连杆机构教学用具制造与设计[答辩毕业论文 资料 ]

毕业设计课题名称:连杆机构教学用具设计与制造 系 别 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载目 录摘 要.2ABSTRACT.2第一章 绪论.31.1 教学模型用具的发展背景及意义 .31.2 四杆机构教学模型设计的内容 .31.3 机械设计基础毕业设计的要求 .3第二章 总体方案设计.42.1 四杆机构概述 .42.1.1 连杆机构类型.52.1.2 铰链四杆机构的演化.52.2 连杆教具设计要求分析 .82.2.1 设计要求.82.2.2 设计思路.82.3 连杆教具方案设计 .8第三章 机构设计.93.1 机构分析 .93.1.1 曲柄摇杆机构.93.1.2 双曲柄机构.93.1.3 双摇杆机构.103.1.4 其他机构的演化方法.103.2 运动分析 .113.2.1 运动特性参数.113.2.2 运动特性方程.143.3 连杆教具尺寸的确定 .173.3.1 总体尺寸的确定.173.3.2 各构件尺寸的确定.173.4 连杆教具材料的选择 .18需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第四章 零件制造和装配工艺.204.1 零件结构工艺性分析 .204.2 零件装配和维修结构工艺性 .22第五章 连杆机构教学用具使用说明.235.1 连杆机构教学用具构成 .245.2 连杆机构教学用具使用说明 .245.2.1 铰链连杆机构类使用说明.255.2.1 含移动副的四杆机构使用说明.26总 结.27参考文献.28致 谢.29需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载摘 要平面连杆机构在重型机械、纺织机械、食品机械、包装机械、农业机械中都有广泛的应用。在三种基本机构基础上通过改变几家构件和改善杆件长度就可以达到改变运动形式的目的，为了能在教学中直观显现这一特性，本设计的连杆教学用具，可以通过调整教学模型各部件之间的位置关系，可以实现曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、平行四边形机构、曲柄滑块、转动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、移动导杆机构的功能，方便直观的实现连杆机构转换的各种功能的演示。关键词：连杆机构 教学模型 制图 制造工艺AbstractPlane linkage mechanism in heavy machinery, textile machinery, food machinery, packaging machinery, agricultural machinery have wide applications. On the basis of three basic institutions on several components by changing the length of the rod and the improvement we can achieve the purpose of changing the form of movement, in order to visually show this feature in teaching, designed to link the teaching aids, teaching model can be adjusted the positional relationship between the various components can be achieved rocker mechanism, double crank mechanism, double-rocker mechanism, parallelogram mechanism, slider-crank, rotate the guide rod mechanism, swing guide rod mechanism, crank block mechanism, move the guide rod functional institutions, convenient and intuitive realization demonstrates linkage to convert various functions.Keywords: Linkage Teaching model Mapping Manufacturing processes需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第一章 绪论1.1 教学模型用具的发展背景及意义随着知识面的提升，传统的“我教你学” 、 “我讲你听”、 “我念你写”的教学方法已经很难适应现在的教学模式了。