基于SimMechanics和iSIGHT的平面四杆机构的运动仿真和优化
文章编号:1004-2539(2008)04-0046-02
基于SimMechanics 和iSIGHT 的平面四杆机构的运动仿真和优化
(西门子迈迪特(深圳)磁共振有限公司系统组件部, 广东深圳 518057)
庞和喜
(西安电子科技大学电子装备结构教育部重点实验室, 陕西西安 710071) 曹鸿钧
摘要 以平面四杆机构为典型算例,应用M AT LAB/SI M U LI NK 中的Sim Mechanics 模块建立机构运动
模型,并进行仿真分析。应用iSIGHT 对模型进行预订轨迹的尺度优化设计,为机构仿真和优化提供了一种高效、直观的仿真手段,为其他机构的仿真和优化提供了借鉴。
关键词 平面四杆机构 尺度优化 Sim Mechanics iSIGHT
引言
连杆机构设计的基本问题是根据给定的运动要求
选定机构的形式,并确定各构件的尺寸参数。为了使设计合理、可靠,通常还需要满足结构条件、动力条件和运动连续条件等。
根据机械的用途和性能要求等的不同,对连杆机构设计的要求是多种多样的,一般可归纳为三类问题:(1)满足预定的运动规律要求;(2)满足预定的连杆位置;(3)满足预定的轨迹要求。
铰链四杆机构有三种基本型式分别为最为常见的
曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构
。其区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄[1]。
当采用计算机对连杆机构进行优化设计时,必须选择方便有效的仿真和优化工具软件。本文应用M AT LAB/SI M U LI NK 中的Sim Mechanics 模块对连杆机构进行仿真计算,并结合iSIGHT 对连杆机构进行轨迹优化。以某四杆机构的轨迹优化为典型算例,详细介绍了该方法的使用过程并总结了其优缺点。
图1 曲柄摇杆机构简图
图2 八字形轨迹
1 优化模型的建立
机构设计中很多采用四杆机构连杆上某一点的轨
迹来完成预期任务,由于相对位置的不同,这些轨迹是多样的。图1所示为一曲柄摇杆机构,其中AB 为曲柄,BC 为连杆,CD 为摇杆,E 为连杆平面上的一点,其位置由B E 和CE 的杆长来决定。现对上述模型中
连杆上E 点的轨迹进行优化,使之再现如图2所示的
八字形轨迹。1.1 设计变量
通过确定A 、D 点坐标,曲柄AB 、连杆BC 、摇杆CD 以及杆B E 和CE 的长度实现E 点的轨迹要求。因此该机构的设计变量为
x =[A x ,A y ,D x ,D y ,L AB ,L BC ,L CD ,L B E ,L CE ]
(1)其中,A x 为点横坐标;A y 为点纵坐标;D x 为点横坐标;D y 为点纵坐标;L AB 为曲柄AB 的长度;L BC 为连杆BC 的长度;L CD 为摇杆CD 的长度;L B E 为B E 杆的长度;L CE 为CE 杆的长度。1.2 约束函数
机构设计的约束条件[2]1)曲柄存在的条件L AB +L AD -L BC -L CD ≤0
(2)L AB +L BC -L AD -L CD ≤0(3)L AB +L CD -L BC -L AD ≤0
(4)
2)最小传动角条件
δ1=arccos L BC 2+L CD 2-(L AD -L AB )22L BC L CD (5)θ=arccos
L BC 2+L CD 2-(L AD -L AB )22L BC L CD
(6)
δ2=
θ,δ2≤π
2
π-θ,δ2>π2(7)δmin =min (δ1,δ2)≥40°(8)
3)设计变量的取值范围
30≤A x ≤30;20≤A y ≤30;150≤D x ≤200;200≤D y
≤250;80≤L AB ≤150;150≤L BC ≤200;200≤L CD ≤250;250≤L B E ≤300;300≤L CE ≤350。1.3 目标函数
根据阿苏尔[3-5]基本组法的理论,任何平面机构都可以看作是由若干个基本杆组依次连接于主动件和
6
4 机械传动 2008年
机架上而构成的。显然该机构是由单构件和RRR 型双杆组构成,因此可得E 点坐标。用机构生成的E 点坐标与给定轨迹的相应点坐标之差的平方和的均方根值为该数学模型的目标函数,有
min F (x )={1n 6n
i =1
[(E x -E x ′
)2+(E y -E y ′)2]}12(9)其中,E x ′,E y ′分别为规定曲线的x ,y 坐标,E x ,E y 机构生成的E 点x ,y 坐标。
2 仿真优化
本文利用M AT LAB/SI M U LI NK 对四连杆机构建模,然后用iSIGHT 与M AT LAB 结合,对连杆结构进行优化。2.1 Sim Mechanics 简介
Sim Mechanics 是the MathW orks 公司于近期推出的机构系统模块集,它可以对各种运动副连接的刚体进行建模与仿真,实现对机构系统进行分析与设计的目的。它提供了一个可以在SI M U LI NK 环境下直接使用的模块集,可以将表示各种机构的模块在普通SI M U LI NK 窗口中绘制出来,并通过它自己提供的检测与驱动模块和普通SI M U LI NK 模块连接起来,获得整个系统的仿真结果[6]。
该模块组中包含下面几个子模块组:刚体子模块组;约束与驱动模块组;辅助工具模块组;运动副模块组;检测与驱动模块组。2.2 连杆机构模型
应用Sim Mechanics 建立图2中的曲柄摇杆机构,
仿真框图和动画显示图分别为图3和图4
。
图3 曲柄摇杆机构仿真框图
2.3 iSIGHT 简介
iSIGHT 是由美国Engineous 公司出品的过程集成、
优化设计和稳健性设计的软件,可以将数字技术、推理技术和设计探索技术有效融合,并把大量需要人工完成的工作由软件实现自动化处理,好似一个软件机器
人在代替工程设计人员进行重复性的、易出错的数字
处理和设计处理工作。iSIGHT 软件可以集成仿真代码并提供设计智能支持,从而对多个设计可选方案进行评估,研究,大大缩短了产品的设计周期,显著提高
。
图4 曲柄摇杆机构的动画显示
iSIGHT 可以通过简单的调用方式将大部分商用
软件集成起来进行性综合优化,大大节省了工程人员
的时间精力。2.4 iSIGHT 模型建立将Sim Mechanics 建立的曲柄摇杆机构集成到iSIGHT 中进行尺度优化。其中的数据流程关系如图5所示。图中EightPath 模块集成M AT LAB/Simulink 的Sim Mechanics 进行机构仿真,流程如图6所示。集成仿真将文件解析、M AT LAB 调用、输出解析融为一体
。
图5 iSIG HT 数据流程图图6 集成调用S im M echanics 流程
iSIGHT 调用M AT LAB 主要有以下3种方式1)Matlab input.m ;
2)Matlab -r input.m -log file output.dat ;3)将M AT LAB 命令写入MS -Dos 可执行文件,iSIGHT 调用该文件。
其中,前两种方式可以直接将调用命令写入iSIGHT 中,第三种需要调用可执行文件。但是第三种比较通用,iSIGHT 调用其它软件均可以类似方式进行。所以本文采用第三种,MS -Dos 可执行文件的格式如下:
matlab -r preprocess
其中的preprocess 为数据准备的M 文件,在数据
准备中需对设计变量赋值,调用
(下转第56页)7
