1、商丘工学院2015-JX1.W专业代码-编号SHANGQlU1NST11VEOFTECHNO1.OGY本科毕业论文（设计）350T五连杆涡轮给汤机学院小三号黑体居中（下同）专业学号学生姓名指导教师提交日期年月日诚信承诺书本人郑重承诺和声明：我承诺在毕业论文撰写过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，此毕业论文（设计）中均系本人在指导教师指导下独立完成，没有剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，没有篡改研究数据，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理，并承担相应的法律责任。毕业论文（设计）作者签名：年月日摘要本文阐述了给汤机的发展历史，国内外的应
2、用状况，及其巨大的优越性，提出了具体的给汤机设计要求和进行了总体方案设计和各自由度的具体结构设计、计算；机械手技术是机电一体化产品，深入到不同领域，如机械，电子，信息理论，人工智能，生物学和计算机，知识等诸多领域的发展机械接头端的设计，机器人也导致了这些学科的发展。压铸机给汤机是一种典型的机电一体化产品，工艺多关节运动的一个热点手臂运动更多的领域进行合作研究。机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合治疗也促成了这些学科的发展。多臂关节领导的多关节臂运动。在分析国内外给汤机研究现状的基础上，本文设计了一种新型给汤机结构在两个电机的驱动下，通过一些简
3、单的传动机构，使给汤机可以实现单方向的运动。建立了给汤机的准静态模型，进行了准静态分析，从而获得给汤机在步态运动时各部件的受力状况。本文采用在结构设计上的压铸机给汤机，并完成图纸和零件图总装配图。为机器人模型的要求被分析以估计电机的每个关节，充分的选择所需要的转矩和功率。完成压铸机给汤机的程序设计，总体设计，结构设计，运动学模型分析，检查，分析机器人模型，设计和生产机器人模型做的过程中强度的关键部件，关键词：给汤机，机械手；工业；传动；强度AbstractInthispaper,tothehistoryofthedevelopmentofthedecoctionmachine,applicat
4、ionsituationathomeandabroad,anditsgreatsuperiorityproposedspecifictothesoupmachinedesignrequirementsandtheoverallschemedesignandvariousdegreesoffreedomofthedesignoftheconcretestructure,thecalculation;Robottechnologyistheintegrationofmechanicalandelectricalproducts,deepintothevariousfieldssuchasmachi
5、nery,electronics,informationtheory,artificialintelligence,biologyandcomputer,designknowledgeinmanyfieldssuchasthedevelopmentofmechanicaljointend,therobotwillalsoleadtothedevelopmentofthesedisciplines.Diecastingmachineisakindoftypicalmechanicalandelectricalproducts,theprocessofmultijointmovementofaho
6、tarmmovementmoreareasofcooperationresearch.Machinery,electronics,informationtheory,artificialintelligence,knowledge,andmanydisciplinesofbiologyandcomputer,butthedevelopmentofmultiagencyconvergenceofthecombinationoftreatmentalsocontributedtothedevelopmentofthesedisciplines.Multijointarmmovementledbym