随着专业领域的拓展，在教学中的各种抽象的，微观的事物越来越不能让学生们直观的去理解了，例如，生物学，分子学，解剖学，以及在我们机械行业中不常见的机械内部结构，所以在课堂上引进了实体教学，现场教学等各类教学手段，而用的最多的就是挂图和模型类了。它可以让学生跟直观的去理解抽象的事物，例如分子形式，生物内部构成，机械的内部构造以及运动形式。所以教学模型在基础教学上有事半功倍、举一反三的教学意义。1.2 四杆机构教学模型设计的内容（1）拟定和分析连杆教具的设计方案。（2）选择合适尺寸与材料加工。（3）绘制零件与装配图。（4）编制零件的制造与装配工艺。（5）制造教具。（6）编写设计计算说明书，准备答辩。1.3 机械设计基础毕业设计的要求（1）检索连杆机构教学用具相关资料，制定详细设计方案，完成设计原理设计。（2）进行结构设计，形成成套产品图纸（装配图，零件图） ，图纸要符合机械制图标准。（3）编制相关零件的制造和装配工艺；计算论文 大致 30 业以上 1 万字左右（5）按照装配工艺制造教具，要求有成品。（6）要翻译 5000 字左右的外文文献资料（7）阅读 15 篇以上的参考文献需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第二章 总体方案设计2.1 四杆机构概述平面连杆机构是将各构件用转动副或移动副联接而成的平面机构。最简单的平面连杆机构是由四个构件组成的，简称平面四杆机构。它的应用非常广泛，而且是组成多杆机构的基础。平面四杆机构可分为铰链四杆机构和含有移动副的四杆机构，全部用回转副组成的平面四杆机构称为铰链四杆机构，如图 3-1 所示。机构的固定件 4 称为机架；与机架用回转副相联接的杆 1 和杆 3 称为连架杆；不与机架直接联接的杆 2 称为连杆。能作整周转动的连架杆，称为曲柄。仅能在某一角度摆动的连架杆，称为摇杆。对于铰链四杆机构来说，机架和连杆总是存在的，因此可按照连架杆是曲柄还是摇杆，将铰链四杆机构分为三种基本型式：曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。图 2-1 铰链四杆机构铰链四杆机构的曲柄存在条件：（1）在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（2）最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。以上两条件是曲柄存在的必要条件。因此，当各杆长度不变而取不同杆为机架时，可以得到不同类型的铰链四杆机构。（a）取最短杆相邻的构件（如杆 2）为机架时，最短杆 1 为曲柄，而另一连架杆3 为摇杆，故图 2-1 所示的机构为曲柄摇杆机构。（b）取最短杆为机架，其连架杆 2 和 4 均为曲柄。（c）取最短杆的对边（杆 3）为机架，则两连架杆 2 和 4 都不能作整周转动。如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不可能存在曲柄，无论取哪个构件作为机架，都只能得到双摇杆机构。由上述分析可知，最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和是铰链四杆机构存在曲柄的必要条件。满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载2.1.1 连杆机构类型（1）曲柄摇杆机构在铰链四杆机构中，若两个连架杆中，一个为曲柄，另一个为摇杆，则此铰链四杆机构称为曲柄摇杆机构。（2）双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。在双曲柄机构中，通常主动曲柄作等速转动，从动曲柄作变速转动。双曲柄机构中，用得最多的是平行双曲柄机构，或称平行四边形机构，它的连杆与机架的长度相等，且两曲柄的转向相同、长度也相等。由于这种机构两曲柄的角速度始终保持相等。且连杆始终作平动，故应用较广。例如在图 2-2a 中，当曲柄 1 由AB2 转到 AB3 时，从动曲柄 3 可能转到 DC3，也可能转到 DC3。为了消除这种运动不确定现象，除可利用从动件本身或其上的飞轮惯性导向外，还可利用错列机构（图 3-3）或辅助曲柄等措施来解决。