开题报告-平行运动机构的机构分析与构型设计

毕业设计（毕业论文）开题报告学 院 机械工程学院专 业 机械工程及自动化班级学号学 生指导教师题 目 平行运动机构的机构分析与构型设计任务实际进行日期 自 年月 日起，至 年 月 日止1 课题背景及意义齿轮 连杆机构因具有多种优良输出特性，故被 广泛应用于工业生产中。其中，有一种传递等速运动 的特殊机构，即齿轮 平行四边形机构( 以下简称 GPM) ，目前也越来越受到青睐，三环减速器就是一例。对一类形式的 GPM，即 平动齿轮机构的传动性能进行了研究，但对外啮合式 GPM 研究甚少。本文中论述了该组合机构的组成规 则，并对外啮合式和内啮合式 GPM 的传动性能进行 了分析与比较。而且，在寻找最佳性能组合机构的同 时，对如何改变不同形式 GPM 的传动比进行了总结。2 文献综述2.1 平行四边形机构的运动性能及应用研究该组合机构由平行四边形机构和齿轮机构组合 而成。选择平行四边形机构作为基础机构，是因为它 有以下两个显著特点: 两曲柄以相同速度同向转动; 连杆作平动( 即角速度为零) 。 齿轮机构，即装载在平行四边形机构上依次啮合 的齿轮串( 包括只有一对齿轮啮合的情况) 。为了使 装在各构件上的齿轮能够始终保持啮合，齿轮应装在 连杆机构转动副中心的销轴上。另外，若无一个齿轮 与基础机构固连，那么组合机构的自由度将大于 1，如 图 1a 中的机构，其自由度 F =2，一般要求组合机构的 自由度等于 1，故至少有一个齿轮与基础机构固连。 经分析，固连齿轮必为齿轮串两端的齿轮，且与 它固连的构件只能是由它向外延伸仅有一个转动副 中心的销轴装有齿轮的构件，否则将破坏原先 机构的结构性质。如图 1a 中，端部齿轮 5 只能与机 架 4 固连; 端部齿轮 7 只能与构件 1 固连。在图 1a 中，若将不在齿轮串端部的齿轮 6 与基础机构的构件 固连，那么它可能与构件 2 或构件 3 固连。当齿轮 6 与构件 2 固连时，齿轮 6、齿轮 7 和构件 2 构成刚性构 件，机构变成图 1b 所示的机构，此时齿轮 7 已不起作用; 当齿轮 6 与构件 3 固连时，齿轮 5、齿轮 6 和构件 3 构成刚性构件，机构变成图 1c 所示的机构。当端部 齿轮 5 与构件 3 固连时，同理，构件 5、构件 6 和构件 3 也构成刚性构件，得到与图 1c 所示相同的结果。由文献可知，在装载上齿轮机构后，自由 度的增减值F =1 ，其中 表示固连的端部齿轮 数目。由此可知，F 与齿轮串中的齿轮数目无关， 仅与固连的端部齿轮的数目 有关。由于平行四边 形机构的自由度为 1，那么使F = 0，即固连一个端 部齿轮即可满足运动确定性要求。当然，上述的组成 规则也适用于一般齿轮 四杆机构。2.2 平行四杆仿形机构设计及运动仿真如图 1 所示，本机构主要由前支架、上拉杆、下拉杆、 后支架、限位杆、运输钩等组成。前支架通过 U 型卡丝与 机架主梁固结，后支架与排种器、开沟器、双圆盘开沟器、覆土镇压轮固结。上 拉杆与下拉杆平行 且相等， A 点与 B 点 铰接在前支架上构 成四杆机构的前杆， C 点与 D 点铰接在 后支架上构成四杆 机构的后杆。机具在 工作过程中，上拉杆 AC、CD 杆、下拉杆 BD 构成的连杆系统 绕 A 点和 B 点转动。 由平行四边形的运动特点可知，在上下仿形过程中，上拉 杆 AC 和下拉杆 BD 始终做平行运动，从而使刚性连接在 后拉杆 CD（后支架）上的开沟器在免耕作业过程当中一 直作平行运动，进而保证了开沟器在工作过程中的入土 角恒定不变，开出深浅一致的种沟，为种子出苗的一致性 和作物生长的整齐性提供了条件。2.3 双平行四杆型远程运动中心机构的设计双平行四杆 RCM 机构是指通过对两组平行四 杆结构进行平面耦合，以实现末端执行器绕虚拟中 心转动的一类 RCM 机构。 双平行四杆 RCM 机构的一维构型可以归纳如 图 1 所示， 图 1a 为平行四杆 RCM 机构的基本构型。 