4第32卷 第4期 基于S imMechanics 和iSIG HT 的平面四杆机构的运动仿真和优化
实际测量。运行的速度为0.2″/s,以运行时间间隔30秒为采样点,即对应的测量角度为6″,得出转台的理论位置曲线和实际位置曲线,如图6所示。由于千分表的量程有限和实际操作条件的限制,共实测了30组数据,总共15分钟。分别测量3次,取各自的平均值作为实际值。
图6中的曲线,验证了前面分析所得出的两点结论,随着测量角度的增大,角度测量误差相应的增大;在小角度测量时有着很高的精度。试验中测量的角度为3′,测量精度为1.057″。如把千分表换成量程更大、精度更高的长度计,德国Heidenhain公司有这种产品,如MT12,量程为12mm,精度为±0.2μm。则这种测量方法优点更加突出。一是量程增大了,可以测量更大的转角;二是从上面的分析可知,千分表的测量精度(4μm)引起的角度误差占了很大的比例,如果换成测量精度更高的长度计,则这一项误差会降很多。总之,采用这种测量方法,再配上大行程、高精度的长度计,在0.5°的测角范围内,角度测量精度能到1″左右。在经费有限的情况下,对小角度测量有一定的参考价值。
参考文献
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正多面棱体偏差的符号取定[J].计量技术,2003(12):42-45.
[2] 蔡宗平,王跃钢,许化龙.高精度低速回转台自动化检定方法与实
现[J].航空计测技术,1998,18(4):10-11.
[3] 刘文魁,石建玲.光电旋转编码器在角度测量中的应用[J].现代
制造工艺,2006(11):90-91.
收稿日期:20070927 收修改稿日期
:20071029
基金资助:国家自然科学基金资助项目(10778630)
作者简介:王国民(1967-),男,江苏海安人,高级工程师,博士
(上接第47页)
Simulink仿真生成结果,计算约束条件。得出E点坐
标值在iSIGHT的Calculation中计算目标函数,这样可
以加快求解。
2.5 优化结果
采用iSIGHT中提供的自适应模拟退火(Adaptive
Simulated Annealing)算法对模型进行优化,优化结果列
于表1,目标函数的迭代曲线如图7所示。
表1 优化结果
变量初值优化值
A x2521.4208
A y2521.2899
D z175174.5106
D y225231.6546
L A B115103.5033
L BC175187.3029
L C D225219.4422
L BE275299.8194
L CE325331.1106
F(x)645.938129.1794
图7 目标函数迭代曲线
3 结论
应用M AT LAB/SI M U LI NK中的Sim Mechanics模块
对平面四连杆机构建模,并进行了仿真分析。同时,应
用iSIGHT对机构连杆上一点的轨迹进行优化。得到
以下结论:(1)使用Sim Mechanics可以简单方便地对四
连杆机构建模,解决机构系统的仿真问题;(2)应用
iSIGHT对连杆机构进行轨迹优化,方便地得到满足设
计要求的机构参数。iSIGHT结合Sim Mechanics软件是
进行机构优化设计的方便、有效途径。
可以进一步对模型进行动力分析、精度分析等,同
时结合iSIGHT进行优化,得到满足要求的机构。
参考文献
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连杆机构仿真和动力学分析[J].机械传动,200,31(1):34-36.
收稿日期:20070830
作者简介:庞和喜(1982-),河北唐山人,硕士研究生
kinematical performance are better than the original that.
K ey w ords : S tep -search method Multiple -linkage mechanism
Drawing performance
The Motion Simulation and Optimization of Four -b ar Mech anism b ased on SimMech anics and iSIGHT Pang Hexi ,Cao H ongjun (46)
……………………………
…………………………………Abstract An approach of implementing dimensional optimization for mechanisms by using the s oftware of iSIG HT combined with Matlab/S imulink was presented.The kinetic m odel of the mechanism was estab 2lished using S imMechanics within M AT LAB/SI M U LI NK.The optimiza 2tion m odel was established in iSIG HT.The S imulink m odel was called automatically by iSIG HT during optimization process.As an example ,the optimization of the path generation problem for 4-bar mechanism was implemented by this method.The computing results show that this method is effective and convenient for implementing mechanism opti 2mizations.
K ey w ords : Planar four -bar mechanism Dimensional optimization
S im Mechanics iSIG HT
The Choice of G ear Modification Coefficient by U sing Sense -re 2versing Method Zhao Zhenjiang (48)………………………………Abstract A new kind of method for the choice of gear m odification co 2efficients is presented .Its main idea is regard gear m odification coeffi 2cient as a known parameter.The method take full advantage of a com 2puter ’s features of quick operation and accurate calculation and judge 2ment function.A computer can find m odification coefficients from a lots of m odification coefficients which meet the needs of given condition ,in the same time user needs input all kinds of given parameters and limited conditions only.