如图 2-2 不所示机车驱动轮联动机构，就是利用第三个平行曲柄（辅助曲柄）来消除平行四边形机构在这个位置运动时的不确定状态。a) b)图 2-2 平行四边形机构（3）双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构，两摇杆长度相等的双摇杆机构，称为等腰梯形机构。2.1.2 铰链四杆机构的演化在实际机械中，平面连杆机构的型式是多种多样的，但其中绝大多数是在铰链四杆机构的基础上发展和演化而成。（1）曲柄滑块机构如图 2-3a 所示的曲柄摇杆机构中，摇杆 3 上 C 点的轨迹是以 D 为圆心，杆 3 的长度 L3 为半径的圆弧 mm。如将转动副 D 扩大，使其半径等于 L3，并在机架上按 C 点的近似轨迹 mm 做成一弧形槽，摇杆 3 做成与弧形槽相配的弧形块，如图 2-3b 所示。此时虽然转动副 D 的外形改变，但机构的运动特性并没有改变。若将弧形槽的半径增需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载至无穷大，则转动副 D 的中心移至无穷远处，弧形槽变为直槽，转动副 D 则转化为移动副，构件 3 由摇杆变成了滑块，于是曲柄摇杆机构就演化为曲柄滑块机构，如图 2-2c 所示。此时移动方位线 mm 不通过曲柄回转中心，故称为偏置曲柄滑块机构。曲柄转动中心至其移动方位线 mm 的垂直距离称为偏距 e，当移动方位线 mm 通过曲柄转动中心 A 时（即 e=0） ，则称为对心曲柄滑块机构。图 2-3 曲柄滑块机构的演化（2）导杆机构导杆机构可以看作是在曲柄滑块机构中选取不同构件为机架演化而成。图 2-3a 所示为曲柄滑块机构，如将其中的曲柄 1 作为机架，连杆 2 作为主动件，则连杆 2 和构件 4 将分别绕铰链 B 和 A 作转动。如图 2-4b 所示。若 ABBC，则杆 4 只能作往复摆动，故称为摆动导杆机构。图 2-4 曲柄滑块机构相导杆机构的演化a摇块机构在图 2-4a 所示的曲柄滑块机构中，若取杆 2 为固定件，即可得图 2-4c 所示的摆动滑块机构，或称摇块机构。这种机构广泛应用于摆动式内燃机和液压驱动装置内。如需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图 2-5 所示自卸卡车翻斗机构及其运动简图。在该机构中，因为液压油缸 3 绕铰链 C摆动，故称为摇块。图 2-5 自卸卡车翻斗机构及其运动简图b定块机构在图 2-4a 所示曲柄滑块机构中，若取杆 3 为固定件，即可得图 2-4d 所示的固定滑块机构或称定块机构。这种机构常用于抽水唧筒等机构中。（3）偏心轮机构图 2-6a 所示为偏心轮机构。杆 1 为圆盘，其几何中心为 B。因运动时该圆盘绕偏心 A 转动，故称偏心轮。A、B 之间的距离 e 称为偏心距。按照相对运动关系，可画出该机构的图 2-6 偏心轮机构运动简图。如图 2-6b 所示。由图可知，偏心轮是回转副 B 扩大到包括回转副 A 而形成的，偏心距 e 即是曲柄的长度。当曲柄长度很小时，通常都把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，使结构简化。因此，偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、颚式破碎机、内燃机等机械中。2.2 连杆教具设计要求分析教学模型作为教学手段的重要组成部分，在教学活动中发挥着积极的辅助作用。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载模型的探究式应用进一步拓展了模型的使用空间，在使用方式上更具备灵活性、多元性，更加有效地激发了学生对课程的兴趣，培养了学生空间现象能力，帮助学生更深层次理解教学内容。连杆机构是机械产品中应用比较广泛的一种机构。在三种基本机构基础上通过改变几家构件和改善杆件长度就可以达到改变运动形式的目的。平面连杆机构中最常用的是四杆机构，它的构件数目最少，且能转换运动。多于四杆的平面连杆机构称多杆机构，它能实现一些复杂的运动，但杆多且稳定性差。所以针对四杆平面机构为此我们要设计一种教学用具，通过改变构件或者连杆长度就可以改变其运动形式的教学模型。2.2.1 设计要求（1）直观：学生通过教具可以直观的看到各连杆之间的运动关系。（2）快捷：老师在课堂上可以快捷的调整连杆的长度，实现运动关系的转变，缩短占用时间。（3）方便：拆装简单，便于携带以及日常护理。（3）实用：结构合理性，经济可行性。 2.2.2 设计思路在三种基本机构基础上通过改变机架位置和改善杆件长度达到改变运动形式的目的。