu)應(yīng)該為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。點(diǎn)擊運(yùn)動仿真可以看到連桿正如分析的一樣周轉(zhuǎn) 起來，確實(shí)是個(gè)曲柄。 6.16.1 運(yùn)動副圖表分析運(yùn)動副圖表分析 曲柄（連桿 1）

27、為原動件，在其轉(zhuǎn)動一周后，有兩次與連桿 2 共線，如圖 所示。 這時(shí)搖桿（連桿 3）分別處于兩個(gè)被稱為極位的位置，當(dāng)曲柄以等角速轉(zhuǎn) 動一周時(shí)，搖桿將在兩個(gè)極位之間擺動，而且較明顯地看到從一個(gè)極位到另一 個(gè)極位要用的時(shí)間長，這就是搖桿的急回特性。 擺桿角速度變化 為了用 UG 定量地說明搖桿的急回特性，可以用 UG 中的 Graphing 功能，選 定連桿 2 與連桿 3 構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)副，Y 軸屬性請求選擇速度，分量選擇角度幅值， 即表示角速度，接著點(diǎn)擊確定輸出圖標(biāo)，即可得出如圖 7-3 所示圖標(biāo)。從表可 以知道，擺桿從曲柄和連桿重合位置到曲柄和連桿共線位置需要 20s，從曲柄 和連桿共線到曲柄和連桿重合需要 16s，從時(shí)間上說明了擺桿的急回特性。 31 圖 6-1 擺桿角速度變化曲線 運(yùn)動副 1 的分析 因?yàn)闄C(jī)架是固定不動的，所以運(yùn)動副 1 的角速度應(yīng)該為 0，如圖所示 圖 6-2 機(jī)架的角速度的變化曲線 運(yùn)動副 2 的分析 運(yùn)動副 2 設(shè)置的是恒定角速度為 10 度/秒，由圖 7-5 所示可以看出其角速 度為 10 度/秒 32 圖 6-3 曲柄的角速度變化曲線 運(yùn)動副 3 的分析 圖 6-4 連桿的角速度變化曲線 運(yùn)動副 5 的分析 33 圖 6-5 擺桿角速度變化曲線 從表可