基于PROE的曲柄滑块机构的结构设计及运动仿真分析毕业论文

湖北文理学院毕业设计（论文）报告纸

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

湖北文理学院

毕业设计(论文)正文

题目基于PRO/E的曲柄滑块机构的结构设计及运动仿真分析专业机械设计制造及其自动化

班级机制0812班

姓名郑昌文

学号08116251

指导教师

职称

李梅

副教授

2011年5 月25日

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

基于PRO/E的曲柄滑块机构的结构设计及运动仿真分析

摘要：曲柄滑块机构是用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构。曲柄滑块机构广泛应用于往复活塞式发动机、压缩机、冲床等的主机构中。活塞式发动机以滑块为主动件，把往复移动转换为不整周或整周的回转运动；压缩机、冲床以曲柄为主动件，把整周转动转换为往复移动。偏置曲柄滑块机构的滑块具有急回特性，锯床就是利用这一特性来达到锯条的慢进和空程急回的目的。

关键词：曲柄滑块;机构;设计;回转;往复;急回

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

The structural design of the slider-crank mechanism

and motion simulation analysis based on PRO/E

Abstract:The slider-crank mechanism is a crank and slider to rotate and move the conversion between the planar linkage, also known as crank linkage. The slider-crank mechanism is widely used in the reciprocating piston engines, compressors, presses and other institutions. Piston engine slider initiative pieces, the reciprocating motion is converted to not weeks or rotary movement of the whole week; compressors, presses crank driving part, the whole week rotation converted to move back and forth. Slider offset slider-crank mechanism with quick-return characteristics of the sawing machine is to use this feature to achieve the purpose of the quick return of the saw blade slowly into the empty process.

Key words: crank slider; institutions; design; rotation; back and forth; quick return

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

目录

1绪论 (1)

1.1课题提出的目的和意义 (1)

1.2国内外的研究现状及发展趋势 (2)

1.3运动仿真技术及国内外运动仿真技术现状和发展概况 (2)

1.4主要研究内容、途径及技术路线 (3)

1.5本章小结 (5)

2 曲柄滑块机构简介 (6)

2.1曲柄滑块机构定义 (6)

2.2曲柄滑块机构的特性及应用 (6)

2.3曲柄滑块机构的分类 (6)

2.4偏心轮机构简介 (7)

2.5 本章小结 (8)

3曲柄滑块机构的动力学与运动学特性 (9)

3.1曲柄滑块的动力学特性 (9)

3.2曲柄滑块的运动学特性 (10)

3.3本章小结 (11)

4曲柄滑块机构零件设计 (12)

4.1 曲柄滑块机构总体分析 (12)

4.2曲柄滑块机构零件的三维造型 (12)

4.3本章小结 (17)

5 曲柄滑块机构的装配 (18)

5.1曲柄滑块机构的模型的创建步骤 (18)

5.2本章小结 (19)

6曲柄滑块机构运动仿真 (20)

6.1运动机构仿真 (20)

6.2机构仿真 (20)

6.3本章小结 (22)

参考文献 (23)

致谢 (24)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

1绪论

1.1课题提出的目的和意义

当今任何一个国家，若其要在综合国力上取得优势地位，就必须在科学技术上取得优势。90年代以来，随着以计算机技术为支柱的信息技术的发展，世界经济格局发生了巨大的变化，逐步形成了一个统一的一体化市场，经济循环加大、加快，市场竞争日趋激烈。同时，工业产品由传统的机械产品向机电一体化产品、信息电子产品开发时把面向产品的创新性、外观造型、人机工程等的设计提高到了一个新的高度，从而也迫切要求对产品设计的研究能有进一步的突破，以提高企业形象、产品设计水平和市场竞争力。正因如此，工业设计领域的研究逐渐受到了国内学者的关注。特别是近几年来，随着计算机软硬件技术的日新月异，计算机图形学、计算机辅助设计、多媒体等技术的发展和CAD/CAM、PRO/E软件应用的逐步深入，现代产品设计理论与方法的研究有了长足的进步。

随着现代化工业的高速发展，产品的功能、结构日趋复杂，新产品的更新换代周期不断缩短，设计工作在产品的整个生命周期中占据了越来越重要的地位。事实上，虽然开发中设计本身所花的费用仅占产品总成本的5%左右，但新产品的开发费用中约有80%取决于设计过程，因而产品的设计阶段己被视为提高整个生产效率的瓶颈，对于生产系统的整个生产率起着举足轻重的作用。因此，伴随着现代化工业的发展，计算机辅助设计也得到了迅速的发展和普及。而参数化技术是当前PRO/E技术需要的研究的领域之一。参数化设计一般是指设计对象的结构比较定型，可以用一组参数来约定尺寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式的对应，设计结果的修改受到尺寸驱动。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，成为初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较和动态设计的有效手段。

为了能够更直观、更全面地反映设计意图，可在计算机内部建立相应的三维实体模型。并且，在三维模型的基础上可以进行零件装配、干涉检查、有限元分析，运动分析等高级的计算机辅助设计工作。而PRO/ENGINEER是美国参数技术公司 (PTC) 研制的CAD/CAM软件，它具有以上强大功能，因此本课题具有很重要的实际研究意义。

本课题设计的曲柄滑块机构正是运用PRO/E的独特造型设计功能来实现的。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.2国内外的研究现状及发展趋势

90年代后随着CAD技术的发展，其系统性能提高，价格降低，PRO/E开始在设计领域全面普及，成为必不可少设计工具，PRO/E之所以在短短的时间内发展如此迅速，是因为它是人类在20世纪取得的重大科技成就之一，它几乎推动了一切领域的设计革命，彻底改变了传统的手工设计绘图方式，极大的提高了产品开发的速度和精度。应用PRO/E技术进行产品设计，能使设计、生产维修工作快速成而高效地时行，所带来的经济效益是十分明显的。

PRO/E技术的发展与应用水平己成为和衡量一个国家的科学技术现代化和工业现代化的重要标志。近几年来，随着计算机技术的飞速发展，PRO/E技术己经由发达国家向发展中国家扩展，而且发展的势头非常迅猛。因为当今世界工业产品的市场竞争，归根结底是设计手段和设计水平的竞争，发展中国家的工业产品要在世界市场占有一席之地，就必须采用PRO/E技术。我国PRO/E技术的研究和开发工作起步相对较晚，自80年代开始，CAD技术应用工作才逐步得到了开展，随后PRO/E也有了应用，国家逐步认识到开展PRO/E应用工程的必要性和可靠性，并在全国各个行业大力推广PRO/E技术，同时展开PRO/E技术的开发和研制工作。

