21、机械设计中的动画建模与梁结构稳定性研究

机械设计中的动画建模与梁结构稳定性研究

1. 杠杆机构动画建模研究

在机械设计领域，杠杆机构能够实现输出连杆从直线到完美圆形的各种轨迹。在设计杠杆机构时，使用CAD工具解决综合问题能极大简化寻找最优解的过程。通过动画可视化综合结果，能直观看到合成机构的运行情况，并调整必要的尺寸。这种技术在机构结构初始未知，但对输出连杆轨迹有约束的情况下非常有用。

研究以双输出连杆行程的机构为例，阐述了用于结构和运动学综合的可视化动画方法。所开发的机构与切比雪夫原型的区别在于摇臂跨度值不同。切比雪夫提出的机构使输出连杆进行两个相等的行程，而某些自动机器类型需要摇臂具有双行程，但角度步长不相等，例如曲柄每旋转一圈，摇臂角度分别为180°和20°。研究的主要目标是确定影响角度步长值的几何依赖关系。

在研究过程中，选择了俄罗斯的参数化建模CAD程序T - FLEX CAD。参数化设计的主要发展集中在3D建模方面，此前参数化未用于研究机构的结构和运动学特性。参数化有助于确定机构的工作区域及其运动学和动力学特性。

设计师的主要任务是确定能够影响机构连杆运动轨迹的参数。在某些情况下，改变一两个尺寸可能会对整个机构的运行产生重大影响。例如，调整铰接四连杆链中曲柄的长度，可以得到双臂或曲柄摇杆机构。本研究的任务是确定影响输出连杆轨迹的尺寸，从而获得摇臂跨度角度γ51 = 15…25°和γ52 ≃ 180°（曲柄每旋转一圈）。

在研究中，得到了一个具有一个自由度的六分支机构方案。动画参数化建模技术表明，为了获得所需的摇臂跨度角度，需要将铰链D和E放置在同一条垂直线上。使用参数化T - FLEX CAD模型，既可以可视化机构的运行情况，又可以控制尺寸（综合参数）。