7、ultiarmjoint.Intheanalysisofdomesticandforeigntothesoupmachinestatusbasedon,thispaperdesignsamodeltosoupmachinestructuredrivenbytwomotors,throughsomesimpletransmissionmechanism,tosoupmachinecanrealizesingledirectionofmotion.Thequasi-staticmodelofthedecoctionwasestablished,andthequasi-staticanalysisw
8、ascarriedouttoobtainthestressstateofthecomponentsinthegaitmovement.Inthispaper,thestructuredesignofthediecastingmachinetothesoupmachine,andcompletethedrawingsandpartsdrawingassemblydrawing.Therequirementsfortherobotmodelareanalyzedinordertoestimatethetorqueandpowerrequiredforeachjointofthemotortobef
9、ullyselected.Completetheprogramdesignofthediecastingmachine,theoveralldesign,structuredesign,kinematicsmodelanalysis,inspection,analysisoftherobotmode1.designandproductionoftherobotmodeltodotheprocessofthekeypartsofthestrength,Keywords:soupmachine,manipulator;industry;transmission;strength第1章绪论1U引言1
10、1.2 给汤机械手研究概况21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.3 给汤机械手的总体结构31.4 本文主要研究内容4第2章350T五连杆涡轮给汤机的方案设计52.1 给汤机概述52.2 给汤机机构方案论述52.3 总体方案设计62.4 给汤机尺寸设计6第3章350T五连杆涡轮给汤机主要结构设计93.1 给汤机械手主要零部件的选取和验证93.2 汤勺末端执行器负载计算93.3 运动机构设计123.3.1 确定设计变量173.3.2 建立目标函数183.3.3 确定约束条件193.3.4 写出优化数学模型213.4 机构受力分析213.5 销轴的计算校核22第4章给汤机手臂传动
11、机构设计254.1 电动机选择254.2 蜗杆的设计264.2.1 选择蜗杆传动类型264.2.2 选择材料264.2.3 按齿面接触疲劳强度进行设计264.2.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸274.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度284.2.6 验算效率7294.2.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定294.2.8 热平衡核算29总结30参考文献31致谢32第1章绪论1.1 引言给汤机械手是一种典型的机电一体化产品，运用到机械，电子，信息理论，人工智能，知识和生物和计算机许多学科，但其发展的多机构衔接所需组合治疗也促成了这些学科的发展。1959年成为世界上第一个工业多关节机械手的诞生，创造发
12、展新时代的多关节机构。随着科学技术的发展和运营研究部门的应用多联快速发展。加藤一郎，日本早稻田大学手臂关节和更多的世界知名专家，教授说：“一个很大的特点，多关节手臂运动应该有工作。”的方式是，在自动化程度高的，电力系统更复杂。伟大的发明家爱迪生曾经说过，“神造人的两条腿是最美丽的杰作。”该系统具有丰富的动态环境的要求非常低，无论是在地面上，而且在非结构化地形复杂，适应性良好的环境状态。为了延长多给汤机械手的功能和应用开辟无限广阔的发展前景。研究给汤机械手的原因和目的，主要表现在以下几个方面：机构的发展，使他们对结构性和非结构性的工作，许多圈子，而不是个人或更新和人类活动的领域扩展；希望更多的人