2.3 连杆教具方案设计为了能在教学中直观显现四杆结构之间的转换关系，结合上述对四杆机构类型及演化规律的分析本次设计选用如下九种机构作为本次设计方案：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、平行四边形机构、曲柄滑块、转动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、移动导杆机构。根据上述对四杆机构演化规律的分析可知，如果想集曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、平行四边形机构于一个模型，必须使三个连杆长度可调；如果想集曲柄滑块、转动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、移动导杆机构于一个模型必须使四个连杆都可以固定。也就是说要使该模型实现曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、平行四边形机构、曲柄滑块、转动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、移动导杆机构的功能必须同时满足如下两个条件：（1）三个连杆长度可调；（2）四个连杆都可以固定。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第三章 机构设计3.1 机构分析3.1.1 曲柄摇杆机构平面四杆机构最基本的型式为图 1-1 所示的曲柄摇杆机构。图 1-1 中，AD 为机架，AB 和 DC 为连架杆。其中构件 AB 能绕其固定铰链中心 A 作整周转动而称为曲柄。构件 DC 只能绕其固定铰链中心 D 在一定范围内往复摆动而称为摇杆。构件 BC 不与机架直接相联而仅仅连接两连架杆 AB 和 DC，因而称为连杆。连杆机构正是因为连杆的存在而得名。图 3-1 曲柄摇杆机构通过分析，我们可以得到曲柄摇杆共有四个旋转副，四个节点，并且 ABDCBC3.1.2 双曲柄机构两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构称为双曲柄机构。图 3-2 中，AD 为机架，AB和 DC 为曲柄。其中构件 AB、DC 能绕其固定铰链中心 A、D 作整周转动而称为曲柄。若两对边构件长度相等且平行，则称为正平行四边形机构。图 3-2 双曲柄机构通过分析，我们可以得到双曲柄摇杆共有四个旋转副，四个节点，且可以整周旋转，平行四边形连杆机构 AB=DC需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载3.1.3 双摇杆机构两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇杆机构。如图 3-3 中，AD 为机架，构件 AB、 DC 只能绕其固定铰链中心 A、D 在一定范围内往复摆动而称为摇杆。 图 3-3 双摇杆机构通过分析，我们可以得到双摇杆共有四个旋转副，四个节点，不能做整周旋转3.1.4 其他机构的演化方法方案中提到平行四边形机构、曲柄滑块、转动导杆机构、摆动导杆机构、曲柄摇块机构、移动导杆机构均可通过上述 3 种机构演化得到，演化方法如下：（1）取不同的构件为机架铰链四杆机构的三种基本型式，可看作是由曲柄摇杆机构改变机架而得到的，如图 1-5 所示。图 3-4 曲柄摇杆机构的演化过程对于曲柄滑块机构，若选取不同构件为机架，同样也可以得到不同型式的机构，如图 3-5 所示。曲柄滑块机构 导杆机构 摇块机构 直动滑杆机构图 3-5 改变曲柄滑块机构的机架得到的不同型式需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载（1）变换四个连杆之间长度分析铰链四杆机构的三种形式，也可以理解成四个连杆长度之间的变换。分析曲柄滑块机构的三种形式，也可以理解成四个连杆长度之间的变换。3.2 运动分析3.2.1 运动特性参数（1）行程速度变化系数当原动件（曲柄）做匀速定轴转动时，从动件相对于机架作往复运动（摆动或移动）的连杆机构，从动件正行程和反行程的位移量相同，而所需的时间一般并不相等，正反两个行程的平均速度也就不相等。这种现象称为机构的急回特性。在工程实际中，为了提高生产率，保证产品质量，常常使从动件的慢速运动行程为工作行程，而从动件的快速运动行程为空回行程。因此，正确分析平面连杆机构的急回特性，在机构分析和设计中具有很重要意义。