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：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.
曲柄滑块机构简介
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[4]。
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[5]。
对曲柄滑块机构选用不同构件为机架可演化成具有不同运动特性和不同用途的机构。
列如选取滑块为机架，则机构演化为移动导杆机构，下面以抽水机为例进行介绍。
抽水泵的Adams仿真图
图中白色曲杆为原动件，红色直杆为从动件。
原动件位移曲线
从动件位移曲线
原动件速度曲线
从动件速度曲线
原动件加速度曲线
从动件加速度曲线
综上，曲柄滑块机构演化为移动导杆机构后可应用在手摇抽水机上改变力的方向和大小，从而使原动件与从动件的速度，加速度，位移截然不同，在大气压的作用下将水从井中抽出。
下图为曲柄滑块机构演化的偏心轮摇杆机构
蓝色摇杆为研究对象
摇杆质心的位移曲线
摇杆质心的速度曲线
摇杆质心的加速度曲线
这套机构将输入运动偏心轮的圆周运动转化为输出运动摇杆的往复运动,可以作为汽车雨刷等需要摇杆做连续往复运动的机构
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
图2-2 偏置曲柄滑块机构
图2-3 偏心轮机构
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。
图2-4 工作原理图
曲柄滑块的动力学特性
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）
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 /(θr 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/sin 2
2
2
)(-=-=
-θ ，将上式代入，则得：
)1/2/(-=s r s T p [8] （3-9）
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：
==+ （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
2r r x += （3-11）
θ
θsin sin 3
3
2
2r r y -= （3-12）
根据图形可知：
θθθ
λsin sin sin 22323
*)/(==r r （3-13）
所以：
θλθθ
sin sin cos 2
221212
3
-
=-= （3-14）
式中，=λr r 32/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
t ωθ
=2
，就得到了滑块的运动方程：
t
r r x t ωλωsin 1cos 22)(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：
)(2cos
t r x ω=+
r 3......])(125.0)(5.01[sin sin
4
4
2
2
+--t t ωωλ
λ
≈
cos 2r )(t ω)(5.0sin 2
2
33
t r r
ωλ-+
)(2cos t r ω=)]2(1[25.0cos 2
3
t r ωλ--+ （3-16）
)]2(25.0)([)25.01(cos cos 22
3t t x r r ωλωλ++-≈ （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 2t t x r ωλωωυ+-==?
（3-18）
)]2()([cos cos 2
2t t a r ωλωυω+-==?
（3-19）
其中a x ,,υ都是
