導(dǎo)柱設(shè)計(jì)——曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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譯文 滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第一部分:多階段動作產(chǎn)生 摘要 設(shè)計(jì)滑動塊曲柄機(jī)構(gòu)到完成多階段運(yùn)動產(chǎn)生應(yīng)用代表性地完成可通過可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器,這一方法是被提出來了的。這個(gè)方法的好處有兩點(diǎn)：第一,多階段的規(guī)定剛體位置是可完成的利用一個(gè)機(jī)構(gòu)同較少數(shù)活動部分,它用的活動部分比那平面的四桿機(jī)構(gòu)要少。第二，在這階段滑動塊曲柄運(yùn)動加速器可以完成階段的規(guī)定剛體位置不需任何人工的或自動調(diào)整的它的運(yùn)動副。一滑塊路徑啟動曲柄運(yùn)動加速器到完成剛體位置的二階段是設(shè)計(jì)者利用第7項(xiàng)命令多項(xiàng)式去聯(lián)接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運(yùn)動產(chǎn)生器推桿連接的運(yùn)動副。這個(gè)多項(xiàng)式產(chǎn)生平滑平穩(wěn)徑向位移、速度、加速度和帶有轉(zhuǎn)角輪廓的邊界條件,這些是可以被呈現(xiàn)的。在本研究中例子問題是考慮一個(gè)二階段的運(yùn)動副轉(zhuǎn)動平面四桿的機(jī)構(gòu)裝置的調(diào)整。 2004 Elsevier 公司版權(quán)所有。 1.介紹 平面的四連桿機(jī)構(gòu)廣泛的被被用于機(jī)械系統(tǒng)和裝置。由于平面四桿機(jī)構(gòu)的平面運(yùn)動學(xué),平面的類型和連接軸方向,它可以是實(shí)際的設(shè)計(jì)并且實(shí)現(xiàn)這些機(jī)構(gòu)（與大部分四桿空間機(jī)構(gòu)相比較）。 除此之外, 平面的四連桿機(jī)構(gòu)有一廣范系列的圖解式和解析設(shè)計(jì)和分析方法。 機(jī)構(gòu)分析中產(chǎn)生的問題要求一個(gè)剛體是通過一系列規(guī)定位置而被控制的.圖.1顯示了四連桿機(jī)構(gòu)可用于生產(chǎn)這個(gè)運(yùn)動通過制造那剛體作為它的耦合器連接的一部分。圖.2顯示了一部裝配機(jī)器的三個(gè)位置的運(yùn)動產(chǎn)生.理想耦合器的運(yùn)動只能由個(gè)別的離散的精確位置近似表示。由于一連接點(diǎn)只有一有限數(shù)的有效的尺寸,設(shè)計(jì)師可以只規(guī)定一有限數(shù)的精確點(diǎn)。一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)可以滿足直到五個(gè)規(guī)定位置由那運(yùn)動產(chǎn)生問題。然而,一個(gè)可調(diào)節(jié)的四連桿機(jī)構(gòu)可以滿足超過五個(gè)給定的位置用這一樣的硬件。一四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副可以用二種不同的方法來調(diào)整:可調(diào)曲柄／推桿長度（圖.3）和安裝曲柄／推桿聯(lián)桿調(diào)整（圖.4）。那可調(diào)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)可以供應(yīng)解決一般平面運(yùn)動（圖.5）兩個(gè)階段的方法。 如果在調(diào)整之后,一四連桿機(jī)構(gòu)在第一階段是被設(shè)計(jì)能達(dá)到達(dá)位置1，2和3,同相地、這同樣的接合在第二階段可以到達(dá)三個(gè)新的位置4,5和6。兩個(gè)階段的運(yùn)動可以利用一樣部件通過校準(zhǔn)一個(gè)或多個(gè)接合叁數(shù)來完成,接合可以在這些位置精確地產(chǎn)生運(yùn)動并且近似表示在其他的位置的運(yùn)動。連接器的真實(shí)運(yùn)動是精密位置被用愈較多,對理想的運(yùn)動也愈靠近。 圖.1 平面四桿機(jī)構(gòu) 圖.2 平面四桿卸栽機(jī)構(gòu) 圖.3 可調(diào)節(jié)長度的曲柄機(jī)構(gòu) 圖.4 固定長度的曲柄機(jī)構(gòu) 關(guān)于運(yùn)動的產(chǎn)生在可調(diào)節(jié)的傳動機(jī)構(gòu)的區(qū)域內(nèi),在已出版的作品里[1-19] 略微被限制。上述的工作包括包括 Ahmad和 Waldron的工作[1],他們發(fā)展一方法關(guān)于綜合處理一四連桿機(jī)構(gòu)同可調(diào)傳動裝置安裝。他們解決二個(gè)階段的問題用一最大量總數(shù)的五個(gè)位置。Tao和Krishnamoorthy[2]發(fā)明了繪圖的合成程序用尖頭產(chǎn)生可變耦合器彎曲。 圖.5 規(guī)定剛體位置的兩階段 Mcgovern和Sandor[ 3,4]提出了綜合處理可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)的功能和路徑生成利用合成物耦合器的方法。Funabashietal.[５]介紹一般方法到設(shè)計(jì)平面,球體和空間機(jī)構(gòu)哪個(gè)可以校準(zhǔn)的調(diào)整輸入/輸出關(guān)系。Shoup６設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)的存在于空間的滑動塊曲柄機(jī)構(gòu)被當(dāng)作可變的換置使用泵。 Cheun-chom 和 Kota[7]介紹了一般的方法關(guān)于合成可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)利用可調(diào)節(jié)的二數(shù)。Wilhelm８呈現(xiàn)了為可調(diào)節(jié)的四桿機(jī)構(gòu)的二相運(yùn)動產(chǎn)生問題的合成方法。Wangand Sodhi[9] 呈現(xiàn)了解決為那在每二時(shí)期中的二個(gè)階段的恰當(dāng)?shù)囊苿鱼q鏈的三個(gè)位置的問題。Russell和Sodhi[10,11] 最近有耐心的介紹這些方法為綜合處理可調(diào)節(jié)的空間的機(jī)構(gòu)對于多階段運(yùn)動產(chǎn)生,空間的RRSS機(jī)構(gòu)可以是綜合處理到完成階段的規(guī)定精確的剛體位置。最近Chang[12] 呈現(xiàn)了可調(diào)整四桿機(jī)構(gòu)用指定的切線速度產(chǎn)生圓形的弧。 如果存在過任何性能有關(guān)限制到那可調(diào)節(jié)的平面的四桿機(jī)構(gòu), 人工控制或自動控制是被要求完成所有的規(guī)定階段在多階段的申請。人工控制可能是耗費(fèi)時(shí)間的—尤其是如果那調(diào)整過程處于被涉及到的收上位置及機(jī)件控制被經(jīng)常地運(yùn)用。實(shí)現(xiàn)自動化調(diào)整能力可能使機(jī)制不實(shí)用從財(cái)務(wù)的立場來說-尤其當(dāng)操作和維護(hù)開支被考慮的時(shí)候。 對于一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器它包含移動副和連接長度一起控制推桿連接而曲柄連接只能用移動副控制,一等效的滑動塊曲柄運(yùn)動加速器可以被設(shè)計(jì)成能完成多階段的規(guī)定剛體的位置。這種方法的好處是規(guī)定剛體位置的多個(gè)階段是可利用一機(jī)構(gòu)與較少數(shù)活動件就能實(shí)現(xiàn)的,它與那平面的四連桿機(jī)構(gòu)和那滑動塊曲柄運(yùn)動加速器相比較只用少數(shù)活動件就可以完成階段的規(guī)定剛體位置而不需要任何實(shí)際的或自動操作控制的它的移動副在這些階段中。 在這個(gè)一工作中,一種方法設(shè)計(jì)偏置曲柄運(yùn)動加速器實(shí)現(xiàn)一般地多階段運(yùn)動產(chǎn)生點(diǎn)樣可利用可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器來完成是已經(jīng)被提出來了的。一滑塊路徑啟動曲柄運(yùn)動加速器到完成剛體位置的二階段是設(shè)計(jì)者利用第7項(xiàng)命令多項(xiàng)式去連接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運(yùn)動產(chǎn)生器推桿連接的移動副。推桿連接的移動副的徑向位移、速度、加速度和參數(shù)也被規(guī)定利用這個(gè)多項(xiàng)式的界限條件的情況 2.剛體規(guī)則和多階段運(yùn)動鏈鎖反應(yīng) 存在于這個(gè)工作中的滑塊曲柄運(yùn)動加速器設(shè)計(jì)法可適應(yīng)事實(shí)上任何多階段運(yùn)動鏈鎖反應(yīng)可利用的方法,那方法含有移動副的控制與安裝和可分別地調(diào)整曲柄和推桿長度。作者[10,11]發(fā)展了他們整個(gè)運(yùn)動階段鏈鎖反應(yīng)在這一個(gè)研究中被利用的方法。 那平面的四桿運(yùn)動加速器在圖圖.6是圖解說明了的。在本研究中、連線a0-a1的是表示曲柄而連線b0-b1表示搖桿。平面的四連桿機(jī)構(gòu)的桿a0-a1和桿b0-b1必須滿足那固定長條件因?yàn)樗陌惭b和移動副的連接軸要保持平行。給一固定支點(diǎn)b0和一移動的鉸鏈b1它們的長度條件等價(jià)于公式(1)當(dāng)用合成法合成平面的四連桿機(jī)構(gòu)的曲柄和從動件時(shí)[20,21]必須被滿足。 等式（1）可以被重新寫成等式（3）。在等式（3）里，變量R表示曲柄或從動件連桿的長度。這一個(gè)工作的一個(gè)目的是設(shè)計(jì)一個(gè)等效的滑動塊-曲柄運(yùn)動加速器作為一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)。雖然平面的四連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄和從動件連桿兩者的運(yùn)動鉸鏈?zhǔn)强烧{(diào)整的,但只有動件連桿的長度可被調(diào)整（非那曲柄連桿)。 通過做這些,這個(gè)等效滑動塊曲柄運(yùn)動機(jī)構(gòu)是被設(shè)計(jì)成將會有一個(gè)固定曲柄連桿長度和一滑動塊路徑這就相當(dāng)于從動件連桿的調(diào)解。 圖.6 平面四桿運(yùn)動加速器及它剛體上的p、q、r點(diǎn) （3） 方程（2）是一剛體位移矩陣,它是存在于空間的剛體位移矩陣[20,21]的矩陣與逆矩陣之乘積。為一剛體在適當(dāng)?shù)奈恢谩癷”和那之后的位置“j”制定坐標(biāo),矩陣 [ Dij]是一個(gè)變換矩陣要求變換坐標(biāo)從位置“i”到位置“j”變量 p,q和r在等式方程（2）中表示那剛體在二維空間的位置。雖然這一位置的二維空間位置是通常被描述為單個(gè)點(diǎn)和一位移角（例如: p和 ),作家選擇描述剛體使用三個(gè)點(diǎn)作為計(jì)算的目的。如果用戶喜歡描述那剛體利用傳統(tǒng)的的標(biāo)記,這個(gè)位移矩陣在方程等式（2）將被替換為簡單的平面剛體位移矩陣[20,21]。因?yàn)橛兴膫€(gè)變量（b0x、b0y、b1x,and b1y）,一個(gè)五個(gè)剛體位置的最大值可以被確定,不需要任意的選擇一參數(shù)作為其中的一階段（看表1）。 點(diǎn)p、q和r 將不會全部的落在各剛體位置的同一直性上.拿這個(gè)預(yù)防措施防止那些在剛體位移矩陣（方程等式（2））中的排變成成比例項(xiàng)的。有比例項(xiàng)的排,這些矩陣不能被倒置的。在表1里、給出了為可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動機(jī)構(gòu)規(guī)定的剛體位置的最大極限數(shù)目轉(zhuǎn)動曲柄和從動件連桿的固定和移動的鉸鏈的數(shù)目確定了剛體位置的最大極限數(shù)目。 這個(gè)例子問題在這個(gè)工作中，一個(gè)等效滑動塊曲柄是被設(shè)計(jì)成能完成一二相移動鉸鏈控制請求為一可調(diào)節(jié)的平面的四桿運(yùn)動加速器。 在這二相中,可調(diào)整的移動鉸鏈例子的問題在這一個(gè)工作中,需要的未知數(shù)是 a0,a1,a1n,b0,b1和b1n，未知數(shù)a0 和 b0表示平面的四桿機(jī)構(gòu)繁榮固定支點(diǎn)。未知數(shù)a1,a1n,b1和b1n表示那移動鉸鏈在平面四桿機(jī)構(gòu)中的1階段和２階段。由于這些未知數(shù)的中間每一個(gè)有二組成物,則總共由12個(gè)變量來確定。 表1 可調(diào)的平面四桿機(jī)構(gòu)的規(guī)定剛體位置和各階段的變化 方程等式 (4)-(8), 是用來計(jì)算六個(gè)未知者中的五個(gè)在a0, a1和a1n 。這個(gè)變量a0x 和連桿長度R是確定了的。 方程等式 (9)-(13), 是用來計(jì)算六個(gè)未知者中的五個(gè)在b0, b1和b1n 。這個(gè)變量b0x 和連桿長度R1和R2是確定了的。 3.軌道鏈鎖反應(yīng)級 在前一單元描述了那多階段運(yùn)動鏈鎖反應(yīng)級方法之后,用戶可以用合成法合成一個(gè)平面的四桿運(yùn)動加速器和確定移動副的路徑。