随着POR/E技术的不断研究，开发与广泛应用，对POR/E技术提出越来越高的要求，因此POR/E从本身技术的发展来看，其发展趋势是集成化、智能化、和标准化。也只有不断完善，创新才能在日益激烈的竞争中立于不败之地。

1.3运动仿真技术及国内外运动仿真技术现状和发展概况

运动仿真技术是一种崭新的产品开发方法，是多个相关学科领域交叉、集成的产物，是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，其涉及机械、电子、计算机图形学、仿真建模、虚拟现实等多个领域、多项技术，以计算机仿真和产品生命周期建模为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，借助成熟的三维计算机图形技术、图形用户界面技术、信息技术、集成技术、多媒体技术、并行处理技术等，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使得与产品相关的所有人员能在产品研制的早期直观形象地对虚拟的产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真以及使用仿真等。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

换句话说“运动仿真”设计方法就是在建造第一台物理样机之前，利用软件技术建立产品系统计算机模型，通过基于实体可视化的仿真分析，模拟系统在真实工作环境条件下的运动和动力特性，以便反复修改设计方案，最终得到最优设计方案。

国外已经在各个领域广泛地应用仿真设计。所涉及到的产品从庞大的卡车到微小的照相机的快门，从火箭到轮船的锚机。在工程和矿山机械行业，如约翰·迪尔公司利用仿真技术成功地解决了工程机械在高速行驶时出现蛇形现象的问题及在重载下的自激振动这个一直困扰着设计师及用户的难题，大大提高了工程和矿山机械高速行驶性能与重载作业性能。卡特彼勒公司利用虚拟样机在切削任何一片金属之前就可快速试验数千种设计方案，不但降低了产品设计成本，缩短了开发周期，而且还制造出性能更为优异的产品。

运动仿真技术在国外已有很多应用实例，我国也正积极投身于该项技术的研究中。在传统上，我国引进物理样机，开发人员往往停留在零件照抄的水平上，对于样机缺乏系统水平上的理解和研究，结果虽然投入了大量的人力物力，却收效甚微。但如果采用虚拟样机技术，技术人员便可对引进样机进行深入的研究，可以追踪样机的设计思想，从而真正提高设计人员的水平，开发出能满足市场需求的产品来。

1.4主要研究内容、途径及技术路线

本课题主要分析曲柄滑块机构的结构及工作原理，学习PRO/E三维造型软件的基本操作，特征造型方法及运动仿真等。

具体研究内容有以下几点：（1）对曲柄滑块机构本身的结构特点和性能进行研究。（2）对曲柄滑块机构各组成零件的三维模型进行设计。（3）在PRO/E环境中生成减速器的各主要零件的三维模型。（4）对曲柄滑块机构的方案进行优化设计。（5）对曲柄滑块机构的工作情况进行装配和运动仿真。

主要研究途径和技术路线有：1、查阅有关曲柄滑块机构的机械原理、PRO/E 软件功能等与设计相关方面的资料，研究国内外相关的设计手册或书籍，在保证设计方案可行性的基础上，用PRO/E设计出减速器的结构并进行仿真。2、利用计算机三维造型软件对机构进行三维造型和运动仿真，及时发现问题，及时修改。实行边科研和边设计等，这样信息反馈快、修改及时、从而提高工作效率和经济

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊效益。

曲柄滑块机构的三维参数化设计系统结构：

上图概述了曲柄滑块机构的总体设计、结构设计、系统设计方法,系统设计方法,系统总体结构等。

曲柄滑块构在PRO/E设计系统运行的流程图如下：

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图1-2在PRO/E设计系统运行的流程图

1.5本章小结

本章主要对曲柄滑块机构的用途及发展前景进行调查，并且对课题的研究目的和意义，及主要研究途径和技术路线进行了说明，通过对这些问题的分析和探讨,更加深入地了解课题，为论文的设计做好充足的准备。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

2 曲柄滑块机构简介

2.1曲柄滑块机构定义

曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构。

2.2曲柄滑块机构的特性及应用

常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。

2.3曲柄滑块机构的分类

根据结构特点，将其分成3大类：对心曲柄滑块、偏置曲柄滑块、偏心轮机构

图2-1 对心曲柄滑块机构

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图2-2 偏置曲柄滑块机构

图2-3 偏心轮机构

2.4偏心轮机构简介

当曲柄长度很小时，通常把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，使得结构简化。因此偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、鄂式破碎机、内燃机等机械中[6]。

偏心轮机构可以实现复杂的非线性传动关系，且传动平稳，结构紧凑，动力平衡性好。将偏心轮与连杆等机构组合应用，可实现单纯用连杆机构难以得到的复杂的运动特性。是曲柄滑块机构是常用的机构型式。生产实际中，如在滑块往复行程中具有匀速运动段，并有急回特性，则一般将有利于生产质量和生产率的提高。冲压机的冲头(滑块)，如能以匀速冲压工件成形、，则有益于冲压件加工质量的提高;牛头刨床的刨刀(滑块)，如能以匀速刨削工件，则无疑会改善工件表面的加工质量，并提高刨刀的切削寿命(因切削刀均匀)。但是，简单的对心曲柄滑块机构，当曲柄匀速回转时，其滑块是不具有急回特性和匀速运动段的;即便采用六杆以上的连杆机构，一般也只能实现近似的匀速运动。现在采用偏心轮一曲柄滑块机构，则能以紧凑的机构型式实现上述运动特性[7]。

在海上能源综合开发平台上，采用这种偏心轮机构，通过滑块联动液压缸，用于将海风端水平轴旋转的机械能转化成活塞往复运动的机械能，进而转化成液压能。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图2-4 工作原理图

图2-5 立体效果图

2.5 本章小结

本章主要对曲柄滑块机构的定义以及特性和应用加以叙述，并介绍了常见的几种曲柄滑块机构，着重介绍了偏心轮机构。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

3曲柄滑块机构的动力学与运动学特性

3.1曲柄滑块的动力学特性

图3-1 立体效果图

上图为曲柄滑块机构的受力分析示意图

从曲柄r传到连杆l上的力

p

c与滑块发出的压力p之间，存在如下关系：

p

p

c

=

?

cos（3-1）

曲柄颈A处，沿半径方向的力p

r

和p

c

的关系：

p

r

=p

c

)

cos(?