t ωθ=2
的周期函数[9]
。 下面运用Adams 进行仿真模拟验证
曲柄滑块的Adams仿真模型
滑块的位移曲线
滑块的速度曲线
滑块的加速度曲线
经计算可知图像与表达式吻合。
在海上能源综合开发平台上，在已知海风端的输入轴颈，材质，转矩，通过上述原理设计出合理的曲柄滑块机构，得出驱动液压缸运动的滑块的位移，速度，加速度，压力，得到的结果便于液压缸的传动设计。
曲柄滑块机构运行中的振动与平衡
在一切有质量、构件质心有加速度或构件有角加速度的机械中,都存在着惯性力。例如:曲柄压力机在向下行程时,滑块出现“快落”,对传动系统产生撞击、振动,会降低传动零件的使用寿命。机械在高速运转过程中,这种随机构运转而周期变化的强惯性作用将会在运动副中引起附加动压力。这不仅将增加运动副中的摩擦力和构件的内应力,导致磨损加剧、效率降低,也影响构件的强度。而且由于惯性力随机械的运转而作周期性变化,也会使机械及其基础产生强迫振动,从而导致机械工作质量和可靠性下降、零件材料内部疲劳损伤加剧,并由振动而产生噪声污染。因此,研究机械高速运转中惯性力的变化规律,采用平衡设计和平衡试验的方法对惯性力加以平衡,以消除或减轻惯性力的不良影响,是减轻机械振动、改善机械工作性能、提高机械工作质量、延长机械使用寿命、减轻噪声污染的重要措施之一[10]。
曲柄滑块机构是最早获得广泛应用的连杆机构之一，在运转时各构件产生的惯性力会引起机座的强迫振动，加剧机器构件的磨损并产生噪声污染，降低机构的运动精度和平稳性。因此，对这类机构平衡问题的研究很有必要。从理论上讲，运用质量代换法可使这种机构的惯性力完全平衡。但是这种平衡法会导致机械结构复杂化及其质量的增加，尤其是把配重安装在连杆上时，对机构更为不利。因此，人们多采用惯性力部分平衡的方法来减小机构的振动[11]。
曲柄滑块机构中包含有作往复运动的滑块和作复合运动的连杆和作转动的曲柄,它们质心加速度以及角加速度的存在会导致周期性变化的振动力和振动力矩。这种力和力矩将造成机械的强烈振动和噪声,加剧机件的磨损和疲劳失效,降低机构的运动精度和运动平稳性,限制了机械性能的提高。对运动机构的振动力和振动力矩平衡方面的研究,主要集中在两个方面:振动力和振动力矩的平衡方法和平衡问题的分析方法。目前对机器传动系统中的曲柄滑块机构进行振动力和振动力矩平衡方法主要有:(1)质量重分配法,这种方法是通过在构件上加平衡重的方法,使机构的总质心位置始终处于机架上,机构的总质心不会随构件的运动而运动,从而达到振动力的完全平衡;(2)平衡机构平衡法,即在机构上附加其它机构来平衡原机构的惯性作用。分析机构振动力和振动力矩平衡问题的方法主要有:(1)质量替代法,就是根据替代前后构件质量和质量矩不变的原则,将构件的质量代为相应点处的质量。这种方法有利于机构振动力和振动力矩平衡的研究;(2)线性独立向量法,这种方法就是首先建立机构总质心位置的向量表达式,然后利用机构环路方程使表达式各项向量线性独立,最后设法使总质心位置不动,即使表达式中所有与时间有关的各项系数全部为零[12]。
参考文献
[1] 杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础. 北京：高等教育出版社
[2] 邹慧君等.机械原理[M]. 北京：高等教育出版社，
[3]郭卫东. 虚拟样机技术与Adams应用实例教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2009年
[4] 尚先云. 解析法设计曲柄滑块机构[J]. 机械管理开发
[5] 郭卫东，机械原理.（第二版）：科学出版社
[6] 郭卫东，机械原理教学辅导与习题解答.（第二版）：科学出版社
[7] 谢传锋，王琪.理论力学.北京：高等教育出版社
组员分工
11071183张包开：Solidworks建模
11071177陈柯宇，11071174熊宇飞：Adams建模仿真
11071182刘泽陆：资料搜集与整理，原理分析，报告撰写
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.