這個(gè)從動件連桿的運(yùn)動副的軌道必須以一種方式被連接的,這種方式以允許平滑的變位速度，加速度和 變換在確定運(yùn)動副的軌道之間。突然的或不連續(xù)的變化將最終導(dǎo)致滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機(jī)構(gòu)的過度磨損。這等效滑動塊曲柄運(yùn)動加速器的滑動塊路徑將由該從動件連桿的運(yùn)動副的路徑和連接他們的軌道組成。 在一可調(diào)節(jié)的四連桿機(jī)構(gòu)的操作期間由于在一個(gè)特別的階段,這轉(zhuǎn)動曲柄和從動件連桿的運(yùn)動副的半徑位置是固定的及這個(gè)運(yùn)動副半徑的速度,加速度和轉(zhuǎn)角是零。這同樣的適用在可調(diào)節(jié)的平面的四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副,固定連桿長度調(diào)整的期間 ,當(dāng)運(yùn)動副和連桿長度調(diào)整被考慮的時(shí)候,這運(yùn)動副的徑向位置，速度,加速度和轉(zhuǎn)角進(jìn)行從這連桿參數(shù)在前階段到這后階段連桿參數(shù)的變化。如果轉(zhuǎn)變曲線的產(chǎn)生是因?yàn)檫@從動件連桿,及這個(gè)曲線圖是分段的連接到這個(gè)從動件的移動副的曲線圖上的,這就相當(dāng)于這個(gè)階段前后的變化, 一個(gè)單一的滑動塊軌道的形成說明在這些階段之間的變化（或從動件連桿移動副的調(diào)整）。 一7次順序多項(xiàng)式[22,23]是要求確定這可調(diào)整的平面的四桿運(yùn)動加速器中從動件的運(yùn)動副的徑向位置，速度，加速度和轉(zhuǎn)角在這些階段的變化。 這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角邊界條件關(guān)于這個(gè)多項(xiàng)式是 在這一個(gè)工作中, R0是從動件連桿在階段一的長度（連桿b0 - b1)而Rf是從動件連桿在階段二的長度（連桿b0 -b1n）。這些約束確定了一線性集的八個(gè)方程等式與八個(gè)數(shù),它們的解答式是 4. 例問題 帶有固定轉(zhuǎn)動曲柄的可調(diào)整的平面四桿運(yùn)動加速器的兩個(gè)階段的運(yùn)動副的調(diào)節(jié)和從動件從動件長度在這一個(gè)斷面是被例證了的。在表2里是列出關(guān)于七個(gè)規(guī)定剛體位置的點(diǎn)p, q和r在X Y 座標(biāo)系中的座標(biāo)。 表2可調(diào)整的平面四桿運(yùn)動加速器規(guī)定剛體的位置 等式方程（4）-（8）用來計(jì)算六個(gè)未知者中的五個(gè)在a0、a1和a1n中。這可變的a0x和連桿長度R1是確定了的（a0x = 0而R1 = 1）利用下列初始值: 這平面的四連桿機(jī)構(gòu)解答表示為 圖.7 可調(diào)整的平面四桿運(yùn)動加速器和相應(yīng)規(guī)定剛體位置 圖.8 用合成法合成可調(diào)整的平面的四桿運(yùn)動加速器的運(yùn)動副的軌跡 等式方程.（9）-（13）是用來計(jì)算在 b 0 ， b 1 和 b 1n 中六個(gè)未知數(shù)中的五個(gè)。這可變的b0x和連接長度R1而R2是確定了的（b0x = 1.5、R1 = 1.5、R2 = 1.3）。利用下列初始估計(jì)： 這平面的四連桿機(jī)構(gòu)解答表示為: 利用這已計(jì)算了的值和運(yùn)動副的參數(shù),可調(diào)整的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動加速器的結(jié)果在圖.7里被說明.在本研究中一等效滑動塊曲柄加速器是被設(shè)計(jì)成平面的四桿運(yùn)動加速器的。 用合成法合成可調(diào)整的平面的四桿運(yùn)動加速器在階段一和階段二的開始和結(jié)束位置是被說明的在圖.8。 由于這曲柄連桿由一固定的長度的連桿的運(yùn)動副來控制, 這個(gè) 圖.9 等效滑動塊曲柄加速器和剛體的初始位置 滑塊徑向位移 曲柄的角位移 圖.10 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向位移 連桿的運(yùn)動副的全部位置（a1經(jīng)過a4而a1n經(jīng)過[ D57] a1n）是位于同一條圓弧上的。而從動件連桿的運(yùn)動副的位置（b1穿過b4和b1n穿過[ D57] b1n）落在兩條不同的弧上（一個(gè)為一個(gè)階段）。為了完成等效滑動塊曲柄運(yùn)動加速器的滑動塊軌道,等式方程（14）是用來計(jì)算一連接從動件運(yùn)動副如在圖.8.的路徑。使用方程（14）和這規(guī)定邊界條件,滑動塊軌道在圖.9是可以被設(shè)計(jì)的。滑動塊軌道產(chǎn)生這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角輪廓這在圖.10–13中被說明了。 在表 3 列出是等效平面滑動塊轉(zhuǎn)動曲柄機(jī)構(gòu)的七個(gè)規(guī)定剛體位置點(diǎn)p ,q 和r在X Y 座標(biāo)系中的值。為了達(dá)到位置2,3 和4在表3中,連桿a0–a1需繞X軸分別旋轉(zhuǎn)到130,125和120。為了要在表 3 中達(dá)成位置 5,6 和 7,連桿a0-a1需繞X軸分別旋轉(zhuǎn)到100,95和90。在這兩個(gè)階段,曲柄轉(zhuǎn)角最初 135 是相對 X軸和剛體點(diǎn)坐標(biāo)在這個(gè)轉(zhuǎn)動曲柄的位置是表格3中位置 1 中是坐標(biāo)。 滑塊的徑向速度 曲柄的角位移 圖.11 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向速度 滑塊的徑向速度 曲柄的角位移 圖.12 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向加速度 曲柄的角位移 圖.12 合成法合成滑動塊曲柄運(yùn)動加速器中滑動塊相對曲柄轉(zhuǎn)角徑向加速度 表3 圖.10–13說明了等效滑動塊曲柄運(yùn)動機(jī)構(gòu)徑向這徑向變位，速度，加速度和轉(zhuǎn)角(相對于轉(zhuǎn)動曲柄位移角）在階段1到階段2這其中的變化。這徑向速度，加速度和轉(zhuǎn)角的邊界條件（等式方程( 16– ( 18)和等式方程( 20) ( 22))是指定到零的,這是為了產(chǎn)生的速度，加速度和轉(zhuǎn)角輪廓與那外在變化的輪廓是相連的。這徑向位移輪廓邊界條件(等式方程。( 15)和( 19))是表示階段1和階段2從動件連桿的長度( R0 = 1.5和Rf = 1.3)，這也是為了形成的位移與那在外面變化的輪廓是連續(xù)的。 5.討論 由于被綜合的機(jī)械裝置所需要，在這一個(gè)工作中被呈現(xiàn)的滑件路徑設(shè)計(jì)方法因只有固定的和運(yùn)動副對可調(diào)整平面的四桿機(jī)械裝置對大部份的現(xiàn)有動作是可適用方法。雖然一個(gè)二個(gè)階段的移動副問題在這一個(gè)工作被例證,規(guī)定的剛體位置的另外時(shí)期能被插入。 通過計(jì)算那平面四桿機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)和移動副分別為附加的階段,和每個(gè)另外的階段另外的轉(zhuǎn)變路徑 (等式方程 (14)-(30)) 等效滑動塊曲柄運(yùn)動加速器可以被設(shè)計(jì)成能達(dá)到這個(gè)附加的階段。 雖然二維的空間的剛體的位置普遍被描述被一點(diǎn)和一個(gè)變位角 (p 和 h 舉例來說),作家選擇描述剛體使用三個(gè)點(diǎn)作為計(jì)算的目的。如果使用者偏愛描述使用的剛體傳統(tǒng)的標(biāo)記,位移矩陣在方程(2) 將會替換為這傳統(tǒng)的平面剛體被放置成矩陣[20,21]。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件將規(guī)定在這一個(gè)工作和數(shù)學(xué)軟件的機(jī)械裝置叁數(shù)用來計(jì)算機(jī)械裝置。這一個(gè)軟件使那能夠作成表規(guī)定和有計(jì)劃的叁數(shù)被四位有效數(shù)來表示。 6.結(jié)論 為滑件曲柄機(jī)構(gòu)的一個(gè)設(shè)計(jì)方法達(dá)成多階段動作鏈鎖反應(yīng)級請求的完成通過平面的四連桿機(jī)構(gòu)帶有可調(diào)整的運(yùn)動副是被呈現(xiàn)在這項(xiàng)研究中的。這種方法的好處是那使用它,規(guī)定剛體使用一機(jī)構(gòu)與較少數(shù)活動部分可完成的多階段位置,它用到的活動部分部分與平面的四連桿機(jī)構(gòu)相比較是少的。這一個(gè)方法的另一種利益是使用它,滑塊曲柄機(jī)構(gòu)能被設(shè)計(jì)達(dá)成規(guī)定剛體的各階段不需任何的人工的或自動操作控制它的運(yùn)動副在這些階段中。一滑塊路徑啟動曲柄運(yùn)動加速器到完成剛體位置的二階段是設(shè)計(jì)者利用第7項(xiàng)命令多項(xiàng)式去連接那那可調(diào)節(jié)的平面四桿運(yùn)動產(chǎn)生器推桿連接的移動副。例子問題在本研究中認(rèn)為一二階段的移動副調(diào)整可調(diào)整平面的四桿機(jī)械裝置。 33 摘 要 摘要：曲柄連桿是若干構(gòu)件用低副連接成的機(jī)構(gòu)。曲柄連桿機(jī)構(gòu)中的構(gòu)件大都可以表示為桿狀，故亦稱其為桿.由于低副是圓柱面或平面接觸,使得平面連桿機(jī)構(gòu)具有制造容易、運(yùn)動副中壓強(qiáng)和磨損較小、便于潤滑等優(yōu)點(diǎn)，因此平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛用于天各種機(jī)械及儀器中。但是，這種機(jī)構(gòu)運(yùn)動副磨損后會形成間隙，當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多時(shí)，會使從動件產(chǎn)生較大的運(yùn)動累積誤差，不容易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。 關(guān)鍵詞： 曲柄 連桿。 Abstract Crank connecting bar is a mechanism that severial mechanical components are connected by low counter gear. The mechanical components of crank connecting bar can normally be expressed as rodlike forms, so we can also called it “bar”. Due to low counter gear indicats a cylindrical surface contact or a plane surface contact，planar linkage mechanisms has a numbers of advantages such as easy manufacture, relatively small pressure and abrasion of kinematic pair, and easier lubrication, so which has been widely used in various machinery and apparatus. However, a gap will be formed after this kind of mechanism of kinermatic pair is fretted away. Followers will lead to accumulated error of movement when there is a relative large number of mechanical components, so which is not easy to precisely realize the complicated law of motion. Key words: crank connecting bar 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目申報(bào)表 院 別 機(jī) 電 工 程 分 院 教 研 室 機(jī) 械 工 程 教 研 室 指導(dǎo)教師 張 廣 杰 職稱 講 師 職稱 2010年 3月 8日 題目名稱 導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 題目類別 設(shè)計(jì)類 √ 題目性質(zhì) 結(jié)合實(shí)際 √ 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 參加本題目學(xué)生人數(shù) 1人 論文類 虛擬題目 題目來源、教師準(zhǔn)備情況、主要培養(yǎng)學(xué)生哪些能力 1．本題目來源于指導(dǎo)教師的命題。 2．指導(dǎo)教師對此課題有深厚的理論基礎(chǔ)及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在師生共同努力下定能順利、按期完成該課題設(shè)計(jì)。 3．本課題主要培養(yǎng)學(xué)生對已有知識的運(yùn)用能力、查找資料和閱讀能力、英譯漢的能力、工程機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造能力。 