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1、浙江科技学院毕业设计（论文）机构资源库 螺旋连杆机构等模拟仿真王国俊 （机械与汽车工程学院 指导教师：邹凤楼）摘要：制造业是我国国民经济的一个重要支柱，始终是创造社会财富的主要来源，是衡量国家综合国力的重要指标,而制造业的灵魂是设计，机构又是制造和被制造机械的灵魂。本次毕业设计所构建的机构资源库旨在为工程技术人员提供一个甄选创新设计的最优方案的平台。本论文综述了机构设计在现代制造业中的意义和发展前景,还有机构的结构理论,以及连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、组合机构等的设计方法和设计要求，并简述了机构学领域的发展趋势，重点介绍机构资源库构建的先进方法-虚拟实现技术（虚拟样机）；虚拟现实技术(VR)
2、主要包括模拟环境、感知、自然技能和传感设备等。随着计算机技术的广泛应用，虚拟样机技术就有了实现的平台，SolidWorks就是基于计算机技术开发的一个机械设计软件，本次毕业设计就是通过SolidWorks的建模、装配、动力学仿真、应力分析、动画模拟等模块来完成虚拟样机中的模拟环境技术，完成连杆机构、飞机起落架、齿轮机构等典型机构的设计与优化。关键词：机构；SolidWorks；建模；运动仿真 Abstract:Chinas manufacturing industry is an important economic pillar of the community has always bee
3、n to create the main source of wealth, is a measure of a nations comprehensive national strength are important indicators, and the manufacturing sector is the soul of the design, Manufacturing sector is manufacturing machinery and the soul. The graduation design constructed of institutional resource
4、s to the engineering and technical personnel to provide a selection of the optimal design of innovative programs platform. This paper summarized the design of modern manufacturing in the significance and prospects for development, and the structure theory, and Linkage, gear, cam mechanism, the compo
5、sition of bodies such as the design methodology and design requirements, He briefed the field of institutional development trend focuses on building the institutional resources of the advanced methods-virtual technology (virtual prototyping); Virtual reality (VR) simulation environment including, pe
6、rceptual, natural skills and sensing equipment. With computer technology to the broad application of virtual prototyping technology will achieve platform SolidWorks is computer-based technology developed by a mechanical design software. The graduation design through SolidWorks modeling, assembly, dy
7、namics simulation, stress analysis, Animation simulation module to complete the virtual prototype simulation environment technology, complete linkage, aircraft landing gear, Gear typical of the design and optimization.Key words: Agencies; SolidWorks; Modeling agencies; Motion Simulation 第1章 绪论1.1机构资
8、源库及本次毕业设计的意义人类之所以取得文明和进步，就是因为我们不断的利用工具和改进工具，在现代社会中，机械就是原始工具的延伸，不管是工作、娱乐还是科学研究，机械设备是必不可少，为了能给大家带来更多的使用方便、功能更强的机械产品，这是我们机械工作者需要研究的问题。机械产品是由各种常用机构组合而成的，设计者往往需要在门类繁多的机构中挑选适合自己产品的机构，这会使工作者在复杂的计算中迷失方向，如何才能更好的利用现有的资源呢？伟人牛顿是各项科学的集大成者，他说过，“如果说我看得远，那是因为我站在巨人的肩上”。所以构建资源库是一个很好的解决办法，这也是本次毕业设计的宗旨。本机构资源库突破了以往只能在平面