θ+（3-2）将上2式联立，可得到：

p

r

=?

?

θcos

/)

cos(+

p（3-3）

曲柄颈沿r方向承受与p

r

力大小相等的压力。曲柄颈沿圆周方向所受切线

力p

T

与半径r的乘积，就是转矩T。

T=p

T

*r （3-4）

根据上图可知：

)

sin(θ

?+

=p

p

c

T

（3-5）

将（1）、（4）式代入（5）式，则

r

p

T*

cos

/)

sin(?

?

θ+

=（3-6）从上式求出P。

r

T

p/1*)

sin(

/

cos?

θ

?+

=（3-7）

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

一般曲柄连杆机构l>4r，所以，可将l看成比r大很多，即l>>r ，这时，?角趋近于零。则上式可以写成：

)

sin

/(θ

r

T

p=（3-8）按平面几何圆部分的勾股定理，可以导出

r

rs

r s

s

r

r/

2

/

sin2

2

2)

(-

=

-

=-

θ，将上式代入，则得：

)1

/

2

/(-

=s

r

s

T

p[8]（3-9）3.2曲柄滑块的运动学特性

图3-2

取A点为坐标原点，x轴水平向右。在任意瞬时t，机构的位置如图。

可以假设C点的矢径为：

r==AB+（3-10）C点的坐标为其矢径在坐标轴上的投影：

θ

θcos

cos

3

3

2

2

r

r

x+

=（3-11）

θ

θsin

sin

3

3

2

2

r

r

y-

=（3-12）根据图形可知：

θ

θ

θλsin

sin

sin2

2

3

2

3

*)

/

(=

=r

r（3-13）所以：

θ

λ

θ

θsin

sin

cos22

2

1

2

1

2

3

-

=

-

=（3-14）式中，=

λr

r3

2

/是曲柄长与连杆长之比。将上式代入x的表达式中，并考虑到tω

θ=2，就得到了滑块的运动方程：

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

t

r

r

x tω

λ

ωsin

1

cos22

)

(

23-

=+（3-15）若将此式对时间求导数，其运算较繁琐。在工程实际中，λ值通常不大（λ=1/4-1/6），故可在上式中将根式展开成λ2的幂级数并略去λ4起的各项而作近似计算：

)

(

2

cos t

r

xω

=+r3......]

)

(

125

.0

)

(

5.0

1[sin

sin4

4

2

2+

-

-t

tω

ωλ

λ

≈cos

2

r)

(tω)

(

5.0sin2

2

3

3

t

r

rω

λ

-

+

)

(

2

cos t

rω

=)]

2(

1[

25

.0cos

2

3

t

rω

λ-

-

+（3-16）

)]

2(

25

.0

)

(

[

)

25

.0

1(cos

cos

2

2

3

t

t

x r

rω

λ

ω

λ+

+

-

≈（3-17）上式再对时间取导数，便可以得到速度和加速度的表达式：

)]

2(

5.0

)

(

[sin

sin

2

t

t

x rω

λ

ω

ω

υ+

-

=

=

?

（3-18）

)]

2(

)

(

[cos

cos

2

2

t

t

a rω

λ

ω

υω+

-

=

=

?

（3-19）

其中a

x,

,υ都是tω

θ=2的周期函数。

3.3本章小结

本章分别介绍了曲柄滑块机构的动力学特性和运动学特性。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

4曲柄滑块机构零件设计

4.1 曲柄滑块机构总体分析

曲柄滑块机构的零件包括滑块、连杆、曲柄、支架等，这些零件相对比较简单，在用PRO/E进行三维造型时要应用适当的命令，尽量使其三维设计简单化。

4.2曲柄滑块机构零件的三维造型

曲柄滑块机构工作能力的主要指标是刚度，其次是强度和抗振性能；并力求具有良好的工艺性。

在PRO/E里创建滑块

1）.新建零件

新建零件，名称为：huakuai，选择mmns_part_solid模板，建立单位为公制的新文件，符合国家标准。

2）.创建滑块毛坯

利用拉伸命令，接受工作区下方“操控板”栏，选择FRONT作为草绘平面，接受系统默认的草绘方向和参照平面，进入草绘模式，绘制一长60，宽50的长方形，再在其内部绘制一长40，宽30的长方形，完成后，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸距离“60”,完成特征创建。如图4-1所示。然后在TOP上方的图形平面正中间拉伸出直径10、高12的圆柱。如图4-2所示。

滑块应该能够承受整个减速器的重量，在受到拉、压、弯、剪、扭等作用时，应该不会发生断裂、过大的残余变形或者破坏等现象，这也是底座毛坯最基本的要求，所以尺寸要合理，厚度要恰当，满足设计的零件要质量小的要求。

图4-1 图4-2

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

3）.创建连杆毛坯

利用拉伸命令，接受工作区下方“操控板”栏，选择FRONT作为草绘平面，接受系统默认的草绘方向和参照平面，进入草绘模式，绘制如图4-3 图形，然后拉伸12，完成特征创建，如图4-4所示。

图

4-3

图4-4

4）.创建曲柄毛坯

利用拉伸命令，接受工作区下方“操控板”栏，选择TOP作为草绘平面，接受系统默认的草绘方向和参照平面，进入草绘模式，绘制一直径10，直径300的同心圆，完成后，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸距离“8”,完成特征创建。如图4-5所示。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图4-5

然后再创建拉伸命令，选择FRONT面为草绘平面，在距圆心上方120的距离处绘制一直径10的圆，如图4-6所示，完成后，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸距离“12”,完成特征创建。如图4-7所示。

图4-6

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图4-7

5）创建支架毛坯

同样利用拉伸命令，选择FRONT作为草绘平面，接受系统默认的草绘方向和参照平面，进入草绘模式，绘制如图4-8所示图形，完成后，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸距离“30”,完成特征创建。如图4-9所示。

