曲柄(导杆)滑块机构设计分析开题报告.doc

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毕业设计（论文）开题报告

题目曲柄（导杆）滑块机构设计分析及实验台装置设计

专业名称机械设计制造及其自动化

班级学号

学生姓名

指导教师

填表日期：

2012年2月21日

说明

开题报告应结合自己课题而作，一般包括：

课题依据及课题的意义、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）、研究内容及实验方案、目标、主要特色及工作进度、参考文献等内容。

以下填写内容各专业可根据具体情况适当修改。

但每个专业填写内容应保持一致。

一．选题的依据及意义：

1．曲柄（导杆）滑块机构定义

曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副（回转副、移动副）联接而成的一种机构。

是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构。

2．曲柄（导杆）滑块机构的特性及应用

常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。

对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。

曲柄滑块机构具有运动副为低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。

3．传动特点

曲柄（导杆）滑块机构具有以下一些传动特点：

（1）曲柄（导杆）滑块机构中的运动副一般均为低副。

低副两运动副元素为面接触，压强较小，故可承受较大的载荷；且有利于润滑，磨损较小；此外，运动副元素的几何形状较简单，便于加工制造。

（2）在曲柄（导杆）滑块机构中，当原动件的运动规律不变，可用改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律。

（3）在曲柄（导杆）滑块机构中，连杆上各点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状还随着各构件相对长度的改变而改变，从而可以得到形式多的连杆曲线，我们可以利用这些曲线来满足不同轨迹的设计要求。

（4）此外，曲柄（导杆）滑块机构还可以很方便地用来达到增力、扩大行程和实现远距离传动等目的。

（5）另外，虽然可以利用连杆来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计却是十分困难的，且一般只能近似地得以满足。

正因为如此，所以如何根据最优化方法来设计连杆机构，使其能最佳地满足设计要求，一直是连杆机构研究的一个重要课题。

4．曲柄（导杆）滑块机构的研究意义

平面曲柄（导杆）滑块机构是一种常用的机构，有着广泛的应用。

对这个问题做出深入的研究是有意义的。

对于给定对应位移的平面曲柄──滑块机构进行综合，通常采用位置矩阵法和图解法。

利用位移矩阵法求解，需要求解非线性方程组。

不仅要给出迭代初值，而且只能求出一个解。

利用几何法作图法对于给定曲柄和滑块两对、三对对应位置关系设计曲柄──滑块机构的问题，可以十分简单地加以解决。

而对于复杂的问题，如要求曲柄和滑块实现四对五对对应位置，这时用作图法是难以实现的。

在研究用曲柄──滑块机构的相对极与曲柄转角及滑块位移的基础上，采用计算机符号推导，能导出了平面曲柄──滑块机构综合问题的一元三次方程。

从而不给初值就可以求出问题的全部解。

连续法则通过构造初始方程，采用二次齐化技术求出了全部解。

研究该机构的方法众多，不同的方法其侧重点不一样但是都具有很大的研究意义。

二．国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：

1.曲柄（导杆）滑块机构设计的基本问题

曲柄（导杆）滑块机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构设计（如要求存在曲柄、杆长比恰当等），动力条件（如适当的传动角等）和运动连续条件等。

根据机械的用途和性能要求的不同，对曲柄滑块机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求可归纳为以下三类问题：

（1）满足预定的运动规律要求如要求连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系；或要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规律要求。

（2）满足预定的滑块位置要求即要求连杆能占据一系列的预定位置。

因这类设计问题要求机构能引导连杆按一定方位通过预定位置，故又成为刚体引导问题。

（3）满足预定的轨迹要求即要求在机构运动过程中，连杆上某些点的轨迹能符合预定的轨迹要求。

曲柄（导杆）滑块机构的设计方法有解析法、作图法、和实验法。

2.研究概况

近年来对平面曲柄（导杆）滑块机构的研究，不论从研究范上还是方法上都有很大进展。

已不再局限于单自由度机构的研究，也已经注意到对多自由度平面机构的研究，并已提出了一些有关这类机构的分析及综合的方法。

在设计要求上已不再局限于运动学要求，而是同时兼顾机构的动力学特性，特别是对于高速机械，考虑构件弹性变形的运动弹性动力学也得到很快的发展。

在研究方法上，优化方法和计算机辅助设计的应用已成为研究曲柄滑块机构的重要方法，并已相应地编制出大量的，适用范围广、计算机时少、使用方便的通用软件。

随着计算机技术的发展和现代数学工具的日益完善，以前不容易解决的复杂平面曲柄滑块机构的设计问题，正在逐步得到解决。

曲柄（导杆）滑块机构是各种机器装置中一种常用的传动机构.然而,机构的运动学性能分析比较困难,难以在机构设计完成之后准确判定其性能.借助于功能强大的分析仿真软件MATLAB,可以方便的实现机构性能分析和动态仿真,降低分析的难度,有效提高设计工作效率、产品开发质量,降低开发成本.