由于机构中 BCDE 回路有冗余约束，通过去除不同 的约束，可以衍生出其他几种结构形式(图 1b1f )。 此外，还可通过改变固定端，得到如图 1g1j 所示 的几种不同构型。 图 1 一维双平行四杆型 RCM 机构的 10 种构型 双平行四杆型 RCM 机构具有如下优点：结 构简单，驱动器可放置在基座处。可通过连杆的 弯折变形灵活安排 RCM 的位置以适应不同的应用 要求。缺点在于由于杆件之间的干涉以及平行四杆 存在奇异位型，影响运动范围；另外，由于铰链数 目多造成机构刚度较差。 由于安装时必须考虑到安装末端执行器以及 与底座固定的铰链或者电动机等需要占据一定的空 间。为了保证末端执行器轴线通过虚拟中心点，一 般有如图 2 所示的两种方法，这里以安装末端执行 器为例。图 2a 中将末端执行器相对末端杆件倾斜放 置，从而使末端执行器通过虚拟中心。图 2b 通过杆 件弯折，使得虚拟中心移动一定距离，以满足安装 需要。这两种方法都有应用，这里主要对后一种方 案进行讨论。2.4 双曲柄环板式针摆行星传动中 平行四杆机构运动性能分析双曲柄环板式针摆行星传动是一种新型摆线针轮行星传动,其结构原理如图 1,由两个主动曲柄(1、3)、带针轮的环板(2 即连杆)与机架(4)构成平行四杆 机构 ABCD, 环板上的针轮中心 Op 位于连杆 BC 的中点, 与 环板 2 上针轮相啮合的摆线轮 5 中心 Oc 位于两个主动曲柄 回转中心 A、D 连线 AD 的中点, 针轮与摆线轮的中心距 OpOc 的大小等于曲柄的长度 e . 在常规的环板式齿轮减速 器结构设计中,为便于分析计算连杆铰链处的总反力,通常 做以下假定:平行四杆机构 ABCD 的杆长尺寸误差 忽略不计; 连杆惯性力不计;连杆做平面运动. 但对高 速及重型机械,因其惯性力很大故必须考虑惯性力,此外由 于机构在加工和装配过程中,机构中各杆长的实际尺寸都呈现出一定的随机性,影响着机构的运动性 能,使得机构的真实运动与设计预定的理想运动之间出现一定的偏差. 因此在实际应用中 . 双曲柄平行 四杆机构的连杆并不能真正做到匀速平动,而是存在着角加速度,由角加速度引起的惯性力矩造成连杆 上铰链的实际支反力与理论支反力不一样. 而研究二者之间的差别,对分析机构实际运动的稳定性和可靠性、计算铰链的寿命具有重要意义. 本文分析双曲柄平行四杆机构的杆长尺寸误差对机构特性的影响,为研究运动副间隙对机构的杆 长误差的补偿作用提供依据.3 研究方法主要按照以下几个步骤进行1 机床的特点2 机床的位置分析3 平行机构的位置分析4 平行机构的速度分析5 平行机构的加速度分析6 实例仿真7 结论4 进度安排（1）1.第14周：文献检索，资料收集，整理有关平行运动机构的资料,写出开题报告，完成外文资料翻译。（2）2.第58周：设计方案讨论，设计方案确定，进行设计计算。（3）3.第912周：电气图设计、绘图。（4）4.第1314周：对电子器件特性分析，进行相应传感器实验（5）5.第1517周：撰写论文。参考文献1. 姚九成，赵国军 平动齿轮机构的演化与创新 J 江汉石油学 院学报2. 张春林，胡荣晖，姚九成 平动齿轮机构的同性变异法J 机械 设计3. 张春林，荣辉，黄祖德 圆平动齿轮传动机构的研究J 北京理 工大学学报4. 吕庸厚，沈爱红 组合机构设计与应用创新M 北京: 机械工 业出版社赵自强，张春林，程爱明 平动齿轮传动啮合效率的理论研究 J 机械传动5. 齿轮 平行四边形机构的运动性能及应用研究 陈海文 王 忠6. 双平行四杆型远程运动中心机构的设计* 宗光华 裴 旭 于靖军 毕树生 孙明磊7. 平行四杆仿形机构设计及运动仿真 马华永 1， 2， 王卫兵 1， 王坤 1， 翟庆钟 1， 郭德卿 18. 何卫东, 李 欣,李力行. 双曲柄环板式针摆行星传动的研究 J . 机械工程学报, 2000, 36(5)9. 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