图4-8

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图4-9

完成特征创建后，继续利用拉伸命令，选择FRONT面为草绘平面，绘制如图4-10所示图形，完成后，在工作区下方的“深度值”输入框中输入拉伸距离“12”,完成特征创建。如图4-11所示。

图4-10

曲柄滑块机构的运动分析及应用

机械原理课程机构设计 实验报告 题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用 小组成员与学号：泽陆(11071182) 柯宇 (11071177) 熊宇飞(11071174) 保开 (11071183) 班级： 110717 2013年6月10日

摘要 (3) 曲柄滑块机构简介 (4) 曲柄滑块机构定义 (4) 曲柄滑块机构的特性及应用 (4) 曲柄滑块机构的分类 (8) 偏心轮机构简介 (9) 曲柄滑块的动力学特性 (10) 曲柄滑块的运动学特性 (11) 曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14) 参考文献 (15) 组员分工 (15)

摘要 本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。 关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性 ABSTRACT The paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.

平面四杆机构的运动仿真模型分析

平面四杆机构的运动仿真模型分析 1前言 平面四杆机构是是平面连杆机构的基础，它虽然结构简单，但其承载能力大，而且同样能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，因而在工程实践中得到广泛应用。 平面四杆机构的运动分析, 就是对机构上某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析, 根据原动件的运动规律, 求解出从动件的运动规律。平面四杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。随着计算机技术的飞速发展，机构设计及运动分析已逐渐脱离传统方法，取而代之的是计算机仿真技术。本文在UG NX5环境下对平面四杆机构进行草图建模，通过草图中的尺寸约束、几何约束及动画尺寸等功能确定各连杆的尺寸，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及其速度和加速度变化规律曲线，文章最后简要分析几个应用于工程的平面四杆机构实例。 2平面四杆机构的建模 2.1问题的提出 平面四杆机构因其承载能力大，可以满足或近似满足很多的运动规律，所以其应用非常广泛，本文以基于曲柄摇杆机构的物料传送机构为例，讨论其建模及运动分析。 如图1所示，ABCD为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，机构在运动中要求连杆BC的延伸线上E点保持近似直线运动，其中直线轨迹为工作行程，圆弧轨迹为回程或空程，从而实现物料传送的功能。

2.2平面四杆机构的建模 由于物料传送机构为曲柄摇杆机构，所以它符合曲柄存在条件。根据机械原理课程中的应用实例[1]，选取AB=100，BC=CD=CE=250，AD=200，单位均为毫米。 在UG NX5的Sketch环境里，创建如图2所示的草图，并作相应的尺寸约束和几何约束，其中EE＇为通过E点的水平轨迹参考线，用以检验E点的工作行程运动轨迹。现通过草图里的尺寸动画功能，令AB与AD的夹角从0°到360°变化，可看到E点的变化轨迹为直线和圆弧，如图3所示为尺寸动画的四个截图，其中图3（a）中的E点为水平轨迹的起点，图3（b）中的E点为水平轨迹的中点，图3（c）中的E点为水平轨迹的终点，而图3（d）中的E点为圆弧轨迹（图中未画出）即回程的中点。 如E点轨迹不符合设计要求，则可适当调整各杆件的尺寸，再通过尺寸动画功能检验。

平面机构的运动分析习题和答案

2 平面机构的运动分析 1.图 示 平 面 六 杆 机 构 的 速 度 多 边 形 中 矢 量 ed → 代 表 ， 杆4 角 速 度 ω4的 方 向 为 时 针 方 向。 2.当 两 个 构 件 组 成 移 动 副 时 ，其 瞬 心 位 于 处 。当 两 构 件 组 成 纯 滚 动 的 高 副 时， 其 瞬 心 就 在 。当 求 机 构 的 不 互 相 直 接 联 接 各 构 件 间 的 瞬 心 时， 可 应 用 来 求。 3.3 个 彼 此 作 平 面 平 行 运 动 的 构 件 间 共 有 个 速 度 瞬 心， 这 几 个 瞬 心 必 定 位 于 上。 含 有6 个 构 件 的 平 面 机 构， 其 速 度 瞬 心 共 有 个， 其 中 有 个 是 绝 对 瞬 心， 有 个 是 相 对 瞬 心。 4.相 对 瞬 心 与 绝 对 瞬 心 的 相 同 点 是 ，不 同 点 是 。 5.速 度 比 例 尺 的 定 义 是 ， 在 比 例 尺 单 位 相 同 的 条 件 下， 它 的 绝 对 值 愈 大， 绘 制 出 的 速 度 多 边 形 图 形 愈 小。 6.图 示 为 六 杆 机 构 的 机 构 运 动 简 图 及 速 度 多 边 形， 图 中 矢 量 cb → 代 表 ， 杆3 角 速 度ω3 的 方 向 为 时 针 方 向。 7.机 构 瞬 心 的 数 目N 与 机 构 的 构 件 数 k 的 关 系 是 。 8.在 机 构 运 动 分 析 图 解 法 中， 影 像 原 理 只 适 用 于 。

9.当 两 构 件 组 成 转 动 副 时， 其 速 度 瞬 心 在 处； 组 成 移 动 副 时， 其 速 度 瞬 心 在 处； 组 成 兼 有 相 对 滚 动 和 滑 动 的 平 面 高 副 时， 其 速 度 瞬 心 在 上。 10..速 度 瞬 心 是 两 刚 体 上 为 零 的 重 合 点。 11.铰 链 四 杆 机 构 共 有 个 速 度 瞬 心，其 中 个 是 绝 对 瞬 心， 个 是 相 对 瞬 心。 12.速 度 影 像 的 相 似 原 理 只 能 应 用 于 的 各 点， 而 不 能 应 用 于 机 构 的 的 各 点。 13.作 相 对 运 动 的3 个 构 件 的3 个 瞬 心 必 。 14.当 两 构 件 组 成 转 动 副 时， 其 瞬 心 就 是 。 15.在 摆 动 导 杆 机 构 中， 当 导 杆 和 滑 块 的 相 对 运 动 为 动， 牵 连 运 动 为 动 时， 两 构 件 的 重 合 点 之 间 将 有 哥 氏 加 速 度。 哥 氏 加 速 度 的 大 小 为 ； 方 向 与 的 方 向 一 致。 16.相 对 运 动 瞬 心 是 相 对 运 动 两 构 件 上 为 零 的 重 合 点。 17.车 轮 在 地 面 上 纯 滚 动 并 以 常 速 v 前 进， 则 轮缘 上 K 点 的 绝 对 加 速 度 a a v l K K K KP ==n /2 。 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -( ) 18.高 副 两 元 素 之 间 相 对 运 动 有 滚 动 和 滑 动 时， 其 瞬 心 就 在 两 元 素 的 接 触 点。- - - ( ) 19.在 图 示 机 构 中， 已 知ω1 及 机 构 尺 寸， 为 求 解C 2 点 的 加 速 度， 只 要 列 出 一 个 矢 量 方 程 r r r r a a a a C B C B C B 222222=++n t 就 可 以 用 图 解 法 将 a C 2求 出。- - - - - - - - - - - - - - - - - - ( ) 20.在 讨 论 杆2 和 杆3 上 的 瞬 时 重 合 点 的 速 度 和 加 速 度 关 系 时， 可 以 选 择 任 意 点 作 为 瞬 时 重 合 点。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ( )

