平行運(yùn)動機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析與構(gòu)型設(shè)計(jì)（全套設(shè)計(jì)含CAD二維圖紙、SW三維圖紙、翻譯、說明書】

畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）開題報(bào)告學(xué) 院機(jī)械工程學(xué)院專 業(yè)機(jī)械工程及自動化班級學(xué)號學(xué) 生指導(dǎo)教師 題 目 平行運(yùn)動機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)分析與構(gòu)型設(shè)計(jì) 任務(wù)實(shí)際進(jìn)行日期 自 年月 日起，至 年 月 日止1課題背景及意義齒輪 連桿機(jī)構(gòu)因具有多種優(yōu)良輸出特性，故被 廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。其中，有一種傳遞等速運(yùn)動 的特殊機(jī)構(gòu)，即齒輪 平行四邊形機(jī)構(gòu)( 以下簡稱 GPM) ，目前也越來越受到青睞，三環(huán)減速器就是一例。對一類形式的 GPM，即 平動齒輪機(jī)構(gòu)的傳動性能進(jìn)行了研究，但對外嚙合式 GPM 研究甚少。本文中論述了該組合機(jī)構(gòu)的組成規(guī) 則，并對外嚙合式和內(nèi)嚙合式 GPM 的傳動性能進(jìn)行 了分析與比較。而且，在尋找最佳性能組合機(jī)構(gòu)的同 時(shí)，對如何改變不同形式 GPM 的傳動比進(jìn)行了總結(jié)。2文獻(xiàn)綜述2.1平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能及應(yīng)用研究該組合機(jī)構(gòu)由平行四邊形機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)組合 而成。選擇平行四邊形機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，是因?yàn)樗?有以下兩個(gè)顯著特點(diǎn): 兩曲柄以相同速度同向轉(zhuǎn)動; 連桿作平動( 即角速度為零) 。 齒輪機(jī)構(gòu)，即裝載在平行四邊形機(jī)構(gòu)上依次嚙合 的齒輪串( 包括只有一對齒輪嚙合的情況) 。為了使 裝在各構(gòu)件上的齒輪能夠始終保持嚙合，齒輪應(yīng)裝在 連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動副中心的銷軸上。另外，若無一個(gè)齒輪 與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)固連，那么組合機(jī)構(gòu)的自由度將大于1，如 圖1a 中的機(jī)構(gòu)，其自由度 F =2，一般要求組合機(jī)構(gòu)的 自由度等于1，故至少有一個(gè)齒輪與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)固連。 經(jīng)分析，固連齒輪必為齒輪串兩端的齒輪，且與 它固連的構(gòu)件只能是由它向外延伸僅有一個(gè)轉(zhuǎn)動副 中心的銷軸裝有齒輪的構(gòu)件，否則將破壞原先 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。如圖 1a 中，端部齒輪 5 只能與機(jī) 架4 固連; 端部齒輪 7 只能與構(gòu)件 1 固連。在圖 1a 中，若將不在齒輪串端部的齒輪 6 與基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)的構(gòu)件 固連，那么它可能與構(gòu)件2 或構(gòu)件 3 固連。當(dāng)齒輪 6 與構(gòu)件2 固連時(shí)，齒輪6、齒輪7 和構(gòu)件2 構(gòu)成剛性構(gòu) 件，機(jī)構(gòu)變成圖1b 所示的機(jī)構(gòu)，此時(shí)齒輪 7 已不起作用; 當(dāng)齒輪6 與構(gòu)件3 固連時(shí)，齒輪5、齒輪6 和構(gòu)件3 構(gòu)成剛性構(gòu)件，機(jī)構(gòu)變成圖 1c 所示的機(jī)構(gòu)。當(dāng)端部 齒輪5 與構(gòu)件3 固連時(shí)，同理，構(gòu)件5、構(gòu)件6 和構(gòu)件3 也構(gòu)成剛性構(gòu)件，得到與圖1c 所示相同的結(jié)果。由文獻(xiàn)可知，在裝載上齒輪機(jī)構(gòu)后，自由 度的增減值F =1 ，其中 表示固連的端部齒輪 數(shù)目。由此可知，F(xiàn) 與齒輪串中的齒輪數(shù)目無關(guān)， 僅與固連的端部齒輪的數(shù)目 有關(guān)。由于平行四邊 形機(jī)構(gòu)的自由度為 1，那么使F = 0，即固連一個(gè)端 部齒輪即可滿足運(yùn)動確定性要求。當(dāng)然，上述的組成 規(guī)則也適用于一般齒輪 四桿機(jī)構(gòu)。2.2平行四桿仿形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真如圖 1 所示，本機(jī)構(gòu)主要由前支架、上拉桿、下拉桿、 后支架、限位桿、運(yùn)輸鉤等組成。前支架通過 U 型卡絲與 機(jī)架主梁固結(jié)，后支架與排種器、開溝器、雙圓盤開溝器、覆土鎮(zhèn)壓輪固結(jié)。上 拉桿與下拉桿平行 且相等， A 點(diǎn)與 B 點(diǎn) 鉸接在前支架上構(gòu) 成四桿機(jī)構(gòu)的前桿， C 點(diǎn)與 D 點(diǎn)鉸接在 后支架上構(gòu)成四桿 機(jī)構(gòu)的后桿。機(jī)具在 工作過程中，上拉桿 AC、CD 桿、下拉桿 BD 構(gòu)成的連桿系統(tǒng) 繞 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)轉(zhuǎn)動。 