K ey Words : G ear M odification coefficient VB Sense -re 2versing method
Measurement Method and Accuracy Analysis of a Turntable Posi 2tion
Wang G uomin (54)
……………………………………………Abstract There are s ome ways to measure the turntable rotation posi 2tion.Different ways have different apparatus to finish the measurement ,but ,the price of these professional apparatus are very high ,it is impos 2sible for a small research team to buy them.S o ,a simple and special method ,measuring linear distance instead of arc distance to calculate the rotation angle ,is proposed aim at the small measurement angle and low rotation velocity.Meanwhile ,the factors ,which affect the measure 2ment accuracy ,are als o probed.Experiment shows that this method is simple ,reliable and low cost.The angle position error is less than 1.13″under the 10′angle range and less than 1.68″under 0.5°angle range.K ey w ords : Turntable P osition accuracy Small angle measure Angle measure error
The E ffect of Manu facture E rror on R oller F ailure for Overdrive Clutch
X ie Mingjun ,Chen G uoding (57)
…………………………Abstract The uneven distribution phenomenon of the roller contact stress is studied ,when the roller overdrive clutch ,under the condition of the largest torque 2500N ?m ,has the parallel errors of the distance ring notches side and the inner cam roller w orking surface with the axis (namely nose stress concentration ).Through the analysis of different errors in fluencing the roller contact stress distribution ,it can provide the important value basis for controling the errors of the overdrive clutch manu facture and the assembly process.
K ey w ords : Overdrive clutch R oller Parallel error Error anal 2ysis
The Application of Exp ansive Ch aracteristic Diagram to the Analy 2sis of P lanetary Differential G ui Naipan ,Luo Y ouxin ,He Zhemin (60)
………………………………………
……………………Abstract It is introduced how the graduation of expansive character 2istic diagram of planetary differential ,J characteristic diagram ,classifi 2cation diagram of power flow and equality efficiency chart are expressed in the expansive characterstic diagram.And an example is opplied as the analysis in close planetary transmission of power diffluence.By characteristic diagram ,various design projects can be easy compared.K ey w ords : Planetary differential Expansive characteristic diagram
J characteristic diagram P ower flow E fficiency
Method of G ear F ault Diagnosis b ased on Time Series Analysis and RBF N eural N etw orks Li Li ,Jiang Y u ,Li Zhixiong (63)…………Abstract Due to incipient fault features of gear being not obvious ,a method based on time series analysis and radial basis function neural netw orks is proposed.First the vibratory signals in normal and fault states have been analyzed by time series analysis respectively ,s o state features can be extracted effectively by the time series m odel ’s autore 2gressive coefficients.Then the autoregressive coefficients make up the eigenvectors which are taken as inputs for neural netw orks training.C onsequently the identification and diagnosis of gears in different w ork 2ing conditions ,such as normal ,crack ,gear tooth broken ,and partial pitting etc.have been accomplished.The diagnosis result shows that the method based on time series analysis and R BF neural netw ork is fea 2sible for multiple or early fault classification.