曲柄滑块机构运动分析
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 ??? ???-=??? ?????? ???-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 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 subplot(2,3,3) plot(n1,alpha2); title('连杆角加速度运动线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角加速度/rad\cdots^{-2}'); grid on subplot(2,3,4) plot(n1,s3); title('滑块位移线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('滑块位移/\m'); grid on
基于MATLAB的曲柄滑块机构运动的仿真
基于MATLAB的曲柄滑块机构运动的仿真
摘要：本文在曲柄滑块机构运动简图的基础上，对其数学运动模型进行分析，用解析法计算曲柄的转角和角速度，及滑块的位移和速度，并用MATLAB 软件进行仿真。 1 引言 在机械传动系统中，曲柄滑块机构是一种常用的机械机构，它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。这里用解析法，并用MATLAB 对其进行仿真。 2 曲柄滑块机构的解析法求解 曲柄滑块机构的运动简图如图1所示，在图1中，1L 、2L 和e 分别为曲柄滑块的曲柄、连杆和偏差，1?、2?分别为曲柄和连杆的转角，1?? 、2?? 分别为曲柄和连杆的角速度，S 为滑块的位移。 图1 曲柄滑块机构运动简图 设已知已知1L 、2L 、e 、1?和1?? ，求连杆的角位移2?和角速度2?? ，以及滑块的位移S 和速度S ? 。 2.1 位移分析 按图1 中四边形ABCD 的矢量方向有： AB CD → → = 将上式转化成幅值乘以角度的形式，得到如下等式： 1 2 12i i L e L e S ie ??+=+ (1) 分别取上式的虚部和实部，并在e 前面乘N ，N 取值1或－1，用以表示滑块在x 轴的上方或者下方，得到下面两式：
1122cos cos L L S ??+= (2) 1122sin sin L L Nb ??+= (3) 整理上面两个公式得到S 和2?的计算公式： 1122cos cos S L L ??=+ (4) 11 22 sin arcsin Ne L L ??-= (5) 2.2 速度分析 将（1）式两边对时间求导得（6）式 1 2 1212i i L ie L ie S ????? ? ? += (6) 取（6）式的实部和虚部，整理得S ? 和2?? 的计算公式： 1211 2 sin() cos S L ?????? -=- (7) 111 222 cos cos L L ????? ? =- (8) 根据（7）式和（8）式即可得到滑块的速度及连杆的角速度。 2.3 实例分析及其MATLAB 仿真 2.3.1 实例分析 下面对图2所示的曲柄滑块机构做具体分析。 图2 曲柄滑块机构简图 例中：1236,140r mm r mm ==，160/sec d ω=，求2?，2ω，S 和S ? 。
曲柄滑块机构的运动分析及应用修订版
曲柄滑块机构的运动分析及应用修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
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.
基于MATLAB的曲柄滑块机构运动的仿真
基于MATLAB 的曲柄滑块机构运动的仿真 姓名：夏小品 学号：2100110114 班级：机械研10 摘要：本文在曲柄滑块机构运动简图的基础上，对其数学运动模型进行分析，用解析法计算曲柄的转角和角速度，及滑块的位移和速度，并用MATLAB 软件进行仿真。 关键字：曲柄滑块机构；运动分析；MATLAB The Simulation of Crank Slider Mechanism Motion Based on MATLAB Abstract:This article analyses the motion mathematical model of crank slider mechanism based on its motion diagram. Use analytical method to calculate crank angle,crank angular velocity,slider position and slider velocity and do the simulation of the resultes witn MATLAB software. Key Words:Crank slider mechanism;Motion analysis;MATLAB 1 引言 在机械传动系统中，曲柄滑块机构是一种常用的机械机构，它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。