为反应急回特性的相对程度，引入从动件行程速度变化系数，用 K 表示，其值为从动件快行程平均速度与从动件慢行程平均速度的比值（K1 ）在图 3-6 所示的曲柄摇杆机构中，曲柄与连杆重叠共线的 AB1 和拉直共线的 AB2分别对应于从动件的两个极限位置 C1D 和 C2D，矢径 AB1 和 AB2 将以 A 为圆心、曲柄长为半径的圆分割为圆心角不等的两部分，其中圆心角较大的用 1（180）表示，小者用 2（180）表示，由1=180，2=180可得=（12）2若曲柄以匀速转过 1 和 2 对应的时间为 t1（对应于从动件慢行程）和 t2（对应于从动件快行程） ，则根据行程速度变化系数的定义，有： 180k因此，机构的急回特性也可以用 角来表示，由于 与从动件极限位置对应的曲柄位置有关，故称其为极位夹角。对于曲柄摇杆机构，极位夹角即为C1AC2。其值与机构尺寸有关，可能小于 90，也可能大于 90，一般范围为 0到 180。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图 3-6 曲柄摇杆机构的行程速比系数分析除曲柄摇杆机构外，偏置曲柄滑块机构和导杆机构也有急回特性。如图 3-7 所示的偏置曲柄滑块机构，极位夹角为 =C1AC290 滑块慢行程的方向与曲柄的转向和偏置方向有关。当偏距 e=0 时，=0，即对心曲柄滑块机构无急回特性。图 3-7 偏置曲柄滑块机构图 3-8 表示了摆动导杆机构的极位夹角，其取值范围为（0，180 ） ，并有 =。导杆慢行程摆动方向总是与曲柄转向相同8。图 3-8 转动导杆机构（2）压力角和传动角在图 3-9 所示的曲柄摇杆 ABCD 中，若不考虑构件的惯性力和运动副中的摩擦力的影响，当曲柄 AB 为主动件时，则通过连杆 BC 作用于从动件摇杆 CD 上的力 P 即沿BC 方向。该力 P 的作用线与其作用点 C 的绝对速度 c 之间所夹的锐角 称为压力角。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图 3-9 曲柄摇杆机构的压力角分析由图可见，力 P 可分解为沿点 C 绝对速度 c 方向的分力 Pt 及沿构件 CD 方向的分力 Pn，Pn 只能使铰链 C 及 D 产生径向压力，而分力 Pt 才是推动从动件 CD 运动的有效分力，其值 Pt =Pcos=Psin.显然，压力角 越小，其有效分力 Pt 则越大，亦即机构的传动效益越高。为了便于度量，引入压力角 的余角 =90，该角 称为传动角。显然，角 越大，则有效分力 Pt 则越大而 Pn 就越小，因此在机构中常用其传动角 的大小及其变化情况来表示机构的传力性能。传动角 的大小是随机构位置的不同而变化的。为了保证机构具有良好的传动性能，综合机构时，通常应使 max40。尤其对于一些具有短暂高峰载荷的机构，可利用其传动角接近 max 时进行工作，从而节省动力。（3）死点在曲柄摇杆机构中，如图 3-10 所示，若取摇杆作为原动件，则摇杆在两极限位置时，通过连杆加于曲柄的力 P 将经过铰链 A 的中心，此时传动角 =0，即 =90，故Pt=0，它不能推动曲柄转动，而使整个机构处于静止状态。这种位置称为死点。对传动而言，机构有死点是一个缺陷，需设法加以克服，例如可利用构件的惯性通过死点。缝纫机在运动中就是依靠皮带轮的惯性来通过死点的。也可以采用机构错位排列的办法，即将两组以上的机构组合起来，使各组机构的死点错开。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图 3-10 曲柄摇杆机构死点位置构件的死点位置并非总是起消极作用。在工程中，也常利用死点位置来实现一定的工作要求。例如图 3-11 所示工件夹紧机构，当在 P 力作用下夹紧工件时，铰链中心BCD 共线，机构处于死点位置，此时工件加在构件 1 上的反作用力 Q 无论多大，也不能使构件 3 转动，这就保证在去掉外力 P 之后，仍能可靠夹紧工件。当需要取出工件时，只要在手柄上施加向上的外力，就可以使机构离开死点位置，从而松脱工件。图 3-11 工件夹紧机构3.2.2 运动特性方程假设已知：两杆长 li,lj 和两外运动副 B，D 的位置（ xB , yB ,xD , yD ）速度（, ）和加速度（ ） 。求：内运动副 C 的位置（xc ,yc ） ，速度.Byx.DByx,（ ） ，加速度（ ）,c., cyx以及两杆的角位置（ i ,j ）和角速度（ ）和角加速度（ ） 。.,jiji,需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载（1）位置方程 C 位置方程： jDiBclrlr得：xC=xB+licosi=xD+ljcosjyC=yB+lisini=yD+ljsinj 求 i：上两式移项后平方相加，消去 j 得：0sinco00 CBAi163其中: BDixlA20iy220jBDillCDByxl由 得：163（有两种位置）两解020arctn2CAi 其中： + 表示 B、C、D 三运动副顺时针排列。 （实线）- 表示 B、C、D 三运动副逆时针排列。 （虚线） 求 ：将 代入（3-16）可求得 ， 代入下式ji Cxy（Rt 中）Dj arctnO（2）速度方程.将式（3-16）求导： 1GSxCyiBDijj BDjjii 需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载式中： ijjiSCG1iilcosiilsnjjj jjjjjDiiBCyx lylvxcoscosin3）加速度方程. 132GSaiijj jjii式中： jiBDCx22jiSy23iiiiBCy iiiix llasncosco23.3 连杆教具尺寸的确定3.3.1 总体尺寸的确定图 3.1 为连杆教具的结构示意图，1 为动滑块，连杆 2 可以绕着 1 动滑块做圆周运动，动滑块 1 可以沿着横梁 6 滑动，摇杆 3 可以通过面板后的手轮最摇杆施加一个驱动，可以做圆周运动。4 长连杆，可以绕着连杆 2 做圆周运动，也可以燃着摇杆 3 做圆周运动。定滑块 5 可以沿着横梁 6 滑动，连杆 4 可以沿着定滑块做竖直方向的滑动。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图 3-12 连杆教具结构示意图教学用具一般都采用易携带，拆卸方便，且教学直观的模型。所以我们把尺寸定为了高 775mm，长 900mm 的尺寸，这样连杆在做运动的时候行程超不过面板的边界，便于老师在面板上做标记直观教学。3.3.2 各构件尺寸的确定由于该四杆机构是用于教学演示的模型，构件运动过程中受力非常小几乎可以忽略不计，因此构件尺寸的选取不需要考虑构件强度因素带来的影响，只需要从运动角度来确定构件尺寸大小，下面从运动学角度结合三维设计模拟确定个构件尺寸：研究如图所示的机构。当角度 1 和 2 给定时，3 和 4 由下式给出：L2cos2+L3cos3-L4cos 4-L1cos1=0L2sin2+L3sin3-L4sin4-L1sin1=0为方便起见，令 1=0。如果连杆 2 的角速度给定，则连杆 3 和连杆 4 的角速度分别是：)sin(4323L)sin(34224L其中 3，4 由公式（1）得到。连杆 2 端部的线速度是2=22，连杆端部需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载的线速度是： )sin(4342Lv每一速度在角速度 j 的方向上分别垂直于杆j。连杆 3 和连杆 4 的角加速度是： )sin()cos(co)sin( 43 24342322242 LLaL)i()()i( 434 23432222324 用代数求解法求解，结合 Pro/E 的三维设计确定个构件尺寸如下：（1）长连杆：长宽高=300mm17mm4mm（2）短连杆：长宽高= 80mm17mm4mm（3）主动杆：长宽高= 125mm50mm12mm（4）滑杆（横梁）：长宽高= 900mm25mm10mm其他构件主要是写辅助滑动或转动用的滑块和销轴，详细尺寸见图纸标注。3.4 连杆教具材料的选择由于教学用具的载荷低，环境干净，所以我们要采用材质轻且经济的材料，滑动连杆之间的耐磨性要好。铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。随着科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金焊接结构件的需求日益增多，使铝合金的焊接性研究也随之深入。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。纯铝的密度小（=2.7g/cm3） ，大约是铁的 1/3，熔点 低（660） ，铝是面心立方结构，故具有很高的塑性（:3240%，:7090%） ，易于加工，可制成各种型材、板材，抗腐蚀性能好；但是纯铝的强度很低，退火状态 b 值约为 8kgf/mm2，故不宜作结构材料。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝，这就得到了一系列的铝合金。 