曲柄摇杆机构的运动分析及快速优化设计

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曲柄摇杆机构的运动分析及快速优化设计曲柄摇杆机构的运动分析及快速优化设计
谢晓华
( 永州职业技术学院，湖南 永州 4 2 5 1 0 0 ) )
摘 要： 运用P r o / E对曲柄摇杆机构进行运动分析， 创建机构的特征参数， 再对机构进行敏感度分析。通过设置辅助
条件， 对机构进行可行性分析和快速优化设计， 用实例证明该方法快捷、 实用、 精确。
关键词： 曲柄摇杆机构； P r o / E； 可行性分析； 优化设计
中图分类号： T H1 3 3 . 5 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 6- 4 4 1 4 ( 2 0 1 0 ) 0 3- 0 0 7 8-0 2
Ana l y s i s a nd o pt i ma l de s i g n o f mo t i o n f o r c r a n k- - r o c k e r me c ha ni s m
Xi e Xi a o-h u a
( Y o n g z h o u o c a t i o n a l a n dt e c h n i c a l c o l l e g e ，Y o n g z h o uHu n a n 4 2 5 1 0 0 ，C h i n a )
Ab s t r a c t ：I n t h i s a r t i c l e， t h e mo t i o n o f t h e c r a n k-r o c k e r me c h a n i s m u s i n g P r o/E i s a n a l y z e d， t he c h a r a c t e r i s t i c p a ra me t e r s
a r e c r e a t e d。t h e n t h e me c h a n i s m s s e n s i t i v i t y a r e a n a l y z e d .B y s e t t i n g t h e a u x i l i a r y c o n d i t i o n s ，t l l e f e a s i b i l i t y a n a ly s i s a n d叩-
t i ma l d e s i g n a r e g i v e n t o me c h a n i s m.I t i s p r o v e d t h a t t h e me t ho d i s c o n v e n i e n t .p r a c t i c a l a nd p r e c i s i o n 。
Ke y wor d s：c r a nk-r o c k e r me c h a n i s m；Pr o /E；f e a s i b i l i t y a na ly s i s；o p t i ma l de s i g n
1 引 言
在机械设计工作中， 经常需要在-定的约束条件
下满足目标， 希望在最短的时间内， 找到能满足工程
标准的最佳设计。传统的设计方法往往需要进行大
量反复的计算或编程解决， 而用 P m/ E系统的行为建
模技术则可以使设计人员在很短的时间内找到完成
任务的方案， 使得产品的设计变得更快更好。
2 曲柄摇杆机构参数化建模、 装配及运动
仿真
( 1 )在 P r o / E软件中创建曲柄摇杆机构的运动
学模型， 几何造型如图 1所示， 曲柄 A B、 连杆 B C 、 摇
杆 C D、 机架A D的长度分别预设为： 口 4 0 、 b 9 0 、 C
1 2 0、 d1 00。
( 2 )在装配拈中为
组件添加组成机构的固定
元件和连接元件， 将四杆机
构进行虚拟装配， 机架 A D
要完全约束， 四个运动副均
为销钉连接( 转动副) 。直
线 C F垂直于 C D， 直线 C E
是 B C的延长线， 则 F C E 为机构的压力角。 图l 曲柄摇杆机构的
运动学模型
( 3 )进入机构拈， 将
曲柄与机架的销钉连接设置-个伺服电动机， 名称为
d d j ， 角速度为3 6 r a d / s 。
进行机构装置的运动学分析， 分析时间为 1 0 s ，
频率为 1 0 。用 回放” 命令来演示四杆机构的运动，
再保存机构运动分析 f x 1 . p b k ， 以便以后查看和使用。
3 创建曲柄摇杆机构的特征参数和分析特征
在标准拈中使用 测量” 功能在模型上进行测
量， 并且将测量结果创建为特征参数， 再将特征参数
通过 分析特征” 产生分析基准特征。
3 . 1 创建机构的摆角分析特征
先测量 C D A并创建特征参数 C D A - A N G L E， 再
将此特征参数创建-个 运动” 分析特征 C D A， 运动
分析中选择机构运动分析 &1 ， 参数选择 A N G L E：
CDA- A N G L E， 通过系统运行， 创建运动分析中获得
的最小数值 M I N A N G L E和最大数值 M A X - A N G L E，
如图2所示。
创建曲柄摇杆机构摆角的 关系” 分析特征 ，
根据摆角 等于最大的 C D A减去最小的 C D A， 所
以关系式设为：
MAX-
ANGL E： FI D-
CDA -MI N-
ANGL E： F I D
-
CDA
3 . 2 创建机构最小传动角分析特征
曲柄摇杆机构传动角越大则传力性能越好， 需要
找到最小传动角
先测量 ， c 并创建特征参数 F C E - A N G L E ， 再
将此特征参数创建-个机构压力角的 运动” 分析特
征 ， 运动分析中选择机构运动分析 &l ， 参数选择
A N G L E： F C E A N G L E， 通过系统运行， 创建运动分析
中获得的最大数值 MA X A N G L E ， 如图3所示。
创建最小传动角 关系” 分析特征 关系式