題 目 內(nèi) 容 及 要 求 一、內(nèi)容： 導(dǎo)柱是用于模具中與組件組合使用確保模具以精準(zhǔn)的定位進(jìn)行活動引導(dǎo)模具行程的導(dǎo)向元件。導(dǎo)柱的材質(zhì)一般選用軸承鋼、熱作模具鋼、易車鐵等，而以軸承鋼SUJ2的使用量較大，使導(dǎo)柱在導(dǎo)向性能上的耐用性與可換性大大加強(qiáng)。導(dǎo)柱與組件組成外導(dǎo)柱組件與內(nèi)導(dǎo)柱組件，具有美麗的金屬光澤。 二、要求： 1.寫出1～1.5萬字的論文，繪制總裝圖、部裝圖及零件圖。 論文內(nèi)容包括: （1）導(dǎo)柱的應(yīng)用現(xiàn)狀。 （2）導(dǎo)柱的特點(diǎn)及分類。 （3）斜導(dǎo)柱C段的長度計(jì)算及結(jié)構(gòu)參數(shù)確定。 （4）導(dǎo)柱中心孔的作用。 2.將一篇與本課題有關(guān)的英文資料，翻譯成中文（約5000字）。 實(shí) 踐 環(huán) 節(jié) 安 排 實(shí)習(xí) 長春客車廠3周 實(shí)驗(yàn) 金工實(shí)習(xí)基地3周 計(jì)算機(jī)應(yīng)用 計(jì)算機(jī)繪圖360學(xué)時(shí) 中、外文參考資料： [1]于駿一. 鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004. [2]余躍慶. 現(xiàn)代機(jī)械動力學(xué)[M]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001. [3]濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社， 2001. [4]謝黎明. 械工程與技術(shù)創(chuàng)新[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005. [5]詹啟賢. 自動機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 1994. [6]王步瀛. 機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算的理論和方法[M]. 北京：高等教育出版社， 1988. [7]扎布隆斯基KE. 機(jī)械零件[M]. 北京：高等教育出版社， 1990. [8]卜炎. 螺紋連接設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京：高等教育出版社， 1993. [9]Hindhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical Approach[M]. New York:Wiley,1983. [10]Kollmann F .G . Rotating Elasto-plastic Interference Fits[M]. Trans.ASME,80-C2/DET-11 [11] Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ. House, 1985. [12]Mechanical Drive(Reference Issue). Machine Design. 52(14), 1980. 教研室主任 審 批 簽 字 分 院 院 長 審 批 簽 字 注：題目類別和題目性質(zhì)請用符號√填在相應(yīng)欄內(nèi)。 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）登記表 分院 機(jī)電工程分院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班級 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 設(shè)計(jì)（論文）起止日期 教研室主任 題目名稱（包括主要技術(shù)參數(shù)）及要求： 1.題目名稱：導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 2.要求： 導(dǎo)柱是用于模具中與組件組合使用確保模具以精準(zhǔn)的定位進(jìn)行活動引導(dǎo)模具行程的導(dǎo)向元件。導(dǎo)柱的材質(zhì)一般選用軸承鋼、熱作模具鋼、易車鐵等，而以軸承鋼SUJ2的使用量較大，使導(dǎo)柱在導(dǎo)向性能上的耐用性與可換性大大加強(qiáng)。導(dǎo)柱與組件組成外導(dǎo)柱組件與內(nèi)導(dǎo)柱組件，具有美麗的金屬光澤 論文開題報(bào)告（設(shè)計(jì)方案論證） 應(yīng)該包括以下幾方面內(nèi)容： 1、 本課題研究的意義；2、調(diào)研（社會調(diào)查）情況總結(jié)；3、查閱文獻(xiàn)資料情況（列出主要文獻(xiàn)清單；4、擬采取的研究路線；5、進(jìn)度安排。 1. 本課題研究的意義： 導(dǎo)柱設(shè)計(jì)具有運(yùn)行可靠的特點(diǎn)，能滿足現(xiàn)代化工業(yè)的應(yīng)用要求。整個(gè)控制系統(tǒng)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，具有較高的可靠性。機(jī)構(gòu)的運(yùn)行控制精度較高，能夠滿足使用要求的需要。近年來受到很大的重視，已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展的主要方向之一，是創(chuàng)新的主要方面。 2. 調(diào)研情況總結(jié)： 為更好的完成本課題，在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，我們參觀了長春電影城及機(jī)械加工廠并隨同有關(guān)人員一起見習(xí)了加工過程及使用過程，與此同時(shí)還把我們的課題設(shè)計(jì)思路和要解決的問題與工廠實(shí)際情況相結(jié)合，得到有關(guān)人員的指導(dǎo)，使我們受益匪淺。 3. 查閱文件清單： [1]于駿一,鄒青. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004. [2]余躍慶.. 現(xiàn)代機(jī)械動力學(xué)[M]. 北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001. [3]濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社， 2001. [4]謝黎明. 機(jī)械工程與技術(shù)創(chuàng)新[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005. [5]詹啟賢. 自動機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 1994. [6]王步瀛. 機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算的理論和方法[M]. 北京：高等教育出版社， 1988. [7]扎布隆斯基KE. 機(jī)械零件[M]. 北京：高等教育出版社， 1990. [8]卜炎. 螺紋連接設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京：高等教育出版社， 1993. [9]Hindhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical Approach. New York:Wiley, 1983. [10]Kollmann F .G . Rotating Elasto-plastic Interference Fits. Trans.ASME,80-C2/DET-11 [11]patton W .J .Mechanical Power Transmission. New Jersey: Printice-Hall . 1980. [12]Mechanical Drive(Reference Issue). Machine Design. 52(14), 1980. 4. 擬采取的研究路線： 指導(dǎo)教師下達(dá)任務(wù)→充分理解課題要解決的問題→查閱文件和素材（圖書館、上網(wǎng)）→翻譯英文資料→到工廠參觀實(shí)習(xí)→寫論文→指導(dǎo)教師審查→修改完善、定搞→準(zhǔn)備答辯。 5. 進(jìn)度安排： 3月 8日—3月 26日 查閱文件，書籍材料。 3月 29日—4月 09日 翻譯英文材料。 4月 11日—5月 14日 寫課題論文，寫初稿。 5月 17日—5月 21日 完善論文，定稿。 5月 23日—6月 11日 繪制設(shè)計(jì)草圖、打印。 6月 14日—6月 18日 整理，熟悉文件。 指導(dǎo)教師審閱意見： 年 月 日 記事： 指導(dǎo)教師審閱意見： 年 月 日 目錄 第一章、 緒論 - 1 - 1.1 選題的目的和意義 - 2 - 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 - 3 - 1.3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 - 5- 第二章、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)概念 - 6 - 2.1設(shè)計(jì)機(jī)械整體時(shí)應(yīng)滿足的要求： -6 - 2.2、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化： - 6- 2.3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： - 7- 第三章、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)基本知識 - 7 - 3.1 曲柄連桿中部分名詞 - 7 - 3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的自由度與約束 - 8 - 3.3、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 - 13- 第四章、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 15 - 4.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 15 - 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算 - 19 - 4.3 連桿螺栓的設(shè)計(jì) - 30- 第五章、　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 - 32 - 第六章 - 34 - 6.1 機(jī)構(gòu) - 34 - 6.2維護(hù)與保養(yǎng) - 35 - 6.3 注意事項(xiàng) - 35 - 結(jié)論 - 36 - 參 考 文 獻(xiàn) - 37 - 致謝 - 38 - 附錄Crane Work Needs More Technique - 39 - I 長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院 目錄 第一章、 緒論 - 5 - 1.1 選題的目的和意義 - 6 - 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 - 6 - 1.2.1、解析法 - 7 - 1.2.2、圖解法 - 7 - 1.2.3、復(fù)數(shù)向量法 - 8 - 1.3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 - 9 - 1.3.1、 - 9 - 1.3.2、 - 9 - 1.3.3、 - 9 - 1.3.4、 - 9 - 第二章、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)概念 - 10 - 2.1設(shè)計(jì)機(jī)械整體時(shí)應(yīng)滿足的要求： - 10 - 2.2、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化： - 10 - 2.3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： - 10 - 第三章、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)基本知識 - 11 - 3.1 曲柄連桿中部分名詞 - 11 - 3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的自由度與約束 - 12 - 3.2.1、機(jī)構(gòu)自由度與約束 - 12 - 3.2.2、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算 - 12 - 3.2.3、 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 - 13 - 3.2.4、曲柄連桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件 - 13 - 3.2.5、曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動特征 - 15 - 3.3、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 - 17 - 3.3.1、動力特性 - 17 - 3.3.2、 速度瞬心及其應(yīng)用 - 18 - 第四章、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 19 - 4.