这里用解析法，并用MATLAB 对其进行仿真。 2 曲柄滑块机构的解析法求解 曲柄滑块机构的运动简图如图1所示，在图1中，1L 、2L 和e 分别为曲柄滑块的曲柄、连杆和偏差，1?、2?分别为曲柄和连杆的转角，1?? 、2?? 分别为曲柄和连杆的角速度，S 为滑块的位移。 图1 曲柄滑块机构运动简图
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
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。
QTD-III型 曲柄滑块、导杆、凸轮组合实验指导书实验一、机构运动参数的测试和分析实验教学提纲
实验一、机构运动参数的测试和分析实验 一、实验目的 1．掌握机构运动的周期性变化规律，并学会机构运动参数如位移、速度和加速度等的测试原理和方法； 2. 学会运用多通道通用实验仪器、传感器等先进实验技术手段开展实验研究的方法； 3. 利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理，作出实测的动态参数曲线，并通过计算机对该平面机构的运动进行数值仿真，作出相应的动态参数曲线，从而实现理论与实际的紧密结合。 二、实验内容 1.测试曲柄导杆机构、曲柄滑块机构、凸轮机构等机构的构件转角、移动位移等运动参数； 2．比较实测参数曲线与理论仿真曲线的差异。 三、实验仪器 QTD-III型曲柄、导杆、凸轮组合实验台 该组合实验装置，只需拆装少量零部件，即可分别构成四种典型的传动系统。他们分别是曲柄滑块机构、曲柄导杆机构、平底直动从动杆凸轮机构和滚子直动从动杆凸轮机构。具体结构示意图如下图所示。 （a）曲柄滑块机构
（b）曲柄导杆机构 （c）平底直动从动件凸轮机构 （d）滚子直动从动件凸轮机构 1、同步脉冲发生器 2、涡轮减速器 3、曲柄 4、连杆 5、电机 6、滑块 7、齿轮8、光电编码器9、导块 10、导杆11、凸轮12、平底直动从动件 13、回复弹簧14、滚子直动从动件15、光栅盘 四、实验原理 本实验仪由单片机最小系统组成。外扩 16 位计数器，接有 3 位 LED 数码显示器可实时显示机构运动时曲柄轴的转速，同时可与 P C 机进行异步串行通讯。在实验机构动态运动过程中，滑块的往复移动通过光电脉冲编码器转换输出具有一定频率（频率与滑块往复速度成正比），０－５伏电平的两路脉冲，接
曲柄摇杆机构实验指导书
PJC-CⅡ曲柄摇杆机构实验 一、概述： 在现代《机械原理》教学中，越来越注重对学生进行理论与实践相结合的教学方式，注重培养学生的动手能力和创新意识，注重培养学生对现代虚拟设计和现代测试手段的灵活运用能力。 该实验系统主要用于《机械原理》课程结束后的综合性实验，实验内容涵盖：平面机构运动分析和结构设计，机械动转及速度波动调节，机构平衡等章节，它是《机械原理》课程教学中一个必不可少的重要教学环节。其应用目的是： 1．利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理，作出实测的动态参数曲线，并通过算机对该平面机构的运动进行数模仿真，作出相应的动态参数曲线，从而实现理论与实际的紧密结合。 2．利用计算机对平面机构结构参数进行优化设计，然后，通过计算机对该平面机构的运动进行仿真和测试分析，从而实现计算机辅助设计与计算机仿真和测试分析有效的结合，培养学生的创新意识。 3．利用计算机的人机交换性，使学生可在软件界面说明文件的指导下，独立自主地进行实验，培养学生的动手能力。 二、实验项目： 1. 平面机构的调整设计及组装：通过该实验平台组装并调整曲柄滑块机构和曲柄导杆滑块机构，使学生掌握平面机构结构组装和运动调节。 2.曲柄运动实测：通过角位移传感器和PCI8310卡采集和处理曲柄的角位移，并输入计算机显示出实测的曲柄角速度图和角加速度线图；通过