3.发展趋势

为适应生产发展的需要，当前在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及弹性机构和机电光液综合机构等的研制声有很大进展。

在机械的分析与综合中，也由只考虑其运动性能过渡到同时考虑其动力性能；考虑到机械在运转时，构件的振动和弹性变形，运动副中的间隙和构件的误差对机械运动及动力性能的影响；以及如何对构件和机械进一步作好动力平衡的问题等等。

在连杆机构方面重视了对空间连杆机构、多杆多自由度机构、连杆机构的弹性动力学和连杆机构的动力平衡的研究，而其中就非常重视对曲柄滑块机构的研究。

为了获得传动性能好的曲柄滑块机构，在曲柄（导杆）滑块机构运动规律的开发、选择和组合上作了很多工作。

此外，为了适应现代机械高速度、快节拍、优性能的需要，还发展了高速高定位精度的分度机构，具有优良的综合性能的组合机构，以及各种机构的变异和组合等等。

三．研究内容及实验方案：

1.研究内容

本课题是通过使用VB软件对曲柄（导杆）滑块机构进行软件设计，该软件可对曲柄滑块机构进行参数化设计，并进行运动分析，而且实验设备能满足不同运动参数的要求。

机构的运动参数直接反映了机器的工作性能。

机构的运动参数是指：

位移、速度、加速度三个参数。

通过位移分析，可以确定机构的外廓、某些构件运动所需的空间，考察某构件位置的变化；通过速度分析，可以确定机构中从动件的速度变化规律；通过加速度分析，可以确定机构各构件及构件上某些点的加速度，了解机构加速度的变化规律，是计算惯性力进行动力分析、考察机构动力平衡、防止振动和噪声的基础。

另外，本课题要求用Solidworks软件对曲柄（导杆）滑块机构的实验台进行设计。

2.实验方案

（1）曲柄导杆滑块机构

1）画出曲柄导杆滑块机构的运动简图。

2）分析曲柄导杆滑块机构在本课题中机构进行装配的条件。

3）根据已知参数对曲柄导杆滑块机构进行运动分析，解出各杆件的运动参数。

4）结合机构运动简图设计出VB界面。

5）结合机构装配条件和各运动参数之间的关系对机构进行主程序设计。

（2）曲柄滑块机构

1）画出曲柄滑块机构的运动简图。

2）分析曲柄滑块机构在本课题中机构进行装配的条件。

3）根据已知参数对曲柄滑块机构进行运动分析，解出各杆件的运动参数。

4）结合机构运动简图设计出VB界面。

5）结合机构装配条件和各运动参数之间的关系对机构进行主程序设计。

（3）实验台设计

1）测量实验台各零件的尺寸并记录下来。

2）根据所测的数据用Solidworks画出零件图。

3）组装各零件，画出装配图。

四．目标、主要特色及工作进度

1.目标

1）软件可对曲柄（导杆）滑块机构进行参数化设计，并进行运动分析；

2）实验设备能满足不同运动参数的要求。

2.主要特色

独立完成设计所需做的每个实验，认真记录实验数据，将所学的机械知识紧密联系实验。

实事求是。

3工作进度

（1）.收集资料、开题报告2周

（2）.软件总体规划2周

（3）.软件程序设计3周

（4）.曲柄（导杆）滑块机构实验台装置设计3.5周

（5）.外文翻译1.5周

（6）.毕业设计论文2周

五．参考文献

（1）.QYS-Ⅲ型曲柄（导杆）滑块机构实验台及使用说明书；

（2）.孙桓，陈作模主编.机械原理.第六版.北京：

高等教育出版社，2002；

（3）.徐灏主编，机械设计手册.北京：

机械工业出版社，1995.12；

（4）.邹慧君主编.机械原理课程设计手册.北京：

高等教育出版社，1998.6；

（5）.RobertL.Norton,DesignofMachineryAnIntroductiontotheSynthesisandAnalysisofMechanismsandMachines.北京：

机械工业出版社，2003.1。