由平行四邊形的運(yùn)動特點(diǎn)可知，在上下仿形過程中，上拉 桿 AC 和下拉桿 BD 始終做平行運(yùn)動，從而使剛性連接在 后拉桿 CD（后支架）上的開溝器在免耕作業(yè)過程當(dāng)中一 直作平行運(yùn)動，進(jìn)而保證了開溝器在工作過程中的入土 角恒定不變，開出深淺一致的種溝，為種子出苗的一致性 和作物生長的整齊性提供了條件。2.3雙平行四桿型遠(yuǎn)程運(yùn)動中心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)雙平行四桿 RCM 機(jī)構(gòu)是指通過對兩組平行四 桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行平面耦合，以實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器繞虛擬中 心轉(zhuǎn)動的一類 RCM 機(jī)構(gòu)。 雙平行四桿 RCM 機(jī)構(gòu)的一維構(gòu)型可以歸納如 圖1所示， 圖1a為平行四桿RCM機(jī)構(gòu)的基本構(gòu)型。 由于機(jī)構(gòu)中 BCDE 回路有冗余約束，通過去除不同 的約束，可以衍生出其他幾種結(jié)構(gòu)形式(圖 1b1f )。 此外，還可通過改變固定端，得到如圖 1g1j 所示 的幾種不同構(gòu)型。 圖 1 一維雙平行四桿型 RCM 機(jī)構(gòu)的 10 種構(gòu)型 雙平行四桿型 RCM 機(jī)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：結(jié) 構(gòu)簡單，驅(qū)動器可放置在基座處。可通過連桿的 彎折變形靈活安排 RCM 的位置以適應(yīng)不同的應(yīng)用 要求。缺點(diǎn)在于由于桿件之間的干涉以及平行四桿 存在奇異位型，影響運(yùn)動范圍；另外，由于鉸鏈數(shù) 目多造成機(jī)構(gòu)剛度較差。 由于安裝時(shí)必須考慮到安裝末端執(zhí)行器以及 與底座固定的鉸鏈或者電動機(jī)等需要占據(jù)一定的空 間。為了保證末端執(zhí)行器軸線通過虛擬中心點(diǎn)，一 般有如圖 2 所示的兩種方法，這里以安裝末端執(zhí)行 器為例。圖 2a 中將末端執(zhí)行器相對末端桿件傾斜放 置，從而使末端執(zhí)行器通過虛擬中心。圖 2b 通過桿 件彎折，使得虛擬中心移動一定距離，以滿足安裝 需要。這兩種方法都有應(yīng)用，這里主要對后一種方 案進(jìn)行討論。2.4雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動中 平行四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動性能分析雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動是一種新型擺線針輪行星傳動,其結(jié)構(gòu)原理如圖 1,由兩個(gè)主動曲柄 (1、3)、帶針輪的環(huán)板(2即連桿)與機(jī)架(4)構(gòu)成平行四桿 機(jī)構(gòu) ABCD, 環(huán)板上的針輪中心 Op 位于連桿 BC的中點(diǎn),與 環(huán)板 2上針輪相嚙合的擺線輪 5中心Oc位于兩個(gè)主動曲柄 回轉(zhuǎn)中心 A、D 連線 AD 的中點(diǎn), 針輪與擺線輪的中心距 OpOc的大小等于曲柄的長度 e . 在常規(guī)的環(huán)板式齒輪減速 器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,為便于分析計(jì)算連桿鉸鏈處的總反力,通常 做以下假定:平行四桿機(jī)構(gòu) ABCD的桿長尺寸誤差 忽略不計(jì); 連桿慣性力不計(jì);連桿做平面運(yùn)動. 但對高 速及重型機(jī)械,因其慣性力很大故必須考慮慣性力,此外由 于機(jī)構(gòu)在加工和裝配過程中,機(jī)構(gòu)中各桿長的實(shí)際尺寸都呈現(xiàn)出一定的隨機(jī)性,影響著機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性 能,使得機(jī)構(gòu)的真實(shí)運(yùn)動與設(shè)計(jì)預(yù)定的理想運(yùn)動之間出現(xiàn)一定的偏差. 因此在實(shí)際應(yīng)用中. 雙曲柄平行 四桿機(jī)構(gòu)的連桿并不能真正做到勻速平動,而是存在著角加速度,由角加速度引起的慣性力矩造成連桿 上鉸鏈的實(shí)際支反力與理論支反力不一樣. 而研究二者之間的差別,對分析機(jī)構(gòu)實(shí)際運(yùn)動的穩(wěn)定性和可靠性、計(jì)算鉸鏈的壽命具有重要意義. 本文分析雙曲柄平行四桿機(jī)構(gòu)的桿長尺寸誤差對機(jī)構(gòu)特性的影響,為研究運(yùn)動副間隙對機(jī)構(gòu)的桿 長誤差的補(bǔ)償作用提供依據(jù).3 研究方法主要按照以下幾個(gè)步驟進(jìn)行1機(jī)床的特點(diǎn)2機(jī)床的位置分析3平行機(jī)構(gòu)的位置分析4平行機(jī)構(gòu)的速度分析5平行機(jī)構(gòu)的加速度分析6實(shí)例仿真7 結(jié)論4 進(jìn)度安排（1） 1.第14周：文獻(xiàn)檢索，資料收集，整理有關(guān)平行運(yùn)動機(jī)構(gòu)的資料,寫出開題報(bào)告，完成外文資料翻譯。（2） 2.第58周：設(shè)計(jì)方案討論，設(shè)計(jì)方案確定，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。（3） 3.第912周：電氣圖設(shè)計(jì)、繪圖。（4） 4.第1314周：對電子器件特性分析，進(jìn)行相應(yīng)傳感器實(shí)驗(yàn)（5） 5.第1517周：撰寫論文。參考文獻(xiàn) 1. 姚九成，趙國軍 平動齒輪機(jī)構(gòu)的演化與創(chuàng)新J 江漢石油學(xué) 院學(xué)報(bào)2. 張春林，胡榮暉，姚九成 平動齒輪機(jī)構(gòu)的同性變異法J 機(jī)械 設(shè)計(jì)3. 