一种平面四杆机构的设计研究文献综述

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1、 本科生毕业设计(论文)文献综述设计 (论文)题目一种平面四杆机构的设计研究作者所在系别机械工程系作者所在专业机械设计制造及其自动化作者所在班级 作 者 姓 名 作 者 学 号2 指导教师姓名 指导教师职称教授完 成 时 间 年12月毕 业 设 计论 文文 献 综 述随着科学技术的日益进步和电子计算机的广泛应用，现代机械正朝着机-电-液-信息一体化的方向开展，功能齐全、品质优良、使用维护方便的高新技术产品不断涌现，大大改变了人们以往关于传统机械、纯机械的观念。但是，不管现代机械如何开展，作为传递和变换机械运动的人工系统机构，仍然是大多数机器的最重要组成局部。为了用机器代替精密的、高难度的手工劳

2、动，为了实现复杂的运动以使生产过程自动化，为了改善机器的高速、超高速运转性能等等，在很大程度上都取决于设计制造精巧的机构。一台机器可以包含一个或多个机构以及其他辅助装置，能够完成有用的机械功或转换机械能，而机械那么是机器和机构的总称，只要分析一下机械设计的一般进程，那么机构设计在现代机械设计多种的地位一目了然。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创造中就

3、有连杆机构，例如我国东汉时期张衡创造的地震仪、列奥纳多达芬奇所描述的椭圆车削装置等，在这些创造中，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。连杆机构的最根本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的根底。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的根本原理，从而用以连杆机构的设计。 当今，工业生产自动化程度越来越高，平面四杆机构以及它与其它类型

4、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中。2.平面四杆机构的特点、开展过程、现状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。平面四杆机构的根本形式：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根本形式。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，能够做整周回转的连架杆被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的连架杆称为摇杆。如果以转动副连接的两个构件可以做整周相对转动，那么称之为整转副，反之称之为摆转副。铰链四杆机构中，按照连架杆是否

5、可以做整周转动，可以将其分为三种根本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。曲柄摇杆机构，两连架杆中一个为曲柄一个为摇杆的铰链四杆机构双曲柄机构，两连架杆均为曲柄的铰链四杆机构。其特点是当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般做不等速转动。在双曲柄机构中，如果两对边构件长度相等且平行，那么成为平行四边形机构。这种机构的传动特点是主动曲柄和从动曲柄均以相同的角速度转动，而连杆做平动。双摇杆机构。双摇杆机构是两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构。 平面四杆机构的演化：铰链四杆机构可以通过以下方法演化成衍生平面四杆机构。转动副演化成移动副。如引进滑块等构件。以这种方式构成的平面四杆机构有曲柄滑块机构、

6、正弦机构等选取不同构件作为机架。以这种方式构成的平面四杆机构有转动导杆机构、摆动导杆机构、移动导杆机构、曲柄摇块机构、正切机构等变换构件的形态。扩大转动副的尺寸。演化成偏心轮机构 平面四杆机构的运动特性格拉霍夫定理杆长之和条件：平面四杆机构的最短杆和最长杆的长度之和小于或者等于其馀两杆长度之和。在铰链四杆机构中，如果某个转动副能够成为整转副，那么它所连接的两个构件中，必有一个为最短杆，并且四个构件的长度关系满足杆长之和条件。在有整装副存在的铰链四杆机构中，最短杆两端的转动副均为整转副。此时，如果取最短杆为机架，那么得到双曲柄机构；假设取最短杆的任何一个相连构件为机架，那么得到曲柄摇杆机构；如果

7、取最短杆对面构件为机架，那么得到双摇杆机构。如果四杆机构不满足杆长之和条件，那么不管选取哪个构件为机架，所得到机构均为双摇杆机构。上述系列结论称为格拉霍夫定理。 急回运动特性：在曲柄摇杆机构中，当摇杆位于两个极限位置时，曲柄两个对应位置夹的锐角被称为极位夹角。用表示通常用行程速度变化系数K来衡量急回运动的相对程度。偏置曲柄滑块机构和摆动导杆机构同样具有急回特性。对心曲柄滑块机构无急回特性。平面四杆机构是由一些刚性构件用平面低副相互连接而成，并可在同一平面内或相互平行平面内运动的机构。它广泛应用于各种机器、仪表和日常生活中。该机构在现实中的应用十分广泛，以下为几种实例展示：平面四杆机构在现实中的

8、应用十分广泛， 它开展到现在也有了多种多样的形式，例如，平面四杆机构和液压，气压传动设备一起使用，这样可以使机构的作用更加突出。如下图的就是一种液压支盘成形机中的平面四杆机构。在现场施工中，主机设备入孔后，并不与钻孔固定，即不受钻孔约束，而是处于钢丝绳的自由悬吊状态。如图2所示，液压站开动后，活塞杆经过一定量的空行程，支出的工臂才接触孔壁，开始实施挤扩，如图6a的挤扩初始状态；当活塞杆走完全部行程后，工臂挤压进入土层中，完成一次分支挤扩，如图6b的挤扩终了状态。工臂收回后，挤扩出一个一字分支，依此旋转主机可挤扩一个承力盘空腔。支盘成形机在挤扩施工的过程中，主要是由主机来完成挤扩孔壁的功能。主机