四连杆机构运动学分析——张海涛

四连杆机构运动学分析 使用ADAMS 建立如图1所示的四连杆机构，二杆长150mm ，三杆长500mm ，四杆长450mm ，二杆的转动速度为πrad/s ，二杆初始角度为90度。用Matlab 建立该系统的运动约束方程，计算结果，并与ADAMS 仿真结果进行对比。 图1 四杆机构 一、位置分析 1、由地面约束得到： {R x 1=0 R y 1=0θ1=0 2、由O 点约束得： { R x 2?l 22cos θ2=0R y 2?l 22 sin θ2=0 二杆 三杆 四杆 O 点 A 点 B 点 C 点

3、由A 点约束得： { R x 2+l 22cos θ2?R x 3+l 32cos θ3=0R y 2+l 22sin θ2?R y 3+l 32 sin θ3=0 4、由B 点约束得： { R x 3+l 32cos θ3?R x 4+l 42cos θ4=0R y 3+l 32sin θ3?R y 4+l 42 sin θ4=0 5、由C 点约束得： { R x 4+l 4cos θ4?l 5cos θ1=0R y 4+l 42 sin θ4?l 5sin θ1=0 6、由二杆驱动约束得： θ2?ω2=0 积分得： θ2?θ02?ω2t =0 由上面九个方程组成此机构的运动约束方程，用Matlab 表示为： fx=@(x)([x(1); x(2); x(3); x(4)-l2/2*cos(x(6)); x(5)-l2/2*sin(x(6)); x(4)+l2/2*cos(x(6))-x(7)+l3/2*cos(x(9)); x(5)+l2/2*sin(x(6))-x(8)+l3/2*sin(x(9)); x(7)+l3/2*cos(x(9))-x(10)+l4/2*cos(x(12)); x(8)+l3/2*sin(x(9))-x(11)+l4/2*sin(x(12)); x(10)+l4/2*cos(x(12))-x(1)-l5; x(11)+l4/2*sin(x(12))-x(2); x(6)-w*i-zhj0;]); x(1) x(2) x(3) x(4) x(5) x(6) x(7) x(8) x(9) x(10) x(11) x(12) 分别表示R x 1、R y 1、θ1、R x 2、R y 2、θ2、R x 3、R y 3、θ3、R x 4、R y 4、θ4。

曲柄连杆机构运动学仿真

课程设计任务书

目录 1 绪论 (1) 1.1CATIA V5软件介绍 (1) 1.2ADAMS软件介绍 (1) 1.3S IM D ESIGNER软件介绍 (2) 1.4本次课程设计的主要内容及目的 (2) 2 曲柄连杆机构的建模 (3) 2.1活塞的建模 (3) 2.2活塞销的建模 (5) 2.3连杆的建模 (5) 2.4曲轴的建模 (6) 2.5汽缸体的建模 (8) 3 曲柄连杆机构的装配 (10) 3.1将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系 (10) 4 曲柄连杆机构导入ADAMS (14) 4.1曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 (14) 4.2曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 (14) 4.3曲柄连杆机构导入ADAMS (16) 5 曲柄连杆机构的运动学分析 (17) 结束语 (21) 参考文献 (22)

1 绪论 1.1 CATIA V5软件介绍 CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。 由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。 CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。 1.2 ADAMS软件介绍 ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。 ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、

四连杆机运动学分析

栏杆机四杆机构运动学分析 1 四杆机构运动学分析 1.1 机构运动分析的任务、目的和方法 曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。 对四杆机构进行运动分析的意义是：在机构尺寸参数已知的情况下，假定主动件（曲柄）做匀速转动，撇开力的作用，仅从运动几何关系上分析从动件（连杆、摇杆）的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，都是十分必要的，而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据。 机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时，采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计。 1.2 机构的工作原理 在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为： a.各杆的长度应满足杆长条件，即： 最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。 b.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆，且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时，四杆机构为曲柄摇杆机构；当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。 三台设备测绘数据分别如下： 第一组(2代一套)四杆机构L1=125.36mm，L2=73.4mm，L3=103.4mm，L4=103.52mm 最短杆长度+最长杆长度(125.36+73.4) <其余两杆长度之和(103.4+103.52) 最短杆为连架杆，四杆机构为曲柄摇杆机构 图1-1 II-1型栏杆机机构测绘及其运动位置图

连杆机构运动分析

构件上点的运动分析 函数文件（m文件） 格式：function [ 输出参数] = 函数名（输入参数） p_crank.m function [p_Nx,p_Ny]=p_crank(Ax,Ay,theta,phi,l1) v_crank.m function [v_Nx,v_Ny]=v_crank(l1,v_Ax,v_Ay,omiga,theta,phi) a_crank.m function [a_Nx,a_Ny]=a_crank(l1,a_Ax,a_Ay,alpha,omiga,theta,phi) 函数中的符号说明