K ey w ords : G ear faults Diagnosis T ime series analysis Fea 2ture extraction R BF Neural netw orks
A G ear F aults Diagnosis Method b ased on Bispectrum Wu X iaoming ,Zhu Linghong (67)
…………
……………………………Abstract A gear faults diagnosis method based on bispectrum is put forward.Firstly ,non -linear characteristic signals of gear is g ot ,gauss background signals is eliminated making use of bispectrum character.
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、
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。
平面连杆机构基础习题及答案
平面连杆机构 一、复习思考题 1、什么是连杆机构？连杆机构有什么优缺点？ 2、什么是曲柄？什么是摇杆？铰链四杆机构曲柄存在条件是什么？ 3、铰链四杆机构有哪几种基本形式？ 4、什么叫铰链四杆机构的传动角和压力角？压力角的大小对连杆机构的工作有何影响？ 5、什么叫行程速比系数？如何判断机构有否急回运动？ 6、平面连杆机构和铰链四杆机构有什么不同？ 7、双曲柄机构是怎样形成的？ 8、双摇杆机构是怎样形成的？ 9、述说曲柄滑块机构的演化与由来。 10、导杆机构是怎样演化来的？ 11、曲柄滑块机构中，滑块的移动距离根据什么计算？ 12、写出曲柄摇杆机构中，摇杆急回特性系数的计算式？ 13、曲柄摇杆机构中，摇杆为什么会产生急回运动？ 14、已知急回特性系数，如何求得曲柄的极位夹角？ 15、平面连杆机构中，哪些机构在什么情况下才能出现急回运动？ 16、平面连杆机构中，哪些机构在什么情况下出现“死点”位置？ 17、曲柄摇杆机构有什么运动特点？ 18、试述克服平面连杆机构“死点”位置的方法。 19、在什么情况下曲柄滑块机构才会有急回运动？ 20、曲柄滑块机构都有什么特点？ 21、试述摆动导杆机构的运动特点？ 22、试述转动导杆机构的运动特点。 23、曲柄滑块机构与导杆机构，在构成上有何异同？ 二、填空题 1、平面连杆机构是由一些刚性构件用副和副相互联接而组成的机构。 2、平面连杆机构能实现一些较复杂的运动。 3、当平面四杆机构中的运动副都是副时，就称之为铰链四杆机构；它是其他多杆机构的。
4、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周的叫曲柄。 5、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作的叫摇杆。 6、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。 7、平面四杆机构有三种基本形式，即机构，机构和机构。 8、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和或其他两杆的长度之和；最短杆的相邻构件为，则最短杆为。 9、在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作____ 运动，即得到双曲柄机构。 10、在机构中，如果将杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。 11、在机构中，最短杆与最长杆的长度之和其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为，都可以组成双摇杆机构。 12、曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构的长度趋向而演变来的。 13、导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的而演变来的。 14、将曲柄滑块机构的改作固定机架时，可以得到导杆机构。 15、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把运动转换成运动。 16、曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把` 运动转换成。 17、曲柄摇杆机构的不等于00，则急回特性系数就，机构就具有急回特性。 18、实际中的各种形式的四杆机构，都可看成是由改变某些构件的，或选择不同构件作为等方法所得到的铰链四杆机构的演化形式。 19、若以曲柄滑块机构的曲柄为主动件时，可以把曲柄的运动转换成滑块的运动。 20、若以曲柄滑块机构的滑块为主动件时，在运动过程中有“死点”位置。 21、通常利用机构中构件运动时的惯性，或依靠增设在曲柄上的惯性来渡过“死点”位置。 22、连杆机构的“死点”位置，将使机构在传动中出现或发生运动方向等现象。 23、飞轮的作用是可以，使运转。 24、在实际生产中，常常利用急回运动这个特性，来缩短时间，从而提高。
平面六杆机构的运动分析
机械原理大作业（一）平面六杆机构的运动分析 班级： 学号： 姓名： 同组者: 完成时间：
一．题目 1．1 说明 如图所示为一片面六杆机构各构件尺寸如表格1所示，又知原动件1以等角速度ω=1rad/s沿逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角加速度以及E点的位移、速度及加速度的变化情况。1．2 数据 组号L1L2L’2L3L4L5L6 x G y G 1-A 26.5 105.6 65.0 67.5 87.5 34.4 25.0 600 153.5 41.7 表格1 条件数据 1．3 要求 三人一组，编程计算出原动件从0~360o时（计算点数N=36）所要求各运动变量的大小，并绘制运动线图及点的轨迹曲线。
二．解题步骤 由封闭图形ABCD可得： 由封闭图形AGFECD可得 于是有： 112233 1122433 sin sin sin1 cos cos sin2 l l l l l l l θθθ θθθ +=-------- +=+----- / 1122225566 / 1122225566 cos cos sin cos cos153.53 sin sin cos sin sin41.74 l l l l l l l l l l θθθθθ θθθθθ +++=+---- +-+=+----- 对以上1到4导可得- 222333111 222333111 / 55566611122222 / 55566611122222 cos cos cos sin sin sin sin sin sin(sin cos) cos cos cos(cos sin) l l l l l l l l l l l l l l l l θωθωθω θωθωθω θωθωθωωθθ θωθωθωωθθ-+= -=- -=--- -=--+
