畢業(yè)設計（畢業(yè)論文）開題報告
學 院
機械工程學院
專 業(yè)
機械工程及自動化
班級學號
學 生
指導教師
題 目
平行運動機構(gòu)的機構(gòu)分析與構(gòu)型設計
任務實際
進行日期 自 年月 日起，至 年 月 日止
1課題背景及意義
齒輪 －連桿機構(gòu)因具有多種優(yōu)良輸出特性，故被 廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。其中，有一種傳遞等速運動 的特殊機構(gòu)，即齒輪 － 平行四邊形機構(gòu)( 以下簡稱 GPM) ，目前也越來越受到青睞，三環(huán)減速器就是一例。對一類形式的 GPM，即 平動齒輪機構(gòu)的傳動性能進行了研究，但對外嚙合式 GPM 研究甚少。本文中論述了該組合機構(gòu)的組成規(guī) 則，并對外嚙合式和內(nèi)嚙合式 GPM 的傳動性能進行 了分析與比較。而且，在尋找最佳性能組合機構(gòu)的同 時，對如何改變不同形式 GPM 的傳動比進行了總結(jié)。
2文獻綜述
2.1平行四邊形機構(gòu)的運動性能及應用研究
該組合機構(gòu)由平行四邊形機構(gòu)和齒輪機構(gòu)組合 而成。選擇平行四邊形機構(gòu)作為基礎機構(gòu)，是因為它 有以下兩個顯著特點: ①兩曲柄以相同速度同向轉(zhuǎn)
動; ②連桿作平動( 即角速度為零) 。 齒輪機構(gòu)，即裝載在平行四邊形機構(gòu)上依次嚙合 的齒輪串( 包括只有一對齒輪嚙合的情況) 。為了使 裝在各構(gòu)件上的齒輪能夠始終保持嚙合，齒輪應裝在 連桿機構(gòu)轉(zhuǎn)動副中心的銷軸上。另外，若無一個齒輪 與基礎機構(gòu)固連，那么組合機構(gòu)的自由度將大于1，如 圖1a 中的機構(gòu)，其自由度 F =2，一般要求組合機構(gòu)的 自由度等于1，故至少有一個齒輪與基礎機構(gòu)固連。 經(jīng)分析，固連齒輪必為齒輪串兩端的齒輪，且與 它固連的構(gòu)件只能是由它向外延伸僅有一個轉(zhuǎn)動副 中心的銷軸裝有齒輪的構(gòu)件，否則將破壞原先 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。如圖 1a 中，端部齒輪 5 只能與機 架4 固連; 端部齒輪 7 只能與構(gòu)件 1 固連。在圖 1a 中，若將不在齒輪串端部的齒輪 6 與基礎機構(gòu)的構(gòu)件 固連，那么它可能與構(gòu)件2 或構(gòu)件 3 固連。當齒輪 6 與構(gòu)件2 固連時，齒輪6、齒輪7 和構(gòu)件2 構(gòu)成剛性構(gòu) 件，機構(gòu)變成圖1b 所示的機構(gòu)，此時齒輪 7 已不起作用; 當齒輪6 與構(gòu)件3 固連時，齒輪5、齒輪6 和構(gòu)件3 構(gòu)成剛性構(gòu)件，機構(gòu)變成圖 1c 所示的機構(gòu)。當端部 齒輪5 與構(gòu)件3 固連時，同理，構(gòu)件5、構(gòu)件6 和構(gòu)件3 也構(gòu)成剛性構(gòu)件，得到與圖1c 所示相同的結(jié)果。
由文獻可知，在裝載上齒輪機構(gòu)后，自由 度的增減值△F =1 － Ｒ，其中 Ｒ 表示固連的端部齒輪 數(shù)目。由此可知，△F 與齒輪串中的齒輪數(shù)目無關， 僅與固連的端部齒輪的數(shù)目 Ｒ 有關。由于平行四邊 形機構(gòu)的自由度為 1，那么使△F = 0，即固連一個端 部齒輪即可滿足運動確定性要求。當然，上述的組成 規(guī)則也適用于一般齒輪 －四桿機構(gòu)。
2.2平行四桿仿形機構(gòu)設計及運動仿真
如圖 1 所示，本機構(gòu)主要由前支架、上拉桿、下拉桿、 后支架、限位桿、運輸鉤等組成。前支架通過 U 型卡絲與 機架主梁固結(jié)，后支架與排種器、開溝器、雙圓盤開溝器、
覆土鎮(zhèn)壓輪固結(jié)。上 拉桿與下拉桿平行 且相等， A 點與 B 點 鉸接在前支架上構(gòu) 成四桿機構(gòu)的前桿， C 點與 D 點鉸接在 后支架上構(gòu)成四桿 機構(gòu)的后桿。機具在 工作過程中，上拉桿 AC、CD 桿、下拉桿 BD 構(gòu)成的連桿系統(tǒng) 繞 A 點和 B 點轉(zhuǎn)動。 由平行四邊形的運動特點可知，在上下仿形過程中，上拉 桿 AC 和下拉桿 BD 始終做平行運動，從而使剛性連接在 后拉桿 CD（后支架）上的開溝器在免耕作業(yè)過程當中一 直作平行運動，進而保證了開溝器在工作過程中的入土 角恒定不變，開出深淺一致的種溝，為種子出苗的一致性 和作物生長的整齊性提供了條件。