13、有一个内在的理解和认识，并使用这些功能对个人服务，如假肢。系统动力学与在此领域丰富的研究，其研究和臂运动更加危险的机器的扩展，多关节臂的运动可以作为一个多关节臂的移动智能播放在人工智能领域的一个重要的角色。多关节臂的运动的定义，世界上唯一的格式是不一样的。手臂运动协会与更多的企业的联合国标准化最近在他的手臂采用了国际对美国带来的多关节运动的定义：操作臂多联合演习是一个多功能可编程的操作系统，你可以改变该程序的操作完成各种各样的工作，尤其是对物料输送，传动部件。参照国际定义，和语言的组合的中国多臂关节的定义如下：机械手的多关节运动是一个独立的行动，更自由，灵活地改变程序，它可以放置在任何地方，自
14、动化程度高的机器的自动化。汽车油漆或其他涂料行业较接多关节运动E可用。多关节运动臂高刚性臂，与其它可能的相比，必须要快，能够进行重的东西，且精度非常高，可以基于外部信号，各种自动操作的。处理的多关节臂的运动是一个计算机可编程的自动控制装置的控制下。使用的多关节运动操作臂是提高了产品的质量和工作的生产率，生产过程的自动化，改善了工作条件，并降低了劳动强度的有效手段。诞生和多关节手臂运动的发展，虽然只有30岁，但已经应用到国民经济的许多部门，民间的技术，应用，具有广阔的发展前景，显示出强大的生命力1.+211.2 给汤机械手研究概况1.2.1 国外研究现状人类和动物的运动原理的第一个系统研究是迈布
15、里奇发明了照相机跟单，即设定的触发相机的电源，并在1877年他成功地参加了四足和连续运行的许多照片。后来，这种方法使用的相机是用来研究人体运动Demeny。从1930年到1950年，苏联也伯恩斯坦从深入人类和动物研究的生物动力机制的角度看，并提出的议案非常形象化的描述。真正研究机构运动多关节全面，系统于1960年推出至今，联合多月的手臂比较完整的理论体系只有形成，并在一些国家，如日本，美国和“苏联已成功开发出可以是静态或动态的，多臂枢轴原型。在这一节中，我们介绍了1960年至1985年期间，臂多关节实地达到的运动的最重要的进展的团队。在20世纪60年代和70年代，武装多关节运动控制理论产生三种
16、类型的控制方法是非常重要的，这限制了国家控制，控制参考模型和控制算法。这三种控制的方法对所有类型的给汤机械手都是适用的。国家控制是通过在1961年提出的模型的参考检查于1975年由美国法恩斯沃思南斯拉夫托莫维奇限制，该算法是由著名的胳膊南斯拉夫研究所米哈伊尔罗多关节运动学专家鲍宾控制Vukobratovic博士1969-1972年的教堂中扣除。有这三种类型的控制方法之间的内在关系。有限状态控制实质上是一个控制参考模型，并且该控制算法是这种情况1的中心。在搜索步态，苏联Bessonov和UmnOV定义“最佳步态，Kugushev和Jaro-Shevskij定义自由的步伐。这两种步态不仅能适应，而
17、且要适应胳膊多条腿多企业的动向。在这些中，对于自由路径的步骤的条件的规则。如果地形是非常粗糙的，所以运动臂多关节，下一步应放在哪里脚不能基于对步骤序列来加以考虑，但应通过步骤以便攀登者去步骤通过一些优化标准来确定哪个是所谓的自由速度。稳定性研究手臂动作的多关节，美国Hemami,该提议的稳定性和系统的控制的简化模型作为振荡器，反转（倒立摆），它可以被解释为在换能器存在的问题的向前运动。此外，减少了控制的考虑，Hemami,谁也研究手臂运动的多关节“减少型”问题的复杂性进行了研究。此前我们指出了系统的Vukobratovic还人形能量分析，但它的力量是有限的关节和随时间的整个系统的变化，并没有太
18、多涉及这个问题的最佳功耗的出口。但是在他的研究中，Vukobratovic得出一个有用的结论，即平滑的姿态，类人型系统所消耗的功率就越少。1.2.2 国内研究现状国内前机器人起步较晚，我国自1980年以来，在体育领域的多臂共同研究和应用。1986年，国家启动了“规划纲要”的研究多动关节臂，中国的高科技“863”水平运动臂包括于1987年。目前联合研发，中国移动手臂多企业的研究和开发应用单位主要与高校和科研院所。初步调查多给汤机械手技术的主要目的是更先进的技术来跟踪国际风险手臂的运动，然后取得了一些成绩。1986年哈尔滨工业大学，他开始研究最为关节臂，脚静手臂运动HlT-I和IlO厘米高，体重7
