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Proe Creo教程资料:
15.4 连杆机构仿真与分析
    机构有平面机构与空间机构之分.
    ·平面机构:各构件的相对运动平面互相平行(常用的机构大多数为平面机构).
    ·空间机构:至少有两个构件能在三维空间中相对运动.
    连杆机构常根据其所含构件数目的多少而命名,如“四杆机构”和“五杆机构”等。其
中平面四杆机构不仅应用特别广泛,而且常是多杆机构的基础,本节将重点讨论平面四杆机
构的有关基本知识并对其进行运动仿真研究。
 
15.4.1 常见的平面连杆机构
平面连杆机构就是用低副连接而成的平而机构,其特点如下。
·运动副为低副,面接触.
·承载能力大.
·便于润滑,涛命长。
  几何形状简单、便于加工,成本低.
几种常见的连杆机构如下。
I.铰链四杆机构
    铰链四杆机构是平面四杆机构的基本形式,其他形式的四杆机构均可以看作此机构的演
化。图15-9所示为铰链四杆机构示意。

示意
铰链四杆机构根据其两连架杆的不同运动情况,可以分为以下3种类型
·曲柄摇杆机构:铰链四杆机构的两个连架杆中若其中一个为曲柄,另一个为摇杆,
 则称其为“曲柄摇杆机构”.当以曲柄为原动件时,可将曲柄的连续转动转变为摇杆
 的往复摆动,如图15-10所示.
·双摇杆机构:若铰链四杆机构中的两个连架杆都是摇杆,则称其为“双摇杆机构”,
  如图15-11所示.

机构机构

·双曲柄机构:若铰链四杆机构中的两个连架杆均为曲柄,则称其为“双曲柄机构”.
  在双曲柄机构中,若相对两杆平行且长度相等,则称其为“平行四边形机构”.其运
  动有两个显著特征,一是两曲柄以相同速度同向转动;二是连杆作平动.这两个特
  性在机械工程上都得到了广泛应用,如图15-12所示.

机构
    2.其他演变机构
    其他由铰链四杆机构演变而来的机构包括常见的曲柄滑块机构、导杆机构、摇块机构和
定块机构、双滑块机构、偏心轮机构、天平机构,以及牛头刨床机构等。
    组成移动副的两活动构件画成杆状的构件称为“导杆”;画成块状的构件称为“滑块”。
图15-13所示为曲面滑块机构。

机构
导杆机构、摇块机构和定块机构是在曲柄滑块基础上分别固定不同的对象而演变的新机
构,如图15-14所示。

机构
 
15.4.2 空间连杆机构
    在连杆机构中,若各构件不都在相互平行的平面内运动,则称其为“空间连杆机构气
    空间连杆机构从动件的运动可以是空间的任意位置,特点是机构紧凑、运动多样和灵活
可靠。
    1.常用运动副
    组成空间连杆机构的运动副除转动副R和移动副P外,还常有球面副S、球销副S',圆
柱副C及螺旋副H等。在科学研究和实际应用中,常用机构中所含运动副的代表符号来命
名各种空间连杆机构,如图15-15所示。
    2.万向联轴节
    万向联轴节传递两相交轴的动力和运动,而且在传动过程中两轴之间的夹角可变。
图15-16所示为万向联轴节的结构示意。
    万向联轴节分为单向和双向。

常见
·单向万向联轴节:输入输出轴之间的夹角为180-a且特殊的球面四杆机构,主动轴
  匀速转动;从动轴作变速转动.随着a的增大,从动轴的速度波动也增大.在传动
  中将引起附加的动载荷,使轴产生振动.为消除这一不足,通常采用双万向联轴
  节,如图15-16所示.

示意
·双向万向联轴节:一个中间轴和两个单万向联轴节,中间轴采用滑键连接,允许轴
向距离有变动.如图15-17所示.

双向
实训——平面铰链四杆机构仿真与分析
    下面以一个四杆机构的机构仿真与分析全过程为例,详解从装配到仿真的操作步骤及方
法。如图15-18所示为平面铰链四杆机构。

机构
1.装配过程
[1]启动Creo,然后在墓本环境中新建命名为“crankrocker”的组件装配文件,如图15-19
    所示.

创建
[2]进入组件装配环境后设置工作目录,单击【装配】按钮,然后从光盘素材文件夹
    中打开第I个模型文件ground.prt,此模型为固定的主模型.在【装配】操控板中以
    默认装配方式装配此模型,如图15-20所示.

模型
[3]以主模型为基础,装配与第I个组件根同的第2个组件模型,过程如图15-21
    所示.

装配
[4]前面两个组件采用无连接接口的装配约束方式装配,第3~第5个组件则采用有连
    接接口的装配约束方式,装配第3个组件模型crank.prt的过程如图15-22所示.

装配
装配
[5]装配第4个组件模型connectingrod.prt的过程与装配方式与装配第3个组件相同,如
    图15-23所示.

装配
[6]装配第5个组件模型rocker.prt,此模型与第2个和第4个组件模型存在装配约束关
系,与第2个组件模型的装配约束关系如图15-24所示.

关系
[7]单击【放置】标签页中的【新建集】按钮,然后创建新的装配约束关系.第5个与
    第4个组件模型的有连接接口的装配约束关系如图15-25所示(在装配操控板没有
    关闭的情况下继续装配).

关系
2.机构仿真与分析
操作步骤
[1]单击【应用程序】标签页【运动】面板中的【机构】按钮,进入机构仿真分析模式.
[2]单击【机构】标签页【主体】面板中的【重新连接】,打开【连接组件】对话框.
[3]单击【运行】按钮,弹出【确认】对话框.检测各组件之间是否完全连接,如
   图15-26所示.

检测
[4]通过机构树查看装配连接中哪些属于基础及哪些是主体,如图15-27所示.

主体
[5]单击工具栏中的【拖动元件】按钮,打开【拖动】和I选择1对话框.
[6]在机构中选取要拖动的主体元件,然后移动关闭.检查机构是否按照设计意图进行
    运动,如图15-28所示。

拖动

[7]为定义伺服电动机,右击机构树【电动机】选项组中的【伺服】选项.选择快捷菜
    单中的【新建】选项,打开【伺服电动机定义】对话框.


 [8]保留默认名称,然后按提示选择从动图元连接轴作为运动轴,如图15-29所示.

选择
[9]在【伺服电动机定义】对话框的【轮廓】标签页中设置伺服电动机的转速常量
  8 000 deg/sec,单击按钮查看电动机的土作轮廓曲线,如图15-30所示.

定义
[10]单击【应用】按钮,将电动机添加到机构中,如图15-31所示.

机构


[11]单击右工具栏中的【机构分析】按钮,打开【分析定义】对话框.在【电动机】
    标签页中查看是否存在先前定义的伺服电动机,如图15-33所示.如果没有,可以
    单击添加所有电动机按钮重新定义电动机.
[12]在【首选项】标签页中选择【运动学】选项,输入终止时间值20。然后单击【运
    行】按钮,完成机构的仿真,如图15-34所示.

查看运行

[13]保存结构仿真分析的结果.

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