平面六杆机构的运动仿真开题报告

毕业设计（论文）开题报告
题目     平面六杆机构的运动分析

一、选题的依据及意义：

平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。
低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。
机构的从动系统一般还可以进一步分解成若干个不可再分的自由度为零的构件组合，这种组合称为基本杆组，简称为杆组。
平面连杆机构分析包连杆的运动分析和动力性能分析。平面连杆机构运动分析是不考虑引起机构运动的外力的影响，而仅从几何角度出发，根据已知的原动件的运动规律（通常假设为作匀速运动），确定机构其它构件上各点的位移（轨迹）、速度和加速度，或构件的角位移，角速度和角加速度等运动参数。许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量，运动参数又是机械动力学分析的依据，所以机构的运动分析是机械设计过程中必不可少的重要环节。而平面连杆机构动力性能分析的目的是：第一，确定机构运动副中的约束反力。因为这些力的大小和性质决定各零件的强度以及机构运动副的摩擦磨损和机械效率。第二，确定机械上应加的平衡力，以保证原动件按给定运动规律运动。这对确定机器工作时所需要的最驱动功率或所能承受的最大生产载荷都是必不可少的。而且无论是分析研究现有机械的工作性能，还是优化综合新机械，平面连杆机构动力性能分析都是十分重要的。   

二、国内外研究概况及发展趋势：

在各种机构型式中，连杆机构的特点表现为具有多种多样的结构和多种多样的特性。仅就平面连杆机构而言，即使其连杆件数被限制在很少的情况下，大量的各种可能的结构型式在今天仍难以估计。它们的特性在每一方面是多种多样的，以致只能将其视为最一般形式的机械系统。 在古代和中世纪许多实际应用方面的发明中就有连杆机构，例如我国东汉时期张衡发明的地震仪、列奥纳多•达•芬奇所描述的椭圆车削装置等，在这些发明中，都巧妙地应用了平面连杆机构。在近代，随着工业越来越高度自动化，在大量的自动化生产线上，许许多多的连杆机构得到了应用。特别是机器人学成为目前一个前沿学科，连杆机构又有了新的应用，例如日本等国家开发的类人型机器人等。在仿生学上，连杆机构巧妙地实现了人类关节的功能，例如国外研制的六杆假肢膝关节机构。 当今，工业生产自动化程度越来越高，连杆机构以及它与其它类型的机构组成的组合机构将得到更加广泛的应用，特别是形状丰富多样的连杆曲线将应用在更多的场合。
连杆机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从而确定其运动特性。掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因而机构分析和综合往往是不可逆的。 [版权所有：http://DOC163.com]
平面连杆机构运动分析的方法有图解法和解析法。图解法概念清晰、形象直观，但作图烦琐、精度较低。解析法的特点是直接用机构已知参数和应求的未知量建立的数学模型进行求解，从而获得精确的计算结果。随着计算机的发展，解析法的应用更加广泛。
按照解析法所用的数学工具的不同分为：
一，复数矢量法:针对不同机构建立适合该种机构的具体数模。此种方法编程简单，但通用性差。二，矩阵法:把机构视为一个质点系，对各运动副以杆长为约束建立非线性方程组，进行位置求解，而后再求解速度和加速度。该法通用性强，但程序大。三，矢量方程法:根据机构组成原理，机构由I级机构与基本杆组组成，当给定I级机构运动规律后，机构中各基本组的运动是确定的、可解的。因此机构的运动分析可以从I级机构开始，通过逐次求解各基本杆组来完成。这样把I级机构和各杆组看成各自独立的单元、分别建立运动分析的数模，然后再编成通用子程序。对其各运动参数进行求解。当对具体机构进行运动分析时，可以通过调用原动件和机构中所需的基本杆组的通用子程序来解决。这样，可快速求解出各杆件及其各点的运动参数，这种方法称杆组法。
解析法将机构问题抽象为数学问题，将机构运动参数和结构参数之间的关系用数学解析式来描述，便于推理和对机构在整个运动循环过程中任意位置的运动和动力性能进行深入分析，分析精度也较高。随着计算机技术和数值方法的发展，不仅解析法运算冗繁的困难得以解决，而且采用电算解析法体现出运算速度快，计算精度高的显著优势，因此解析法目前正在得以广泛运用。 [资料来源：http://Doc163.com]


三、研究内容及实验方案：

用解析法进行平面四杆及六杆机构的运动和动力性能分析，分析平面六杆机构的受力并用软件编程实现平面六杆机构的运动和动力仿真。
[1]具体内容如下：
1：平面连杆机构连杆点的轨迹坐标
2：六杆机构的运动分析
3：六杆机构的动力性能分析
4：运动学仿真软件编制
[2]实验方案：
平面连杆机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。这里采用解析法进行分析。

四、目标、主要特色及工作进度
平面连杆机构运动分析是从几何角度出发，根据已知的原动件的运动规律确定机构其它构件上各点的位移（轨迹）、速度和加速度，或构件的角位移，角速度和角加速度等运动参数，以及确定各构件相连接的运动副产生的构件之间相互作用的约束反力。工作进度如下：
1、拟写开题报告、外文翻译                                       ～3.11
2、平面连杆机构连杆点的轨迹坐标                                 ～4.02
3、四杆机构的动力性能分析                                       ～4.26
4、六杆机构的动力性能分析                                       ～5.10
5、运动学仿真软件编制                                           ～5.25
6、毕业论文整理及答辩准备                                       ～6.03

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五、参考文献
1、孙桓，陈作模主编.机械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.12；
2、杨兰生等主编，机械原理电算程序设计，中国展望出版社，1986年
3、陆凤仪等主编，机械原理课程设计，机械工业出版社，1993年
4、王保民等主编，机械原理课程设计手册，重庆大学出版社，1998年
5、濮良贵等主编，机械设计，高等教育出版社，2001年
6、孙恒等主编，机械原理，高等教育出版社，2001年
7、 哈尔滨工业大学理论力学教研室主编.理论力学.北京：高等教育出版社，2002；
8、Shigley J E,Uicher J J.Theory of machines and mechanisms. New York: McGraw-Hill Book Company,1980
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