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外 文 翻 译 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 班 级 学 号 指 导 教 师 1 运动的分析与综合 摘 要 : 最简单最有用的机构之一是四杆机构， 四杆机构具有一个自由度，相同的四杆机构，可有不同的形式，机构各构件的加速度影响惯性力，继而影响机器零件的应力、轴 承载荷、振动和噪音。运动学家把运动定义为“研究机构的运动和创建机构的方法”，已知一个机构，其构成的运动特性将由运动学分析来确定。对于运动综合，惯例上有三个任务：函数生成，轨迹生成和运动生成。 关键词 :机构运动特征；运动分析；运动综合 最简单最有用的机构之一是四杆机构，以下论述中的大部分内容集中在讨论连杆机构上，而该程序也适用于更复杂的连杆机构。 我们已经知道四杆机构具有一个自由度。 关于四杆机构，有没有要知道的更多的有用内容呢？的确是有的！这些包括格拉肖夫准则，变换的概念，死点的位置（分歧点），分支机构，传 动角，和他们的运动特征，包括位置、速度和加速度。 四杆机构可具有一种称作曲柄摇杆机构的形式，一种双摇杆机构，一种双曲柄（拉杆）机构，致力于称作哪一种形式的机构，取决于跟机架（固定构件）相连接的两杆的运动范围。曲柄摇杆机构的输入构件，曲柄可旋转 360度并连续转动，而输出构件仅仅作摇动（即摇摆的杆件）。作为一个特例，在平行四杆机构中，输入杆的长度等于输出杆的长度，连接杆的长度和固定杆（机架）的长度，也是相等的。其输入和输出都可以作整周转动或者转换成称作反平行四边形机构的交叉机构。格拉肖夫准则（定理）表明：如果四 杆机构中，任意两杆之间能作连续相对转动，那么，其最长杆长度与最短杆长度之和就小于或等于其余两杆长度之和。 应该注意：相同的四杆机构，可有不同的形式，这取决于哪一根杆被规定为机架（即作固定杆）。运动变换的过程就是固定机构传动链中的不同的杆件以产生不同的机构运动过程。除了具备关于构件回转范围的知识之外，还要具备如何使机构在制造前就能“运转”的良好效果，那将是很有用的。哈登伯格（ 到：“运转”是一个术语，其意义是传给输出构件的运动的有效性。他意味着运转平稳，其中能在输出构件中产生一个力或扭矩 的最大分力是有效的。虽然最终的输出力或扭矩不仅是连杆几何图形的函数，而且一般也是动力或惯性力的结果，那常常是大到如静态勒的几倍。为了分析低速运转或为了易于获得如何能使任一机构“运转”的指数，传动角的概念是非常有用的。在机构运动期间，传动角的值在改变。传动角 0度可发生在特殊位置上。在此特殊位置上输出杆将不运动而与施加到输入杆上的传动角多大无 2 关。事实上，由于运动副摩擦的影响，一般根据实际经验，用比规定值大的传动角去设计机构。衡量连杆机构传递运动能力的矩阵基础的定义已经研究出来。一个决定性因素的值（它含有对于某个 给定机构图形，位置的输出运动变量对输入变量的导数）是该连杆机构在具体位置中的可动性的一个尺度。 如果机构具有一个自由度（例如四杆机构），则规定的一个位置参数，如输入角，就将完全确定该机构休止的位置（忽视分支机构的可能性）。我们可研究一个关于四杆机构构件绝对价位置的分析表达式。当分析若干位置和（或）若干不同机构的时候，这将是比几何图形分析程序要有用的多，因为该表达式将使自动化计算易于编程。实现机构速度分析的相对速度法即速度多边形是几种有效的方法之一。这端（顶）点代表着机构上所有的点，具有零速度。从该点到速度多 边形上的各点划的线代表着该机构上相应各点的绝对速度。一根线连接速度多边形上的任意两点就代表着作为该机构上的两个对应点的相对速度。 另外的方法就是瞬时中心发，即瞬心发，该方法是非常有用的而且常常是在复杂连杆机构分析时较快的方法。瞬心是一个点，该点在那一瞬间，机构上的两个构件之间不存在相对运动。为了找出已知机构某些瞬心的位置，肯尼迪（ 中心理论就非常有用。它是说：彼此相对运动的三个物体的三个瞬心必定是在一直线上。 机构各构件的加速度是令人感兴趣的，因为它影响惯性力，继而影响机器零件的应力、轴承载 荷、振动和噪音。由于最终的目的是机器和机构惯性力的分析，所有加速度的各分量都应一次性地画在同一坐标系中 机构的固定构件的惯性坐标系中表示出来。 应注意的是，相对于固定回转副的回转刚体上的一点加速度分量通常有两个。一个分力方向切于该点的轨迹，其指向与该物体的角加速度方向相同，并被称为切向加速度。它的存在完全是由于角加速度的变化率引起的。另一个分量，总指向物体的回转中心，被称为标准的向心加速度，这个分量有于速度矢量的方向发生改变而存在。 机构是形成许多机械装置的基本几何结构单元，这些机械装置包括自动包装机、打 印机、机械玩具、纺织机械和其他机械等。典型的机构要设计成使刚性构件相对基准构件产生所希望的运动。机构的运动设计即运动的综合，第一步常常是先设计整部机器。当考虑受力时，要提出动力学方面的问题，轴承的载荷、应力、润滑等类似的问题，而较大的问题是机器结构问题。 运动学家把运动定义为“研究机构的运动和创建机构的方法”。这个定义的第一 3 部分就涉及运动学分析。已知一个机构，其构成的运动特性将由运动学分析来确定。叙述运动分析的任务包含机构的主要尺寸、构件间的相互连接和输入运动的技术特性或驱动方法。目的是要找出位移、速度、加 速度、冲击或跳动（二阶加速度），和可能发生的各构件的高阶加速度以及所描述轨迹和由某些构件来实现的运动。定义的第二部分可用以下两方面来解释： 1. 研究借助机构来产生给定运动的方法。 2. 研究建造能产生给定运动机构的方法，在两个方案中，运动是给定的而机构是创建的。这就是运动综合的本质。这样运动综合涉及到为给定性能的机构的系统设计。运动综合方面又可归结为以下两类： 1. 类型综合。规定所要求的性能，怎样一种类型的机构才是合适的？（齿轮系，连杆机构？还是凸轮机构？）而机构应有多少构件？需要多少自由度？怎样的轮廓 结构才是所希望的？等等。