函数文件（m 文件） 格式： function [ 输出参数 ] = 函数名（ 输入参数 ） p_RRR.m function [cx,cy,theta2,theta3]=p_RRR(bx,by,dx,dy,l2,l3,m) v_RRR.m function [vcx,vcy,omiga2,omiga3]=v_RRR(vbx,vby,vdx,vdy,cx,cy,bx,by,dx,dy) a_RRR.m function [acx,acy,alpha2,alpha3]=a_RRR(abx,aby,adx,ady,cx,cy,bx,by,dx,dy,omiga2,omiga3) 函数中的符号说明 m =1 m = -1 RRR Ⅱ级杆组运动分析

函数文件（m 文件） 格式： function [ 输出参数 ] = 函数名（ 输入参数 ） p_RRP.m function [cx,cy,sr,theta2]=p_RRP(bx,by,px,py,theta3,l2,m) v_RRP.m function [vcx,vcy,vr,omiga2]=v_RRP(bx,by,cx,cy,vbx,vby,vpx,vpy,theta2,theta3,l2,sr,omiga3) a_RRP.m function [acx,acy,ar,alpha2]=a_RRP(bx,by,cx,cy,px,py,abx,aby,apx,apy,theta3,vr,omiga2,omiga3,alpha3) 函数中的符号说明 1 1 ∠BCP < 90?，∠BC 'P > 90?， m =1 RRP Ⅱ级杆组运动分析

曲柄滑块机构运动分析1

曲柄滑块机构运动分析 一、相关参数 在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为mm l 1001=,mm l 3002 =,s rad /101=ω, 试确定连杆2和滑块3的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。 图1 曲柄滑块机构 二、数学模型的建立 1、位置分析 为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。 C S l l =+21 将各矢量分别向X 轴和Y 轴进行投影，得 0sin sin cos cos 22112211=+=+θθθθl l S l l C (1) 由式（1）得 ??? ? ??-=2112sin arcsin l l θθ 2211cos cos θθl l S C += 2、速度分析 将式（1）对时间t 求导，得速度关系 C v l l l l =--=+222111222111sin sin 0 cos cos θωθωθωθω （2） 将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示 ?? ????-=????????????-1111122222cos sin . 0 cos 1 sin θθωωθθl l v l l C （3） 3、加速度分析 将（2）对时间t 求导，得加速度关系 ??????--=????????????+????????????-11 11111222222222222sin cos 0 sin 0 cos 0 cos 1 sin θωθωωωθωθωαθθl l v l l a l l C C

三、计算程序 1、主程序 %1.输入已知数据 clear; l1=0.1; l2=0.3; e=0; hd=pi/180; du=180/pi; omega1=10; alpha1=0; %2.曲柄滑块机构力平衡计算 for n1=1:721 theta1(n1)=(n1-1)*hd; %调用函数slider_crank计算曲柄滑块机构位移、速度、加速度 [theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)]=slider_crank(theta1(n1),omega1,alpha1,l1,l2,e); end figure(1); n1=0:720; subplot(2,3,1) plot(n1,theta2*du); title('连杆转角位移线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角位移/\circ'); grid on subplot(2,3,2) plot(n1,omega2); title('连杆角速度运动线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角速度/rad\cdots^{-1}');

四连杆机构运动分析

游梁式抽油机是以游梁支点和曲柄轴中心的连线做固定杆，以曲柄，连杆和游梁后臂为三个活动杆所构成的四连结构。 1.1四连杆机构运动分析： 图1 复数矢量法： 为了对机构进行运动分析，先建立坐标系，并将各构件表示为杆矢量。结构封闭矢量方程式的复数矢量形式： 3121234i i i l e l e l e l ???+=+ (1) 应用欧拉公式cos sin i e i θθθ=+将(1)的实部、虚部分离，得 1122433112233cos cos cos sin sin sin l l l l l l l ??????+=+? ?+=? (2) 由此方程组可求得两个未知方位角23,??。 当要求解3?时，应将2?消去可得 2222234134313311412cos 2cos()2cos l l l l l l l l l l ????=++---- (3) 解得 3tan(/2)(/()B A C ?=- (4) 33 233 sin arctan cos B l A l ???+=+ (5) 其中：411 11 2222 32 3 cos sin 2A l l B l A B l l C l ??=-=-++-= (4)式中负号对应的四连杆机构的图形如图2所示，在求得3?之后，可利用(5)求得2?。

图2 由于初始状态1?有个初始角度，定义为01?，因此，我们可以得到关于011t ??ω=+， ω是曲柄的角速度。而通过图形3分析，我们得到OA 的角度0312 π θ??=- -。 因此悬点E 的位移公式为||s OA θ=?，速度||ds d v OA dt dt θ = =，加速度2222||dv d s d a OA dt dt dt θ===。 图3 已知附录4给出四连杆各段尺寸，前臂AO=4315mm ，后臂BO=2495mm ， 连杆BD=3675mm ，曲柄半径O ’D=R=950mm ，根据已知条件我们推出''||||||||OO O D OB BD +>+违背了抽油系统的四连结构基本原则。为了合理解释光杆悬点的运动规律，我们对四连结构进行简化，可采用简谐运动、曲柄滑块结构进行研究。 1.2 简化为简谐运动时的悬点运动规律 一般我们认为曲柄半径|O ’D|比连杆长度|BD|和游梁后臂|OA|小很多，以至于它与|BD|、|OA|的比值可以忽略。此时，游梁和连杆的连接点B 的运动可以看为简谐运动，即认为B 点的运动规律和D 点做圆周运动时在垂直中心线上的投影的运动规律相同。则B 点经过时间t 时的位移B s 为