19、0千克多的企业，率先成功开发进度有10个自由度，以到达地面上的线，左，右，以及运动，上下楼梯，45厘米左右io秒/步，速度成功研制的Hrr和Hrr-I-1,重量为42千克，长度103厘米，它是12个自由度，以实现一个步骤每秒24厘米，2.3分速度。HI目前正在开发第四乐章的下一个多关节臂，身体52度的自由，这是一个伟大的运动和速度的平衡三臂，多关节运动3-7。在1988年春国防科技大学成功具有六个自由度的平面双足运动臂多关节KDW-I,可以向前，向后和上下楼梯，每秒40厘米，四步开发的最大速度，在1989年今年的步伐，我们开发了一种空间KDW-1.具有10个自由度，最高的69厘米，重13公斤，
20、包括更多的来回，上下楼梯和周围的近静态和动态稳定性。1990年两纵缝互联网KDW-11,在KDWIH开发的，有12个自由度，并添加函数曲线，以获得完整的测试环境。1995年在步骤20厘米0.8秒22厘米，13度的最大角度动态的步伐。2000年KDW-HII中国的第一个人形的手臂的“排头兵”的成功结束的发展的基础上，在一个不确定的环境下微小的变化动态每秒，两步周期，1.4男，为20kg的多关节的动作，有头，眼睛，颈部，身体，手臂，脚，和一定程度的语言功能8-13中。此外，清华大学正在开发一个人形的手臂培育更多升学衔接THBlP-1,高七米，体重130千克，32自由度的支持清华大学985项目，该项
21、目是。南京航空航天大学有八个自由度机械手关节间隙静态函数13,14的发展。本文从“首届全国研究生机械创新设计大赛”多关节手臂动作。此时，单臂，多关节运动通常在车轮的形式是为了实现功能相。事实上，模仿人类行走手臂和腿部的多关节的动作并不多，但也有六条腿，已经出现四腿臂多关节运动，但多关节手臂运动尚不多见。我们的问题，简单地探索设计巧妙的机械设备和简单的控制来模拟人的手臂的多关节的动作。子功能是：替代大步，摇摇头，摆动手臂，摆臂。1.3 给汤机械手的总体结构给汤机械手和部分整体关系的概述：它主要由机械系统(执行系统，牵引系统)，探测系统和智能控制系统。(1)执行系统：公用部分的执行系统管理部门，机
22、械零件最全面的定义，以必要的各种运动，包括手，手腕，来获得身体。1 .末端执行用于执行，并且配置的工作直接涂漆。2 .手腕，手和连接元件的臂，具有安排作为任务或工作的端部的方向的改变。3 .臂和连接基团的手的手臂，手腕支撑体时，执行负荷管理块，手的空间位置，臂操作空间的变化满足多个关节，在基座的任何类型的动力传输。D:机身，多较接臂基部，支撑辑，由臂部件支承，并具有使所述臂的转动，起重或倾斜运动的任务。(2)驱动系统：提供电力的各种组件的系统是活动的，以及供应单元设备。通用机械传动，机械传动和电气，气动，电动。(3)操作系统：驱动控制系统，该系统的根据工作，故障报警或错误的信号的要求执行。(4
23、)检测系统：经由各种传感装置，控制器官运动检测装置，保证作用，如果有的话反馈到控制系统相对于该组的运动的要求。实践证明，该小组可以取代繁重的体力劳动的多关节运动，显著减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化。经常处理和工业生产在长期内往往体积庞大件，单调的操作，单臂，多联合演习是有效的。此外，它可在高温，低温，深水，宇宙，环境条件和其他有毒放射性污染进行操作，同时也表现出优势，具有广阔的发展前景4-8:1.4本文主要研究内容第1章绪论主要介绍给汤机的相关知识和本课题研究的任务和要求.第2章总体方案设计，介绍该给汤机各部分的相关知识和总体设计.第3章给汤机各部分设计的介绍第4章给汤机结
24、构设计第2章35OT五连杆涡轮给汤机的方案设计2.1 给汤机概述在进行给汤机设计时，不仅要重视组成给汤机系统的各个部件、零件的设计，更应该按照系统工程学的观点，根据给汤机的功能要求，将组成给汤机系统的各个子系统部件、零件合理地组合，设计出性能优良适于工作需要的给汤机产品。在比较复杂的工业给汤机系统中大致包括如下：操作机，它是完成给汤机工作任务的主体，包括机座、手臂、手腕、末端执行器和机构等。驱动系统，它包括作为动力源的驱动器，驱动单元，伺服驱动系统由各种传动零、部件组成的传动系统。控制系统，它主要包括具有运算、存储功能的电子控制装置(计算机或其他可编程编辑控制装置)，人机接口装置(键盘、示教盒