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) - 19 - 4.1.1、設(shè)計(jì)的基本問題 - 19 - 4.1.2 連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用 - 22 - 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算 - 23 - 4.2.1 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算 - 24 - 4.2.2 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 - 27 - 4.2.3 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算 - 31 - 4.2.3.1連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主要尺寸 - 31 - 4.2.3.2、連桿大頭的強(qiáng)度校核 - 32 - 4.3 連桿螺栓的設(shè)計(jì) - 34 - 4.3.1 連桿螺栓的工作負(fù)荷與預(yù)緊力 - 34 - 4.3.2 連桿螺栓的屈服強(qiáng)度校核和疲勞計(jì)算 - 35 - 第五章、　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 - 36 - 第六章 - 38 - 6.1 機(jī)構(gòu) - 38 - 6.1.1 驅(qū)動電機(jī) - 38 - 6.1.2減速器 - 38 - 6.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu) - 38 - 6.2維護(hù)與保養(yǎng) - 39 - 6.3 注意事項(xiàng) - 39 - 結(jié)論 - 40 - 參 考 文 獻(xiàn) - 41 - 致謝 - 42 - 附　　錄 - 43 - - 41 - 倒柱設(shè)計(jì)——曲柄連桿機(jī)構(gòu) 第一章、 緒論 　　機(jī)械是人類進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)的重要工具，是現(xiàn)代生產(chǎn)的基礎(chǔ)，機(jī)械是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標(biāo)志。先進(jìn)生產(chǎn)力離不開先進(jìn)的機(jī)電設(shè)備。今天機(jī)械設(shè)備已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域。 隨著工業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的種類越來越多，大到生產(chǎn)用的產(chǎn)品生產(chǎn)線，數(shù)控機(jī)床、小到我們的生活用品、都離不開機(jī)械產(chǎn)品。機(jī)構(gòu)是具有確定的相對運(yùn)動構(gòu)件的組合。而不是無條件的任意組合。所以構(gòu)件組合后是否成為機(jī)構(gòu)，就要看它能否實(shí)現(xiàn)卻定的相對運(yùn)動。為此，需要討論機(jī)構(gòu)的自由度和它具有的相對運(yùn)動條件。 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是若干構(gòu)件用低副連接而成的機(jī)構(gòu)，是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本形式之一。如果組成機(jī)構(gòu)的所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動，這種機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)；如果各構(gòu)件不在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動，則稱為空間機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)通過對平面曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)組成、傳動特性、工作特點(diǎn)、故障診斷與排除以及受力分析等方面的討論和研究，從而得到曲柄連桿機(jī)構(gòu)的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并通過對其優(yōu)缺點(diǎn)的分析，使之廣泛用于不同領(lǐng)域。由于低副是圓柱面或平面接觸，使得連桿機(jī)構(gòu)具有制造容易、運(yùn)動副中壓強(qiáng)和磨損較小、便于潤滑等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械及儀器中。但是，這種機(jī)構(gòu)運(yùn)動副磨損后會形成間隙，當(dāng)構(gòu)件數(shù)目較多時(shí)，會使從動件產(chǎn)生較大的運(yùn)動累積誤差，不容易精確地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動規(guī)律。 1.1 選題的目的和意義 曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)的傳遞運(yùn)動和動力的機(jī)構(gòu)，通過它把活塞的往復(fù)直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而輸出動力。因此，曲柄連桿機(jī)構(gòu)是發(fā)動機(jī)中主要的受力部件，其工作可靠性就決定了發(fā)動機(jī)工作的可靠性。隨著發(fā)動機(jī)強(qiáng)化指標(biāo)的不斷提高，機(jī)構(gòu)的工作條件更加復(fù)雜。在多種周期性變化載荷的作用下，如何在設(shè)計(jì)過程中保證機(jī)構(gòu)具有足夠的疲勞強(qiáng)度和剛度及良好的動靜態(tài)力學(xué)特性成為曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問題。 通過設(shè)計(jì)，確定發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)和零部件結(jié)構(gòu)，包括必要的結(jié)構(gòu)尺寸確定、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析、材料的選取等，以滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式中，為了滿足設(shè)計(jì)的需要須進(jìn)行大量的數(shù)值計(jì)算，同時(shí)為了滿足產(chǎn)品的使用性能，須進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及可靠性等方面的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，同時(shí)要滿足校核計(jì)算，還需要對曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析。 為了真實(shí)全面地了解機(jī)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)行工況下的力學(xué)特性，本文采用了多體動力學(xué)仿真技術(shù)，針對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)時(shí)的，高精度的動力學(xué)響應(yīng)分析與計(jì)算，因此本研究所采用的高效、實(shí)時(shí)分析技術(shù)對提高分析精度，提高設(shè)計(jì)水平具有重要意義，而且可以更直觀清晰地了解曲柄連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中的受力狀態(tài)，便于進(jìn)行精確計(jì)算，對進(jìn)一步研究發(fā)動機(jī)的平衡與振動、發(fā)動機(jī)增壓的改造等均有較為實(shí)用的應(yīng)用價(jià)值。 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 多剛體動力學(xué)模擬是近十年發(fā)展起來的機(jī)械計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，提供了在設(shè)計(jì)過程中對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和優(yōu)化的有效手段，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。它是利用計(jì)算機(jī)建造的模型對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將分析的方法用于模擬實(shí)驗(yàn)，充分利用已有的基本物理原理，采用與實(shí)際物理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相似的研究方法，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)。目前多剛體動力學(xué)模擬軟件主要有CATIA ,Pro/Mechanics，Working model 3D，ADAMS等。多剛體動力學(xué)模擬軟件的最大優(yōu)點(diǎn)在于分析過程中無需編寫復(fù)雜仿真程序，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析時(shí)無需進(jìn)行樣機(jī)的生產(chǎn)和試驗(yàn)。對內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的部件裝配進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真，可校核部件運(yùn)動軌跡，及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動干涉；對部件裝配進(jìn)行動力學(xué)仿真，可校核機(jī)構(gòu)受力情況；根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動約束及保證性能最優(yōu)的目標(biāo)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，可最大限度地滿足性能要求，對設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和修正[2]。目前國內(nèi)大學(xué)和企業(yè)已經(jīng)已進(jìn)行了機(jī)構(gòu)運(yùn)動、動力學(xué)仿真方面的研究和局部應(yīng)用，能在設(shè)計(jì)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)干涉，校核配氣機(jī)構(gòu)運(yùn)動、動力學(xué)性能等，為設(shè)計(jì)人員提供了基本的設(shè)計(jì)依據(jù)[3-4]。 目前國內(nèi)外對發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析的方法很多，而且已經(jīng)完善和成熟。其中機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析是研究兩個(gè)或兩個(gè)以上物體間的相對運(yùn)動，即位移、速度和加速度的變化關(guān)系：動力學(xué)則是研究產(chǎn)生運(yùn)動的力。發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的動力學(xué)分析主要包括氣體力、慣性力、軸承力和曲軸轉(zhuǎn)矩等的分析，傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)動力學(xué)、運(yùn)動學(xué)分析方法主要有圖解法和解析法。 1.2.1、解析法 解析法是對構(gòu)件逐個(gè)列出方程，通過各個(gè)構(gòu)件之間的聯(lián)立線性方程組來求解運(yùn)動副約束反力和平衡力矩，解析法又包括單位向量法、直角坐標(biāo)法等。 1.2.2、圖解法 圖解法形象比較直觀，機(jī)構(gòu)各組成部分的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改變趨勢均能通過圖解一目了然。圖解法作為解析法的輔助手段，可用于對計(jì)算機(jī)結(jié)果的判斷和選擇。解析法取點(diǎn)數(shù)值較少，繪制曲線精度不高。不經(jīng)任何計(jì)算，對曲柄連桿機(jī)構(gòu)直接圖解其速度和加速度的方法最早由克萊茵提出，但方法十分復(fù)雜[6]。 