第2章 平面连杆机构
第2章平面连杆机构 题2-1 试根据图2.14 中标注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构，还是双摇杆机构。 a ） b ） c ） d ） 图2.14 题2-2 试运用铰链四杆机构有整转副的结论，推导图2.15 所示偏置导杆机构成为转动导杆机构的条件（提示：转动导杆机构可视为双曲柄机构）。 图2.15 题2-3 画出图2.16 所示各机构的传动角和压力角。图中标注箭头的构件为原动件。 图2.16 题2-4 已知某曲柄摇杆机构的曲柄匀速转动，极位夹角为，摇杆工作行程须时7s 。试问：
（1 ）摇杆空回行程需几秒？（2 ）曲柄每分钟转速是多少？ 题2-5 设计一脚踏轧棉机的曲柄摇杆机构，要求踏板在水平位置上下各摆，且 ，。（1 ）试用图解法求曲柄和连杆的长度；（2 ）用公式（2-3 ）和（2-3 ）′ 计算此机构的最小传动角。 图2.17 题2-5 解图 题2-6 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速度变化系数。（1 ）用图解法确定其余三杆的尺寸；（ 2 ）用公式（ 2 — 3 ）和（2-3 ）′确定机构 最小传动角（若，则应另选铰链A 的位置，重新设计）。 题2-7 设计一曲柄滑块机构。已知滑块的行程，偏距，行程速度变化系数。求曲柄和连杆的长度。 图2.19 题2-8 设计一导杆机构。已知机架长度，行程速度变化系数，求曲柄长度。
图2.20 题2-9 设计一曲柄摇杆机构。已知摇杆长度，摆角，摇杆的行程速度变化系数 ，且要求摇杆的一个极限位置与机架间的夹角，试用图解法确定其余三杆的长度。 图2.21 题2-10 设计一铰链四杆机构作为加热炉门的启闭机构。已知炉门上的两活动铰链中心距为，炉门打开后成水平位置时，要求炉门温度较低的一面朝上（如虚线所示），设固定铰链 安装在轴线上，其相关尺寸如图所示，求此铰链四杆机构其余三杆的长度。 图2.22 题2-11 设计一铰链四杆机构。已知其两连架杆的四组对应位置间的夹角为，
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。- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ( )
机械设计 第1章 平面机构及其运动简图
第一章 平面机构及其运动简图 案例导入：通过硬纸片是否钉在桌面上及常见的推拉门、活页等例子，引入自由度、铰链、铰接、约束条件和运动副、运动链、机构等概念，介绍运动副的分类；以牛头刨床为例子导入运动简图，介绍用简单的符号和图形表示机器的组成和传动原理。 第一节 平面运动副 一、平面运动构件的自由度 平面机构是指组成机构的各个构件均平行于同一固定平面运动。组成平面机构的构 件称为平面运动构件。 两个构件用不同的方式联接起来，显然会得到不同形式的相对运动，如转动或移动。为便于进一步分析两构件之间的相对运动关系，引入自由度和约束的概念。如图1-1所示，假设有一个构件2，当它尚未与其它构件联接 之前，我们称之为自由构件，它可以产生3个独立 运动，即沿x 方向的移动、沿y 方向的移动以及绕 任意点A 的转动，构件的这种独立运动称为自由度。 可见，作平面运动的构件有3个自由度。如果我们 将硬纸片（构件2）用钉子钉在桌面（构件1）上， 硬纸片就无法作独立的沿x 或y 方向的运动，只能 绕钉子转动。这种两构件只能作相对转动的联接称 为铰接。对构件某一个独立运动的限制称为约束条件，每加一个约束条件构件就失去一个自由度。 二、运动副的概念 机构是具有确定相对运动的若干构件组成的，组成机构的构件必然相互约束，相邻 两构件之间必定以一定的方式联接起来并实现确定的相对运动。这种两个构件之间的可动联接称为运动副。例如两个构件铰接成运动副后，两构件就只能绕轴在同一平面内作相对转动，称为转动副，见图1-2a)、b)所示。又如图1-2d)所示，一根四棱柱体1穿入另一构件2大小合适的方孔内，两构件就只能沿轴线X 作相对移动，称之为移动副；图1-2c)所示为车床刀架与导轨构成的移动副。我们日常所见的门窗活叶、折叠椅等均为转动副，推拉门、导轨式抽屉等为移动副。 图1-1 自由构件 图1-2 平面低副
6-1平面连杆机构练习题(一)
6-1平面连杆机构练习题（一） 班级姓名学号 一，填空题 1，平面连杆机构的各构件是用、等方式连接起来的，各构件的相对运动均在_________平面或的平面内。 2，平面四杆机构是的平面连杆机构，其结构，易于，工作_______，因此应用非常广泛。 3，运动副是使两构件而又能产生一定的连接。 4，运动副按其运动范围分为和两大类。 5，平面运动副根据组成运动副的两构件的接触形式不同，可分为和 6，低副是指两构件之间作的运动副。 7，高副是指两构件之间作或接触的运动副。 8，铰链四杆机构是由4个构件通过连接而成的机构。 9，铰链四杆机构中固定不动的杆称为，与机架用转动副相连的杆称为，不与机架直接连接的杆称为。 10，能作整周转动的连架杆称为，仅能在小于360度的某一角度内摆动的连架杆称为 11、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和或其他两杆的长度之和；最短杆的相邻构件为，则最短杆为。 12，在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作运动，即得到双曲柄机构。 13，在机构中，如果将杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。 14，在机构中，最短杆与最长杆的长度之和其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为，都可以组成双摇杆机构。 15、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周的叫曲柄。16、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作的叫摇杆。 17、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。 18、平面四杆机构有三种基本形式，即机构，机构和机构。 二，判断题 （）1，在平面连杆机构中，只要以最短杆作固定机架，就能得到双曲柄机构。 （）2，铰链四杆机构的曲柄存在条件是：连架杆或机架中必有一个是最短杆；最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和。 （）3，利用选择不同构件作固定机架的方法，可以把曲柄摇杆机构改变成双摇杆机构。 （）4. 键与滑移齿轮组成移动副。 （）5. 高副比低副的承载能力大。 （）6. 铰链连接是转动副的一种具体形式。 （）7. 高副是点和线接触的运动副，所以承受载荷时单位面积压力较小。 （）8、平面连杆机构的基本形式，是铰链四杆机构。 （）9、曲柄和连杆都是连架杆。 （）10、平面四杆机构都有曲柄。 （）11、铰链四杆机构都有摇杆这个构件。 （）12、铰链四杆机构都有连杆和静件。 （）13、在平面四杆机构中，只要两个连架杆都能绕机架上的铰链作整周转动，必然是双曲柄机构。（）14、只有曲柄摇杆机构，才能实现把等速旋转运动转变成往复摆动运动。 （）15、只有以曲柄摇杆机构的最短杆固定机架，才能得到双曲柄机构。 （）16、利用改变构件之间相对长度的方法，可以把曲柄摇杆机构改变成双摇杆机构。 （）17、曲柄摇杆机构的摇杆，在两极限位置之间的夹角ψ，叫做摇杆的摆角。 三，单项选择题 1，铰链四杆机构最短杆与最长杆长度之和大于其于两杆长度之和，取最短杆为机架，则为（） A曲柄摇杆机构 B双曲柄机构 C双摇杆机构 2，铰链四杆机构中，若最长杆与最短杆之和大于其他两杆之和，则机构有( )。 A. 一个曲柄 B. 两个连杆 C. 两个曲柄 D. 两个摇杆
