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    188宝金博页面版: 连杆机构的应用研究及发展趋势综述

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    内容提示： 科技展望 2014/14113技术与应用连杆机构的应用研究及发展趋势综述 张华培? 王志刚? 王? 孙? 杨? 洋（西华大学机械工程与自动化学院，四川? 成都? 610039）1 前言在工程中应使用比较普遍的连杆机构有：活塞发动机、纺织机械、印刷机械、联合收割机下割刀等。连杆机构不仅机构简单、易于制造、工作可靠，而且能实现多种运动规律和轨迹。虽然现在的计算机技术水平很高，但对连杆机构理论和设计方法的研究，仍然是许多数学家、工程技术人员和自然科学家研究的热点。在连杆机构的研究上有两个方面的内容：一是连杆机构分析；二是连杆机构综合。对连杆机构的研究主要...

    文档格式：PDF | 页数：3 | 浏览次数：712 | 上传日期：2015-08-26 14:33:41 | 文档星级：
    科技展望 2014/14113技术与应用连杆机构的应用研究及发展趋势综述 张华培  王志刚  王  孙  杨  洋（西华大学机械工程与自动化学院，四川  成都  610039）1 前言在工程中应使用比较普遍的连杆机构有：活塞发动机、纺织机械、印刷机械、联合收割机下割刀等。连杆机构不仅机构简单、易于制造、工作可靠，而且能实现多种运动规律和轨迹。虽然现在的计算机技术水平很高，但对连杆机构理论和设计方法的研究，仍然是许多数学家、工程技术人员和自然科学家研究的热点。在连杆机构的研究上有两个方面的内容：一是连杆机构分析；二是连杆机构综合。对连杆机构的研究主要偏重于对结构学、动力学及运动学特征的分析，研究他们之间的规律和关系，这种规律和关系时常用于改善现有机械系统的性能。同时，对连杆机构分析的研究还是动力性能和运动性能研究的依据。连杆机构分析对了解机械的运动性能和新机械设计来说都是必不可少的。运动分析是机构分析研究的主要内容。对机构运动的研究要先建立机构矢量方程，求出方程的解，然后得出每个杆件不同运动参数的数学模型。解析法和图解法是当前较为成熟分析法。解析法能精确的了解机构在整个运动循环过程中的运动特性，借助于计算机可以获得较高的计算精度，精确的位置分析结果，绘制对应的机构的运动图。图解法更为方便，可以将机构运动特性简单直观地表达出来，精度也可以满足要求。连杆机构综合是机械设计中一个重要组成部分，就是要给定满足机构要求的结构与尺寸。目前对机构综合的研究远远落后于对机构分析的研究。 对机构综合的研究可分为三个方面:(1)刚体导引机构 ;(2) 函数生成机构 ;(3) 轨迹生成机构。连杆机构具有丰富的理论基。煌墓辜和运动副之间可以构成具有不同性能的机构。连杆上的点可以再现复杂的函数曲线，即连杆曲线。连杆机构在机械设计中，可以完成很多运动，满足各种工艺要求。由于连杆机构结构简单、承载能力强、制造和维修简单等特点， 所以连杆机构的综合都是历来学者研究的重点。2 连杆机构的发展概况在过去的几十年里，国内外的一些学者对连杆机构分析和综合的研究已取得了令人瞩目的成就。对于连杆机构分析， 提出了以单开链为单元的理论与方法，以拓扑特征为基础的新机构组成原理，揭示了机构特征与动力学方程、运动学方程之间的联系，创立了一套新数学模型。连杆机构综合取得成就有：（1）提出了综合杆组的概念，创立了连杆机构按速度、位置、加速度等运动参数综合进行分析的理论与方法。（2）将计算机技术应用到连杆机构综合，建立了传动特征和导引特性的数据库，有利于提高求解精度和设计速度。（3）提出了基于局部轨迹的特征，实现整个机构的轨迹，提高轨迹机构求解的精度和设计速度。（4）提出了机架杆方向结构误差与从动杆杆长结构误差的概念，并通过改进遗传算法，完成轨迹机构和函数生成机构的优化。