数模仿真，作出曲柄角速度线图和角加速度线图。通过分析比较，使学生了解机构结构对曲柄的真实运动规律和速度波动的影响。 3. 曲柄速度波动调节：在有飞轮和无飞轮的情况下，对曲柄的运动进行实测和仿真。通过分析比较，使学生了解飞轮对曲柄的速度波动的影响。 4. 摇杆运动实测和仿真：通过位移传感器和PCI8310卡采集和处理滑块的位移，并输入计算机，显示出实测的滑块速度线图和加速度线图；通过数模仿真，作出滑块相对曲柄转角和速度线图，加速度线图，通过分析比较，使学生了解机构结构对滑块的真实运动规律和急回特性的影响。 三、功能及特点： 1．可测量曲柄、摇杆的运动学参数，并通过计算机多媒体虚拟仪表显示其速度，加速度波形图。 2．可通过计算机测试件计算摇杆的真实运动规律，并显示其速度，加速度波形图，可与实测曲线比较分析。
matlab曲柄滑块机构的运动学仿真
《系统仿真与matlab》综合试题 题目：曲柄滑块机构的运动学仿真 编号：______________ 21 _____________ 难度系数：___________________________ 姓名______________________ 班级_________________ 学号__________________ 联系方式______________ 成绩________________________________
《系统仿真与matlab 》综合试题 (1) 一、引言........................................................ 3. 二、运动学分析 (3) 1、实例题目 (3) 2、运动分析 (3) 三、M ATLAB程序编写 (5) 四、使用指南和实例仿真 (8) 五、结语 10
亠、引言 曲柄滑块机构是指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，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。这里使用运动学知识，对其运动进行解析，并用MATL AE为其设计仿真模块。 1、运动学分析 1、实例题目 对图示单缸四冲程发动机中常见的曲柄滑块机构进行运动学仿真。已知连杆长度：D 0.1m , r3 0.4m，连杆的转速：2 2 , 3 3 , 设曲柄r2以匀速旋转，2 50r/s。初始条件：2 3 0。仿真以2为 输入，计算3和A，仿真时间0.5 s。 2、运动分析 建立封闭矢量方程: r2+r3=r1 (9)
平面连杆机构及其方案与分析
第二章平面连杆机构及其设计与分析 §2-1 概述 平面连杆机构<全低副机构）:若干刚性构件由平面低副联结而成的机构。 优点： （1）低副，面接触，压强小，磨损少。 （2）结构简单，易加工制造。 （3）运动多样性，应用广泛。 曲柄滑块机构：转动－移动 曲柄摇杆机构：转动－摆动 双曲柄机构：转动－转动 双摇杆机构：摆动－摆动 （4）杆状构件可延伸到较远的地方工作<机械手） （5）能起增力作用<压力机） 缺点： <1）主动件匀速，从动件速度变化大，加速度大，惯性力大，运动副动反力增加，机械振动，宜于低速。 <2）在某些条件下，设计困难。 §2-2平面连杆机构的基本结构与分类 一、平面连杆机构的基本运动学结构 铰链四杆机构的基本结构 1．铰链四杆机构 所有运动副全为回转副的四杆机构。 BC－连杆 AB、CD－连架杆 连架杆：整周回转－曲柄 往复摆动－摇杆 2．三种基本型式
（1）曲柄摇杆机构 定义：两连架杆一为曲柄，另一为摇杆的铰链四杆机构。 特点：、 0～360°, 、＜360° 应用：鳄式破碎机缝纫机踏板机构揉面机 （2）双曲柄机构 定义：两连架杆均作整周转动的铰链四杆机构。 由来：将曲柄摇杆机构中曲柄固定为机架而得。 应用特例：双平行四边形机构 曲柄摇杆机构设计方法 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】 曲柄摇杆机构设计方法作者姓名：XXXX 专业名称：机械工XXXX及自动化 指导教师：XXXX讲师 摘要 曲柄摇杆机构中构件的运动样式多样，可以实现给定运动规律或运动轨迹且承载能力高、耐磨顺，制造简单，已于获得较高的制造精度，因此曲柄摇杆机构在各种机械仪器中获得广泛的应用。 本文针对曲柄摇杆机构的行XXXX速度变化速度系数和给定点的轨迹设计曲柄摇杆机构，通过深入分析机构的行XXXX数度比k、摇杆摆动角ψ、最小传动角，极为夹角和摇杆摆动角等运动性能参数与结构尺寸间的关系。通过引入曲柄固定铰链点的位置角建立了曲柄摇杆和机架长度关于θ和?的显示函数关系，通过解析法、几何作图法、和实验法设计曲柄摇杆机构。在此基础上研究机构设计的可能附加要求极其相应的设计方法为曲柄摇杆设计提供各种可能选项并对曲柄摇杆的急回特性和死点情况进行说明。 