平面四杆机构的基础知识
平面四杆机构的基础知识 曲柄 杆长条件：最短杆与最长杆这和小于其他两杆长度之和 最短杆为机架时----双曲柄 最短杆为连架杆-----曲柄摇杆机构 最短杆为连杆-------双摇杆机构 行程速比系数=180+A/180-A A位极位夹角 K值越大，机构的急回特性越显著。 曲柄与机架共线时曲柄摇杆机构中传动角最小 压力角和传动角 存在曲柄的必要条件：满足感长条件最短杆为机架或连架杆死点压力角=90度 存在死点的条件是 尖顶实际轮廓=理论轮廓 滚子互为法向等距曲线 基圆：中心到理论轮廓的最小距离 压力角：从动件受力方向与速度方向的夹角 压力角越小越好 基圆半径越小，压力角越大 凸轮机构中等速运动规律（刚性冲击） 等加速运动等减速运动（柔性冲击） 余弦加速运动（柔性冲击） 凸轮轮廓曲线设计：1、基圆 2、偏心圆
3、做偏心圆的切线 4、在切线自基圆量取从动件的位移量 看压力角的标注从动件受力方向与速度方向的夹角 斜齿轮正确啮合的条件、模数压力角螺旋角匹配标准参数取在法面上几何尺寸计算在端面 渐开线齿轮切制分为仿形法和展成法 齿形系数YFa只与齿数有关与修正系数P89 小齿轮的弯曲应力大于大齿轮的弯曲应力 大齿轮的弯曲强度大于小齿轮的弯曲强度 一对齿轮的接触应力是相等的(作用力与反作用力），小齿轮的分度圆直径和中心距决定齿面接触疲劳强度 不发生跟切得最少齿数p81
渐开线曲率半径（渐开线离基圆越近，曲率半径越小，渐开线月弯曲 渐开线离基圆越近，压力角越小 轮齿折断一般发生在齿根 疲劳点蚀首先出现在节线附近的齿根面上（闭式软齿面齿轮传动中）齿面磨损是开式齿轮传动的主要失效形式 齿面胶合出现在高速重仔的闭式齿轮传动中 齿面塑性变形出现在低速重载或濒繁起动的软齿面齿轮传动中 斜齿轮弯曲强度计算应按当量齿数查修正系数和齿形系数 分度圆和节圆半径在标准圆柱齿轮中相等 啮合角就是齿轮在节圆处的压力角 避免因装配误差使齿轮产生轴向错位导致实际齿宽减小
第3章 平面机构的运动分析答案
一、填空题： 1．速度瞬心是两刚体上瞬时速度相等的重合点。 2．若瞬心的绝对速度为零，则该瞬心称为绝对瞬心； 若瞬心的绝对速度不为零，则该瞬心称为相对瞬心。 3．当两个构件组成移动副时，其瞬心位于垂直于导路方向的无穷远处。当两构件组成高副时，两个高副元素作纯滚动，则其瞬心就在接触点处；若两个高副元素间有相对滑动时，则其瞬心在过接触点两高副元素的公法线上。 4．当求机构的不互相直接联接各构件间的瞬心时，可应用三心定理来求。 5．3个彼此作平面平行运动的构件间共有 3 个速度瞬心，这几个瞬心必定位于一条直线上。 6．机构瞬心的数目K与机构的构件数N的关系是K＝N(N－1)/2 。 7．铰链四杆机构共有6个速度瞬心，其中3个是绝对瞬心。 8．速度比例尺μν表示图上每单位长度所代表的速度大小，单位为：(m/s)/mm 。 加速度比例尺μa表示图上每单位长度所代表的加速度大小，单位为(m/s2)/mm。 9．速度影像的相似原理只能应用于构件，而不能应用于整个机构。 10．在摆动导杆机构中，当导杆和滑块的相对运动为平动，牵连运动为转动时（以上两空格填转动或平动），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2×相对速度×牵连角速度；方向为相对速度沿牵连角速度的方向转过90°之后的方向。 P直接标注在图上)。 二、试求出图示各机构在图示位置时全部瞬心的位置(用符号 ij
12 三、 在图a 所示的四杆机构中，l AB =60mm,l CD =90mm ，l AD =l BC =120mm ，ω2=10rad/s ，试用瞬心法求： 1）当φ＝165°时，点C 的速度v C ； 2）当φ＝165°时，构件3的BC 线上速度 a ) 24） 14（P 13） P 24 P 23→∞
平面连杆机构习题及解答
平面连杆机构习题及解答 一、复习思考题 1、什么是连杆机构？连杆机构有什么优缺点？ 2、什么是曲柄？什么是摇杆？铰链四杆机构曲柄存在条件是什么？ 3、铰链四杆机构有哪几种基本形式？ 4、什么叫铰链四杆机构的传动角和压力角？压力角的大小对连杆机构的工作有何影响？ 5、什么叫行程速比系数？如何判断机构有否急回运动？ 6、平面连杆机构和铰链四杆机构有什么不同？ 18、试述克服平面连杆机构“死点”位置的方法。 二、填空题 1、平面连杆机构是由一些刚性构件用副和副相互联接而组成的机构。 2、平面连杆机构能实现一些较复杂的运动。 3、当平面四杆机构中的运动副都是副时，就称之为铰链四杆机构；它是其他多杆机构的。 4、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周的叫曲柄。 5、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作的叫摇杆。 6、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是，另一个是，也可以两个都是或都是。 7、平面四杆机构有三种基本形式，即机构，机构和机构。 8、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和或其他两杆的长度之和；最短杆的相邻构件为，则最短杆为。 9、在曲柄摇杆机构中，如果将杆作为机架，则与机架相连的两杆都可以作____ 运动，即得到双曲柄机构。 10、在机构中，如果将杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。 11、在机构中，最短杆与最长杆的长度之和其余两杆的长度之和时，则不论取哪个杆作为，都可以组成双摇杆机构。 12、曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构的长度趋向而演变来的。 13、导杆机构可看做是由改变曲柄滑块机构中的而演变来的。 14、将曲柄滑块机构的改作固定机架时，可以得到导杆机构。
平面连杆机构 试题讲解学习
