运用计算机辅助设计进行五杆机构的设计外文翻译.doc

毕业设计毕业设计外文文献翻译外文文献翻译 20102010 届届 运用计算机辅助设计进行五杆机构的设计 学生姓名 潘银武潘银武 学 号 04070603160407060316 系 别 工程与技术系工程与技术系 专业班级 机自机自 06030603 指导教师 罗玉元罗玉元 完成日期 20092009-运用计算机辅助设计进行五杆机构运用计算机辅助设计进行五杆机构的的设设计计 摘要：这篇论文是除了原始的理论和实践的机构。作者还例举了一个在运用了计算机辅助设计的五杆的设计机构中有用的方法。在这片论文中互动过程是用来设计一个移动机械压力机机构的。1.机构的说明 有关该机构的图文在本文图 1.它是由五杆 OABFG 组成，其两边 OA 和 GF 通过四杆 ODEG 连接的。这五杆机构的顶 点 B 是由以滑块 C 的运动为动力的铰链杆 BC。这种机制可以被解释为是一个“破碎连杆”曲柄机构，构成曲柄的棒 OA 和棒 AB 与 BC 通过在 B 点的“破碎”铰链机构连接在一起。在这一解释，这机制中其他杆的作用都是通过作用点 B 来运行的。这机构的目的是希望以适当的方式修改，在连接方面的一个普通曲柄连杆机制，是小的运动规律，其中连杆 ABC 是刚性的。这运动规律的变化事实上是因为该机构所应有的弯曲连杆本身在连杆末端正常的运动。这也就使得有可能，比如为了达到良好迅速返回的机制，总所周知，（2），（46），实际上是一个简单的曲柄可行机构。这种机构的研究已经被用于拉伸压力机（7），（8），（9）。图 1 图 2 2.设计方法 这篇论文的目的是说明一种机构，遵循预定的设计方法运动的规律，正如下文。这个设计方法由两个阶段组成。第一个阶段上述机构类型的目的是提供一个满足要求的运动；在第二阶段是修改以更 大程度上所需的规律。下面的方法是采用第一阶段的设计机构。这原始机构是设计与连接杆以“破坏处”为中心的点，以获得最大的弯曲。在此基础上 希望分配给滑块 C 的运动规律，有必要运动到规定的铰链 B。由于明显的原因，运用图 1 所示的机构只会是合意的如果这 B 点的要求通过四杆连锁容易满足的话。假设 G 点这种位置的情况和杆 BF 跟杆 FG 适当的固定。因此，杆 FG 的运动方式是确定的来达到 B 点的预定运动。它依然设计成四杆连锁 ODEG 使与杆 EG构成整体的杆 FG 在所需的运动方式中运动。第一阶段就这样结束了。在以这种方法建立的机制中的滑块 C 会有一个大致符合要求的运动过程，因 为有铰链系统让它不可能不准确的完成预定的运动。由此可见，这一程序只有对滑块 C 是合理的，它是希望在原有的曲柄机制上获得可能在一定程度上的运动规律。如果它是一个完全不同的规律，这一程序将失去其逻辑上的意义。在这第一阶段的运动规律结束的时候将获得一个曲柄机制的修改的性质，使 其更接近它所期望获得的目标为了完成这一机制设计中的第二步，其中的两个步骤第二步必须遵守：第一次写一个完全开发的启动一般从第一个近似在第一阶段方案设计机制的性质，并自动所获得及其优化组成；第二个实现了互动的教学方法进行改进设计成为可能，包括了计算机设计，然后测试和修正。由于目的不是为发展提供一个工具，时在纯粹的一般基础上对研究型机制（考虑到这项工作的难度不是有意要这样做），但与其让设计师得到帮助而达到特定的设计目标，我们更倾向于第二个过程。确实，跟设计师的互动是最重要的，因为不仅它能让进行务实而不必理会一些个人经验变得可能了，而且这个过程是一个很好的设计师培训。一个计算机设计方案附带了开发设计过程的机制显示得到了发展。这方案允许设计师按照他自己的设计思想构造这个机构。3.第一个近似的设计机制 作为设计的第一阶段如前所说，只要是靠设计师的经验跟直觉。确实，该机制的第一个设计，正如我们将会看到的是在一系列的基础上，并不要求必须有一个严格的性质。在这阶段，设计者往往是大致的设计，并主要是基于直觉的选择。但是，正如这种无视精度从而有可能克服困难，建立一个机制，大大满足设计规范。在第二阶段的设计将是完善的互动方式，这将是经过修正达到预期的结果。我们要注意的是急回装置会获得与偏离中心的曲柄机制或偏离中心的曲柄摇杆机制；然而在这样的情况下，虽然来回时间是明显的离心方式之一，但这传送角度是考虑的问题。随着这种机制被提到，正如已经指出的滑块 C 的运动取决于曲柄机构和四连杆机构以及点 B 的运动的叠加。