1.2.3、復(fù)數(shù)向量法 復(fù)數(shù)向量法是以各個(gè)桿件作為向量，把在復(fù)平面上的連接過程用復(fù)數(shù)形式加以表達(dá)，對于包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和時(shí)間參數(shù)的解析式就時(shí)間求導(dǎo)后，可以得到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能。該方法是機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的較好方法。 通過對機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)的分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能、運(yùn)動規(guī)律等，從而可以更好地對機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動盡管能夠給出解析表達(dá)式，卻難以計(jì)算出供工程設(shè)計(jì)使用的結(jié)果，不得不用粗糙近似的圖解法求得數(shù)據(jù)。近年來隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可以利用復(fù)雜的計(jì)算表達(dá)式來精確求解各種運(yùn)動過程和動態(tài)過程，從而形成了機(jī)械性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理論和方法。 通過對機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，我們可以清楚了解內(nèi)燃機(jī)工作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動性能、運(yùn)動規(guī)律等，從而可以更好地對機(jī)構(gòu)進(jìn)行性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。但是過去由于手段的原因，大部分復(fù)雜的機(jī)構(gòu)運(yùn)動盡管能夠給出解析式，卻難以計(jì)算出供工程使用的計(jì)算結(jié)果，不得不用粗糙的圖解法求得數(shù)據(jù)。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，可以利用復(fù)雜的計(jì)算表達(dá)式來精確求解各種運(yùn)動過程和動態(tài)過程，從而形成機(jī)械性能分析和產(chǎn)品設(shè)計(jì)的現(xiàn)代理論和方法。 機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的核心是利用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，以確定系統(tǒng)各構(gòu)件在任意時(shí)刻的位置、速度和加速度，進(jìn)而確定系統(tǒng)及其及其各構(gòu)件運(yùn)動所需的作用力[5]。目前，在對內(nèi)燃機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動力學(xué)分析時(shí)，大多采用的是專業(yè)的虛擬樣機(jī)商業(yè)軟件，如ADAMS等。這些軟件的功能重點(diǎn)是在力學(xué)分析上，在建模方面還是有很多不足，尤其是對這些復(fù)雜的曲柄連桿機(jī)構(gòu)零部件的三維建模很難實(shí)現(xiàn)。因而在其仿真分析過程中對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型就要借助CAD軟件來完成，如CATIA,Pro/E,UG等[4]。當(dāng)考慮到對多柔體系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析時(shí)，有時(shí)還需要結(jié)合Ansys等專業(yè)的有限元分析軟件來進(jìn)行[7]。這一過程十分復(fù)雜，不僅需要對這些軟件有一定了解，還需要處理好軟件接口之間的數(shù)據(jù)傳輸問題，而且軟件使用成本也很高。 1.3 設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容 對內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中曲柄連桿機(jī)構(gòu)受力分析進(jìn)行深入研究，其主要的研究內(nèi)容有： 1.3.1、對曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)中各種力的作用情況，并根據(jù)這些力對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度等方面的計(jì)算和校核，以便達(dá)到設(shè)計(jì)要求； 1.3.2、分析曲柄連桿機(jī)構(gòu)中主要零部件如活塞，曲軸，連桿等的工作條件和設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行合理選材，確定出主要的結(jié)構(gòu)尺寸，并進(jìn)行相應(yīng)的尺寸檢驗(yàn)校核，以符合零件實(shí)際加工的要求； 1.3.3、應(yīng)用CATIA軟件對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的零件分別建立實(shí)體模型，并將其分別組裝成活塞組件，連桿組件，然后定義相應(yīng)的連接關(guān)系，最后裝配成完整的機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行運(yùn)動仿真分析，檢測其運(yùn)動干涉，獲取分析結(jié)果； 1.3.4、應(yīng)用CATIA軟件將零件模型圖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的工程圖，并結(jié)合使用AutoCAD軟件，系統(tǒng)地反應(yīng)工程圖上的各類信息，以便實(shí)現(xiàn)對機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步精確設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)。 第二章、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)概念 2.1設(shè)計(jì)機(jī)械整體時(shí)應(yīng)滿足的要求： 設(shè)計(jì)的機(jī)械零件既要工作可靠，又要成本低。要解決前一個(gè)問題，需要根據(jù)可能發(fā)生的失效，確定要件在強(qiáng)度、剛度、振動穩(wěn)定性、耐磨性、溫升等方面必須滿足的條件，這些條件是判斷要件工作能力的準(zhǔn)則，在設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中，根據(jù)機(jī)構(gòu)的具體運(yùn)轉(zhuǎn)情況和的計(jì)算后，確定后來設(shè)計(jì)方案。 2.2、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化： 在不同類型、不同規(guī)格的各種機(jī)器中，有相當(dāng)多的零部件是相同的（本設(shè)計(jì)中就有3個(gè)螺釘），將這些零部件加以標(biāo)準(zhǔn)化，并按尺寸加以系列化，則設(shè)計(jì)時(shí)就毋須重設(shè)計(jì)，可直接從有關(guān)手冊的標(biāo)準(zhǔn)中選用。通用化是指系列系列之內(nèi)的或跨系列的產(chǎn)品之間盡量采用同一結(jié)構(gòu)和尺寸的零部件，以減少設(shè)計(jì)時(shí)零部件的種類，從而簡化生產(chǎn)管理和縮短制造時(shí)間（如本設(shè)計(jì)中的機(jī)架）。 2.3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是設(shè)計(jì)工作中的重要內(nèi)容，兩者同等重要。有必要指出，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)千萬不可輕視，何況計(jì)算也往往要在初步結(jié)構(gòu)構(gòu)思的基礎(chǔ)上將其抽象為數(shù)學(xué)模型后才能進(jìn)行（以曲柄為例，只有先確定軸的支承和受載零件的位置和尺寸后才能計(jì)算）。在設(shè)計(jì)過程中，借鑒前人成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，注意歸納、分析、總結(jié)，掌握設(shè)計(jì)中的規(guī)律，對提高設(shè)計(jì)質(zhì)量幫助很大。 在設(shè)計(jì)曲柄連桿機(jī)構(gòu)過程中，以上的三個(gè)方面都是要重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。經(jīng)過認(rèn)真的計(jì)算和畫圖，并參考了很多的設(shè)計(jì)實(shí)例，才完成此次設(shè)計(jì)。 第三章、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)基本知識 3.1 曲柄連桿中部分名詞 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：一個(gè)連架桿為曲柄，另一個(gè)連架桿為搖桿的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)：在平面機(jī)構(gòu)中如果全部運(yùn)動副都是轉(zhuǎn)動副，則稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。 連架桿：與機(jī)架相連的桿稱為連架桿。 曲柄：連架桿中能作360轉(zhuǎn)動稱為曲柄。 搖桿：在運(yùn)動中該桿的轉(zhuǎn)動在小于360擺動則稱為搖桿。 機(jī)械：機(jī)械是機(jī)構(gòu)和機(jī)器的總稱。 機(jī)構(gòu)：只有確定的相對運(yùn)動，而不能代替人做有用的機(jī)械的構(gòu)件組合。例如摩托車是機(jī)器，而自行車是機(jī)構(gòu)。 構(gòu)件的自由度：一個(gè)作平面運(yùn)動的自由構(gòu)件有三個(gè)獨(dú)立運(yùn)。在ＸＯＹ坐標(biāo)系中，構(gòu)件Ｓ可隨其任一點(diǎn)Ａ沿Ｘ，Ｙ軸方向移動和該點(diǎn)轉(zhuǎn)動，這種獨(dú)立的運(yùn)動稱為構(gòu)件的自由度。 高副：高副是指兩構(gòu)件通過點(diǎn)或線接觸組成的運(yùn)動副。 低副：兩構(gòu)件通過面接觸組成的運(yùn)動副稱為低副 固定件：機(jī)架又稱固定件，用來支撐活動構(gòu)件，比如氣缸體就是機(jī)架。 原動件：運(yùn)動規(guī)律已知的活動構(gòu)件。比如內(nèi)燃機(jī)的活塞就是原動件。 從動件：機(jī)構(gòu)中隨著原動件的運(yùn)動而運(yùn)動的其余活動構(gòu)件稱為從動件，比如內(nèi)燃機(jī)的連桿和曲軸都是從動件。 運(yùn)動鏈：若干構(gòu)件通過運(yùn)動副聯(lián)接起來所構(gòu)成的系統(tǒng)稱為運(yùn)動鏈.。 平面機(jī)構(gòu)：所有構(gòu)件都在同一平面或相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動的機(jī)構(gòu)稱為平面機(jī)構(gòu)；否則稱為空間機(jī)構(gòu)。 3.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的自由度與約束 3.2.1、機(jī)構(gòu)自由度與約束 機(jī)構(gòu)是具有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件組合。。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)也屬于平面機(jī)構(gòu)，既然是平面機(jī)構(gòu)也就無條件的遵從平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特性．所以，一個(gè)作平面運(yùn)動的自由構(gòu)件有三個(gè)自由度。機(jī)構(gòu)是由許多構(gòu)件組合而成的，機(jī)構(gòu)的每個(gè)構(gòu)件都以一定的方式與其它構(gòu)件相互聯(lián)接。這種聯(lián)接都不是固定聯(lián)接，而是能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接。這種使兩構(gòu)件直接接觸并能產(chǎn)生一定相對運(yùn)動的聯(lián)接稱為運(yùn)動副。例如在內(nèi)燃機(jī)中，活塞與連桿的聯(lián)接、活塞與氣缸的聯(lián)接等都構(gòu)成了運(yùn)動副。顯然，構(gòu)件組成運(yùn)動副后，它們的獨(dú)立運(yùn)動就受到約束，自由度便隨之減少。又根據(jù)它們的相對運(yùn)動是轉(zhuǎn)動或是移動，又可分為回轉(zhuǎn)副和移動副。 當(dāng)兩個(gè)構(gòu)件組成運(yùn)動副之后，它們的運(yùn)動受約束，因而其自由度隨之減少。不同類型的運(yùn)動副，由于其運(yùn)動副元素的不同，引入的約束數(shù)目不同，因此使構(gòu)件保留的自由度也不同。例如低副為面接觸，引入兩個(gè)約束，保留一個(gè)自由度。