第二章 平面连杆机构 一、判断题（正确 T ，错误 F ） 1. 任何平面四杆机构出现死点时对工作都是不利的，因此应设法避免。 （ ） 2. 铰链四杆机构存在曲柄的条件是最短杆与最长杆之和大于或等于其余两杆长度之和。（ ） 3. 低副联接的三个构件不能组成机构，只能构成一个构件。 （ ） 4. 机构处于死点位置时，机构中的从动件将出现自锁或运动不确定现象。 （ ） 5. 极位夹角是从动件在两个极限位置时的夹角。 （ ） 6. 在铰链四杆机构中，通过取不同构件作为机架，则可以分别得到曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。 （ ） 7. 平面四杆机构中，压力角越小，传动角越大，机构的传动性能越好，效率越高。 （ ） 二、单项选择题 1. 在下列平面四杆机构中，无论以哪一构件为主动件，都不存在死点位置（ ）。 A 曲柄摇杆机构 B 双摇杆机构 C 双曲柄机构 D 曲柄滑块机构 2. 为使机构顺利通过死点，常采用在高速轴上装（ ）增大惯性。 A 齿轮 B 飞轮 C 凸轮 D 蜗轮 3. 当曲柄为主动件时，曲柄摇杆机构的最小传动角min γ总是出现在（ ）。 A 连杆与曲柄成一条线时 B 连杆与机架成一条线时； C 曲柄与机架成一条线时 D 曲柄、连杆与机架成一条线时。 4. 无急回特性的平面四杆机构，其极位夹角为（ ）。 A ?<0θ B ?=0θ C ?≥0θ D ?>0θ 5. 一曲柄摇杆机构，若改为以曲柄为机架，则将演化为（ ） A 曲柄摇杆机构 B 双曲柄机构 C 双摇杆机构 D 导杆机构 6. 铰链四杆机构ABCD 中，AB 为曲柄，CD 为摇杆，BC 为连杆。若杆长l AB =30mm ，l BC =70mm ，l CD =80mm ，则机架最大杆长为（ ） A 80mm B 100mm C 120mm D 150mm 7. 在下列平面四杆机构中，一定无急回特性的机构是（ ） A 曲柄摇杆机构 B 摆动导杆机构 C 对心曲柄滑块机构 D 偏置曲柄滑块机构 三、填空题 1. 在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的运动特性称为 。 2. 当压力角α大到某一数值时，不论推力为多大，都不能使从动件运动，凸轮机构将发生 。 3. 平面四杆机构中，已知行程速比系数为K ，则极位夹角的计算公式为 。 四、简答题 1. 何为平面连杆机构？平面四杆机构具有哪些基本特征？ 2. 铰链四杆机构存在曲柄的必要条件是什么？铰链四杆机构有哪几种形式，如何判断？ 3. 根据图中所注尺寸判断下列铰链四杆机构是曲柄摇杆机构、双曲柄机构、还是双摇杆机构，并说明为什 么。
平面四杆机构分析报告
工业设计机械设计基础大作业 一、序言 平面连杆机构是若干个刚性构件通过低副(转动副、移动副)联接，且各构件上各点的运动平面均相互平行的机构。虽然与高副机构相比，它难以准确实现预期运动，设计计算复杂，但是因为低副具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点，故平面连杆机构广泛用于各种机械和仪器。对连杆机构进入深入透彻的研究，有助于工业设计的学生在今后的产品设计中对其进行灵活应用或创新改进。 二、平面连杆机构优缺点的介绍 连杆机构应用十分广泛，它是由许多刚性构件用低副连接而成的机构，故称为低副机构，这类机构常常应用于各种原动机、工作机和仪器中。例如，抽水机、空气压缩机中的曲柄连杆机构，牛头刨床机构中的导杆机构，机械手的传动机构，折叠伞的收放机构等。这其中铰链四杆机构，曲柄滑块机构和导杆机构是最常见的连杆机构形式。 它们的共同特点是：第一，它们的运动副元素是面接触，所以所受的压力较高副机构小，磨损轻；第二，低副表面为平面和圆柱面，所以制造容易，并且可获得较高的加工精度；第三，低副元素的接触是依靠本身的几何约束来实现的，因此不需要高副机构中的弹簧等保证运动副的封闭装置。 连杆机构也存在如下一些缺点：为了满足设计的要求，往往要增加构件和运动副数目，使机构构造复杂，有可能会产生自锁；制造的不精确所产生的累积误差也会使运动规律发生偏差；设计与计算比高副机构复杂；在连杆机构运动过程中，连杆及滑块的质心都在作变速运动，所产生的惯性力难以用一般方法方法加以消除，因而会增加机构的动载荷，所以连杆机构不宜用于高速运动。此外，虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计却是十分困难的，且一般只能近似地得以满足。 正因如此，所以如何根据最优化方法来设计连杆机构，使其能最佳地满足设计要求，一直是连杆机构研究的一个重要课题。 三、平面四杆机构的基本类型与应用实例。 连杆机构是由若干刚性构件用低副连接所组成的。在连杆机构中，若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。平面四杆机构是平面连杆机构的最基本形式，这其中所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。 在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将四杆机构分为三种基本形式。即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。其中： 1.曲柄摇杆机构 在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄（整周回转），另一个为摇杆（一定范围内摆动），则称为曲柄摇杆机构。 在这种机构中，当曲柄为原动件时，可将原动件的连续转动，转变为摇杆的反复摆动。如飞剪、间歇传送机构、传送带送料机构等。
平面四杆机构的基本类型及其演化
第三讲 课题：§3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化 教学目的：理解平面四杆机构的各种类型及其应用。 教学重点:铰链四杆机构类型及其演化，理解曲柄存在条件。 教学难点：导杆机构 教学方法：课堂演示、多媒体 教学互动：每个知识点后提问或讨论。 教学安排： §3-1 平面四杆机构的基本类型及其演化 复习旧课：机构组成，运动副，运动简图等。 平面连杆机构是常用的低副机构，其中以由四个构件组成的四杆机构应用最广泛，而且是组成多杆机构的基础。因此本章着重讨论四杆机构的基本类型、性质及常用设计方法。 一、四杆机构的类型 1．曲柄摇杆机构 两连架杆一为曲柄，一为摇杆。 功能：将等速转动转换为变速摆动或将摆动转换为连续转动。 应用：雷达天线机构、缝纫机踏板机构。 2．双曲柄机构 两连架杆都为曲柄 功能：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向转动。 应用：惯性筛机构 若两曲柄的长度相等，连杆与机架的长度也相等，则该机构称为平行双曲柄机构。如铲斗机构
还有反平行四边形机构，例：公共汽车车门启闭机构。3．双摇杆机构 两连架杆都为摇杆 功能：一种摆动转换为另一种摆动。 应用：鹤式起重机、飞机起落架 二、铰链四杆机构的曲柄存在条件 证明： 结论：铰链四杆机构存在一个曲柄的条件是： 1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。2．曲柄为最短杆。 铰链四杆机构存在曲柄的条件是： 1．最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。2．机架或连架杆为最短杆。 三、四杆机构类型判别 否Lmax+Lmin≤L′+L″是 不可能有曲柄可能有曲柄 最短杆对边最短杆 最短杆邻边 双摇杆机构曲柄摇杆机构双曲柄机构 四、铰链四杆机构的演化 1．曲柄滑块机构 2．偏心轮机构 3．导杆机构 ①摆动导杆机构（牛头刨床）
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。
铰链四杆机构试题参考答案
一、填空题 1．平面连杆机构中的运动副均是低副，因此平面连杆机构是低副机构。 2．构件间用四个转动副相连的平面四杆机构，称为平面铰链四杆机构。 3．铰链四杆机构中曲柄存在的条件是：连架杆与机架中必有一个是最短杆和最短杆与最长杆长度之和必小于或等于其余两杆长度之和,两条件必须同时满足。 4．连杆与机架的长度相等、两个曲柄的长度相等且转向相同的双曲柄机构,称为平行四边形机构。 5．曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的。 6．若导杆机构机架长度l1与曲柄长度l2的关系为l1