添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻等优点的同时还能具有较高的强度，b 需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载值分别可达 2460kgf/mm2。这样使得其“比强度”（强度与比重的比值 b/）胜过很多合金钢，成为理想的结构材料，广泛用于机械制造、运输机械、动力机械及航空工业等方面，飞机的机身、蒙皮、压气机等常以铝合金制造，以减轻自重。采用铝合金代替钢板材料的焊接，结构重量可减轻 50%以上。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是 20 世纪五十年代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢” ，主要指球墨铸铁。球铁铸件差不多已在所有主要工业部门中得到应用，这些部门要求高的强度、塑性、韧性、耐磨性、耐严重的热和机械冲击、耐高温或低温、耐腐蚀以及尺寸稳定性等。为了满足使用条件的这些变化、球墨铸铁现有许多牌号，提供了机械性能和物理性能的一个很宽的范围。如国际标准化组织 ISO1083 所规定的大多数球墨铸铁铸件，主要是以非合金态生产的。显然，这个范围包括抗拉强度大于 800 牛顿/ 平方毫米，延伸率为 2%的高强度牌号。另一个极端是高塑性牌号，其延伸率大于 17%，而相应的强度较低(最低为 370牛顿/ 平方毫米） 。强度和延伸率并不是设计者选择材料的唯一根据，而其它决定性的重要性能还包括屈服强度、弹性模数、耐磨性和疲劳强度、硬度和冲击性能等。另外，耐蚀性和抗氧化以及电磁性能对于设计者也许是关键的。为了满足这些特殊使用，研制了一组奥氏体球铁，通常叫 Ni 一 Resis 球铁。这些奥氏体球铁，主要用镍、铬和锰合金化，并且列入国际标准。常用中碳调质结构钢。该钢冷塑性一般，退火、正火比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。适合于氢焊和氩弧焊，不太适合于气焊。焊前需预热，焊后应进行去应力退火。正火可改善硬度小于 160HBS 毛坯的切削性能。该钢经调质处理后，其综合力学性能要优化于其他中碳结构钢，但该钢淬透性较低，水中临界淬透直径为1217mm，水淬时有开裂倾向。当直径大于 80mm 时，经调质或正火后，其力学性能相近，对中、小型模具零件进行调质处理后可获得较高的强度和韧性，而大型零件，则以正火处理为宜，所以，此钢通常在调质或正火状态下使用。综上所述导轨我们可以选择 45#钢不易变形，滑块我们可以选择球墨铸铁耐磨性好，降低成本，增加使用寿命。其余的用铝合金减轻重量，提高实用性。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载第四章 零件制造和装配工艺4.1 零件结构工艺性分析在机械设计中，不仅要保证所设计的机械设备具有良好的工作性能，而且还要考虑能否制造、便于制造和尽可能降低制造成本。这种在机械设计中综合考虑制造、装配工艺、维修及成本等方面的技术，称为机械设计工艺性。机器及其零部件的工艺性主要体现于结构设计当中，所以又称为结构设计工艺性。零件结构设计工艺性，简称零件结构工艺性，是指所设计的零件在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性。零件结构工艺性存在于零部件生产和使用的全过程，包括：材料选择、毛坯生产、机械加工、热处理、机器装配、机器使用、维护，直至报废、回收和再利用等。（1）影响结构工艺性的因素影响结构设计工艺性的因素主要有：生产类型、制造条件和工艺技术的发展三个方面。生产类型是影响结构设计工艺性的首要因素。当单件、小批生产零件时，大都采需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载用生产效率较低、通用性较强的设备和工艺装备，采用普通的制造方法，因此，机器和零部件的结构应与这类工艺装备和工艺方法相适应。在大批大量生产时，往往采用高效、自动化的生产设备和工艺装备，以及先进的工艺方法，产品结构必须适应高速、自动化生产的要求。常常同一种结构，在单件小批生产中工艺性良好，在大批大量生产中未必也好，反之亦然。机械零部件的结构必须与制造厂的生产条件相适应。具体生产条件应包括：毛坯的生产能力及技术水平、机械加工设备和工艺装备的规格及性能、热处理设备条件与能力、技术人员和工人的技术水平以及辅助部门的制造能力和技术力量等。随着生产不断发展，新的加工设备和工艺方法的不断出现，以往认为工艺性不好的结构设计，在采用了先进的制造工艺后，可能变得简便、经济。