毕业设计论文基于proe的连杆机构设计及远动仿真分析管理资料Word格式.docx

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在内燃机的开发设计阶段应用这种方法可以大大缩短产品的开发周期，减少样机实验次数，快速的对市场做出反应，降低产品的成本，提高企业的竞争力。

关键词：

曲柄连杆机构：

虚拟装配：

运动仿真；

装配功能

BasedonPro/Einternalcombustionengineconnectingrodassemblyandmotionsimulationofthevirtual

Abstract

Thecrankisacommonmachinery,reciprocatinginternalengineisthemainworkingbody.Cranktheenginedutytoachieveofthemainmovingpartsofenergy.Virtualandmotionsimulationbasedonteeshapeofproductprecisionfeaturestheuseofcomputergraphicsandsimulationtechnology,theproductonthecomputertoimitatetheactualassemblyprocessthemovementofthemachineCrankthroughtherelevantkinematicsanddynamicsofthetheoreticalanalysisandcomputersimulationanalysis,theuseofPro/E,assemblyfeatures,thecrankassemblyoftheconstituentpartsintoapiston,connectingrodassembliesandcrankshaftcomponents,tocompletetheinternetcombustionengineconnectingrodassemblyandmotionsimulationofthevirtual.Thedevelopmentofinternalcombustionenginedesignusingthismethodcangreatlyshortentheproductdevelopmentcycleandreduceprototypetesttimes,respondquicklytomarket,lowerproductcostsandimprovethecompetitivenessofenterprises.

Keywords:

crankVrtualassembly;

Motionsimulation；

assemblyfeatures

............................................13

……………………………………………………………22

……………………………………………………………...23

4本文总结…………………………………………………………24

1绪论

基于虚拟现实的产品虚拟拆装技术在新产品开发、产品的维护以及操作培训方面具有独特的作用。

在交互式虚拟装配环境中，用户使用各类交互设备（数据手套/位置跟踪器、鼠标/键盘、力反馈操作设备等）象在真实环境中一样对产品的零部件进行各类装配操作，在操作过程中系统提供实时的碰撞检测、装配约束处理、装配路径与序列处理等功能，从而使得用户能够对产品的可装配性进行分析、对产品零部件装配序列进行验证和规划、对装配操作人员进行培训等。

在装配（或拆卸）结束以后，系统能够记录装配过程的所有信息，并生成评审报告、视频录像等供随后的分析使用。

虚拟装配，可以验证装配设计和操作的正确与否，以便及早的发现装配中的问题，对模型进行修改，并通过可视化显示装配过程。

虚拟装配系统允许设计人员考虑可行的装配序列，自动生成装配规划，它包括数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作所模拟等。

现在产品的制造正在向着自动化、数字化的反向发展，虚拟装配是产品数字化定义中的一个重要环节。

虚拟装配技术的发展是虚拟制造技术的一个关键部分，但相对于虚拟制造的其它部分而言，它又是最薄弱的环节。

虚拟装配技术发展滞后，使得虚拟制造技术的应用性大大减弱，因此对虚拟装配技术的发展也就成为目前虚拟制造技术领域内研究的主要对象，这一问题的解决将使虚拟制造技术形成一个完善的理论体系，使生产真正在高效、高质量、短时间、低成本的环境下完成，同时又具备了良好的服务。

虚拟装配从模型重新定位、分析方面来讲，它是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效的分析产品设计合理性的一种手段;

从产品装配过程来讲，它是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实的模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。

作为虚拟制造的关键技术之一，虚拟装配技术近年来受到了学术界和工业界的广泛关注，并对敏捷制造、虚拟制造等先进制造模式的实施具有深远影响。

通过建立产品数字化装配模型，虚拟装配技术在计算机上创建近乎实际的虚拟环境，可以用虚拟产品代替传统设计中的物理样机，能够方便的对产品的装配过程进行模拟与分析，预估产品的装配性能，及早发现潜在的装配冲与缺陷，并将这些装配信息反馈给设计人员。

运用该技术不但有利于并行工程的开展，而且还可以大大缩短产品开发周期，降低生产成本，提高产品在市场中的竞争力.

虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。

虚拟装配是近十几年兴起的虚拟制造技术研究的重要方向之一，它从产品装配的视角出发，以提高全生命周期的产品及其相关过程设计的质量为目标，综合利用计算机辅助设计技术、虚拟现实技术、计算机建模与仿真技术、信息技术等，建立一个具有较强真实感的虚拟环境，设计者可在虚拟环境中交互式地进行产品设计、装配操作和规划、检验和评价产品的装配性能，并制定合理的装配方案。

虚拟装配在航空航天、汽车、船舶、工程机械等领域的复杂产品设计及其装配工艺规划具有重要的意义，受到国内外的普遍关注。

虚拟装配技术是一项多学科交叉的综合技术，涉及的各项技术仍处在不断的发展之中，将来的发展方向主要体现在如下几方面：

（1）开放性的系统框架。

虚拟装配系统的开发涉及到支撑技术、数据库、虚拟现实、用户界面等多方面的技术，需要构架虚拟装配系统的结构框架，规划支持技术群、统一的模型信息结构、功能实现和系统集成接口等，从而通过信息和技术共享、系统集成，较快地开发出工程应用系统。

（2）网络的虚拟装配。

随着产品复杂性增加，不同企业之间的协同和交互成为产品开发的主要形式。

装配作为产品功能的最终体现的环节，其工艺设计、分析、规划、验证更需要若干团队人员的协同参与，基于网络的虚拟装配必将为产品的开发提供强有力的支持。

（3）换接口。

建立CAD与虚拟装配系统模型交换的标准接口，制定CAD模型的数据提取和表达、信息的存储和管理等方面的统一标准和规范，为虚拟装配系统的应用提供必要的几何信息、特征信息和约束。

（4）分析。

目前，在产品设计、虚拟装配中，通常以理想的零件模型为基础，没有考虑实际的加工和装配环境对零件形状和尺寸精度的影响，可能导致实际生产出来的零件装配性能不能满足要求。

在虚拟装配中，可以设定零件的形状和尺寸、定位误差等，预测装配精度，也可以通过分析装配过程零件变形的影响，评价装配工艺，从而更全面地为产品设计和生产提供支持。

（5）装配的管路、线缆布局。

在复杂产品中（如飞机、船舶、火箭发动机等），由于空间和结构的限制，各种刚性管路和柔性线缆等交错缠杂在一起，给设计和装配操作带来很大困难，虚拟装配技术可以为管路、线缆布局设计提供有效的支持。

2设计的方案

；

（注:

这里我们以曲柄摇杆机构做为研究对象）

（1）定义：

在铰链四杆机构中，若两连架杆之一为曲柄，另一个是摇杆，此机构称为曲柄摇杆机构。

（2）曲柄摇杆杆机构的特点：

a能够进行多种运动形式的转换；

b构件之间连接处是面接触，单位面积上的压力较小，磨损较慢，可以承受较大载荷；

c两构件接触表面是圆柱面或平面，制造容易；

d连接处的间隙造成的积累误差较大；

e连杆机构运动时产生惯性力，不适用于高速场合。

（3）应用：

在曲柄摇杆机构中，当曲柄为主动件时，可将曲柄的连续回转运动转换成摇杆的往复摆动。

如雷达天线俯仰角调整机构。

当摇杆为主动件时，可将摇杆的往复摆动转换成曲柄的连续回转运动，如缝纫机踏板机构。

（4）工作原理:

手压式抽水机又叫“吸取式抽水机”。

机体下部的进水管插入水中，抽水机是一个圆筒，筒内装一个可以上下滑动而且跟筒壁紧密配合的活塞，筒底和活塞上各有一个只能向上开的活门v1和v2。

使用时，若活塞向上移动，活门v2受到大气压的作用而关闭，因此活塞下面空气稀薄，气压小于外界的大气压。

于是，低处的水受到大气压的作用推开活门v1进入筒内。

当压下活塞时，筒底活门v1被水的压迫而关闭，水被阻不能向下流动，于是冲开活门v2向上，水进入筒的上部。

再提起活塞时，活塞上面的水将活门v2关闭，水即从侧管流出，与此同时，井里的水又在大气压的作用下推开活门v1而进入圆筒中。

这样，活塞不停地上下移动，水就从管口连续不断的流出。

这种抽水机的结构简单，操作方便，但出水量小，提水的高度只能达到八米左右，效率也较低。

（1）选择机构的设计材料

：

各种材质的抗腐蚀性能均不相同，且每种材质的耐腐都具有一定的局限性，如：

耐酸钢1Cr18Ni9可耐中低浓度的硝酸或有机酸的腐蚀，但是不能耐稀硫酸的腐蚀。

：

不同的材料的电位不同，在流体中容易形成原电池，形成电化学腐蚀效应，因此在水泵的过流部件部分最好采用相同的金属材质。

温度很低的情况下材料的脆性将会增大，在高温的时候却会产生蠕变，同时介质的化学性质也会因温度的变化而有所变化，如腐蚀性会随温度升高而增加等。

因此在选用水泵用材质时应考虑到温度的变化，选用合适的材料。

在设计时应综合考虑使用技术要求和经济性，避免高材低用或低材高用的情况发生。

如把不耐腐蚀的材料当耐腐蚀材料用，则容易将泵腐蚀，减短使用寿命。

当所输送的介质中含有磨料性固体颗粒如沙粒、晶体，则相关的零部件应采用耐磨材料。

；

对于安装或运行时有相对运动的零件，如轴与轴套、螺栓与螺母、叶轮密封环与泵体密封环、平衡盘与平衡板等，在选择材料或加工工艺时应使两零件材料的硬度有些差别，以避免在装卸或运转中出现互相咬住或擦伤的现象。

同意位置的零件在工作时温度相差很大时，例如热油泵体填料函冷却水套与泵体详解的地方，与介质接触的泵体温度高，膨胀大；

与冷却水接触的冷却套外周温度低，膨胀小，这种工作条件的零件宜采用可塑性强的材料，以免工作中由于膨胀程度的不同而产生裂纹。

高扬程泵的叶轮叶片、导叶叶片进口边、单级扬程和高的密封套、高扬程泵平衡套、平衡盘和平衡板等处应采用耐冲刷的材料，可选用铬不锈钢或铬镍耐酸钢等。

在铸造、加工及使用过程中需要补焊的零件应用焊接性好的材料如：

低碳钢的焊接性能比高碳钢的焊接性好。

（2）建立参数方程

给定曲柄摇杆机构的曲柄转角及对应的摇杆摆角φ1，φ2，φ3，φ4与ψ1，ψ2，ψ3，ψ4，设计曲柄摇杆机构，设计原数据如表１所示。

设曲杆AB长度为a，连杆BC长度为b，摇杆CD长度为c，固定杆长度为d，如图１所示。

首先列出投影方程：

acosφ＋bcosδ＝d＋cosψ（在ｘ轴投影）

asinφ＋bsinδ＝csinψ（在ｙ轴投影）

消出δ得位置参数方程：

A2－b2＋c2＋d2＋2cdcosψ－2adcosφ－2accos（φ－ψ）＝0。

很显然，由参数方程列出线性方程组，需经繁琐的数学运算，才能解出a，b，c，d的值，确定各构件的尺寸，由于Pro/E的一大特点就是参数驱动，因此很有必要采用它来进行计算机辅助设计。