9、二维图纸上获得信息的缺陷，采用常用的CAD/CAM等机构设计分析软件，构建三维立体的机构模型和运动分析模型，能够帮助设计人员对平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等典型机构进行参数化分析，设计者可以通过调整尺寸，修改参数得到不同条件下的机构三维模型、速度图谱、运动图谱、运动轨迹线等设计参数，这样，设计者不用到工厂里就能得到很多只有在实体上才能得到的数据，在产品的开发阶段发现问题，解决问题。，从而可以取消或缩短样机的实物制造、检测和修改定型等过程，进一步压缩产品开发周期。为设计人员赢得更多的优化反方案，对于企业效益也弥足珍贵。长期以来，人们在对执行机构进行型式设计时，存在两方面的问题，一是可供选择的
10、设计方案有限，而且因是手工设设计，设计速度慢；二是在选型时，只作定性分析，产品性能的优劣，很大程度上只取决于设计者的知识结构和经验。缺乏理论分析和计算，因而很难对产品的性能进行确切评价。而机构资源库的构件就很好的解决了这些问题。因此，本机构资源库无论对设计经验丰富的工程师，还是在校的机械类学生都能在机构分析和材料积累上得到帮助。所以，为三维机构资源库提供一些具体素材，正是本次毕业设计的意义所在。1.2机构设计的常用方法不同的机构有不同的设计方法，有平面连杆机构的函数逼进法和位移矩阵法，空间机构运动分析的位移矩阵法和对偶数法等等。其中较为典型的是机构的形式设计、机构的选型和构型。下面将重点介绍。
11、机构设计在整个机械设计进程起着非常重要的地位，如果设计者具备了机构分析与综合的现代理论知识，熟悉各种常用机构的性能、用途和设计要点，掌握机构的组合创新技巧与优化方法，就可以在整个设计进程中取得主动。1.2.1机构形式设计机构形式设计具有多样性和复杂性，满足同一功能要求，可选用或创造不同的机构类型。在进行机构形式设计时，除应满足基本功能所要求的运动形式或运动轨迹外，还应遵循以下几项原则。1.机构尽可能简单要使机构简单，可采用以下几项措施：1）运动链尽量简短 完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数较少的机构，如下图所示为两个直线轨迹机构，其中a)图为E点有近似直线轨迹的四杆机构，b)图为理
12、论上E点有精确直线轨迹的八杆机构。实际分析表明，在保证同一制造精度条件下，后者的实际传动误差约为前者的23倍，其主要原因在于运动副数目增多而造成运动累积误差增大的缘故。2）适当选择运动副 从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方面考虑，应优先采用高副机构。但从低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先采用低副机构。究竟选择何种机构，应根据具体设计要求全面衡量得失，尽可能做到“扬长避短”。在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副。在执行构件的运动规律要求复杂，采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构，如凸轮机构或连杆 - 凸轮组合机
13、构。3）适当选择原动机 执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要仅局限于选择传统的电动机驱动形式。4）选用广义机构 选用广义机构不要仅限于刚性机构,还可选用柔性机构和利用光、电、磁以及利用摩擦、重力、惯性等工作原理的机构,许多场合可使机构更加简单、实用。2.应使机构具有较好的动力学特性改善机构动力学特性的方式有以下几种：1)采用传动角较大的机构 尽可能选择传动角较大的机构,以提高机器的传力效益,减少功耗，对于传力大的机构这点更为重要。2)采用增力机构 对于执行构件行程不大,而短时克服生产阻力很大的机构(如冲压机械中的主体机构),应采用增力的方法,即瞬时有较大机械增益的机构。3）采用对称布置的
14、机构 对于高速运转的机构,作往复运动和平面一般运动构件,以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大,则在选择机构时,应尽可能考虑机构的对称性,以减小运转过程中的动负荷和振动。3.应使机构安全可靠机械运转应满足其使用性能要求，要保证绝对完全。起重机械不能在重物作用下产生倒转，应使用自锁机构，或安装制动器。某些机械为防止过载而损坏，可安装联轴节或采用过载打滑的摩擦传动机构。1.2.2机构的选型所谓机构的选型，是指利用发散思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动形式或实现的特定功能进行分类。然后根据设计要求尽可能地将所有可能的机构形式搜索到，通过比较和评价，确定出合适的机构形式。机构的选型可以按
15、照以下两种方式进行：1.按执行机构的运动形式如下表运动形式实例旋转运动连续旋转运动车床、铣床的主轴、缝纫机主轴等间歇运动自动机床工作台的转位、饮料灌装机工作台转位等连续往复摆动鄂式破碎机的动鄂板的打击运动、电风扇的摆头运动等 直线运动连续往复移动冲床冲头的冲压运动、压缩机活塞的往复运动等间歇往复运动自动生产线上的自动供料机构、自动机床刀架的进退刀运动曲线运动 插秧机秧爪的曲线运动、飞剪机剪刃的曲线运动等2.按执行机构的功用如下表功 用应用实例夹压与夹持液动压紧机构、压榨机构供料与运送步进式送料机构、供料机构分度与转位自动车床转位机构、冰淇淋自动灌装机工作台转位机构、蜂窝煤压制机工作台间歇转位机构超越、离合、与制动棘轮超越机构、杠杆带式制动机构、牙嵌离合器、单盘摩擦离合器、多盘摩擦离合器升 降液压升降机构、凸轮式升降机构压、剪、飞剪四连杆式剪切机构、双四连杆剪切机构、摆式剪切机构、杠杆式剪切机构、偏心轴式剪切机构、滚筒式剪切机构、移动式剪切机构等1.2.3机构的构型当应用选型的方法初选出的机构形式不能完全实现预期的要求，或虽能实现功能要求但存在着结构复杂、运动精度不当和动力性能欠佳等缺点时，设计者可以采用创新构型的方法，重新构筑机构的形式，这是比机构选型更具有创造性的工作。机构创新构型的基本思路是：以初选的机构方案为雏型，通过机构创新构型的方法进行突破，获得新的机构。常用机构
