0258-平面四桿機(jī)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)【含VB仿真程序】

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所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱(chēng)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，它是平面四桿機(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(lái)的。選定其中一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架之後，直接與機(jī)架鏈接的構(gòu)件稱(chēng)為連架桿，不直接與機(jī)架連接的構(gòu)件稱(chēng)為連桿，能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱(chēng)作曲柄，只能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件稱(chēng)為搖桿。如果以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的兩個(gè)構(gòu)件可以做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，則稱(chēng)之為整轉(zhuǎn)副，反之稱(chēng)之為擺轉(zhuǎn)副。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將其分為三種基本機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合是按照給定的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過(guò)程，包括型綜合和尺度綜合兩大主要內(nèi)容，主要綜合方法有解析法、作圖法和實(shí)驗(yàn)法。作圖法和實(shí)驗(yàn)法工作量大，設(shè)計(jì)精度低，僅適用于對(duì)機(jī)構(gòu)精度要求不高的場(chǎng)合。近幾十年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來(lái)越高，作圖法和實(shí)驗(yàn)法已不能滿(mǎn)足要求，而基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的解析法得到了廣泛的應(yīng)用。 本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線及軌跡綜合，其意義在于：一、深入研究計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和仿真連桿機(jī)構(gòu)連桿曲線方面的應(yīng)用，從而指導(dǎo)實(shí)踐；二、總結(jié)出四桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ)，從而指導(dǎo)多桿或復(fù)雜的低副平面機(jī)構(gòu)的綜合。 此課題的主要目標(biāo)是系統(tǒng)地對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線進(jìn)行研究，從而來(lái)獲得連桿機(jī)構(gòu)基本的原理和綜合方法，以便在實(shí)際中得到應(yīng)用；主要特色是在各個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)度中將會(huì)大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程來(lái)輔助設(shè)計(jì)和仿真平面四桿機(jī)構(gòu)。 受控連桿機(jī)構(gòu)是指一個(gè)或若干個(gè)原動(dòng)件受計(jì)算機(jī)控制，從而使機(jī)構(gòu)可以精確實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動(dòng)并具有智能化的一類(lèi)機(jī)構(gòu)，如具有一個(gè)受控原動(dòng)件的平面五桿機(jī)構(gòu)；受控機(jī)構(gòu)學(xué)研究受控連桿機(jī)構(gòu)的分析與綜合理論、控制方法與控制系統(tǒng)和應(yīng)用。 1．2課題主要內(nèi)容及選題意義 四桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械自動(dòng)化，機(jī)械手，機(jī)器人中都有很廣泛的應(yīng)用，近幾十年來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來(lái)越高，作圖法和實(shí)驗(yàn)法已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求，而解析法則成為日益廣泛應(yīng)用的分析方法。 本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線與運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別，要求研究者用解析法先進(jìn)行平面四桿機(jī)構(gòu)連桿軌跡的生成，再利用隨機(jī)函數(shù)建立軌跡曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的曲線進(jìn)行分類(lèi)及運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別，最后用軟件（Visual Basic）實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。 意義在于：深入研究計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和仿真連桿機(jī)構(gòu)連桿曲線方面的應(yīng)用，從而指導(dǎo)實(shí)踐；二，總結(jié)出四桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ)，從而指導(dǎo)多桿（如六桿）或復(fù)雜的低副平面機(jī)構(gòu)的綜合。 二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 連桿機(jī)構(gòu)綜合的重中之重就是尺度綜合。六十年代以后，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及輔助制造（CAD/CAM）蓬勃發(fā)展，隨著CAD技術(shù)和新算法的出現(xiàn)，人們已開(kāi)發(fā)出許多實(shí)用化的軟件來(lái)進(jìn)行尺度綜合。 目前，通過(guò)采用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)某種算法而精確求解的解析法得到了廣 泛的應(yīng)用，例如連續(xù)算法（即同倫算法）、遺傳算法（GA）等，這些算法能夠綜合出精 度很高的機(jī)構(gòu)。另外，近十年來(lái)還出現(xiàn)了“數(shù)值圖譜”進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合，其思路為 將連桿曲線機(jī)構(gòu)的輸出參數(shù)用一組特征參數(shù)存入計(jì)算機(jī)，通過(guò)特征參數(shù)的比較，決定所 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的近似精度，以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有不少研究成果，并 引入了多種數(shù)學(xué)工具，如頻譜分析、模糊數(shù)學(xué)、小波特征等參數(shù)。最后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái) 對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真已成了目前機(jī)構(gòu)綜合的一個(gè)重要內(nèi)容，通過(guò)仿真來(lái)獲得機(jī)構(gòu)的各個(gè)特征 參數(shù)，然后再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也決定了機(jī)構(gòu)的精確。 1.