平面四杆机构的运动分析开题报告
毕业设计（论文）开题报告
题目 平面四杆机构的运动分析
专业名称 机械设计制造及其自动化
一、选题的依据及意义：
1．1选题目的
1．建立研究新机构，新机器发明创造的普遍规律及实用方法的实用基础理论。
2．加速吸收发达工业化国家的先进技术，为本国新机构，新机器的二次设计，二次开发提供理论基础。
3．提出在技术革新和设备改造中提出的新机构，新机器的独特结构和创新构思，是其成为成熟的先进技术。
4．简介一些新机构，新机器实用性结构及技术的应用实例，说明理论对实践的指导作用。
5．为从事机械设计，制造的工程技术人员的知识，技术更新开阔视野提供参考资料。
6．探索平面连杆机构研究的新方法，新思路。
连杆机构的最基本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的基础。 平面四杆机构是由四个刚性构件用低副链接组成的，各个运动构件均在同一平面内运动的机构。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理，从而用以连杆机构的设计。
所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之後，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。如果以转动副连接的两个构件可以做整周相对转动，则称之为整转副，反之称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本机构运动学综合是按照给定的运动特性对机构进行系统的设计的过程，包括型综合和尺度综合两大主要内容，主要综合方法有解析法、作图法和实验法。作图法和实验法工作量大，设计精度低，仅适用于对机构精度要求不高的场合。近几十年来，随着工业技术的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已不能满足要求，而基于计算机辅助设计（CAD）的解析法得到了广泛的应用。 [资料来源：http://www.doc163.com]
本课题的主要内容是平面四杆机构的连杆曲线及轨迹综合，其意义在于：一、深入研究计算机在设计和仿真连杆机构连杆曲线方面的应用，从而指导实践；二、总结出四杆机构轨迹综合的理论基础，从而指导多杆或复杂的低副平面机构的综合。
此课题的主要目标是系统地对平面四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用；主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言编程来辅助设计和仿真平面四杆机构。
受控连杆机构是指一个或若干个原动件受计算机控制，从而使机构可以精确实现任意给定运动并具有智能化的一类机构，如具有一个受控原动件的平面五杆机构；受控机构学研究受控连杆机构的分析与综合理论、控制方法与控制系统和应用。
1．2课题主要内容及选题意义
四杆机构在机械自动化，机械手，机器人中都有很广泛的应用，近几十年来，随着现代工业的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已经不能满足要求，而解析法则成为日益广泛应用的分析方法。
本课题的主要内容是平面四杆机构的连杆曲线与运动领域识别，要求研究者用解析法先进行平面四杆机构连杆轨迹的生成，再利用随机函数建立轨迹曲线数据库，对数据库中的曲线进行分类及运动领域识别，最后用软件（Visual Basic）实现运动仿真。
[资料来源：www.doc163.com]
意义在于：深入研究计算机在设计和仿真连杆机构连杆曲线方面的应用，从而指导实践；二，总结出四杆机构轨迹综合的理论基础，从而指导多杆（如六杆）或复杂的低副平面机构的综合。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：
连杆机构综合的重中之重就是尺度综合。六十年代以后，计算机辅助设计及辅助制造（CAD/CAM）蓬勃发展，随着CAD技术和新算法的出现，人们已开发出许多实用化的软件来进行尺度综合。
目前，通过采用计算机高级语言编程来实现某种算法而精确求解的解析法得到了广
泛的应用，例如连续算法（即同伦算法）、遗传算法（GA）等，这些算法能够综合出精
度很高的机构。另外，近十年来还出现了“数值图谱”进行机构的尺度综合，其思路为
将连杆曲线机构的输出参数用一组特征参数存入计算机，通过特征参数的比较，决定所
设计机构的近似精度，以进行机构的尺度综合。现在国内外学者已有不少研究成果，并
引入了多种数学工具，如频谱分析、模糊数学、小波特征等参数。最后，应用计算机来