例如电火花、电解、激光、电子束、超声波加工等特种加工技术的发展，使诸如陶瓷等难加工材料、复杂形面、精密微孔等加工变得容易；精密铸造、轧制成形、粉末冶金等先进工艺的不断采用，使毛坯制造精度大大提高；真空技术、离子氮化、镀渗技术使零件表面质量有了很大的改善。（2）零件结构工艺性的基本要求a）机器零部件是为整机工作性能服务的，零部件结构工艺性应服从整机的工艺性。b）在满足工作性能的前提下，零件造型应尽量简单，同时应尽量减少零件的加工表面数量和加工面积；尽量采用标准件、通用件和外购件；增加相同形状和相同元素（如直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量。c）零件设计时在保证零件使用功能和充分考虑加工可能性、方便性、精确性的前提下应符合经济性要求，即应尽量降低零件的技术要求（加工精度和表面质量） ，以使零件便于制造。d）尽量减少零件的机械加工余量，力求实现少或无切屑加工，以降低零件的生产成本。e）合理选择零件材料，使其机械性能适应零件的工作条件，且成本较低。f）符合环境保护要求，使零件制造和使用过程中无污染、省能源，便于报废、回收和再利用。4.2 零件装配和维修结构工艺性零件装配和维修结构工艺性对于产品的整个生产过程有很大影响。它是评定机器设计好坏的标志之一。装配过程的难易、成本的高低、以及机器使用质量是否良好，在很大程度上取决于它本身的结构。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载机器的装配工艺性要求机器结构在装配过程中，使相互联接的零部件不用或少用修配和机械加工，就能按要求顺利地、花比较少的劳动量装配起来并达到规定的装配精度。装配对零部件结构工艺性的要求，主要是使装配周期最短、劳动量最少、而且操作方便容易达到装配精度要求。为此，应考虑以下几个方面（1）将结构分拆成若干个独立的装配单元为了多快好省地装配机器，必须最大限度缩短装配周期，而把机器分成若干个装配单元是缩短装配周期的基本措施。因为机器分拆成若干个装配单元后，可以在装配工作上组织平行装配作业，扩大装配工作面，而且能使装配按流水线组织生产。同时，各装配单元能预先调整试验。各部分能以较完善的状态送去总装，有利于保证机器的最终质量。以机床生产实践为例，一般机床都是由若干个部件组成，如普通车床由床头箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架和床身等部件组成。在装配时可以对各部件（装配单元）平行进行装配，而互不干扰。这些独立的部件，装配好之后，便可到专门的试验台上试车和试验，合格后送去进行总装配。将机器分拆成若干独立装配单元，除上述优点外，还有：1）便于部件规格化、系列化和标准化，并可减少劳动量，提高装配生产率和降低成本。2）有利于机器质量不断的改进和提高。这对重型机器尤为重要，因为它们寿命周期较长，不会轻易报废。随着科学技术进步和要求的不断提高，经常在使用过程中需加以改进。若机器具有独立装配单元，则改进起来很方便。3）便于协作生产。可由各专业工厂分别生产独立单元，然后再集中进行装配。4）给重型机械包装运输带来很大方便。5）装配工作中，可在组织平行装配作业基础上安排流水作业生产。6）各独立装配单元可预先进行调整实验，各部分以比较完善状态进入总装，有利于保证产品质量和总装顺利进行。（2）尽量减少装配时的修配和机械加工装配时的修配工作，不仅要求技术高，而且多半是手工操作，既费工又难以确定工作量。因此，在结构设计中就应考虑到如何将装配时的修配工作减少到最低限度。（3）尽量使装配和拆卸方便设计机器结构时，必须考虑装配工作简单方便。很重要的一点是套件的几个表面不应该是同时地装入基准零件（如箱体零件）的配合孔中，而应该按先后次序，依次装入。需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载综上所述，一般装配和维修对零件结构工艺性的要求主要包括：能够组成单独的部件或装配单元、应具有合适的装配基面、考虑装配和拆卸的方便性、考虑设备维护的方便性、选择合理的调整或补偿环以及尽量减少修配工作量等。所以在安装的时候，我们可以把面板摇杆轴，摇杆部分先装配，再把滑块装在横梁上，最后固定横梁。由于各连杆是活动的，所以我们可以在用的时候再装，这样教学演示起来也比较直观方便。第五章 连杆机构教学用具使用说明5.1 连杆机构教学用具构成该连杆机构教学用具主要由动滑块、短连杆、摇杆、长连杆、定滑块和面板及支架组成，如下图示：需要 CAD 图纸，咨询 Q：414951605 或 1304139763优秀毕业论文，支持预览，答辩通过，欢迎下载图 5-1 连杆教具结构示意图1-动滑