让我们来看看这两个运动的区别。与中心有一个曲柄连杆大大超过了运动曲柄与回归时间里在一个幅度的两倍的曲柄滑块（图 2.a）来获得谐波运动。这是会发生在我们机构中的，这个设计的衔接不是在点 B。这四连杆机构只是传送在滑块 C 的运动，在 B 弯曲连杆和描述的一个点中心有一个圆弧 B。在 B 点上设置了一个以连接线 AC 来说不对称的圆弧(图 3)，并且把圆弧分为了两部分：B1，B2 和 B2，B3。当点 B 从 B1 移动到 B2 时这滑块 C 的振幅比点 B从 B2 移动到 B3 小些。因为 B 点的运动是通过一个四连杆机构传送的，在 B1 和 B2 之间的位移跟在B2 和 B3 之间的位移是跟曲柄机构的回转相关的。由于传输角（5）的原因，它是合适四杆机构 ODEG 的“在中心”规律的（这是合适的前进与倒退次数）。于是点 B 在 B1 跟 B3 间的运动证明是相当和谐的。特别是，如果移动过弧 B1B2 和弧 B2B3 间的次数相等是必须的，那么 B2 点就必须是弧 B1B3 的中点。滑块 C 的运动规律是在图 2 中的 b 所显示的这种情况下的类型。通过叠加两个运动，可以看出来，点 B 在 B1 跟 B2 之间移动，点 C 的运动是大致由曲柄机构决定的，点 B 在 B2 跟 B3 间移动，这曲柄机构和四连杆机构的两个位移时相加的。而结果就是，与这两个运动适当的相关关系会像图 2 中的 c 一样，对应的运动会有一个急速的回复。从图 2 中的 3 个函数图，可以很容易的推断出为了获得滑块 C 运动的振幅（图2 中 c 的 MN 段），对每个组件的运动幅度（图 2 的 a 中的 HK 段跟图 2 的 b 中的IL 段）要稍微比 s/2 长些，我们就当是 3/4s。因此曲柄 OA 的程度约为 3/8s。杆 AB 和 BC 两节的程度是不一样的，应该是它的三倍或者更长，以避免传输角太小。我们已经看到了，滑块 C 的位移是一条直线 AC，由于点 B 的运动是大约有3/4s，在选择了一条确定的杆 AB 之后简单几何因素使得能确定成为可能，至少在一个近似的运动中角 B2AB3（图 3），也就是说，上文已经提到过的角 B1AB3时以前的两倍。我们可以看出，这个机构是正在一点一点的形成。杆 BF 和杆 FG 仍然被选且这四连杆 ODEG 就可以描述出来了。让我们选杆 BF 和 FG，长度相当于杆 AB，并且确定下在弧 B1B3 的基础上这杆 FG 的振荡宽度。在这点上可以很容易在（2），（4），（5），（6）中点上手机一个四连杆机构 ODEG。现在适当的固定两个曲柄 AO 跟 DO 的相位移是必要的，可以当点 B 移动到 B2时通过观察实现，曲柄 AO 应位于点 A 较低的位置。外形尺寸上进一步考虑第一个近似机构的设计。4.运动学分析机构 在这点里，为了传递给该程序的第二阶段，有必要在计算机上建立互动项目来使用。出于这样的目的，通过机构的研究必须进行这样的研究方法以达到必要的数学方程式表达来进行各种计算。我们建立一幅坐标轴 xy（如图 4），让 y 轴平行滑块的运动方向，这个机构是通过坐标系离得 O,A,B,C,D,E,F 和 G 一共 8 个顶点确定的。从这种分配后坐标对应于获得给定的机构配置的价值，它是可能的获得边a，b，c，d，r，h，g和q的长度值，构件OG杆的距离t和s，偏心值e，还有宽度x跟角AOD和角EGF。而且，为了避免一切模糊就像这些机构的配置的决心，3个索引（Y1，Y2，和Y3）必须被介绍，每一个都要担当+1或-1的值取决于给定的部件的构造。这种观点被保留在动态里是因为这种机构不能在操作过程中改变装配类型。特别一提的是，系数Y1指四连杆机构ODEG的装配类型，当点E低于直线DG时是+1，当点E高于直线DG时是-1。同样的，系数Y2是指五杆机构OABFG，当点B低于直线AF时是+1，相反则是-1。最后，系数Y3是当点C低于点B时+1，相反时是-1.所有这些测量所确定的（边的长度，角度的宽度和系数Y），开始从机构的顶点坐标将会在以下提到。一旦机构是编码，将来可能会通过它的移动顶点作为一种功能来杆OA的角位置来确定点的位置。图4 通过参考图4，我们有：x=+cos=1221WZY WWZ sin=1122XWWYWZ 其中：X=222222sin2costgxsgxgtshr W=2sin2rgxtr Z=2cos2Zrgxsr 2221WZX coscoscosgxrsh cossinsingxrth 当发现，这些角度，是可能确定采取的所有的顶点对于了相应的位置坐标。