对机构进行仿真已成了目前机构综合的一个重要内容，通过仿真来获得机构的各个特征
参数，然后再进行优化设计也决定了机构的精确。 [来源：http://www.doc163.com]
1.受控机构学发展展望
作为受控机构学目前研究的重点受控五杆机构，虽然有一定进展，形成了一定的体系，但作为一个新兴研究领域还有待更深入的研究。
1.1进一步加强研究，完善方法和理论体系
具有一个受控原动件的五杆机构是一种最简单，但功能优越的，能精确实现给定运动的机电一体化的连杆机构。下一步的研究，将进一步开拓新的研究领域，如精确实现给定的刚体位置的理论和综合方法；精确实现给定的组合运动（如实现连杆轨迹的同时满足主从动件之间的函数关系，实现连杆轨迹的同时满足刚体位置的要求等）的理论和综合方法；机构动力学方面的研究，如机构所传递的动力对精确实现运动的影响和平衡问题等；从而形成较完善的受控机构学理论体系。
1.2编制具有良好“鲁棒性”的应用软件
为了能使这种新型机构理论得到推广，不但要有完善的理论研究，而且还要开发具有良好“鲁棒性”的应用软件，因此结合最新的计算机窗口和图形技术，面向用户编制具有良好“鲁棒性”的计算机仿真程序和应用软件，让用户不需要学习或只经过短时的训练就能使用该软件设计机构，而且得到全套的机构图、机构尺寸、运动学参数、动力学参数和控制参数。将研究结果以软件形式推广，也是一个研究重点。
1.3加强实验研究，推广工程应用
科学研究的目的是为了推动工业进步。下一步的研究将侧重于进行实验研究。结合实际应用在实验室条件下建立通用实验台，该通用实验台要能够调整机构尺寸和动力学参数，并能适应各种单一运动、多个运动和组合运动的实验需要，以验证理论，探讨控制系统的组成和优化，为工业应用奠定基础。
三、研究内容及实验方案：
用解析法计算平面四杆机构连杆各点轨迹，建立连杆轨迹曲线数据库，用软件编程实现运动分析。这需要做到：1、建立平面四杆机构运动方程 2、编写运动分析程序 3、机构运动模拟
平面连杆机构原理，包括铰链四杆机构（曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构）、铰链四杆机构的演化（曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构、定块机构、双滑块机构）。
研究内容：
1.平面四杆机构连杆点的轨迹坐标
2.连杆轨迹曲线分类基准的确定
3.轨迹曲线的分类及运动领域识别
4．运动学仿真软件编制
实验方案：
所以， （1） [资料来源：http://doc163.com]
（2）
（1）（2）联立消去 ，再将 ， ，
代入，解方程可得： （3）
式中， ，
，
当连杆初始位置是 时，（2）式中取“+”号；当连杆初始位置是 时（2）式中取“-”号；当 时，连杆机构相应位置无法实现。
所以， ，
所以，
所以，连杆上任一点（K点）的坐标（x,y）就可以表示为
四、目标、主要特色及工作进度：
目标：系统地对平面四杆机构和四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用。
主要特色：在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言编程（VB）来辅助设计和仿真平面四杆机构，主要体现在三个方面：一、绘制连杆曲线；二、综合机构尺度；三、机构的优化和VB运动模拟。
工作进度： [资料来源：Doc163.com]
1、开题报告、外文资料翻译 两周 3月1日-——3月11日
2、平面四连杆机构的类型 三周 3月14日——4月2日
3、连杆曲线的生成与分类准则的确定 三周 4月6日——4月26日
4、曲线分类 两周 4月27日——5月10日
5、曲线分类的运动领域识别 两周 5月11日——5月25日
6、毕业论文整理及答辩准备 一周 5月26日——6月1日
五、参考文献： [资料来源：www.doc163.com]
1、张纪元主编.机械学的数学方法.上海：上海交通大学出版社，2003
2、孙桓等主编.机械原理（第六版）.北京：高等教育出版社，2001
3、濮良贵主编.机械设计. 北京：高等教育出版社.2001
4、曹惟庆编著.平面连杆机构分析与综合. 北京：科学出版社，1989
5、孟彩芳主编.机械原理电算分析与设计. 天津：天津大学出版社，2000
6、曹清林等编著.对称轨迹机构 北京：机械工业出版社，2003
7、杨廷力编著.机械系统基本理论——结构学 运动学 动力学. 北京：机械工业出版社，1996
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