平面连杆机构的运动分析

平面连杆机构的运动分析 以典型平面连杆机构（牛头刨床机构）为研究对象，首先进行机构的运动分析，并列出相应方程，然后采用计算机C语言编程的方法，计算出机构中选定点的位移、速度，并绘出相关数据图像。 标签： 连杆机构；位移；速度；计算机编程 TB 1 前言 平面连杆机构是现代机械中应用的最为广泛的一种典型机构。平面连杆机构的典型应用包括牛头刨床机构、缝纫机、颚式破碎机等。在研究平面连杆机构的过程中对机构上某个特定点的研究是必不可少的。然而在传统的研究方法中，手工计算不仅计算量大，而且极易出错。随着计算机技术的广泛普及，计算机逐渐成为分析研究典型机械结构的有力工具。因此本文力求通过C语言编程技术来对牛头刨床机构来进行简单运动分析。 2 牛头刨床机构运动分析 图1所示的为一牛头刨床。假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以匀角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨头C点的位移、速度的变化情况。 角速度变化较为平缓，保证刨头慢速、稳定工作；在220°～340°之间为回程阶段，角速度变化较快，以提高效率；4杆有4个角速度为0点，即4杆的速度方向改变了四次。 C点的位移、速度分析：在0°～200°范围内，C点位移曲线斜率的绝对值变化较小，说明此时C点速度及加速度的变化量不大，且保持在较小值。200°～260°范围内C点的速度变化量明显增大，由速度图像可以推知加速度在220°左右达到最大值后快速减小，并使其速度在260°左右达到最大，而后加速度反向缓慢增大，速度持续减小到零以后又开始反向增大。 ①工作行程为θ1：0°～220°，回程为θ1：220°～340 °；工作行程角度大于回程角度，工作效率较高； ②工作行程阶段，刨头C点位移的变化较为平稳，速度可以近似看为匀速，

曲柄滑块机构运动分析

曲柄滑块机构运动分析 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

曲柄滑块机构运动分析 一、相关参数 在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为 mm l 1001=,mm l 3002=,s rad /101=ω,试确定连杆2和滑块3的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。 图1 曲柄滑块机构 二、数学模型的建立 1、位置分析 为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。 将各矢量分别向X 轴和Y 轴进行投影，得 0sin sin cos cos 22112211=+=+θθθθl l S l l C (1) 由式（1）得 2、速度分析 将式（1）对时间t 求导，得速度关系 C v l l l l =--=+222111222111sin sin 0 cos cos θωθωθωθω （2） 将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示 ??????-=????????????-11 11122222cos sin . 0 cos 1 sin θθωωθθl l v l l C （3） 3、加速度分析 将（2）对时间t 求导，得加速度关系 三、计算程序 1、主程序 %1.输入已知数据 clear;

l1=; l2=; e=0; hd=pi/180; du=180/pi; omega1=10; alpha1=0; %2.曲柄滑块机构运动计算 for n1=1:721 theta1(n1)=(n1-1)*hd; %调用函数slider_crank计算曲柄滑块机构位移、速度、加速度 [theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)]=slider_crank(theta1(n1),omega1,alpha1 ,l1,l2,e); end figure(1); n1=0:720; subplot(2,3,1) plot(n1,theta2*du); title('连杆转角位移线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角位移/\circ'); grid on subplot(2,3,2) plot(n1,omega2); title('连杆角速度运动线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角速度/rad\cdots^{-1}'); grid on

四连杆机构分析代码动力学--精简

平面连杆机构的运动分析和动力分析1.1 机构运动分析的任务、目的和方法 曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。 对四杆机构进行运动分析的意义是：在机构尺寸参数已知的情况下，假定主动件（曲柄）做匀速转动，撇开力的作用，仅从运动几何关系上分析从动件（连杆、摇杆）的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，都是十分必要的，而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据。 机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时，采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时，采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计。 1.2 机构的工作原理 在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为： a.各杆的长度应满足杆长条件，即： 最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。 b.组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆，且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时，四杆机构为曲柄摇杆机构；当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。 第一组(2代一套)四杆机构L1=125.36mm,L2=73.4mm,L3=103.4mm,L4=103.52mm 最短杆长度+最长杆长度(125.36+73.4) ≤其余两杆长度之和(103.4+103.52) 最短杆为连架杆，四杆机构为曲柄摇杆机构 第二组(2代二套)四杆机构L1=125.36mm,L2=50.1mm,L3=109.8mm,L4=72.85mm 最短杆长度+最长杆长度(125.36+50.1) ≤其余两杆长度之和(109.8+72.85) 最短杆为连架杆，四杆机构为曲柄摇杆机构 第三组(3代)四杆机构L1=163.2mm,L2=61.6mm,L3=150mm,L4=90mm 最短杆长度+最长杆长度(163.2+61.6) ≤其余两杆长度之和(150+90) 最短杆为连架杆，四杆机构为曲柄摇杆机构 在如下图1所示的曲柄摇杆机构中，构件AB为曲柄，则B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。 1.3 机构的数学模型的建立 图1机构结构简图 在用矢量法建立机构的位置方程时，需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。如图1所示，先建立一直角坐标系。设各构件的长度分别为L1 、L2 、L3 、L4 ， 其方位角为、、、。以各杆矢量组成一个封闭矢量多边形，即ABCDA。其个矢量之和必等于零。即：

平面四杆机构的运动仿真模型分析

平面四杆机构的运动仿真模型分析1前言 平面四杆机构是是平面连杆机构的基础，它虽然结构简单，但其承载能力大，而且同样能够实现多种运动轨迹曲线和运动规律，因而在工程实践中得到广泛应用。 平面四杆机构的运动分析, 就是对机构上某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析, 根据原动件的运动规律, 求解出从动件的运动规律。平面四杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。随着计算机技术的飞速发展，机构设计及运动分析已逐渐脱离传统方法，取而代之的是计算机仿真技术。本文在UG NX5环境下对平面四杆机构进行草图建模，通过草图中的尺寸约束、几何约束及动画尺寸等功能确定各连杆的尺寸，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及其速度和加速度变化规律曲线，文章最后简要分析几个应用于工程的平面四杆机构实例。 2平面四杆机构的建模 问题的提出 平面四杆机构因其承载能力大，可以满足或近似满足很多的运动规律，所以其应用非常广泛，本文以基于曲柄摇杆机构的物料传送机构为例，讨论其建模及运动分析。 如图1所示，ABCD为曲柄摇杆机构，曲柄AB为主动件，机构在运动中要求连杆BC的延伸线上E 点保持近似直线运动，其中直线轨迹为工作行程，圆弧轨迹为回程或空程，从而实现物料传送的功能。