图2-１曲柄摇杆机构设计图

φ（sd12）

ψ（rsd13）

简图表１原数据

（3）用Pro/E求出各构件的尺寸

打开Pro/E中文版，选择“文件’新建”命令，点选“草绘”，在名称栏中输入s1d0001．sec，画出机构示意图

（2），其中构件尺寸任选；

选择“信息’切换尺寸”命令，下列尺寸标识中相对应有：

sdo＝a，sd1＝b，sd2＝c，sd3＝d

选择“工具’关系”命令，在“关系”编辑框中输入：

solve’sd0＝120

sd1＝360

sd2＝445

sd3＝420

sd0＾2＋sd2＾2－sd1＾2＋sd3＾2＋2sd2sd3cos（）－2sd0sd3cos（30）\

－2sd0sd2cos（30－）＝0

Sd0＾2＋sd2＾2－sd1＾2＋sd3＾2＋2sd2sd3cos（）－2sd0sd3cos（75）\

－2sd0sd2cos（75－）＝0

Sd0＾2＋sd2＾2－sd1＾2＋sd3＾2＋2sd2sd3cos（）－2sd0sd3cos（135）\

－2sd0sd2cos（135－）＝0

Sd0＾2＋sd2＾2－sd1＾2＋sd3＾2＋2sd2sd3cos（）－2sd0sd3cos（150）\

－2sd0sd2cos（150－）＝0

For:

Sd0，sd1，sd2，sd3

然后，按“确定”，图中3尺寸由上述关系即位置参数方程（3）确定，即sd0＝，sd1＝，sd2＝。

sd3＝。

尺寸图发生变化后，相应的图形亦确定下来，如图２所示。

因为，方程组有无数组解，上面是其中一组，若己知d＝420，其他尺寸按比例放大即得a＝120，b＝360，c＝445（原数据如表１所示）。

图2-2曲柄摇杆机构尺寸

（4）Pro设计出连杆机构的实体图

，选取特征工具条上的拉伸命令，以TOP基准平面为草绘平面，进入草绘环境。

，输入拉伸量10mm，单击【确定】按键，创建如图3所示的连杆毛胚。

。

以连杆底面为草绘平面，绘制两个对称的直径为5的圆；

通过拉伸获得过孔。

创建完成的连杆：

“完全倒圆角”。

选取特征工具条上的“倒圆角”命令按钮，打开倒圆角操控板上的设置，分别选取连杆的两端面为参照曲面，然后选取连杆的一个侧面为驱动曲面，“设置”栏中的“完全倒圆角”被激活，单击【确定】按钮，即可创建完全倒圆角。

这样就可以获得如图（2-3）的连杆1图

图2-3连杆1

图2-4连杆2

图2-5连杆3

图2-6连杆4

装配的具体步骤如下：

（1）作路径

文件/设置工作目录

（2）创建新的装配文件

文件/新建/组件

（3）加入第一个连杆

在装配窗口中点击按钮

，在弹出的对话框中选择连杆零件4，点击打开按钮

在弹出的工具版面上自动列表框设定约束类型为缺省，如图（3-1）所示。

图3-1约束设定为缺省

点击工具版面右侧按钮

，完成连杆零件4的装配，如图（3-2）所示

图3-2第一个零件的装配

（4）加入第二个连杆

在弹出的对话框中选择连杆零件3，点击“打开”按钮

在弹出的工具版面上拉开用户定义列表框，设定约束类型为“销钉”

按提示选择零件1的轴线面和零件2的轴线面对齐，并按住键盘Ctrl+Alt键及鼠标左键，将两连杆零件拖开一定距离，如图（3-3）所示：

图3-3两连杆对齐

再将零件4的前侧面与零件3的后侧面重合。

工具版面右侧的按钮

，并按住键盘Ctrl+Alt键及鼠标左键

将两连杆旋转到合适位置，完成第二个零件的装配，如图（3-4）所示：

图3-4零件2的装配

（5）加入第三个连杆

“打开”按钮

在弹出的工具版面上拉开用户定义列表框，设定约束为“销钉”

按提示选择零件3的轴线面与零件1的轴线面对齐，并按住键盘Ctrl+Alt键及鼠标左键，将两连杆零件拖开一定距离，如图（3-5）所示：

图3-5零件3与零件2对齐

再将零件3的前侧面与零件1的后侧面重合：

点击工具版面右侧的按钮

，并按住键盘Ctrl+Alt键及鼠标左键，将连杆3旋转到合适位置，完成第三个零件的装配，如图（3-6）所示：

图3-6第三个零件的装配

（6）加入第四个连杆

在弹出的工具版面上拉开用户定义列表框，设点击工具版面右侧的按钮

，并定约束为“销钉。

”