第一章平面机构运动简图及其自由度 (1)
第一章平面机构运动简图及其自由度 基本要求：了解平面运动副及平面机构简图绘制；掌握平面运动链的自由度及其具有确定运动的条件。 重点：平面机构运动简图的绘制及自由度的计算。 难点：平面机构的自由度计算、虚约束的判断。 学时：课堂教学：4学时。 教学方法：多媒体结合板书。 第一节运动副及其分类 机构的分类：平面机构：所有的构件都在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。 空间机构：所有的构件不全在相互平行的平面内运动的机构。 构件的自由度：构件可能出现的独立运动，如图1-1所示。 空间自由构件：6个 平面自由构件：3个 约束：附加在构件上对构件自由度的限制。 图1-1 构件的自由度 1.1.1 运动副 由两构件组成的可动联接。 三要素：两构件组成、直接接触、有相对运动。 运动副元素：构件上直接参与接触而构成运动副的表面。 1.1.2 运动副的分类 1、根据引入约束的数目分：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级副。 2、根据构成运动副的两构件的接触情况分： 低副：面接触。 高副：点或线接触，如图1-2 所示。 3、根据构成运动副的两构件的运动范围分： 平面副：组成运动副的两构件都在同一或平行平面内运动。 平面副：组成运动副的两构件不在同一或平行平面内运动。 4、根据构成运动副的两构件的相对运动分：
移动副：组成运动副的两构件作相对移动，如图1-3所示。 转动副：组成运动副的两构件作相对转动，如图1-4所示。 螺旋副：组成运动副的两构件作螺旋运动，如图1-5所示。 球面副：组成运动副的两构件作球面运动，如图1-6所示。 常用及我们这本书主要介绍的是： 图1-2 高副图1-3 移动副图1-4 转动副 图1-5 螺旋副图1-6 球副 特点：低副：1）面接触——接触比压低，承载能力大。 2）接触面为平面或柱面。便于加工，成本低；便于润滑。 3）引入二个约束，Ⅱ级副。 高副：1）点、线接触。接触比压高，承载能力小。 2）接触面曲面。不便于加工和润滑。 3）引入一个约束。Ⅰ级副。 第二节平面机构运动简图 1.2.1 机构运动简图 根据机构的运动尺寸，按一定的比例尺定出各运动副的位置，用国标规定的运动副及常用机构运动简图的符号和简单的线条将机构的运动情况表示出来，与原机构运动特性完全相同的，表示机构运动情况的简化图形。 机构示意图：表示机构的运动情况，不严格地按比例来绘制的简图。 1.2.2 机构运动简图的绘制 1、运动副的表示方法 表1-1 运动副的表示方法 2、常用机构的简图表示方法 表1-2 常用机构简图表示方法 3、一般构件的的表示方法 表1-3 一般构件表示方法 绘制步骤： 1、分析机构运动。 目的：确定构件及运动副的类型及数目。
在autocad中设计平面四杆机构
收稿日期：２００５－０８－２５ 作者简介：张正祥（１９６６－），男，湖北鄂州人，鄂州大学机械系讲师。研究方向：机械设计与制造。 第１２卷第６期 Ｖｏｌ．１２Ｎｏ．６鄂州大学学报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ２００５年１１月 Ｎｏｖ．２００５ 平面四杆机构设计可用作图法或解析法，其中解析法精度较高，并可用计算机辅助计算提高工作效率，得到了越来越广泛的应用。而作图法虽然具有原理简单、方法直观、作图便捷的优点，但手工作图误差较大，设计精度较低，不能满足工程实际所需要求，因而其使用范围已大大减少。尽管作图法的使用在很多场合受到限制，但是其独特的优点是解析法不能替代的。在作图法中应用ＡｕｔｏＣＡＤ软件进行四杆机构设计可大大提高设计精度和工作效率，满足较高的设计精度要求。 １ＡｕｔｏＣＡＤ软件绘图功能简介 ＡｕｔｏＣＡＤ软件的绘图功能强大，可以方便地生成平面 图形的各种基本要素，如点、直线、圆、多边形、样条曲线等。软件的图形编辑功能可对图形进行复制、平移、旋转、阵列、镜像、剪切、拉伸、延伸、倒角、删除等操作。在作图过程中，可以方便、精确地完成某些特殊点如线段端点、中点、交点、圆心、垂足、切点、节点等的捕捉，因而在作图过程中可快捷、精确地得到所需的垂直线、平行线、切线等。另外软件的尺寸标注功能可以方便地测量并标注出图形的各种尺寸，而各种常用符号及文字的标注也非常方便。除此之外， ＡｕｔｏＣＡＤ软件还具有辅助计算功能，可通过查询选项得到 计算机对实体特性的计算结果。 ２在ＡｕｔｏＣＡＤ中设计平面四杆机构２．１按给定的连杆位置设计四杆机构 ［１］ 参照图（ａ）设计一夹紧机构。已知连杆长ｌＢＣ＝４０ｍｍ和它的两个位置：Ｂ１Ｃ１为水平位置，Ｂ２Ｃ２为夹紧状态的死点位置。此时原动件ＣＤ处于铅垂位置。在ＡｕｔｏＣＡＤ中作图过程如图（ｂ），步骤如下（以下作图比例都选μｌ ＝１ｍｍ／ｍｍ）：（１）按已知条件作Ｂ１Ｃ１、Ｂ２Ｃ２的对应位置。 （２）连Ｂ１、Ｂ２两点，设置相关极轴角增量为９０°捕捉Ｂ１Ｂ２的中点作其垂直平分线，用延伸命令使Ｃ２Ｂ２延长线与该垂直平分线交于Ａ点，得铰链Ａ。选定正交方式过Ｃ２点作铅垂 线与Ｃ１Ｃ２的垂直平分线交于Ｄ点，得铰链Ｄ。 （３）连接ＡＢ２、ＡＤ、Ｃ２Ｄ，由ＡｕｔｏＣＡＤ的查询功能选项分 别查得ＡＢ２、ＡＤ、Ｃ２Ｄ线段的长度，即为杆ＡＢ、ＣＤ、ＡＤ的长度：ｌＡＢ＝１６．０２ｍｍ、ｌＣＤ＝３２．０１ｍｍ、ｌＡＤ＝５３． ９５ｍｍ。２．２按给定的行程速比系数设计四杆机构２．２．１设计曲柄滑块机构［１］ 已知一偏置曲柄滑块机构行程速比系数Ｋ＝１．５，滑块行 程ｓ＝５０ｍｍ，偏心距ｅ＝２０ｍｍ。作图求解过程如图（ｃ），步骤如下： （１）按已知条件作Ｃ１、Ｃ２的极限位置，并计算θ＝１８０（Ｋ－１）／（Ｋ＋１）＝３６° 。（２）设置相关极轴角增量为１２６° ，用极轴追踪功能由点Ｃ１作与Ｃ１Ｃ２成９０°－θ＝５４°夹角的直线，与过点Ｃ２用正交方式所作Ｃ１Ｃ２的垂直线交于Ｄ点。 （３）过Ｄ、Ｃ１与Ｃ２三点用绘圆命令作圆，以偏心距ｅ为距 离，以Ｃ２点为端点用对象捕捉功能作Ｃ１Ｃ２的平行线与圆交 在ＡｕｔｏＣＡＤ中设计平面四杆机构 张正祥 （鄂州大学机械系，湖北鄂州４３６０００） 摘要：在平面四杆机构的作图法中应用ＡｕｔｏＣＡＤ软件进行辅助设计，保持了作图法原理简单、 方法直观的优点，同时可减少作图误差，提高了作图效率和设计精度。 关键词：作图法；ＡｕｔｏＣＡＤ；平面四杆机构中图分类号：ＴＰ３９１．７２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－９００４（２００５） ０６－００３８－０２
- 第2章 平面连杆机构01——平面机构的运动简图
- 1 平面机构的机构运动简图
- 第一章 平面机构的运动简图及自由度习题
- 平面机构及其运动简图.
- 第二章平面机构的运动简图及自由度
- 《机械设计基础》平面机构运动简图及自由度
- 机械原理：平面机构运动简图
- 机械设计 第1章 平面机构及其运动简图
- 平面机构运动简图和自由度习题答案
- 平面机构的组成及其运动简图
- 平面机构的运动简图及其自由度
- 机构运动简图及平面机构自由度
- 平面机构运动简图
- 平面机构运动简图.ppt
- 第三章平面机构运动简图
- 平面机构运动副和运动简图概要
- 第9章 平面机构及其运动简图
- 平面机构的运动简图及自由度
- 3-平面机构运动简图及自由度
- 平面机构及其运动简图