開題報告-平行運動機構的機構分析與構型設計

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畢業(yè)設計（畢業(yè)論文）開題報告學 院 機械工程學院專 業(yè) 機械工程及自動化班級學號學 生指導教師題 目 平行運動機構的機構分析與構型設計任務實際進行日期 自 年月 日起，至 年 月 日止1 課題背景及意義齒輪 －連桿機構因具有多種優(yōu)良輸出特性，故被 廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。其中，有一種傳遞等速運動 的特殊機構，即齒輪 － 平行四邊形機構( 以下簡稱 GPM) ，目前也越來越受到青睞，三環(huán)減速器就是一例。對一類形式的 GPM，即 平動齒輪機構的傳動性能進行了研究，但對外嚙合式 GPM 研究甚少。本文中論述了該組合機構的組成規(guī) 則，并對外嚙合式和內嚙合式 GPM 的傳動性能進行 了分析與比較。而且，在尋找最佳性能組合機構的同 時，對如何改變不同形式 GPM 的傳動比進行了總結。2 文獻綜述2.1 平行四邊形機構的運動性能及應用研究該組合機構由平行四邊形機構和齒輪機構組合 而成。選擇平行四邊形機構作為基礎機構，是因為它 有以下兩個顯著特點: ①兩曲柄以相同速度同向轉動; ②連桿作平動( 即角速度為零) 。 齒輪機構，即裝載在平行四邊形機構上依次嚙合 的齒輪串( 包括只有一對齒輪嚙合的情況) 。為了使 裝在各構件上的齒輪能夠始終保持嚙合，齒輪應裝在 連桿機構轉動副中心的銷軸上。另外，若無一個齒輪 與基礎機構固連，那么組合機構的自由度將大于 1，如 圖 1a 中的機構，其自由度 F =2，一般要求組合機構的 自由度等于 1，故至少有一個齒輪與基礎機構固連。 經(jīng)分析，固連齒輪必為齒輪串兩端的齒輪，且與 它固連的構件只能是由它向外延伸僅有一個轉動副 中心的銷軸裝有齒輪的構件，否則將破壞原先 機構的結構性質。如圖 1a 中，端部齒輪 5 只能與機 架 4 固連; 端部齒輪 7 只能與構件 1 固連。在圖 1a 中，若將不在齒輪串端部的齒輪 6 與基礎機構的構件 固連，那么它可能與構件 2 或構件 3 固連。當齒輪 6 與構件 2 固連時，齒輪 6、齒輪 7 和構件 2 構成剛性構 件，機構變成圖 1b 所示的機構，此時齒輪 7 已不起作用; 當齒輪 6 與構件 3 固連時，齒輪 5、齒輪 6 和構件 3 構成剛性構件，機構變成圖 1c 所示的機構。當端部 齒輪 5 與構件 3 固連時，同理，構件 5、構件 6 和構件 3 也構成剛性構件，得到與圖 1c 所示相同的結果。由文獻可知，在裝載上齒輪機構后，自由 度的增減值△F =1 － Ｒ，其中 Ｒ 表示固連的端部齒輪 數(shù)目。由此可知，△F 與齒輪串中的齒輪數(shù)目無關， 僅與固連的端部齒輪的數(shù)目 Ｒ 有關。由于平行四邊 形機構的自由度為 1，那么使△F = 0，即固連一個端 部齒輪即可滿足運動確定性要求。當然，上述的組成 規(guī)則也適用于一般齒輪 －四桿機構。2.2 平行四桿仿形機構設計及運動仿真如圖 1 所示，本機構主要由前支架、上拉桿、下拉桿、 后支架、限位桿、運輸鉤等組成。前支架通過 U 型卡絲與 機架主梁固結，后支架與排種器、開溝器、雙圓盤開溝器、覆土鎮(zhèn)壓輪固結。上 拉桿與下拉桿平行 且相等， A 點與 B 點 鉸接在前支架上構 成四桿機構的前桿， C 點與 D 點鉸接在 后支架上構成四桿 機構的后桿。機具在 工作過程中，上拉桿 AC、CD 桿、下拉桿 BD 構成的連桿系統(tǒng) 繞 A 點和 B 點轉動。 由平行四邊形的運動特點可知，在上下仿形過程中，上拉 桿 AC 和下拉桿 BD 始終做平行運動，從而使剛性連接在 后拉桿 CD（后支架）上的開溝器在免耕作業(yè)過程當中一 直作平行運動，進而保證了開溝器在工作過程中的入土 角恒定不變，開出深淺一致的種溝，為種子出苗的一致性 和作物生長的整齊性提供了條件。2.3 雙平行四桿型遠程運動中心機構的設計雙平行四桿 RCM 機構是指通過對兩組平行四 桿結構進行平面耦合，以實現(xiàn)末端執(zhí)行器繞虛擬中 心轉動的一類 RCM 機構。 雙平行四桿 RCM 機構的一維構型可以歸納如 圖 1 所示， 圖 1a 為平行四桿 RCM 機構的基本構型。 由于機構中 BCDE 回路有冗余約束，通過去除不同 的約束，可以衍生出其他幾種結構形式(圖 1b～1f )。 