9、结构中上工臂、下工臂、活塞杆、上轴移动铰支座、下轴固定铰支座和中轴中间铰支座构成了支盘成形机的工作机构，如图4a所示。工作机构在简化过程中将一个上工臂和一个下工臂看作虚约束，同时将主机机架与孔壁刚性固接，即增加一个约束条件。这样，机构运动简图如图4b所示为摇杆滑块机构。其自由度F3n2PlPH3324101，具有确定的相对运动。我国对平面四杆机构的应用和研究已有多年的历史，目前仍在继续扩展和深入。1983年全国第三届机构学学术讨论会上关于平面四杆机构的论文只有8篇，涉及设计、运动规律、分析、廓线的综合等四个研究方向。到了1988年第六届会议，已有平面四杆机构方面的论文20篇，增加了动力学、振动

10、、优化设计等研究方向。而1990年第七届会议，平面四杆机构方面的论文22篇，又增加了CAD/CAM、误差分析等研究方向。近几年，对平面四杆机构方面的研究又不断深入，并发表了一系列论文，对四杆机构的共扼曲面原理、专家系统等方面也有了相当的研究。现在平面四杆机构已经在包装机械、食品机械、纺织机械、交通运输机械、动力机械、印刷机械等领域得到广泛的应用。但是，与先进国家相比，我国对四杆机构的研究和应用还存在较在的差距，尤其是在对仿真的研究、平面四杆机构的加工及产品开发等方面。虽然已有很多学者对平面四杆机构的研究做了相当多的工作，但在各研究方向仍有许多可继续进行的工作，并有一些研究工作有待开发。从设计的

11、角度考虑，大致有以下几点:(l)在从动件运动规律的研究方面，除了继续寻找更好的运动规律外，要研究有效的分析方法。(2)在几何学和运动学的研究方面，要综合考虑各种四杆机构，尽可能导出普遍适用的计算公式。 (3)开展通用而有效的CAD系统。由于种种原因，计算机在平面四杆机构设计中的应用一直被局限于几种平面和圆柱凸轮机构，且每一程序一般只能处理一、二种机构，比照拟完整的CAD系统的研究，在近十几年才开始，且很不完善。(4)引入专家系统或人工智能CAD系统。由于四杆机构，种类多，应用广，加之许多已有的知识不能公式化，所以应用普通的CAD系统，有时效果并不很理想。如果引入专家系统，那么可以获得较为理想的

12、结果。(5)动力学研究的深化及研究成果的进一步实用化。由于动力学间题本身的复杂性，导致研究主要集中于低、中速四杆机构，对高速四杆机构的动力学研究还不够深入、完善，所以，人们对这些研究成果的可靠性存在疑心，这些成果的应用尚不广泛。(6)加强对平面四杆机构的运动学特性和动力学特性的计算机模拟，以提高设计质量和缩短产品研制周期。(7)研究CAD/CAM的一体化。(8)平面四杆机构作为引导机构的研究和应用。1杜韧.液压支盘成形机工作机构静态受力分析.煤矿机械，2007年，第07期.2蔡红英,孙家林,刘剑平.挤扩径灌注桩成型机工作机构受力研究J建筑机械化, 2005,(02).3武熙,梁宝英,孔凤鸣.Y

13、ZJ型液压支盘成形机工作机构受力状态分析J建筑机械, 2002,(04).4卜桂玲. 液压支盘成形机工作机构受力状态分析J煤矿机械,2005,(01) .5赵匀.机构数值分析与综合.机械工业出版社.2005年6月.6群凯工作室.AutoCAD入门与应用实例M.中国铁道出版社.7符祎.机构设计学.湖南大学出版社.2001年6月.8魏阳.王书义.基于Pro/ E 的机械系统运动仿真分析J .现代机械，2004 (5) :5556.9杨黎明，杨志勤. 机构选型与运动设计. 国防工业出版社. 2006年9月.10方宏明. 机械设计、制造常用数据及标准标准实用手册.当代中国音像出版社.11于馨芝，王宁，

14、闻济世. 机械设计.制造工艺.质量检测与标准标准全书 x金版电子出版公司.12熊斌生.现代连杆机构设计.北京.化学工业出版社.2005年12月.13Xinjun Liu, Jay il Jeong etal. A New Planar Two Degree-of-Freedom Parallel Mechanism. Proceeding of the 11th Word Congress in Mechanism and Machine ScienceC, Tianjin, China, 2004. Beijing, China Machine Press,2004,3:1214-1218.

15、14Liu Xinjun, Wang Jinsong, etal. Parallel Mechanism with Two or Three Degree of Freedom. Tinghua Science and Technology, 2003,8(1):105-112.毕 业 设 计论 文文 献 综 述指导教师意见 指导教师： 年 月 日专业教研室审查意见 负责人： 年 月 日09/20 11:46 102机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及CAD设计09/08 20:02 3kN微型装载机设计09/20 15:09 45T旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5吨卷扬机设计1

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