20 世纪中期，开始将计算机技术应用到连杆机构综合。对于铰链四杆机构综合的几何方法，一些学者将其公式化，超越方程组和求解代数方程组可以在计算机上进行，从而获得综合机构有关的参数，首次将计算机实现应用到四杆机构再现函数的最优综合中。60 年代后，位移矩阵法也被应用到机构综合中，通过解超越方程组和非线性方程组，求综合机构的有关参数。在过去的几百年中，连杆机构的理论研究取得了具大的成绩。18 世纪后期，机械工程学科在第一次工业革命后的迅速的发展起来了，机构学也成了一门独立的新学科。连杆机构早在 13 世纪前期就已经得到广泛的应用，四杆机构是最简单也是最早出现的一种连杆机构。早在 18 世纪，著名发明家瓦特就对连杆机构进行了研究。1784 年，瓦特将四杆机构应用到他发明的蒸汽机里，为活塞提供近似直线运动。瓦特将连杆机构应用到蒸汽机多年之后，连杆机构并没有得到快速的发展，一方面是由于人们没有及时认识到连杆机构的作用，另一方面是由于缺乏其运动特性方面的理论基础。与连杆机构相关的一些文献在 19 世纪 80 年代后才相继出现。19 世纪之后，对连杆机构研究贡献最大的是德国机构学学派，其研究成果处于世界遥遥领先地位。第二次世界大战之后，由于计算机技术的快速发展，使连杆机构在生产中的应用有了新突破，开辟了许多新分支。四杆机构是连杆机构最基本的形式，虽然目前对四杆机构已进行了很多的研究，但是在运动学和动力学方面，四杆机构仍待进一步发展。对于五杆机构，尤其是五杆以上的多杆多自由度机构，仍待进一步的研究。四杆机构虽应用广泛，形式简单，但仅仅能实现简单的功能。随着机械手、机械自动化、机器人的发展，在机构运动和动力特性方面，人们有了更高的要求，国际上也十分注重这方面的研究。关于连杆机构运动几何学问题，已经有很多国外学者对其进行了研究， 如欧拉、 布尔梅斯特、 博比利尔、 鲍比和哈特曼等，他们建立了连杆机构运动几何学的经典理论，为连杆机构的运动综合鉴定了坚实的基础。在连杆曲线的曲率理论方面，他们也进行了研究，为轨迹综合提供了理论依据。从纯几何的角度出发，布尔梅斯特对平面刚体 3 个、4 个及 5 个有限接近位置的运动关系进行了研究，发表了他的研究成果，并在 1888 年发表了《运动学教程》—他的汇总性著作。他的研究揭示，运动几何中在其所在平面内运动的平面图形的有限相离和无限接近位置运动几何学，并建立了圆点曲线和圆心曲线—机构综合图解法中最重要的两条曲线，统称为布尔梅斯特曲线，为机构综合的图解法提供了基础理论。连杆机构综合的解析法是由切比雪夫研究的，此方法的基础是函数逼近理论，用一个与给定函数相差很小的函数来近似的替代它，近似的求出给定函数的偏差表达式， 通过计算这些偏差表达式， 获得相关的尺寸参数。随着连杆平面刚体有限接近位置几何学理论的发展，平面刚体无限接近位置几何学理论也迅速的发展起来了，从有限接近位置几何运动学理论扩展到无限接近位置几何运动学理论，与此同时，曲率理论也应用于铰链四杆机构连杆曲线的曲率分析，给出了瞬时连杆平面上无限接近位置点的一元四次方程解的情况，为基于曲率理论的连杆机构综合提供了理论基础。3 连杆机构发展过程中存在的问题及解决方案3.1 连杆机构在运动性能分析方面存在的问题及解决方案连杆机构在运动性能分析方面， 仍然存在着一些不足之处。（1）连杆机构的运动综合较为复杂，一般只能近似地实现给摘 要：论文主要对连杆机构的综合理论和方法作论述。首先对连杆机构分析和综合的研究进行了介绍，论述其在国内外的发展概况，同时指出连杆机构在目前使用过程中存在的问题，并提出了相应的解决方案，最后对连杆机构的发展趋势作了概述。关键词：连杆机构  机构分析  机构综合中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1672-8289（2014）14-0113-02

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