一种实用凸轮连杆机构运动分析的方法
基于UG软件的串联式凸轮连杆机构的设计方法与运动分析
Ｊ
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ｃ
ｒ ＝√（Ａ ｉ ２一 １ ６ １ ｓ Ｔ０ Ｙ） Ｂｎ ＋（ Ｂｏ ２一 ） １ ｃｓ ０ １ Ａ Ｔ ３ ）按 凸轮 机构 压力 角 ｏ ≤［ ］ 凸轮 尺 寸尽 ｔ 。 。 及 可能 小 的原 则 ， 计 凸轮 轮 廓 ， 括 理 论 廓 线 和 实 际 设 包 廓线 。
滑块机 构 的 ｓ ： 滚 子摆 动 从 动 件 凸轮 机 构 的 一 与
一
关系 是 同一 变化 周期 的 ， 两者 的转速 比为 １ 滑 故 ；
现 回转运动 ， 或进行远距离的运动传递 ， 并可使从动滑 块 得 到较大 的动程 日， 同时凸轮 的尺 寸又不 大 ¨ 。 Ｊ
块 ４的起 点 为 Ｄ 时 ， ０ 则摇 杆 Ａ Ｓ ＝ ， Ｃ的左 极 限 位 置 为 Ａ 与 轴 的 起始 位 置 角为 。这 时凸 轮 １与 摇 Ｃ， ，
ｓｍｕ ａｉｎ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｌ ． Ｂｙ ｔ ｉ ｙ ｔｍ ，ｃ ｍ ｒ ｆ ｅ ｐａ ａ ｔｒ ａ ｂ ａｎ ｄ ａ ｔ ｍａｉ ａｌ ｔ ｒｍｅ ｇ ｖ ｎ ｌ ａ ｅ ｉ ｌｔｏ ｕ ｃ ｓｆ ｌｙ ｈ ｓ ｓ ｓｅ ａ ｐ ｏ ｉ ｒ ｍｅｅ ｓｃ ｎ ｂｅ ｏ ｔｉ ｅ ｕ ｏ ｔ ｌｙ ｗｉ ｐ ｉ ｉｅ ｉ ｇ ｌ ｃ ｈ ｎｋ ｐａ ａ ｔｒ ｎ ｏｌｗｅ ｔｏ ｕｌ ｒ ｍｅ ｅ ｓａ ｄ ｆｌｏ ｒｍｏｉ ｎ ｒ ｅ，ａ ｌ ａ ａ ｅ ｕ ｅ ｏ ｔ ｓ ｎｄ ｖ ｒｆ ｏ ｒ ｃｎ ｓ ｆｔ ｅ ｍｅ ｈａ ｉｍ ｉ ｅ ｔｃ ． ｓｗｅ ｌ ｓｃ ｎ ｂ ｓ ｄ ｔ ｅ ｔａ ｅ ｉ ｃ ｒｅ ｔ ｅ ｓｏ ｈ ｃ ｎ ｓ ｋ ｎ ｍａ ｉｓ ｙ
机械设计基础凸轮机构
机械设计基础凸轮机构
凸轮机构是机械设计中常见的一种机构，用于实现转动运动和直线
运动的转换。它由凸轮和连杆机构组成，具有简单、可靠、紧凑的优点。本文将介绍机械设计基础凸轮机构的工作原理、应用领域以及设
计要点。
一、凸轮机构的工作原理
凸轮机构是通过凹凸轮运动对连杆机构施加力，使其发生直线运动。凸轮的外轮廓形状决定了连杆机构的运动规律。凸轮可以分为四种基
本形状：圆形、椭圆形、心形和指字形。不同形状的凸轮在工作过程
中会给连杆机构带来不同的速度和加速度。
凸轮机构的工作过程可以分为四个阶段：进给段、暂停段、退出段
和暂停段。在进给段，凸轮逐渐使连杆机构向前运动，实现直线运动。在暂停段，凸轮暂停与连杆机构接触，使连杆机构停止运动。在退出段，凸轮逐渐使连杆机构向后运动，实现回程。最后，在暂停段凸轮
继续暂停与连杆机构接触，使连杆机构再次停止。
二、凸轮机构的应用领域
凸轮机构广泛应用于机械设计中的各个领域。以下是几个常见的应
用领域：
1. 发动机：凸轮机构用于气门控制，通过凸轮来控制气门的开闭，