25、等)，各种传感器的信息放大、传输和处理装置，传感器、离线编程、设备的输入/输出通讯接口，内部和外部传感器以及其他通用或专用的外围设备14。工业给汤机的特点在于它在功能上的通用性和重新调整的柔性，因而工业给汤机能有效地应用于柔性制造系统中来完成传送零件或材料，进行装配或其他操作。在柔性制造系统中，基本工艺设备(如数控机床、锻压、焊接、装配等生产设备)、辅助生产设备、控制装置和工业给汤机等一起形成了各种不同形式地工业给汤机技术综合体地工业给汤机系统。在其他非制造业地生产部门，如建筑、采矿、交通运输等生产领域引用给汤机系统亦是如此。从系统功能的观点来看，将一部复杂的机器看成是一个系统，它由若干个子系
26、统按一定规律有机地联系在一起，是一个不可分的整体。如果将系统拆开、则将失去作为一个整体的特定功能。因此，在设计一部较复杂的机器时，从机器系统的概念出发，这个系统应具有如下特性：(1)整体性由若干个不同性能的子系统构成的一个总的机械系统应具有作为一个整体的特定功能。(2)相关性系统内各子系统之间有机联系、有机作用，具有某种相互关联的特性。(3)目的性每个系统都应有明确的目的和功能，系统的结构、系统内各子系统的组合方式决定于系统的目的和功能。(4)环境适应性任何一个系统都存在于一定的环境中，必须能适应外部环境的变化。2.2 给汤机机构方案论述负载大小的确定主要是考虑沿给汤机各运动方向作用于机械接口
27、处的力和扭矩。其中应包括给汤机末端执行器的重量、抓取工件或作业对象的重量和规定速度和加速度条件下，产生的惯性力等。由本次设计给的设计参数可初估本次设计属于小负载。驱动方式由于伺服电机具有控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型给汤机等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动（三）传动系统设计给汤机传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高给汤机的运动和位置控制精度。在给汤机中常采用的机械传动机构有齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动、
28、谐波齿轮传动和钢带传动等，由于齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑、工作可靠、使用寿命长等优点，且大学学习掌握的比较扎实，故本次设计选用齿轮传动。（四）工作范围工业给汤机的工作范围是根据工业给汤机作业过程中操作范围和运动轨迹来确定，用工作空间来表示的。工作空间的形状和尺寸则影响给汤机的机械结构坐标形式、自由度数和操作机各手臂关节轴线的长度和各关节轴转角的大小及变动范围的选择（五）运动速度给汤机操作机手臂的各个动作的最大行程确定后，按照循环时间安排确定每个动作的时间，就能进一步确定各动作的运动速度，用m/s或（）/s表示，各动作的时间分配要考虑多方面的因素，例如总的循环时间的长短，各动作之间
29、顺序是依序进行还是同时进行等。应试做各动作时间的分配方案表，进行比较，分配动作时间除考虑工艺动作的要求外，还应考虑惯性和行程的大小，驱动和控制方式、定位方式和精度等要求。2.3 总体方案设计此项目即是某实验对350T卧式冷室压铸机如何实现压铸自动化生产的研究，在综合考虑项目要求、费用等多种因素。为了达到最满意的结果，也为了得到最符合某实验室现场实际情况的要求，对某实验室350T卧式冷室压铸机的基本尺寸进行了测量。如图2.1所为了提高压铸机生产产品的自动化水平提高劳动效率。此次主要设计自动给汤机械手和自动取件机械手。在压铸自动化生产线上还需要输送带等辅助设备。依据某实验室现场的空间布局情况和压铸
30、机实际尺寸给出了压铸自动化设备的安装布局及尺寸。2.4 给汤机尺寸设计给汤机械手在工作时需要保证区间位置的精准和手臂运行的平稳。对此平面连杆机构完全可以满足工作的要求。考虑到给汤机械手是在竖直平面上往复摆动循环给汤，自身手臂的固定是设置时需要考虑的问题之一，一般结构的连杆机构就很难达到自身循环工是手臂的固定问题。鉴于此可以在一般的五连杆机构上加一个二级杆组，并将之固定在机架上，这样就解决了给汤机械手运动轨迹的固定。根据图2.1压铸机原始尺寸测量图。结合压铸机尺寸及注汤口和金属熔炉之间的大致位置和尺寸，给汤机汤勺理想轨迹应接近图2.2所示的理想轨迹。根据这一原则给汤机械手的基本结构已基本确定。注