2.3雙平行四桿型遠程運動中心機構(gòu)的設計
雙平行四桿 RCM 機構(gòu)是指通過對兩組平行四 桿結(jié)構(gòu)進行平面耦合，以實現(xiàn)末端執(zhí)行器繞虛擬中 心轉(zhuǎn)動的一類 RCM 機構(gòu)。 雙平行四桿 RCM 機構(gòu)的一維構(gòu)型可以歸納如 圖1所示， 圖1a為平行四桿RCM機構(gòu)的基本構(gòu)型。 由于機構(gòu)中 BCDE 回路有冗余約束，通過去除不同 的約束，可以衍生出其他幾種結(jié)構(gòu)形式(圖 1b～1f )。 此外，還可通過改變固定端，得到如圖 1g～1j 所示 的幾種不同構(gòu)型。
圖 1 一維雙平行四桿型 RCM 機構(gòu)的 10 種構(gòu)型 雙平行四桿型 RCM 機構(gòu)具有如下優(yōu)點：①結(jié) 構(gòu)簡單，驅(qū)動器可放置在基座處。②可通過連桿的 彎折變形靈活安排 RCM 的位置以適應不同的應用 要求。缺點在于由于桿件之間的干涉以及平行四桿 存在奇異位型，影響運動范圍；另外，由于鉸鏈數(shù) 目多造成機構(gòu)剛度較差。 由于安裝時必須考慮到安裝末端執(zhí)行器以及 與底座固定的鉸鏈或者電動機等需要占據(jù)一定的空 間。為了保證末端執(zhí)行器軸線通過虛擬中心點，一 般有如圖 2 所示的兩種方法，這里以安裝末端執(zhí)行 器為例。圖 2a 中將末端執(zhí)行器相對末端桿件傾斜放 置，從而使末端執(zhí)行器通過虛擬中心。圖 2b 通過桿 件彎折，使得虛擬中心移動一定距離，以滿足安裝 需要。這兩種方法都有應用，這里主要對后一種方 案進行討論。
2.4雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動中 平行四桿機構(gòu)運動性能分析
雙曲柄環(huán)板式針擺行星傳動是一種新型擺線針輪行星傳動,其結(jié)構(gòu)原理如圖 1,由兩個主動曲柄
(1、3)、帶針輪的環(huán)板(2即連桿)與機架(4)構(gòu)成平行四桿 機構(gòu) ABCD, 環(huán)板上的針輪中心 Op 位于連桿 BC的中點,與 環(huán)板 2上針輪相嚙合的擺線輪 5中心Oc位于兩個主動曲柄 回轉(zhuǎn)中心 A、D 連線 AD 的中點, 針輪與擺線輪的中心距 OpOc的大小等于曲柄的長度 e . 在常規(guī)的環(huán)板式齒輪減速 器結(jié)構(gòu)設計中,為便于分析計算連桿鉸鏈處的總反力,通常 做以下假定:①平行四桿機構(gòu) ABCD的桿長尺寸誤差 忽略不計; ②連桿慣性力不計;③連桿做平面運動. 但對高 速及重型機械,因其慣性力很大故必須考慮慣性力,此外由 于機構(gòu)在加工和裝配過程中,機構(gòu)中各桿長的實際尺寸都呈現(xiàn)出一定的隨機性,影響著機構(gòu)的運動性 能,使得機構(gòu)的真實運動與設計預定的理想運動之間出現(xiàn)一定的偏差. 因此在實際應用中. 雙曲柄平行 四桿機構(gòu)的連桿并不能真正做到勻速平動,而是存在著角加速度,由角加速度引起的慣性力矩造成連桿 上鉸鏈的實際支反力與理論支反力不一樣. 而研究二者之間的差別,對分析機構(gòu)實際運動的穩(wěn)定性和可靠性、計算鉸鏈的壽命具有重要意義. 本文分析雙曲柄平行四桿機構(gòu)的桿長尺寸誤差對機構(gòu)特性的影響,為研究運動副間隙對機構(gòu)的桿 長誤差的補償作用提供依據(jù).
3 研究方法
主要按照以下幾個步驟進行
1?機床的特點
2?機床的位置分析
3?平行機構(gòu)的位置分析
4?平行機構(gòu)的速度分析
5?平行機構(gòu)的加速度分析
6?實例仿真
7 結(jié)論
4 進度安排
（1） 1.第1～4周：文獻檢索，資料收集，整理有關平行運動機構(gòu)的資料,寫出開題報告，完成外文資料翻譯。
（2） 2.第5～8周：設計方案討論，設計方案確定，進行設計計算。
（3） 3.第9～12周：電氣圖設計、繪圖。
（4） 4.第13～14周：對電子器件特性分析，進行相應傳感器實驗
（5） 5.第15～17周：撰寫論文。
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