其中轉(zhuǎn)動幅限制了沿Ｘ軸、Ｙ軸方向的兩個(gè)移動，使構(gòu)件保留了一個(gè)轉(zhuǎn)動的自由度；而移動副約束了垂直于移動副中心線方向的一個(gè)移動和在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動這兩個(gè)自由度。高副為點(diǎn)或線接觸，只能引入一個(gè)約束，保留兩個(gè)自由度，即只約束了接觸處（點(diǎn)或線）公法線放向移動的自由度，使構(gòu)件保留接觸處轉(zhuǎn)動和接觸處公切線方向移動兩個(gè)自由度。在平面機(jī)構(gòu)中，每個(gè)低副引入兩個(gè)約束，每個(gè)高副引入一個(gè)約束。 3.2.2、平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算 設(shè)某平面機(jī)構(gòu)共有Ｎ個(gè)構(gòu)件，除去一個(gè)機(jī)架是固定件外，活動構(gòu)件數(shù)n=N-1個(gè)。在用運(yùn)動副將構(gòu)件聯(lián)接起來之前，這些構(gòu)件自由度總和為3n個(gè)。當(dāng)用P各低副和M個(gè)高副聯(lián)接成運(yùn)動鏈以后，這些運(yùn)動副所帶來的總約束數(shù)為（2P+M）個(gè)。那么，整個(gè)機(jī)構(gòu)相對機(jī)架的自由度，即機(jī)構(gòu)的自由度，應(yīng)為運(yùn)動構(gòu)件自由度總和與運(yùn)動副引入的約束綜合之差，所以以F表示機(jī)構(gòu)的自由度，則有 F=3n-2P+M (1-1) 式(1-1)給出了平面機(jī)構(gòu)中運(yùn)動構(gòu)件數(shù)目、低副數(shù)目、高副數(shù)目與機(jī)構(gòu)自由度的關(guān)系，此式即為平面機(jī)構(gòu)自由度計(jì)算公式。 3.2.3、 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 要是機(jī)構(gòu)能有確定運(yùn)動，必須使主動件數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，即因此機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是：機(jī)構(gòu)的原動件的數(shù)目必須等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)。 如果主動件數(shù)大于自由度數(shù)，若迫使兩個(gè)主動件數(shù)按各自規(guī)律運(yùn)動，則機(jī)構(gòu)中最薄弱的構(gòu)件或運(yùn)動將會遭到破壞。 3.2.4、曲柄連桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件 在圖（一）中在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，設(shè)分別以a 、b、 c、 d 表示機(jī)構(gòu)中個(gè)構(gòu)件長度。 設(shè)ac時(shí)) 或 c-b≤Fmin=d-a(c>b時(shí)) 將上式整理得： a≤c, a≤b, a≤d 設(shè)a>d d+a≤b+c d+b≤a+c d+c≤a+b 將上式兩兩相加可得 d≤a, d≤b, d≤c 3設(shè)a=d 此時(shí)Fmin=0， a=d b=c a≤b 由此可綜合歸納出曲柄搖桿機(jī)構(gòu)存在曲柄的條件為： 連架桿和機(jī)架中必有一桿為最短桿； 最短桿和最長桿之和應(yīng)小于或等于其它兩桿長度之和。 推論： 當(dāng)機(jī)構(gòu)尺寸滿足桿長條件時(shí)，最短桿兩端的轉(zhuǎn)動副均為周轉(zhuǎn)副；其余轉(zhuǎn)動副為擺動副。 上述兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足，否則機(jī)構(gòu)中無曲柄存在。 根據(jù)曲柄存在的條件，還可做如下推論： 1） 若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和，則可能有以下三種情況： a 以最短桿的相鄰桿做機(jī)架時(shí)，為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 b 以最短桿為機(jī)架時(shí)，為雙曲柄機(jī)構(gòu)。 c 以最短桿的相對桿為機(jī)架時(shí)，為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 2） 若鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則不論哪一桿為機(jī)架均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。 3.2.5、曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動特征 1）、連架桿轉(zhuǎn)角曲線 兩連架桿轉(zhuǎn)角間的變化關(guān)系曲線稱為連架桿轉(zhuǎn)角曲線用ψ(φ)表示。 2）、連桿曲線： 四桿機(jī)構(gòu)的連桿平面上任一點(diǎn)所實(shí)現(xiàn)的軌跡曲線稱為連桿曲線。連桿曲線的 形狀與機(jī)構(gòu)尺寸和該點(diǎn)的位置有關(guān)。 連桿轉(zhuǎn)角曲線： 四桿機(jī)構(gòu)連桿平面上任一條標(biāo)線（如BC）與x軸正向夾角β，隨原動件AB轉(zhuǎn)角φ的變化曲線。 3）、急回特性 （1）. 機(jī)構(gòu)極位：曲柄回轉(zhuǎn)一周，與連桿兩次共線，此時(shí)搖桿分別處于兩極限位置，稱為機(jī)構(gòu)極位。 （2） 極位夾角：機(jī)構(gòu)在兩個(gè)極位時(shí)，原動件所處兩個(gè)位置之間所夾的銳角θ稱為極位夾角。 （3） 急回運(yùn)動：曲柄等速轉(zhuǎn)動情況下，搖桿往復(fù)擺動的平均速度一快一慢，機(jī)構(gòu)的這種運(yùn)動性質(zhì)稱為急回運(yùn)動。 a b 圖2-2 3.2.6 行程速比系數(shù)K 為表明急回運(yùn)動程度，用反正行程速比系數(shù)K來衡量 q角愈大，K值愈大，急回運(yùn)動性質(zhì)愈顯著 對于（二）圖a：對心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)θ=0，沒有急回運(yùn)動。 對于（二）圖b：偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)θ≠0，有急回運(yùn)動。 機(jī)構(gòu)急回的作用： 節(jié)省空回時(shí)間，提高工作效率。 3.3、 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 3.3.1、動力特性 壓力角、傳動角 壓力角a:在不計(jì)摩擦的情況下,從動件受力方向與力作用點(diǎn)速度方向所夾的銳角。 傳動角g:壓力角之余角。衡量機(jī)構(gòu)的傳動質(zhì)量。 傳動角g越大，對機(jī)構(gòu)工作越有利。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使g3 gmin 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，曲柄與機(jī)架拉直共線和重疊共線的兩位置處出現(xiàn)的傳動角中，必有一出為最小傳動角 死點(diǎn) a 在分從動件在傳動角為零的位置為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn). b 析死點(diǎn)位置時(shí),要首先搞清楚哪個(gè)是主動件. c 死點(diǎn)是機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中所處的特殊位置,它與自由度為0不同,與機(jī)構(gòu)的自鎖也不同. 死點(diǎn)的避免 a 機(jī)構(gòu)錯(cuò)位排列 b 加飛輪,利用慣性通過死點(diǎn) 死點(diǎn)的利用 a 飛機(jī)起落架 b 夾具 3.3.2、 速度瞬心及其應(yīng)用 1.速度瞬心的概念：兩個(gè)剛體上相對速度為零的重合點(diǎn)。 如果兩剛體之一是靜止的，其瞬心為絕對速度瞬心。（如圖三左） 如果兩剛體都是運(yùn)動的，其瞬心為相對速度瞬心。（如圖三右） 2.速度瞬心數(shù)目：如果一個(gè)機(jī)構(gòu)由k個(gè)構(gòu)件所組成，則它的瞬心 總數(shù)為：N=k(k-1)/2 3.速度瞬心的位置：直接構(gòu)成運(yùn)動副 間接構(gòu)成運(yùn)動副 三心定理：作平面運(yùn)動的三個(gè)構(gòu)件共有三個(gè)瞬心，它們位于同一直 上。 圖2-3 4.應(yīng)用：常用在構(gòu)件較少的機(jī)構(gòu)中，不適用多桿機(jī)構(gòu)。 ? 找瞬心時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況找所用的瞬心。 ? 只適用于速度分析，不適用加速度分析。 ? 只適用一個(gè)或幾個(gè)位置的求解，不適于多位置或一個(gè)周期內(nèi) 速度、加速度分析。 第四章、曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1.1、設(shè)計(jì)的基本問題 1）. 設(shè)計(jì)任務(wù)： ? 根據(jù)給定的運(yùn)動要求，選定機(jī)構(gòu)的類型； ? 確定各構(gòu)件的尺度參數(shù)； ? 檢件；驗(yàn)是否滿足結(jié)構(gòu)．運(yùn)動和動力條 如：運(yùn)動副結(jié)構(gòu)．曲柄存在條件．最小傳動角．運(yùn)動連續(xù)性等 2）．曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 （1）現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動規(guī)律（函數(shù)生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)） 例.實(shí)如：連架桿的對應(yīng)位置 從動件的急回運(yùn)動特性 （2）.實(shí)現(xiàn)連桿給定位置（剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)） （3）.實(shí)現(xiàn)預(yù)定運(yùn)動軌跡（軌跡生成機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)） 方法：解析法、作圖法、實(shí)驗(yàn)法 3）．使四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿間實(shí)現(xiàn)給定的傳動比關(guān)系的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動要求，稱為傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（函數(shù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）。 如：車門開閉機(jī)構(gòu)，要求兩連架桿轉(zhuǎn)角相同，轉(zhuǎn)向相反。 汽車前輪轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，要求兩連架桿滿足某種函數(shù)關(guān)系，保證順利轉(zhuǎn)彎。 牛頭刨床要求滿足一定的急回等性。 4）．實(shí)現(xiàn)預(yù)定的連桿位置要求——剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖3-1飛機(jī)起落架機(jī)構(gòu)圖 圖3-1 鑄造翻砂 要求實(shí)現(xiàn)機(jī)輪放下和收起兩個(gè)位置 5）．實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡要求——軌跡生成機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 使四桿機(jī)構(gòu)連桿上某一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)給定的一段曲線軌跡或某一封閉曲線軌跡的設(shè)計(jì)。 6）．曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)公式 如圖，主動機(jī)是曲柄OA，從動件是連桿AP與滑塊P，機(jī)架、導(dǎo)軌l（不動件）如圖組合而成，電動機(jī)帶動曲柄旋轉(zhuǎn)，通過連桿帶動滑塊在導(dǎo)軌上做往復(fù)直線運(yùn)動． 圖3-3 　　設(shè)旋轉(zhuǎn)中心O到導(dǎo)軌的距離為e，滑塊的最大行程為H，滑塊兩極限位置 在O點(diǎn)所張的角為 （叫做極位夾角）．當(dāng)連桿 與曲柄 重疊時(shí)，滑塊到達(dá)位置 ；連桿 與曲柄 成一直線時(shí)，滑塊到達(dá)位置 　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，常常需從已知數(shù)據(jù)e，H， 出發(fā)，求出曲柄OA之長r，連桿AP之長x．下面我們來解決這一問題． 　　在 中， 　　 　　 　　 　　根據(jù)余弦定理，有 　　 　　即?? 　　