关键词:曲柄摇杆机构行XXXX速度系数摇杆摆动设计方法 Abstract The diversity of movement component in the crank rocker mechanism can achieve given amotion or motion trajectory and have the high bearing capacity, wear-resisting, simple manufacture,and higher manufacturing accuracy. therefore ,the crank rocker mechanism is widely used in various mechanical instrument. In view of the crank rocker mechanism of velocity fluctuation velocity coefficient and the design of crank rocker mechanism by track point, Analysis the mechanism of the stroke number ratio K , the rocker swing angle minimum transmission angle, extremely angle and rocker swing angle motion parameter and t he relationship between structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angle of crank rocker and the frame length on and display function is built, by the analytic method, the geometric drawing method, the design of crank rocker mechanism and experimental method. On the basis of the research on the design method of mechanism design may have additional requirements and other extremely corresponding , various possible options and the crank rocker quick return characteristics and the dead are described for crank and rocker design. Key words: crank,rocker,travel speed,design 目录 ****** 曲柄滑块机构的运动学分析 *******' SC=input(' 输入滑块行程的均值(mm) SC = '); P=input(' 输入曲柄轴心至滑销最远距离(mm) P = '); E=input(' 输入机构偏心距的均值(mm) E = '); RL=input(' 输入曲柄与连杆长度比的均值 RL = '); DR=input(' 输入曲柄长度偏差(mm) DR = '); DL=input(' 输入连杆长度偏差(mm) DL = '); DE=input(' 输入机构偏心距偏差(mm) DE = '); N=input(' 输入曲柄转速(r/min) N = '); L=sqrt((P-SC)^2-E^2)/(1-RL); fprintf(1,' 连杆长度的均值(mm) L = %3.6f \n',L) R=RL*L; fprintf(1,' 曲柄长度的均值(mm) R = %3.6f \n',R) CR=DR/3;CL=DL/3;CE=DE/3; EL=E/L; fprintf(1,' 偏心距与连杆长度比的均值(mm) EL = %3.6f \n',EL) fprintf(1,' 曲柄长度的标准离差(mm) CR = %3.6f \n',CR) fprintf(1,' 连杆长度的标准离差(mm) CR = %3.6f \n',CL) fprintf(1,' 偏心距的标准离差(mm) CE = %3.6f \n',CE) W=pi*N/30; fprintf(1,' 曲柄的角速度(mm) W = %3.6f \n',W) CRL=sqrt((R*CL)^2+(L*CR)^2)/L^2; fprintf(1,' 曲柄与连杆长度比的标准离差 CRL = %3.6f \n',CRL) CEL=sqrt((E*CL)^2+(L*CE)^2)/L^2; fprintf(1,' 偏心距与连杆长度比的标准离差 CEL = %3.6f \n',CEL) theta=0:10:360; hd=theta.*pi/180; % 计算滑块位移、速度、加速度的均值 S=R.*(1-cos(hd)-EL.*sin(hd)+0.5.*RL.