平面四杆机构的建模 由于物料传送机构为曲柄摇杆机构，所以它符合曲柄存在条件。根据机械原理课程中的应用实例[1]，选取AB=100，BC=CD=CE=250，AD=200，单位均为毫米。 在UG NX5的Sketch环境里，创建如图2所示的草图，并作相应的尺寸约束和几何约束，其中EE＇为通过E点的水平轨迹参考线，用以检验E点的工作行程运动轨迹。现通过草图里的尺寸动画功能，令AB与AD 的夹角从0°到360°变化，可看到E点的变化轨迹为直线和圆弧，如图3所示为尺寸动画的四个截图，其中图3（a）中的E点为水平轨迹的起点，图3（b）中的E点为水平轨迹的中点，图3（c）中的E点为水平轨迹的终点，而图3（d）中的E点为圆弧轨迹（图中未画出）即回程的中点。

曲柄滑块机构的运动分析及应用精编WORD版

曲柄滑块机构的运动分析及应用精编W O R D 版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】

机械原理课程机构设计 实验报告 题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用 小组成员与学号：刘泽陆(11071182) 陈柯宇 (11071177) 熊宇飞(11071174) 张保开 (11071183) 班级： 110717 2013年6月10日 摘要 (3) 曲柄滑块机构简介 (4) 曲柄滑块机构定义 (4) 曲柄滑块机构的特性及应用 (4) 曲柄滑块机构的分类 (8) 偏心轮机构简介 (9) 曲柄滑块的动力学特性 (10)

曲柄滑块的运动学特性 (11) 曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14) 参考文献 (15) 组员分工 (15) 摘要 本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。 关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性 ABSTRACT The paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.

曲柄连杆机构运动分析

曲柄连杆机构运动分析 四缸发动机曲轴、连杆和活塞的运动是较复杂的机械运动。曲轴做旋转运动，连杆做平动，活塞是直线往复运动。在用Pro/Engineer做曲轴、连杆和活塞的运动分析的步骤如下所示[20]: （1）设置曲轴、连杆和活塞的连接。为使机构能够按照预定的方式运动，须分别在曲轴与机体之间、连杆与曲轴之间、活塞与连杆之间添加销钉。在活塞与机体之间添加滑动杆连接。 （2）定义伺服电动机。利用伺服电动机驱动曲轴转动。 （3）建立运动分析。 （4）干涉检验与视频制作。 （5）获取分析结果。 7.1 活塞及连杆的装配 7.1.1 组件装配的分析与思路 活塞组件主要包括活塞、活塞销和活塞销卡环，连杆由连杆体和连杆盖两部分组成，将活塞组与连杆组分别组装，工作时用螺栓和螺母将连杆体、连杆盖和曲轴装配在一起，用活塞销将连杆小头和活塞装配在一起[21]。 7.1.2 活塞组件装配步骤 1、向组件中添加活塞 新建组件文件，运用【添加元件】，将活塞在缺省位置，完成装配。 2、向组件中添加活塞销卡环 （1）在“约束类型”中选择“对齐”选项，将卡环中心轴与活塞销孔中心轴对齐； （2）选择“匹配”选项，将卡环外圆曲面与卡环槽曲面相匹配，完成两个活塞销卡环的装配。 3、向组件中添加活塞销 （1）选择“对齐”选项，将活塞销中心轴与活塞销座孔的中心轴对齐； （2）选择“匹配”选项，将活塞销端面与卡环端面相匹配，完成活塞销的装配。 装配结果如图7.1所示：

图7-1 活塞组装配结果 Figure7-1Piston assembly results 7.1.3 连杆组件的装配步骤 1、向组件中添加连杆体 新建组件文件，运用【添加元件】，将连杆体添加在“缺省”位置，完成连杆体的装配。 2、向组件中添加连杆衬套 （1）选择“插入”选项，将连杆衬套的外侧圆柱面与连杆小头孔内侧圆柱面以插入的方式相配合。 （2）选择“对齐”选项，将连杆衬套的中心轴和连杆小头孔的中心轴对齐，完成连杆衬套的装配。 3、向组件中添加连杆轴瓦 （1）选择“对齐”选项，“偏移”为“重合”，并选择相重合的平面，然后【反向】。 （2）选择“约束类型”为“插入”，选取轴瓦的外侧圆柱面和连杆体的大端孔内侧圆柱面，使这两个曲面以插入的方式相配合。 （3）选择“匹配”，“偏移”类型为“重合”，使轴瓦凸起和凹槽的两侧面对应重合，完成连杆轴瓦的配合。 （4）同样的方法完成另一块连杆轴瓦的装配。 4、向组件中添加连杆盖 （1）选择“约束类型”为“匹配”，“偏移”类型为“重合”，并选取相应的面。 （2）分别选取连杆盖和连杆体的孔内侧圆柱面，使其以“插入”方式相配合，完成连杆盖的添加。 5、向组件中添加连杆螺栓 （1）选取螺栓的外侧圆柱面和孔的内侧圆柱面，使其以“插入”的方式相配合。 （2）选择“匹配”选项，并选择相应的面，使其“重合”，完成连杆螺栓的装配。 （3）添加螺母和垫片，同样的方法完成另一个连杆螺栓的装配。 连杆组件的装配结果如图7.2所示：

曲柄滑块机构的定义

曲柄滑块机构的定义 曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆滑块通过移动副和转动副组成的机构。 曲柄滑块的特点及应用 常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。曲柄滑块机构具有运动副为低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等。 优点： 1.面接触低副，压强小，便于润滑，磨损轻，寿命长，传递动力大； 2.低副易于加工，可获得较高精度，成本低； 3.杆可较长，可用作实现远距离的操纵控制； 4.可利用连杆实现较复杂的运动规律和运动轨迹。 缺点： 1.低副中存在间隙，精度低； 2.不容易实现精确复杂的运动规律。 凸轮滑块机构的定义 凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成高副结构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。 与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。

凸轮滑块的特点及应用 .优点： 1.能够实现精确的运动规律； 2.设计较简单。 缺点：1.承载能力低,行程短； 2.凸轮轮廓加工困难。 丝杠螺母机构的定义 丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。 丝杠螺母的特点及应用 优点： 1.结构简单，支撑稳定。 2.制动装置由于滚珠丝杠副的传动效率高，又无自锁能力。 缺点： 1.传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置 2.但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。 齿轮 齿轮齿条机构的定义 齿轮齿条传动是将齿轮的回转运动转变为往复直线运动，或将齿条的往复直线运动转变为齿轮的回转运动。

汽车曲柄连杆机构设计

摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E

ABSTRACT This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine. Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force； Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E