此外，還可通過改變固定端，得到如圖 1g～1j 所示 的幾種不同構型。 圖 1 一維雙平行四桿型 RCM 機構的 10 種構型 雙平行四桿型 RCM 機構具有如下優(yōu)點：①結 構簡單，驅動器可放置在基座處。②可通過連桿的 彎折變形靈活安排 RCM 的位置以適應不同的應用 要求。缺點在于由于桿件之間的干涉以及平行四桿 存在奇異位型，影響運動范圍；另外，由于鉸鏈數(shù) 目多造成機構剛度較差。 由于安裝時必須考慮到安裝末端執(zhí)行器以及 與底座固定的鉸鏈或者電動機等需要占據(jù)一定的空 間。為了保證末端執(zhí)行器軸線通過虛擬中心點，一 般有如圖 2 所示的兩種方法，這里以安裝末端執(zhí)行 器為例。圖 2a 中將末端執(zhí)行器相對末端桿件傾斜放 置，從而使末端執(zhí)行器通過虛擬中心。圖 2b 通過桿 件彎折，使得虛擬中心移動一定距離，以滿足安裝 需要。這兩種方法都有應用，這里主要對后一種方 案進行討論。2.4 雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動中 平行四桿機構運動性能分析雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動是一種新型擺線針輪行星傳動,其結構原理如圖 1,由兩個主動曲柄(1、3)、帶針輪的環(huán)板(2 即連桿)與機架(4)構成平行四桿 機構 ABCD, 環(huán)板上的針輪中心 Op 位于連桿 BC 的中點, 與 環(huán)板 2 上針輪相嚙合的擺線輪 5 中心 Oc 位于兩個主動曲柄 回轉中心 A、D 連線 AD 的中點, 針輪與擺線輪的中心距 OpOc 的大小等于曲柄的長度 e . 在常規(guī)的環(huán)板式齒輪減速 器結構設計中,為便于分析計算連桿鉸鏈處的總反力,通常 做以下假定:①平行四桿機構 ABCD 的桿長尺寸誤差 忽略不計; ②連桿慣性力不計;③連桿做平面運動. 但對高 速及重型機械,因其慣性力很大故必須考慮慣性力,此外由 于機構在加工和裝配過程中,機構中各桿長的實際尺寸都呈現(xiàn)出一定的隨機性,影響著機構的運動性 能,使得機構的真實運動與設計預定的理想運動之間出現(xiàn)一定的偏差. 因此在實際應用中 . 雙曲柄平行 四桿機構的連桿并不能真正做到勻速平動,而是存在著角加速度,由角加速度引起的慣性力矩造成連桿 上鉸鏈的實際支反力與理論支反力不一樣. 而研究二者之間的差別,對分析機構實際運動的穩(wěn)定性和可靠性、計算鉸鏈的壽命具有重要意義. 本文分析雙曲柄平行四桿機構的桿長尺寸誤差對機構特性的影響,為研究運動副間隙對機構的桿 長誤差的補償作用提供依據(jù).3 研究方法主要按照以下幾個步驟進行1 機床的特點2 機床的位置分析3 平行機構的位置分析4 平行機構的速度分析5 平行機構的加速度分析6 實例仿真7 結論4 進度安排（1）1.第1～4周：文獻檢索，資料收集，整理有關平行運動機構的資料,寫出開題報告，完成外文資料翻譯。（2）2.第5～8周：設計方案討論，設計方案確定，進行設計計算。（3）3.第9～12周：電氣圖設計、繪圖。（4）4.第13～14周：對電子器件特性分析，進行相應傳感器實驗（5）5.第15～17周：撰寫論文。參考文獻1. 姚九成，趙國軍． 平動齒輪機構的演化與創(chuàng)新［ J］ ． 江漢石油學 院學報2. 張春林，胡榮暉，姚九成． 平動齒輪機構的同性變異法［J］ ． 機械 設計3. 張春林，榮輝，黃祖德． 圓平動齒輪傳動機構的研究［J］ ． 北京理 工大學學報4. 呂庸厚，沈愛紅． 組合機構設計與應用創(chuàng)新［M］ ． 北京: 機械工 業(yè)出版社趙自強，張春林，程愛明． 平動齒輪傳動嚙合效率的理論研究 ［ J］ ． 機械傳動5. 齒輪 －平行四邊形機構的運動性能及應用研究 陳海文 王 忠6. 雙平行四桿型遠程運動中心機構的設計* 宗光華 裴 旭 于靖軍 畢樹生 孫明磊7. 平行四桿仿形機構設計及運動仿真 馬華永 1， 2， 王衛(wèi)兵 1， 王坤 1， 翟慶鐘 1， 郭德卿 18. 何衛(wèi)東, 李 欣,李力行. 雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動的研究[ J ] . 機械工程學報, 2000, 36(5)9. 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