所以 　　又因?yàn)? 　　所以 　　即?? 　　解由①，②構(gòu)成的方程組，得 　　 　　因?yàn)? 所以 4.1.2 連桿的工作情況、設(shè)計(jì)要求和材料選用 1、工作情況 連桿小頭與活塞銷相連接，與活塞一起做往復(fù)運(yùn)動，連桿大頭與曲柄銷相連和曲軸一起做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。因此，連桿體除有上下運(yùn)動外，還左右擺動，做復(fù)雜的平面運(yùn)動。 2、設(shè)計(jì)要求 連桿主要承受氣體壓力和往復(fù)慣性力所產(chǎn)生的交變載荷，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先保證連桿具有在足夠的疲勞強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)鋼度。如果強(qiáng)度不足，就會發(fā)生連桿螺栓、大頭蓋或桿身的斷裂，造成嚴(yán)重事故，同樣，如果連桿組剛度不足，也會對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的工作帶來不好的影響。 所以設(shè)計(jì)連桿的一個(gè)主要要求是在盡可能輕巧的結(jié)構(gòu)下保證足夠的剛度和強(qiáng)度。為此，必須選用高強(qiáng)度的材料；合理的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸。 3、材料的選擇 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強(qiáng)化處理，提高強(qiáng)度。 4.2 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算 D C B A 728 700 588 圖3-4 1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)：AB為最短桿 2雙曲柄機(jī)構(gòu)：AD為最短桿 3 雙搖桿機(jī)構(gòu)：因不是最短桿的對邊，故考慮不滿足桿長和條件下的雙搖桿機(jī)構(gòu) 或 4.2.1 連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算 1、連桿小頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 連桿小頭主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖4.1所示，小頭襯套內(nèi)徑和小頭寬度已在活塞組設(shè)計(jì)中確定，，。 為了改善磨損，小頭孔中以一定過盈量壓入耐磨襯套，襯套大多用耐磨錫青銅鑄造，這種襯套的厚度一般為，取，則小頭孔直徑，小頭外徑，取。 2、連桿小頭的強(qiáng)度校核 以過盈壓入連桿小頭的襯套，使小頭斷面承受拉伸壓力。若襯套材料的膨脹系數(shù)比連桿材料的大，則隨工作時(shí)溫度升高，過盈增大，小頭斷面中的應(yīng)力也增大。此外，連桿小頭在工作中還承受活塞組慣性力的拉伸和扣除慣性力后氣壓力的壓縮，可見工作載荷具有交變性。上述載荷的聯(lián)合作用可能使連桿小頭及其桿身過渡處產(chǎn)生疲勞破壞，故必須進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算[9]。 圖4.1 連桿小頭主要結(jié)果尺寸 （1）襯套過盈配合的預(yù)緊力及溫度升高引起的應(yīng)力 計(jì)算時(shí)把連桿小頭和襯套當(dāng)作兩個(gè)過盈配合的圓筒，則在兩零件的配合表面，由于壓入過盈及受熱膨脹，小頭所受的徑向壓力為： 　　（4.1） 式中：—襯套壓入時(shí)的過盈，； 一般青銅襯套，取， 其中：—工作后小頭溫升,約； —連桿材料的線膨脹系數(shù)，對于鋼 ； —襯套材料的線膨脹系數(shù)，對于青銅； 、—連桿材料與襯套材料的伯桑系數(shù)，可??； —連桿材料的彈性模數(shù)，鋼[10]； —襯套材料的彈性模數(shù)，青銅； 計(jì)算小頭承受的徑向壓力為： 由徑向均布力引起小頭外側(cè)及內(nèi)側(cè)纖維上的應(yīng)力，可按厚壁筒公式計(jì)算， 外表面應(yīng)力 （4.2） 內(nèi)表面應(yīng)力 （4.3） 的允許值一般為，校核合格。 （2）連桿小頭的疲勞安全系數(shù) 連桿小頭的應(yīng)力變化為非對稱循環(huán)，最小安全系數(shù)在桿身到連桿小頭的過渡處的外表面上為： （4.4）式中：—材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限， （合金鋼），??； —材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2； —應(yīng)力幅， ； —平均應(yīng)力，； —工藝系數(shù)，，取0.5； 則 連桿小頭的疲勞強(qiáng)度的安全系數(shù)，一般約在范圍之內(nèi)[4]。 3、連桿小頭的剛度計(jì)算 當(dāng)采用浮動式活塞銷時(shí)，必須計(jì)算連桿小頭在水平方向由于往復(fù)慣性力而引起的直徑變形，其經(jīng)驗(yàn)公式為: （4.5） 式中：—連桿小頭直徑變形量，； —連桿小頭的平均直徑，； —連桿小頭斷面積的慣性矩， 則 對于一般發(fā)動機(jī)，此變形量的許可值應(yīng)小于直徑方向間隙的一半，標(biāo)準(zhǔn)間隙一般為，則校核合格。 4.2.2 連桿桿身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 1、連桿桿身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 連桿桿身從彎曲剛度和鍛造工藝性考慮，采用工字形斷面，桿身截面寬度約等于(為氣缸直徑)，取，截面高度，取。 為使連桿從小頭到大頭傳力比較均勻，在桿身到小頭和大頭的過渡處用足夠大的圓角半徑。 2、連桿桿身的強(qiáng)度校核 連桿桿身在不對稱的交變循環(huán)載荷下工作，它受到位于計(jì)算斷面以上做往復(fù)運(yùn)動的質(zhì)量的慣性力的拉伸，在爆發(fā)行程，則受燃?xì)鈮毫蛻T性力差值的壓縮，為了計(jì)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)，必須現(xiàn)求出計(jì)算斷面的最大拉伸、壓縮應(yīng)力。 （1）最大拉伸應(yīng)力 由最大拉伸力引起的拉伸應(yīng)力為： （4.6） 式中：—連桿桿身的斷面面積，汽油機(jī)，為活塞投影面積，取。 則最大拉伸應(yīng)力為： （2）桿身的壓縮與縱向彎曲應(yīng)力 桿身承受的壓縮力最大值發(fā)生在做功行程中最大燃?xì)庾饔昧r(shí)，并可認(rèn)為是在上止點(diǎn)，最大壓縮力為： （4.7） 連桿承受最大壓縮力時(shí)，桿身中間斷面產(chǎn)生縱向彎曲。此時(shí)連桿在擺動平面內(nèi)的彎曲，可認(rèn)為連桿兩端為鉸支，長度為；在垂直擺動平面內(nèi)的彎曲可認(rèn)為桿身兩端為固定支點(diǎn)，長度為，因此在擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為： （4.8） 式中：—系數(shù)，對于常用鋼材，，?。? —計(jì)算斷面對垂直于擺動平面的軸線的慣性矩，。 ； 將式（4.8）改為： 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　（4.9） 式中 —連桿系數(shù)，； 則擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為： 同理，在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為： （4.10） 　　 將式（4.10）改成 （4.11） 式中：—連桿系數(shù)，。 則在垂直于擺動平面內(nèi)的合成應(yīng)力為： 和的許用值為 ，所以校核合格。 （3）連桿桿身的安全系數(shù) 連桿桿身所受的是非對稱的交變循環(huán)載荷，把或看作循環(huán)中的最大應(yīng)力，看作是循環(huán)中的最小應(yīng)力，即可求得桿身的疲勞安全系數(shù)。 循環(huán)的應(yīng)力幅和平均應(yīng)力，在連桿擺動平面為： （4.12） （4.13） 在垂直擺動平面內(nèi)為： （4.13） （4.14） 連桿桿身的安全系數(shù)為： （4.15） 式中：—材料在對稱循環(huán)下的拉壓疲勞極限，（合金鋼），取； —材料對應(yīng)力循環(huán)不對稱的敏感系數(shù)，取=0.2； —工藝系數(shù)，，取0.45。 則在連桿擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為： 在垂直擺動平面內(nèi)連桿桿身的安全系數(shù)為： 桿身安全系數(shù)許用值在的范圍內(nèi)，則校核合格。 4.2.3 連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度、剛度計(jì)算 4.2.3.1連桿大頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與主要尺寸 連桿大頭的結(jié)構(gòu)與尺寸基本上決定于曲柄銷直徑、長度、連桿軸瓦厚度和連桿螺栓直徑。其中在、在曲軸設(shè)計(jì)中確定，，，則大頭寬度，軸瓦厚度，取，大頭孔直徑。 連桿大頭與連桿蓋的分開面采用平切口，大頭凸臺高度，取，取，為了提高連桿大頭結(jié)構(gòu)剛度和緊湊性，連桿螺栓孔間距離，取，一般螺栓孔外側(cè)壁厚不小于2毫米，取3毫米，螺栓頭支承面到桿身或大頭蓋的過渡采用盡可能大的圓角。 4.2.3.2、連桿大頭的強(qiáng)度校核 假設(shè)通過螺栓的緊固連接，把大頭與大頭蓋近似視為一個(gè)整體，彈性的大頭蓋支承在剛性的連桿體上，固定角為，通常取，作用力通過曲柄銷作用在大頭蓋上按余弦規(guī)律分布，大頭蓋的斷面假定是不變的，且其大小與中間斷面一致，大頭的曲率半徑為。 連桿蓋的最大載荷是在進(jìn)氣沖程開始的，計(jì)算得： 作用在危險(xiǎn)斷面上的彎矩和法向力由經(jīng)驗(yàn)公式求得： （4.16） 由此求得作用于大頭蓋中間斷面的彎矩為： （4.17） 作用于大頭蓋中間斷面的法向力為： （4.18） 式中：，—大頭蓋及軸瓦的慣性矩，， ， ，—大頭蓋及軸瓦的斷面面積，， ， ， 在中間斷面的應(yīng)力為： （4.18） 式中：—大頭蓋斷面的抗彎斷面系數(shù)， 計(jì)算連桿大頭蓋的應(yīng)力為： 一般發(fā)動機(jī)連桿大頭蓋的應(yīng)力許用值為，則校核合格。 4.3 連桿螺栓的設(shè)計(jì) 4.3.1 連桿螺栓的工作負(fù)荷與預(yù)緊力 根據(jù)氣缸直徑初選連桿螺紋直徑，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，取。 發(fā)動機(jī)工作時(shí)連桿螺栓受到兩種力的作用：預(yù)緊力和最大拉伸載荷，預(yù)緊力由兩部分組成：一是保證連桿軸瓦過盈度所必須具有的預(yù)緊力；二是保證發(fā)動機(jī)工作時(shí)，連桿大頭與大頭蓋之間的結(jié)合面不致因慣性力而分開所必須具有的預(yù)緊力[15]。 連桿上的螺栓數(shù)目為2，則每個(gè)螺栓承受的最大拉伸載荷為往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力在氣缸中心線上的分力之和， 即 （4.19） 軸瓦過盈量所必須具有的預(yù)緊力由軸瓦最小應(yīng)力，由實(shí)測統(tǒng)計(jì)可得一般為，取30，由于發(fā)動機(jī)可能超速，也可能發(fā)生活塞拉缸，應(yīng)較理論計(jì)算值大些，一般取，取。 4.3.2 連桿螺栓的屈服強(qiáng)度校核和疲勞計(jì)算 連桿螺栓預(yù)緊力不足不能保證連接的可靠性，但預(yù)緊力過大則可能引起材料超出屈服極限，則應(yīng)校核屈服強(qiáng)度，滿足 （4.20） 式中：—螺栓最小截面積，； —螺栓的總預(yù)緊力，； —安全系數(shù)，，取1.7； —材料的屈服極限，一般在800以上[16]。 那么連桿螺栓的屈服強(qiáng)度為： 則校核合格。 第五章、　曲柄連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 1. 現(xiàn)實(shí)生活中曲柄連桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用非常多下面是我在現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)現(xiàn)的一些例子 1曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 　　圖5-1牛頭刨床橫向自動進(jìn)給機(jī)構(gòu) 圖5-2 腳踏砂輪機(jī)構(gòu) 2. 雙搖桿機(jī)構(gòu) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖5-3鄂式起重機(jī)　　　　　　　　　　 圖5-4 夾緊機(jī)構(gòu) 3. 