*sin(hd).^2); V=R.*W.*(sin(hd)-EL.*cos(hd)+0.5.*RL.*sin(2.*hd)); A=R.*W^2.*(cos(hd)+EL.*sin(hd)+RL.*cos(2.*hd)); figure(1); subplot(1,3,1); plot(theta,S,'r') title('\bf \mus 线图') m a t l a b曲柄连杆机构 分析 clear;clc; n=750;l=0.975;R=0.0381;h=0.2;omiga=n.*pi/30;tmax=2.*pi/omiga; t=0:0.001:tmax; %计算曲柄转一圈的总t值 alpha1=atan((h+R.*sin(omiga.*t))./sqrt(l.*l-(h+R.*sin(omiga.*t))))+pi; alpha1p=-(R.*omiga.*cos(omiga.*t))./(l.*cos(alpha1)); vb=-R.*omiga.*sin(omiga.*t)+R.*omiga.*cos(omiga.*t).*tan(alpha1); ab=-R.*omiga.^2.*cos(omiga.*t)- (R.*omiga.*cos(omiga.*t)).^2./(l.*(cos(alpha1)).^3) -R.*omiga.^2.*sin(omiga.*t).*tan(alpha1); subplot(1,2,1);plot(t,vb);title('曲柄滑块机构的滑块v-t图'); xlabel('时间t(曲柄旋转一周)');ylabel('滑块速度v');grid on; subplot(1,2,2);plot(t,ab);title('曲柄滑块机构的滑块a-t图'); xlabel('时间t(曲柄旋转一周)');ylabel('滑块加速度a');grid on; %下面黄金分割法求滑块的速度与加速度最大值 epsilon=input('根据曲线初始区间已确定，请输入计算精度epsilon(如输入 0.001):'); a=0;b=0.04; %初始区间 n1=0; %n1用于计算次数 a1=b-0.618*(b-a);y1=-R.*omiga.*sin(omiga.*a1) +R.*omiga.*cos(omiga.*a1).*tan(alpha1); a2=a+0.618*(b-a);y2=-R.*omiga.*sin(omiga.*a2) +R.*omiga.*cos(omiga.*a2).*tan(alpha1); while abs(a-b)>=epsilon if y1<=y2 上海应用技术学院 数学实验报告 题目：曲柄滑块机构的运动规律 姓名：周玲 院系：理学院数学与应用数学系 学号： 1112211115 指导老师：许建强 2015年3月30日 目录 一、实验目的 (3) 二、实际问题 (3) 三、数学模型 (3) 四、数值积分方法 (2) 五、实验任务 (4) 任务一 (4) 任务二 (5) 任务三 (7) 任务四.............................................................. 错误！未定义书签。 一、 实验目的 本实验主要涉及微积分中对函数特性的研究。通过实验复习函数求导法, Taylor 公式和其他有关知识。着重介绍运用建立近视似模型并进行数值计算来研究讨论函数的方法。 二、 实际问题 曲柄滑块机构是一种常用的机械结构,它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动,是气压机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。右图为其示意图。 记曲柄OQ 的长为r ,连杆QP 的长为l , 当曲柄绕固定点O 以角速度w 旋转时, 由连杆带动滑块P 在水平槽内做往复直线运动。假设初始时刻曲柄的端点Q 位于水平线段OP 上, 曲柄从初始位置起转动的角度为θ,而连杆QP 与OP 的锐夹角为β(称为摆角) 。在机械设计中要研究滑块的运动规律和摆角的变化规律, 确切的说,要研究滑块的位移,速度和加速度关于θ的函数关系,摆角β及其角速度和角加速度关于θ的函数关系, 进而 （1）求出滑块的行程s (即滑块往复运动时左、右极限位置间的距离); （2）求出滑块的最大和最小加速度(绝对值), 以了解滑块在水平方向上的作用力; （3）求出β的最大和最小角加速度(绝对值), 以了解连杆的转动惯量对滑块的影响; 在求解上述问题时,我们假定: 100(),3300(),240(/min)r mm l r mm ω====转 符号说明:r －曲柄OQ 的长; l －连杆PQ 的长度; β－摆角(连杆PQ 与OP 的锐夹角); ω－角速度; P －滑块; x －滑块的位移; a －滑块的加速度。 