特别是滑块C的位移是等于：=coscoscosabq 而且，分配曲柄OA的角速度.()x，有可能确定的速度值和加速度。要获取速度和加速度的计算公式，最好是用已经普及了的解释这些边，就像向量用复杂的编码来代表，编写完成的多边形方程（在我们的方案中，是四连杆机构ODEG和五杆机构OABFG区分一次或两次这样的方程并且按照轴来规划它们。以下的方程就是这样获得的：.sin()sin()wgxr .sin()sin()wgxh.22.2cos()2sin()cos()gxhrw .sin()sin()sin()awdc .sin()sin()sin()awdb .2122(cos()cos()sin()cos()sin()abcddbw.coscoscosawbq .2.22sincossinsincosabbqq 当所有的措施都是已知的，它就可以立即确定所有顶点的移动速度和加速度。特别是对于滑块C我们有：.sinsinsinawbq .222cossincossincosabbqqw 5互动计划。随着前面的给定的公式的使用，它有可能将成立一个程序使得这个机构的数学模型得以使用，模拟它的运动并进行观察。正如已经提到的，这个程序必须被安排在这样一种方式里来进行互动设计。确实，这设计者必须能干涉这程序，接下来核实更改不同机构中的各种要素。因此，有必要这样：1）在显示器上画出这个机构；2）模拟和观察它的运动；3）使该机制的参数变化，最后4）比较各种机构运作的不同。特别是在我们的例子中，可视化功能包括在通过点A，B，D，E，F来描绘路径，以及点C的运动规律。不同的机构是比较了在显示器上点C的叠加运动的规律获得的。这个计划也使得计算和绘制点C的速度曲线图，加速度曲线图成为可能。这机构中的参数的变化可能会以不同的方式获得。其中一部分，已经被看做可能的用来：1）制造理想点的增加（每个杆的两端）；2）分配新的不同的坐标杆的两端；3）改变个别杆的长度；4）改变两个给定棒之间所形成的角度。这取决于每个方案，它可能采用一种或多种其他类型来进行有用的更正。因此，程序必须包含一个子程序的服务进行一系列的各种操作，并且让操作者有可能不时的干预给予迹象就好像行动要进行了。实事求是的讲，主程序是允许操作者为了子程序的管理跟机械建立关系。对于这种关系，有必要建立适当的，简单的语法。在我们的方案中已经被使用的语法其中有可能以下类型的短语：根据给定的元素的运动进行一些程序的运行。在图5中流程图中这些对象框展示了计算机的演示的一部分，进一步在说明书的补本中证明。在这里面告诉了我们在这个补本里告诉我们的运动所要执行的操作，而且这些操作会被执行，结果将被保存。最后，随着使用上述语法，操作者能用这机器成立一个关系来允许他根据流程图5进行各种操作收集各种信息来在设计中改进。这是被视为一种合适的指出改程序包含一系列的交叉检查，旨在提醒操作者计算机接收到了不正确的指令。6.互动的机械机应用程序设计 总所周知，很多机械压力机都是使用曲柄机构来控制滑块的运动的。如果是恒定的扭矩，那这运动的功能曲线就在图6中（Fm）。可以看出，该设备适合多次都是最大力量只需要在靠近死点的一小段，就像通常情况一样。但是在特殊情况下，最大的压力必须是死点的一段距离，它结合了不良曲柄机构的特点。在这种情况下，无论是机器尺寸大于实际要求或者是使用了其他的驱动力。这就像图6中说明的一样在形式mF和rF由一曲柄机构跟由正常冲压过程需要抵抗所需的力量来提供的。该线的切点为点A。让我们假设一下冲压操作要求rF行进一段（要求为,rF）。然后在曲柄机构上需要的力会通过mF提供。在这种情况下，就像给予点C的尺寸一样这种机器必须被使用，通常这样动力冲程开始，力明显比所需的要大。如果采用一些具有典型的菲亚特曲线液压机，是不是需要，又必须要用机构来提供可能的最长的一段相对强大的力量能够使用的力量。自从相等的力以来，该机构的作用了是跟滑块的速度成反比的，一个机构的设计必须具备低的，恒速经过一段较长的过程意味着死点也将长一节。显然，一个具有这种类型的机构会从具有迅速恢复上下行程的机构中选择特别是到死点最后一节的慢的一段。现在让我们看看，这样已经来到段末尾的来回快速机构的设计，由前面描述的手段可以进行设计，设计一个合适的像图6中F提供的特征曲线机构。经电脑输入的第一近似机构的数据，它被画在了显示器上并进行运动。