31、港口现坦帆边O图2.1汤勺理想轨迹f、I熔炉图2.2五连杆给汤机简图基于该连杆机构轨迹的大体特点，连杆末端的大体轨迹走势基本趋近所需的理想轨迹，拟采用连杆机构来设计给汤机。给汤机械手机械结构设计时主动曲柄固定在机架上，另外增加个二级杆组，将增加的二级杆组中间的转动副也固定在机架上，其余两个转动副连接机械手，用以支撑手臂在固定轨迹上运行。调整连杆的各杆件的长度尺寸，使汤勺运动轨迹与理想轨迹更相近，在solidworks软件上进行草图模拟，使轨迹达到满意的效果。经过反复试验，最终将各杆件的尺寸定为如下尺寸：简图如图2.3所示。图2.3汤勺的运行轨迹第3章350T五连杆涡轮给汤机主要结构设计3. 1
32、给汤机械手主要零部件的选取和验证给汤机手臂和汤勺拟采用两个电机分别驱动，采用涡轮减速器减速。手臂动作由主动曲柄带动，汤勺的运动拟采用链条传动。为了是给汤机在给汤过程中运行更加平稳，在汤勺运行至给料口附近时需要减速。为了满足手臂给汤时的速度变化拟采用变频调速，分别用两个独立的变频调速器改变两个电机的速度，从而实现无极调速。3.2汤勺末端执行器负载计算(1)功率计算要取的汤负载为8kg汤勺重约5kg,主动连杆重约6kg,从动连杆重约6kg,小手臂重约8kg汤勺手腕偏转时，需要型孵擦阻力矩、惯性力矩负荷启动力矩时的强度和手腕。转矩的式子是：115:Ma=Mg+Mo+M(3.(1)M=OJM(3.(2
33、)M=mg+Jokg(3.3)M=n4gl+Jolte(3.(4)=G=w(fjR；1(3.(5)Jm=m4I2(3.(6)7)里，Mg-手腕偏转所需力矩(N-m);Mg-摩擦阻力矩(N-m);Mg-负载阻力矩(Nm);M-手腕偏转启动时惯性阻力矩(N-m);Jm-工件负载对手腕转动惯量(kgm2);J-手腕部分转动惯量(kg-m2);O-手腕偏转角速度(rads);丁手腕质量(kg);mx-负载质量(kg);t启动时间(三);p一手腕部分材料密度(kgrf);R,R2手腕部分外径和内径(m);1一手腕的长度(m);V手腕偏转末端的线速度(ms)o已经了解的数据：m=8kgkg,v=0.8ms
34、R=0.035m,R2-O.025m,1=0.12m,t=0.2s,手腕部分材质设为铸钢，密度p=7.8x10kgm3o将数据代入计算得：m=pv=pm(R2-R2)=7.81CPX314(0.052-0,025)XQ12=1.76kgV0.8一三-三=6.67r/s/n15Jm=m4l2=2.50.122=0.036kg-m2人十+半凡”;)=hz5誓毕(OO3X0.02q=9.63103kgm2M-m4gl+Jo/t=2.5100.12+0.0366.67/0.2=4.5NmM惯=mg+Jo/t=1.76100.12+9.63103X6.67/0.2=2.4NmMg=M+MM=0.1Mg
35、4.5+2.4M=7,7Nm北京和利时电机电器有限公司的一些步进电机技术参如表3.1。3.1辘电ttSJ初及技术参数相步距角电压电流静转矩空载运转动惯量备注型号数(DEG.)(V)（八）(N.m)行频率(Kg.cm2)(KHZ)86BYG250AN20.9o/1.81103.62.4150.5686BYG250BN20.9o/1.811045.0151.286BYG250CN20.9/1.811057.02154.28北京和利时电机电器有限公司86BYG250CN型步进电机的运行矩频特性曲线如图3.Io转速(rpm)图3.1运行矩频特性由计算得到所需：M机=6.86Nm,n=137.7rmi
36、n该电机可以满足要求。北京和利时电机电器有*限公司86BYG250CN型步进电机的外型简图如图3.2。图3.2步进电机外形简图根据前面计算，选择北京和利时电机电器厂的86BYG250CN型步进电机。3.3运动机构设计连杆是最常见的机制，这使联接机构设计的优化是在机械设计非常重要的，研究工作进行了还使用最广泛的。有很多文献介绍有关四连杆机构，扁五具尸体，一个灵活的耦合机制，优化程序如何曲轴离合器片离合器机构，凸轮离合器的组合机制，离合器齿轮等机构。鉴于典型的四杆连杆机构部的再现优化设计的这种四杆连杆机构组合功能，离合机构所描述的一般的优化方法和过程。五连杆设计优化参数特定的运动和机构最小流量之间
37、的四连杆范围内的优化。因此，四连杆机构设计优化过程中，从而使四连杆机构是找到一组最小的运动误差的机械设计参数后确定所述四连杆机构的设计参数可被认为是达到设定的优化设计。四连杆机构的优化设计包括一个四连杆机构的优化模型和优化模型解决了两个主要过程。因为四连杆分析优化程序来确定，以确定设计参数中，由于目标函数和机制设计的局限性，如钓竿长度的情况下，传输角度条件等写入相应的限制，设计优化机制来创建模型。下面介绍设计模型的四连杆机构的功能重现优化。切换功能的设计主要由输入部件的选择和根据多个位置的一个输出元件再现时，确定的参数机制与图形方法或机制分析。图图1示出个典型的四校链机构，4、2、13和24代