按提示选择零件3的轴线面与零件2的轴线面对齐，并按住键盘Ctrl+Alt键及鼠标左键，将两连杆零件拖开一定距离

再将零件3的前侧面与零件2的后侧面重合，如图（3-7）所示：

图3-7零件3与零件2重合

点击右键，在弹出的菜单中选择加集，如图（3-8）所示，在连杆3上再添加一个销钉约束。

图3-8添加集

选择零件4的轴线面与零件3的轴对齐：

将零件3的前侧面与零件2的后侧面重合，如图（3-9）所示：

图3-9零件4与零件3重合

，并按住键盘Ctrl+Alt键及鼠标左键，将零件旋转到合适位置，完成第四个零件的装配，如图（3-10）所示：

图3-10第四个零件的装配

（7）加入销钉

在弹出的工具版面上拉开自动列表框，设定约束类型为“插入”

按提示选择零件2的轴线A-4与销钉的轴线A-2对齐：

点击工具版面上的“放置”按钮，点击“新建约束”添加一个插入约束，如图（3-11）所示：

图3-11插入约束

选择销钉的前端面与连杆3侧面对齐。

：

（8）加入其他销钉

同上面的一样，看将其他三个销钉零件分别装入连杆1与连杆4,连杆4与连杆3及连杆3与连杆2的孔里

选下拉式菜单中“应用程序/机构”进入机构仿真窗口，点击伺服电动机定义按钮，确定运动反向。

如图（3-12）所示：

图3-12运转方向

确定定义速度为360度每秒，初始角为默认值，点击确定按钮，完成电动机定义。

如图（3-13）所示：

图3-13电机定义

点击分析定义按钮，在弹出的对话框中选择运动学，在图形显示中设定开始时间，终止时间及显示帧速，如图（3-14）所示：

点击运动按钮，图形窗口将显示曲柄摇杆机构按预定的转速运动的情况，最后点击确定按钮完成分析定义。

图3-14运动分析

4本文总结

本文从最初的背景介绍，课题分析拓展出基于Pro/E的连杆机构的总体轮廓。

在文中，详细介绍了连杆机构的结构特征和运动特性，参阅各种结构设计的方法，尽可能多的尝试不同设计方法以达到学习目的。

除了设计方法运用，还运用了CAD画出各部分的三视图，以便对各部分的结构情况都有更直观的了解。

随着现代科技的快速发展，各种机械设备的数量和种类越来越多，性能越来越先进，基于Pro/E的连杆机构的设计越来越多的大量应用于机械生产、房屋建筑、桥梁设计等生产生活中。

其使用场合和数量密度也越来越高，对连杆的正确设计关系机械寿命、工程质量等问题。

因此，在设计连杆机构时要考虑机构的稳定性准确性以及智能性，以便在较复杂的工作条件下也能使其正常的工作。

5参考文献

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[8]咏梅，康显丽，王瑞萍.Pro/ENGINEER中文版零件设计实践教程.

[9]韩玉龙.Pro/ENGINEER零件设计高级教程.

[10]栋，刘艳龙，谢龙汉.Pro/ENGINEER中文版三维造型视频精讲.

6致谢

本课题研究及论文撰写过程中，得到了导师李梅的悉心指导和帮助。

在此次写论文期间，除了参考传统的书本，杂志，还在网络上搜索了不少专业成果，解决设计中遇到的问题，也收获了很多书本上学不到的东西，这也开阔了眼界，让我对机械行业有了进一步认识，他人的关心和自己的努力得以今天论文的完成，在此对所有人表示衷心感谢！

其实，论文的结束，也标志着大学生活即将结束，除了感谢导师，还要感谢机械与汽车工程学院的其他老师，他们在大学期间或多或少为我服务过，感谢大学期间，有你们的每一天。

感谢师兄弟（姐妹）以及同学，与他们一起交流学习经验，论文写作期间进行有益的讨论，使我开阔了视野、激起了灵感。

在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！

感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。

由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！