人们可以看到该机构的运作是不是可能的因为杆的相对长度；事实上，曲柄在给定的点上像图7显示的一样第一近似机构的停顿，并且因为他们在计算机上显示的点进行追踪路径。这DIQB段表明防止这运动机构的原因。这阻碍是实际上是由于点B移动得太向上了，这是远远超过规定要求的编程。为了限制点B的位移，对曲柄的长度已经减少，超过图8中的四连杆机构。可以看出，点C的快速往返运动所需的向上行程的时间大于向下的（大约是一半）的特征。正如已经说过的，在我们的例子中，我们为动压力机特别提及的机构，但我们对有关的方案进行进一步的设计，这样最后一节的地方（相应的工作阶段）是在低且稳定的速度中运行的。参照图8，这是消除：、“驼峰曲线”的运动中出现的问题，用一个大致的直线节代替了。从我们说过的第三段中，这“驼峰曲线”是由于曲柄OA的运动；这扁平化得曲线似乎是合乎逻辑的缩短曲柄。一旦这项工作完成，可以看出（图9）这种改动在很小的程度上平展了弯曲度，但在同一时间可以减少相当程度的路程。一个比较好的结果是获得曲柄OA的推进位移（图10）。在图11中一个曲线是由图8中的运动低的机构运动和图10中的。这可以明显的看出这曲线是扁平和运动并不过多的减少。作出进一步的修正，同时向长度和其他边一样的曲柄（特别是EG），图12的规律可以得到了。我们可以看到，这个规律可能被视为是令人满意的，关于后面的最后一节提出了返回时间。然而，要注意的是，这个是相当有限的，该机构的整体尺寸是相当大的。图13显示了图8中一个机构使点O跟点G靠到一起。通过应用这一机制，后面在类似的基础上进一步说明连续变化的标准，图14中的机构已经获得说明了可被视为都满意的方案跟外形尺寸。从我们说过的话中，它可能看起来有可能在猜测的基础上进行。在现实中，计算机使得有系统的获得这标准成为有可能。例如，这些功能从图13的机构中到图14中的进程跟图8到图12里用过的很相似。7.结论 我们希望，通过这一论文的手段，以计算机为基础开发一个交互式的设计方法；一个方法，就是利用计算机设计一个文书跟操作者交流成为可能。要做到这一点，我们选择来处理特定机构的设计，而不是实现广义分析程序。事实上，在后一种情况下，有必要成立一个普通使用的工具将使得在一个程序的互动性发展的内在来解决具体问题困难的多。然后我们决定按照下面的方法来阐述机构的设计，应用这种机构作为所体现的内在兴趣的结果。在拟定的计划后，已经被证明是一个有意思的经历，而且在这方面，我们相信它可能是值得的几点意见。有“传统”的编程经验，其中包括非常复杂的程序使用，我们在开始的时候在一定程度上给电脑在选择行动进行时互动的安排。因此我们在一开始就获得，一个“树”形结构程序：由最初的结点，然后沿分支树延长，每个都可以在另外一个结点处结束然后又从其他地方继续。每个结代表了将要采取的行动方面的决定。显然，每个分支可能是走向了一个方向，从每个结只可能到下游回到其他结，是要从一开始就要遵守通过的程序。另一方面，分行的数字越大顶部的结会提供每一步的可能性会更大，可是较繁琐并且很难使用这个程序。实事求是的讲，这个程序不是一个很方便的。理想的解决办法是如何能够进行编程，这是在根据目前的需要修改程序，但结果仔细的计算后，发现这是不可能的。我们选择的答案是形成一种简单的可以结合彼此的短语“语法”，所有的程序服务要针对迈向每一个可能的方向。大部分的工作需要，在同一时间实现这一目标的能力一直是发展中国家所继续的程序。成就也一直努力致力于跟容易与计算机进行互动对话，用这样的一种方法设立程序能更好的利用程序来获得在每种情况下给定的结果。一个典型的例子就是有关修改四连杆机构：已经建立了一个四杆机构是由 顶点的位置提供的几何定义，让我们假设希望是改变它们其中的一个顶点的位置。在我们的计划里，这可以通过赋予其新的直角坐标或给予任何一个旧的变化坐标，或者是通过给予新的极坐标来选定新的点。取决于有关方案，设计人员可以继续组装来获得他认为的更合适的清晰度。最后，它已经被认为能够比较不同连续取得的成果是极为重要的，这可以通过背诵给出的结果，然后回顾它直接的比较以从操作中获得。至于机构本身而言，对压力机的使用可能会获得良好的结果，特别是有利的实现低速运动已经在图6中看到了。应当指出也有可能，鉴于上面的这些手段，通过类似的程序，可能考虑到滑块的加速度，而加以改善设计从而可以获得更大的力。图3 图4 图6 图7 图8 图10 图9 图11 图12 图13 图14