关于连杆数目和自由度的考虑通常被认为是类型中被称为数量综合的一个分支领域。 2. 尺寸综合。运动综合的第二个主要类型是通过目标法来确定的最佳方法。尺寸综合试图确定机构的重要尺寸和启动位置，该机构是为着实现规定的任务和预期的性能而事先设置的。 所谓重要的尺寸意思是指关于两杆、三杆等的长度或杆间距离，构件数和轴间的角度，凸轮的轮廓尺寸，凸轮随动件的直径，偏心距，齿轮配额等等。预想机构类型可能是曲柄滑块机构、四杆机构，带盘型从动件凸轮机构，或者是以拓扑学方法而非因次分析法所确定的具有某种结 构形状更为复杂的连杆机构。对于运动综合，惯例上有三个任务：函数生成，轨迹生成和运动生成。 在函数生成机构中输入和输出构件的转动或移动必须是相互关联的。对于一个任意函数 y=f(x)，一个运动综合的任务可能是设计一个连杆机构使输入和输出建立起关系以便使得在 x0x 的范围内输入按 x 运动，而输出按 y=f(x)运动。在输入和输出件回转运动的情况下，转角 和 分别是 x和 输入件回转到一个独立 一个“黑箱”的机构中，使输出构件转到相对应的由函数 y=f(x)决定的数值上。这可被认为机械模拟计 算机的最简单的情形。各种不同的机构都可以包含在这个“黑箱”中，然而对于任意函数的无误差生成，四杆机构是无能为力的，仅仅可能在有限精度内与之相匹配。它广泛用于工业上，因为四杆机构在构件和维修都是简单的。 4 在轨迹生成机构中，在“浮动杆”上一个点要描画一条相对于一个固定坐标系确定的轨迹。如果该轨迹点既要与时间相关又要与位置相关，该任务被称之为预定周期的轨迹生成。轨迹生成机构的一个例子就是设计来投掷棒球或网球的四杆机构。在这种情况下，点 预定的位置捡起一个球，并在预定的时间周期内沿着预定的径迹把球 传出去，能达到合适的速度和方向。 机械装置设计中有着许多情形，在这些情形中既要导引刚体通过一系列规定的、受限制的独立位置，又要在减少受限制而且独立的位置的数目时，对运动体的速度和（或）加速度加以约束，那是必要的。运动生成或减少刚体导引机构要求：一个完整的物体要被导引通过一预定的运动序列。作为被导引的物体通常是“浮动构件”的一部分，那不仅是预定点 是通过该点并嵌入该物体内的线的转动。例如，该线可能代表自动化机械中的一个载体，那是在载体件上的一个点具有一个预定的轨迹而该载体件又具有一个预定的角度防卫。 预定方式装料机的吊斗的运动是运动生成机构的另一个例子。吊斗端的轨迹是有极限的。因为其端口必须实现挖掘的运动轨迹，紧跟着要实现提升和倾泻的轨迹。吊斗的角度方位对保证斗中物料从正确的位置倾泻（倒）同样是重要的。 5 LI of is A of be a of of a is of of on in in of a A of of of a of be by ne of is of on to We a of to of of a or a or a on of of to of a 60,(or As a of of of or a an s of if is to be be a on is as or is of of a to 6 of a in of of of it be to a of a is a is to it in a is to a or in an or is a of of is of or as as of or an of in A at a on of a is to In to in of is to of a of a to of a of to an a is a of of in a If a of a as of of of We an of a be a a of or a of be or of a of a is of on to on of on A on 7 on is or is a in An or is a at is no of a at In to of of a s of is It of to a of of a is of of on in in of a is of be in of of of in of of a on a a to of in of of is is to of of is or is to of of A is to a of a to a of is in of a of of A of of of of a of 8 by of of of of of or of is to or of as as by In in we of a of be in 1. of of a by of 2. of of a In is is to be is of of a of be 1. of be (of is so of of to as of a of 2. of is by of to of a of a or on so so A of be a a a or a of a 9 In or of be an y=f(x), a be to a to by x, by y=f(x) x0x. In of of of x y is to a of x, in a “to to of y=f(x). be as a of a A of be is of of an at a of It is in to In a on a “is to a to a of If to be or is An of is a to a or In of p be as to up a at a to a a is of in it is to a a of or to on or of at a or an be a to be is a of a of is of a p of a in a in an a on a o 10 is of of of is a by a a of to is
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