張春林，榮輝，黃祖德 圓平動齒輪傳動機(jī)構(gòu)的研究J 北京理 工大學(xué)學(xué)報(bào)4. 呂庸厚，沈愛紅 組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新M 北京: 機(jī)械工 業(yè)出版社趙自強(qiáng)，張春林，程愛明 平動齒輪傳動嚙合效率的理論研究 J 機(jī)械傳動5. 齒輪 平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能及應(yīng)用研究 陳海文 王 忠6. 雙平行四桿型遠(yuǎn)程運(yùn)動中心機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)* 宗光華 裴 旭 于靖軍 畢樹生 孫明磊7. 平行四桿仿形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 馬華永 1， 2， 王衛(wèi)兵 1， 王坤 1， 翟慶鐘 1， 郭德卿 18. 何衛(wèi)東, 李 欣,李力行. 雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動的研究 J . 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2000, 36(5)9. GB中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)齒輪熱功率 第二部分: 熱承載能力計(jì)算 S. 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn) 檢疫總局.10. GB中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)齒輪熱功率 第一部分: 油池溫度在 95時(shí)齒輪裝置的熱平衡計(jì)算 S. 中華人民 共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.11. 胡如夫, 周哲波. 齒輪減速器的熱功率試驗(yàn)及提高熱功率的措施 J . 機(jī)械科學(xué)與技術(shù), 1998, (3) 5胡如夫, 趙偉敏. 新型齒輪減速器散熱裝置 J. 機(jī)械工程師, 2000 , (2)12. 何衛(wèi)東, 李 欣,李力行. 雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動的研究 J . 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2000, (5): 8487 . 13. 葛宰林, 何衛(wèi)東. 加工精度對雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動動態(tài)性能的作用分析 J. 中國機(jī)械工程, 2003 , 14(12): 10591061 .14. 孫 恒. 機(jī)械原理(第六版)M. 北京: 高等教育出版社, 2000 .15. 趙竹青. 平面四桿機(jī)構(gòu)的可靠性分析 J . 機(jī)械設(shè)計(jì), 2002 . (11) 16. 楊基厚. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)與動力學(xué) M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1987 . 17. TAYLOR R H, FUNDA J, LAROSE D, et al. A telerobotic system for augmentation of endoscopic surgeryC/ 14th IEEE Medicine & Biology Conf., October 29- November 1, 1992, Paris. USA：IEEE, 1992 18. TAYLOR R H, FUNDA J, ELDRIDGE B, et al. A telerobotic assistant for laparoscopic surgeryJ. Enginee- ring in Medicine and Biology Magazine, 199519. TAYLOR R H, JENSEN P, WHITCOMB L, et al. A steady-hand robotic system for microsurgical augmenta- tionJ. The International Journal of Robotics Research, 1999, 18(12)20. KIM D, KOBAYASHI E, DOHI T, et al. A new, compact MR-compatible surgical manipulator for minimally invasive liver surgeryC/ 5th International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, September 25-28, 2002, Tokyo, Japan. Heidelberg：LNCS 2489, 200221. FARAZ A, PAYANDEH S. A robotic case study：optimal design for laparoscopic positioning standsC/ Interna- tional Conference on Robotics and Automation, April 20-25, 1997, Albuquerque, New Mexico. USA：IEEE, 199722. PEI Xu, YU Jingjun, BI Shusheng, et al. Enumeration and type synthesis of one-DOF remote-center-of-motion mechanismsC/ The 12th world congress in mechanism an machine science, June 18-21, 2007, Besancon, France. England：IFToMM, 2007.