受控機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展展望 作為受控機(jī)構(gòu)學(xué)目前研究的重點(diǎn)受控五桿機(jī)構(gòu)，雖然有一定進(jìn)展，形成了一定的體系，但作為一個(gè)新興研究領(lǐng)域還有待更深入的研究。 1.1進(jìn)一步加強(qiáng)研究，完善方法和理論體系 具有一個(gè)受控原動(dòng)件的五桿機(jī)構(gòu)是一種最簡(jiǎn)單，但功能優(yōu)越的，能精確實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化的連桿機(jī)構(gòu)。下一步的研究，將進(jìn)一步開(kāi)拓新的研究領(lǐng)域，如精確實(shí)現(xiàn)給定的剛體位置的理論和綜合方法；精確實(shí)現(xiàn)給定的組合運(yùn)動(dòng)（如實(shí)現(xiàn)連桿軌跡的同時(shí)滿(mǎn)足主從動(dòng)件之間的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)連桿軌跡的同時(shí)滿(mǎn)足剛體位置的要求等）的理論和綜合方法；機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的研究，如機(jī)構(gòu)所傳遞的動(dòng)力對(duì)精確實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的影響和平衡問(wèn)題等；從而形成較完善的受控機(jī)構(gòu)學(xué)理論體系。 1.2編制具有良好“魯棒性”的應(yīng)用軟件 為了能使這種新型機(jī)構(gòu)理論得到推廣，不但要有完善的理論研究，而且還要開(kāi)發(fā)具有良好“魯棒性”的應(yīng)用軟件，因此結(jié)合最新的計(jì)算機(jī)窗口和圖形技術(shù)，面向用戶(hù)編制具有良好“魯棒性”的計(jì)算機(jī)仿真程序和應(yīng)用軟件，讓用戶(hù)不需要學(xué)習(xí)或只經(jīng)過(guò)短時(shí)的訓(xùn)練就能使用該軟件設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，而且得到全套的機(jī)構(gòu)圖、機(jī)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)和控制參數(shù)。將研究結(jié)果以軟件形式推廣，也是一個(gè)研究重點(diǎn)。 1.3加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究，推廣工程應(yīng)用 科學(xué)研究的目的是為了推動(dòng)工業(yè)進(jìn)步。下一步的研究將側(cè)重于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室條件下建立通用實(shí)驗(yàn)臺(tái)，該通用實(shí)驗(yàn)臺(tái)要能夠調(diào)整機(jī)構(gòu)尺寸和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并能適應(yīng)各種單一運(yùn)動(dòng)、多個(gè)運(yùn)動(dòng)和組合運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)需要，以驗(yàn)證理論，探討控制系統(tǒng)的組成和優(yōu)化，為工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。 三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案： 用解析法計(jì)算平面四桿機(jī)構(gòu)連桿各點(diǎn)軌跡，建立連桿軌跡曲線數(shù)據(jù)庫(kù)，用軟件編程實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)分析。這需要做到：1、建立平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程 2、編寫(xiě)運(yùn)動(dòng)分析程序 3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬 平面連桿機(jī)構(gòu)原理，包括鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu)）、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化（曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)、定塊機(jī)構(gòu)、雙滑塊機(jī)構(gòu)）。 研究?jī)?nèi)容： 1.平面四桿機(jī)構(gòu)連桿點(diǎn)的軌跡坐標(biāo) 2.連桿軌跡曲線分類(lèi)基準(zhǔn)的確定 3.軌跡曲線的分類(lèi)及運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別 4．運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件編制 實(shí)驗(yàn)方案： 所以， （1） （2） （1）（2）聯(lián)立消去，再將，， 代入，解方程可得： （3） 式中，， ， 當(dāng)連桿初始位置是時(shí)，（2）式中取“+”號(hào)；當(dāng)連桿初始位置是時(shí)（2）式中取“-”號(hào)；當(dāng)時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)相應(yīng)位置無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 所以，， 所以， 所以，連桿上任一點(diǎn)（K點(diǎn)）的坐標(biāo)（x,y）就可以表示為 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度： 目標(biāo)：系統(tǒng)地對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線進(jìn)行研究，從而來(lái)獲得連桿機(jī)構(gòu)基本的原理和綜合方法，以便在實(shí)際中得到應(yīng)用。 主要特色：在各個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)度中將會(huì)大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言編程（VB）來(lái)輔助設(shè)計(jì)和仿真平面四桿機(jī)構(gòu)，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一、繪制連桿曲線；二、綜合機(jī)構(gòu)尺度；三、機(jī)構(gòu)的優(yōu)化和VB運(yùn)動(dòng)模擬。 工作進(jìn)度： 1、開(kāi)題報(bào)告、外文資料翻譯 兩周 3月1日-——3月11日 2、平面四連桿機(jī)構(gòu)的類(lèi)型 三周 3月14日——4月2日 3、連桿曲線的生成與分類(lèi)準(zhǔn)則的確定 三周 4月6日——4月26日 4、曲線分類(lèi) 兩周 4月27日——5月10日 5、曲線分類(lèi)的運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別 兩周 5月11日——5月25日 6、畢業(yè)論文整理及答辯準(zhǔn)備 一周 5月26日——6月1日 五、參考文獻(xiàn)： 1、張紀(jì)元主編.機(jī)械學(xué)的數(shù)學(xué)方法.上海：上海交通大學(xué)出版社，2003 2、孫桓等主編.機(jī)械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001 3、濮良貴主編.機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社.2001 4、曹惟慶編著.平面連桿機(jī)構(gòu)分析與綜合. 北京：科學(xué)出版社，1989 5、孟彩芳主編.機(jī)械原理電算分析與設(shè)計(jì). 天津：天津大學(xué)出版社，2000 6、曹清林等編著.對(duì)稱(chēng)軌跡機(jī)構(gòu) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 7、楊廷力編著.機(jī)械系統(tǒng)基本理論——結(jié)構(gòu)學(xué) 運(yùn)動(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996 5