38、表四个构件的长度，AB杆是输入构件。假设图1所示的平面较链四杆机构再现给定函数为Ga三(8),那么Ga=-90,&=6-8,机构的位置由K2、3、44钱链A的位置(ad)来决定的、AD与机架X轴夹角S以及输人构件转角等七个变量。为简化问题，可令A的位置为(0,0)。出),14构件的长度为1(参考构件)，由此可将问题维数降为四维，并不影响构件输入、输出的函数关系。由此可以得到输出构件转角为外与输入构件转角8;之间的函数关系式：Gn=f(hJ23,&,&)(!)机构优化设计目标就是使得输出构件转角与给定值在8,5所有位置上的误差最小。因此机构优化设计的目标函数可用下式表示：W=i.A)-M)当输入
39、构件转角为8;时，输出构件转角6;外从下面式子算出:G=A+-A-(3)式子里,.sin4A=arctan-l-costf-i+l-2C014=MCXOS-2jH4840-皿4+4)l-1cof()4三VCCOS心片褶+1-4皿(4+a)2+1-2flco(+)所以R=arctm-=-三-+arccs1T1cs4%Ml-21cx4icM4厮)21Jl-cotfeJi=l,2,.,s(4)将上式代入式,并令X=X1的甩X4r代表设计变量、12、3及8,机构优化设计目标函数可写为：一X1smX1x?-zJx?+l-2x1cojarctan-三-arccof-三U1一7W*la-COf2jJx；+1
40、阴C8X；一IrCunxI初+&)二。/弟彳.】.冽8血鸟)1凝C。4勺+4)21-2M)应根据机构设计的实际情况来确定优化设计。例如，如果曲柄摇杆四连杆机构，以满足下列关系：3+卜3U3+2+hl+l422+3或l-71-0l-zl,三40-t-jo如果机构要求传动灵活可靠，则传动角Y应满足：r1.rr1.或cosycosyOg2(X)=I-Xi+x2-xgOg3(x)=-l-X+X2+x0要求传动角满足3g135。，从式子逢出:QY0g7(x)=0.5-x08g(x)=x2-0.10g9(x)=1.4-x20gio(x)=x3-0.10gu(x)=0.9-x30所以，曲柄摇杆机构优化设计
41、模型如下：Min.arrtftft20rT.W.lCqcor_r4n(1.)ITCttDVCCM.,r,三VvMn1-1- egX阳7-2、8然.I-XiCOV.*%)、血仁2a国.l-%Bs(x.&)9Uw/g(x)=l-X-X2+x0g2(X)=I-Xl+X2-30g3(x)=-l-11+xz+O&卜)春安必。W.-(17J1F2xXg6(X)=Xl-0.10g7(x)=0.5-X0g(x)=x2-0.10go(x)=1.4-x70glo(x)=x2-0.10gi(x)=0.9-x30采用内点惩罚函数法和POWE1.1.法求解曲柄摇杆机构优化设计模型。选择初始惩罚参数陟0.001,递减函数
42、e=001,初始点X书2A,B1=0310.6,120F,取惩罚函数法收敛精度=0.01,PoWEUJ法目标函数值收敛精度EhlQ维搜索精度=10-33.3.1确定设计变量根据设计变量的机械原理知识设计要求1.l、1.2、1.3、1.4、.曲轴长度作为长度为1的单元，并且剩余的三个长度1.l可以表示为的倍数。的几何关系图3.4的：-arcco)6二杆长的函数。进一步根据在该装置的机构许可的空间，是在机架上，适当地预选长度1.4其中1.4=100,上面的分析后仅1.2,1.3的两个独立的变量，因此，设计变量的优化问题:X=xj,X2=2,1.因此。本优化设计为一个二维优化问题。3.3.2建立目标
43、函数根据轨迹的优化设计，可把连杆的M点(x,y)和预期轨迹点坐标偏差最小为如3.5。由寻优目标，它的偏差式子是4x=xa-x;和Ay,=ymy,(i=l,2,.,x,),此，跷2-5间隔分成N个部分中，M点的坐标对应的对应点。每个被称为参考点i根据均方根差可建立其目标函数，那么：/(X)=ZkqT)+(%-YHTminywi=1.3sinXM=3+1.3cosy,=2x;r三4(-hS为运动区间的分段数p*arcco;图3.4几何关系图因此，从上面的表达式可以是目标函数的对应于各机构设计的形状的数学表达式(给定X1*2),就可计算出均方根差出X)。图3.6整体三维实体图3.3.3确定约束条件根据该草案的条件，限制，该机构有两个方面：一是最小传动角大于50度的过程中传递运动，二是四曲柄机构，以