三、 数学模型 取O 点为坐标原点，OP 方向为x 轴正方向，P 在x 轴上的坐标为x ，那么可用x 表示滑块的位移。利用三角关系，立即得到 θθ222sin cos r l r x -+= （1.1） 由于t ωθ= ，故有 θ ωθθd dx dt d d dx dt dx == （1.2） 而 PJC-CⅡ曲柄摇杆机构实验 一、概述: 在现代《机械原理》教学中, 越来越注重对学生进行理论与实践相结合的教学方式, 注重培养学生的动手能力和创新意识, 注重培养学生对现代虚拟设计和现代测试手段的灵活运用能力。 该实验系统主要用于《机械原理》课程结束后的综合性实验, 实验内容涵盖: 平面机构运动分析和结构设计, 机械动转及速度波动调节, 机构平衡等章节, 它是《机械原理》课程教学中一个必不可少的重要教学环节。其应用目的是: 1．利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理, 作出实测的动态参数曲线, 并经过算机对该平面机构的运动进行数模仿真, 作出相应的动态参数曲线, 从而实现理论与实际的紧密结合。 2．利用计算机对平面机构结构参数进行优化设计, 然后, 经过计算机对该平面机构的运动进行仿真和测试分析, 从而实现计算机辅助设计与计算机仿真和测试分析有效的结合, 培养学生的创新意识。 3．利用计算机的人机交换性, 使学生可在软件界面说明文件的指导下, 独立自主地进行实验, 培养学生的动手能力。 二、实验项目: 1. 平面机构的调整设计及组装: 经过该实验平台组装并调整曲柄滑块机构和曲柄导杆滑块机构, 使学生掌握平面机构结构组装和运动调节。 2.曲柄运动实测: 经过角位移传感器和PCI8310卡采集和处理曲柄的角位移, 并输入计算机显示出实测的曲柄角速度图和角加速度线图; 经过数模仿真, 作出曲柄角速度线图和角加速度线图。经过分析比较, 使学生了解机构结构对曲柄的真实运动规律和速度波动的影响。 3. 曲柄速度波动调节: 在有飞轮和无飞轮的情况下, 对曲柄的运动进行实测和仿真。经过分析比较, 使学生了解飞轮对曲柄的速度波动的影响。 4. 摇杆运动实测和仿真: 经过位移传感器和PCI8310卡采集和处理滑块的位移, 并输入计算机, 显示出实测的滑块速度线图和加速度线图; 经过数模仿真, 作出滑块相对曲柄转角和速度线图, 加速度线图, 经过分析比较, 使学生了解机构结构对滑块的真实运动规律和急回特性的影响。 机械工程郑佳文学号：1508520102 任务：根据杆长判断机构类型，模拟仿真曲柄滑块机构运动，并绘制滑块速度及加速度图像。 源代码： clear all clc l1=4,l2=10,e=0,w1=10; if(e==0) & (l1>l2) % load handel % sound(y,Fs) disp('当e=0时,l1需小于l2。不满足杆长条件，请重新输入l1,l2,e的值') elseif((e~=0)&(l1+e>l2)) % load handel % sound(y,Fs) disp('当e~=0时,l1+e需小于l2。不满足杆长条件，请重新输入l1,l2,e的值') else end fai=linspace(0,2*pi); for i=1:10:length(fai) JGT2(fai(i),l1,l2,e,w1) end %%%%%%%%%%%计算滑块速度并绘制图像 figure (2) fai=0:0.01:2*pi; v=-l1.*sin(fai).*w1-(l2^2-(l1.*sin(fai)-e). ^2).^(-0.5)*(l1^2).*(l1.*sin(fai)-e).*sin(f ai).*cos(fai).*w1; plot(fai,v,'-b') title('滑块角度-速度图像') xlabel('角度\phi/°') ylabel('速度/m/s') figure (3) A=- l1.*cos(fai) - (l1^2.*cos(fai).^2)./(l2^2 - (e - l1.*sin(fai)).^2).^(1/2) - (l1.*sin(fai).*(e - l1.*sin(fai)))./(l2^2 - (e - l1.*sin(fai)).^2).^(1/2) ... - (l1^2.*cos(fai).^2.*(e - l1.*sin(fai)).^2)./(l2^2 - (e - l1.*sin(fai)).^2).^(3/2);曲柄摇杆机构设计方法完整版
曲柄滑块机构的运动学分析
matlab曲柄连杆机构分析讲课讲稿
实验一 曲柄滑块机构的运动规律
曲柄摇杆机构实验指导书模板
曲柄滑块机构分析