雙曲柄機(jī)構(gòu)　 A、D均為整轉(zhuǎn)副 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖5-5雙曲柄機(jī)構(gòu) 　　　　　　　　　　　　圖5-6平行四邊形機(jī)構(gòu) 第六章 6.1 機(jī)構(gòu) 6.1.1 驅(qū)動電機(jī) 型號：Y801-4-X3 三相交流電機(jī) 供電電壓：380VAC 額定電流：1.5A 額定轉(zhuǎn)速：1390r/min 額定功率：550w 6.1.2減速器 安裝方式：直聯(lián)（組成BWD0.55-15-59減速電機(jī)） 結(jié)構(gòu)形式：擺線針輪減速器 減速比：1：59 輸出轉(zhuǎn)矩：240Nm 6.1.3執(zhí)行機(jī)構(gòu) 結(jié)構(gòu)形式：祛病搖桿機(jī)構(gòu) 傾斜幅度：40° 6.2維護(hù)與保養(yǎng) 經(jīng)常檢查注模的運(yùn)動狀態(tài)是否正常，必要時(shí)調(diào)整與行程開關(guān)的相對位置，檢查是否有松脫現(xiàn)象，必要時(shí)擰緊螺紋緊固件，注模型主軸承為雙到向心球面球軸承。裝配時(shí)已注滿潤滑脂，無需專門的保養(yǎng)。減速器憷場時(shí)已注滿潤滑脂，無需專門的保養(yǎng)。減速器出廠時(shí)已注滿潤滑脂，一般也無需專門的保養(yǎng)。若發(fā)現(xiàn)減速器過熱（）85℃），則應(yīng)補(bǔ)充潤滑脂，若發(fā)現(xiàn)潤滑脂變質(zhì)，應(yīng)立即清洗并更換潤滑脂。定期維護(hù)時(shí)全面擰緊螺紋固件。大修時(shí)減速器、軸承及清洗連桿兩端的球銷并注油。 6.3 注意事項(xiàng) 柱模型長度大，柔度大，有很大的沖擊慣量?；A(chǔ)鋼板與地基的聯(lián)結(jié)情況不清，請注意觀察基礎(chǔ)鋼板是否有松動趨勢。發(fā)現(xiàn)問題時(shí)做加固處理。 執(zhí)行機(jī)構(gòu)連桿長度可調(diào)，維修拆卸后需重新調(diào)節(jié)。保持曲柄長度不變，曲柄處于水平位置且與連桿軸線重合時(shí)調(diào)節(jié)連桿長度使柱模型直立或完全倒下。 運(yùn)動部件附近不得存放雜物，以免阻礙機(jī)構(gòu)運(yùn)動造成機(jī)構(gòu)損壞。特別要注意電纜線不得與運(yùn)動部件有接觸的可能。以免造成磨損短路。 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)所涉及的知識面主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動、材料選擇輔助的有機(jī)械專業(yè)外的傳感器、處理器以及模糊控制。所以通過本次設(shè)計(jì)不及可以更好的掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的原理與應(yīng)用以及本設(shè)計(jì)在生活中的應(yīng)用，而且還對本專業(yè)之外相關(guān)專業(yè)知識的應(yīng)用也有了大概的了解。因此本次設(shè)計(jì)對今后自己在機(jī)械行業(yè)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)和發(fā)展起到了很好的帶動作用，有很大的幫助。 參 考 文 獻(xiàn) [1]于駿一,鄒青. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004. [2]余躍慶.. 現(xiàn)代機(jī)械動力學(xué)[M]. 北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001. [3]濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社， 2001. [4]謝黎明. 機(jī)械工程與技術(shù)創(chuàng)新[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005. [5]詹啟賢. 自動機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社， 1994. [6]王步瀛. 機(jī)械零件強(qiáng)度計(jì)算的理論和方法[M]. 北京：高等教育出版社， 1988. [7]扎布隆斯基KE. 機(jī)械零件[M]. 北京：高等教育出版社， 1990. [8]卜炎. 螺紋連接設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京：高等教育出版社， 1993. [9]Hindhede I,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical Approach. New York:Wiley, 1983. [10]Kollmann F .G . Rotating Elasto-plastic Interference Fits. Trans.ASME,80-C2/DET-11 [11]patton W .J .Mechanical Power Transmission. New Jersey: Printice-Hall . 1980. [12]Mechanical Drive(Reference Issue). Machine Design. 52(14), 1980. [13]王東華．曲軸強(qiáng)度計(jì)算若干問題的探討[J]． 天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2002．3． 致謝 光陰似箭，自從進(jìn)入長春理工大學(xué)光電信息學(xué)院的那一天至今已經(jīng)有近三年的時(shí)間了，許多快樂的事好象就是昨天發(fā)生的，老師們的諄諄教導(dǎo)仿佛還在耳邊，感謝老師們幾年來的栽培。經(jīng)過了三個(gè)多月的時(shí)間，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)在自己的努力與堅(jiān)持中完成了。很欣慰自己通過查閱國內(nèi)外的大量資料與文獻(xiàn)，深入的認(rèn)識了機(jī)械這個(gè)學(xué)科所涉及到得知識。不僅增加自己的認(rèn)知能力，同時(shí)也增強(qiáng)了自己的綜合運(yùn)用能力，自己受益良多。在此我要衷心感謝我的導(dǎo)師張廣杰老師。在整個(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)期間，張老師的諄諄教誨和無微不至的關(guān)懷使我獲益終身。張老師淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，真誠寬厚的待人品德，專業(yè)的業(yè)務(wù)能力都給我留下了深刻的印象，也將是我今后人生道路上學(xué)習(xí)的榜樣。在此，向張老師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 到了現(xiàn)在已經(jīng)是做完畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備告別母校的時(shí)候了，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，使自己獨(dú)立思考問題，分析問題，解決問題的能力有了很大的提高，并且，我還得到了更寶貴的東西，那就是三年來學(xué)到的許多知識，如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、CAD軟件繪圖等都獲得了進(jìn)行實(shí)際演練的機(jī)會，進(jìn)而提高了我的實(shí)際動手能力，使我獲得了更加寶貴的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，為我走向社會起到了良好的作用。 在寫論文的過程中，老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度和一絲不茍的精神更加值得我學(xué)習(xí)，這將是我在今后的工作崗位上學(xué)習(xí)的榜樣。 由于我的經(jīng)驗(yàn)有限，在設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)紕漏和疏忽是不可避免的，懇請老師們批評、指正。 再次感謝所有母校的老師們對我的培養(yǎng)，我永遠(yuǎn)都不會忘記你們這些辛勤的園丁。師恩最難忘！ 2010年06月01日 附　　錄 Crane Work Needs More Technique Crane work needs more technology. Construction of tower cranes are the main vertical transportation equipment and also a measure of construction companies and equipment strength of the important logo, in today's increasingly competitive construction market, to meet the construction needs of many construction companies have bought the tower crane. With the tower crane at the construction site of the widely used by the tower crane accident also caused more and more to people's lives and property brought about great losses. According to national statistics, the departments concerned, the tower crane accident rate reached 2.77 percent. Its security problem is still the urgency of the construction Loose training, testing and oversight requirements for the people who work around construction cranes have fostered a false sense of security in our industry. The recent deadly tower-crane collapse at a congested New York City building site should be a wake-up call for us to question and step up our current safety practices. Training and testing is king when it comes to safety. But the construction industry is putting unqualified personnel in the seats of construction cranes, even with today's testing. In many places, no experience is necessary after passing a standardized test. One week of study will give some people enough knowledge to pass a certification examination, and then they can jump into the cab of a crane. Imagine that a commercial airline pilot had the same training as a certified crane operator. How would you feel the next time you decided to fly? In California, it takes more hours of training to wield a pair of scissors in a hair salon than to operate potentially dangerous lifting machinery. How does this make sense? Riggers and signal persons also need standard training and testing to ensure safety under the hook. Employers usually allow any craft to signal a crane on a jobsite, despite best practices that require only qualified people do so. How is it then that uncertified and untrained people are allowed to signal and rig under the hook of a licensed or certified operator? Tower cranes are particularly risky as urban sites become more congested, and the risk of a catastrophic event is very high during climbing operations. Yet most tower-crane climbing crews are trained in a non-traditional manner, via secondhand knowledge that has been passed down over time. The problem with this type of hand-me-down kno