实现燃烧室内的气体进出，从而实现发动机的工作。
2. 压力机：凸轮机构用于控制压力机的上下运动，实现工件的压制或切割。
3. 包装机械：凸轮机构用于控制包装机械的送料、密封和分切等工作，实现自动化包装的功能。
4. 自动化流水线：凸轮机构用于控制流水线上的传送带、工作台等部件的运动，实现产品的加工和组装。
5. 机床：凸轮机构用于控制机床上的工作台、进给机构等部件的运动，实现加工工件的精确定位和运动控制。
三、凸轮机构的设计要点
凸轮机构的设计和计算详解
凸轮机构的设计和计算详解
1. 引言
凸轮机构是一种常见的机械传动装置，通过凸轮的运动来实现对其他部件的控制和驱动。凸轮机构广泛应用于发动机、机械加工、自动化设备等领域。在本文中，我们将详细介绍凸轮机构的设计和计算方法。
2. 凸轮机构的基本原理
凸轮机构由凸轮、从动件和控制件组成。凸轮通过旋转或移动的方式，驱动从动件进行线性或旋转运动。不同凸轮形状和运动方式将实现不同的功能。
3. 凸轮的设计要点
凸轮的设计涉及凸轮形状、凸轮面积、凸轮运动规律等方面。在进行凸轮设计时，需要考虑以下要点：
•运动要求：根据从动件需要的运动类型（线性或旋转）、速度和加速度要求，确定凸轮的形状和运动规律。
•动态负载：凸轮在运动过程中所承受的动态负载应被考虑在内，以确保凸轮的强度和耐久性。
•材料选择：根据凸轮的工作条件和负载要求，选择适当的材料来制造凸轮，以保证其可靠性和寿命。
4. 凸轮机构的计算方法
4.1 凸轮剖面的计算
凸轮剖面的计算是凸轮机构设计中的重要一环。根据凸轮的运动规律和从动件的运动要求，可以进行凸轮剖面的计算。常用的凸轮剖面计算方法有：
•凸轮剖面生成法：根据从动件的运动要求，通过几何构造和插值计算，生成凸轮剖面。
•凸轮运动分析法：通过分析凸轮的运动规律和从动件的运动要求，推导出凸轮剖面的数学表达式。
4.2 凸轮机构的运动学分析
凸轮机构的运动学分析是确定凸轮机构各部件的运动规律和参数的过程。通过运动学分析，可以计算凸轮机构的几何关系、速度和加速度等。
常用的凸轮机构运动学分析方法有：
•图形法：通过绘制凸轮机构的运动示意图和运动曲
液压支架四连杆机构设计及运动学分析
机构设计
液压支架四连杆机构主要由连杆、液压缸、底座等部件组成。其中，连杆分 为两组，每组由两根长度相同的连杆构成，通过销轴连接，形成四连杆机构。液 压缸位于连杆的一端，通过活塞杆与连杆连接，实现机构的伸缩。底座固定在液 压缸的另一端，用于支撑整个机构。
为了确保支架的稳定性和支撑力，四连杆机构的设计需要满足以下条件：
1、四连杆机构的形状和尺寸需根据实际应用场景进行设计，以实现所需的 支撑力和稳定性；
2、连杆的强度和刚度应满足要求，以承受作业过程中的各种载荷； 3、液压缸的行程需根据实际需要调整，以实现机构的伸缩；
Leabharlann Baidu
4、底座的结构和强度应根据实际井下条件进行设计，以保证机构的稳定性 和适应性。
参考内容
在采矿行业中，液压支架是用于支撑矿井顶板和巷道的重要设备。而四连杆 机构作为液压支架的重要组成部分，具有提高支架稳定性和安全性的重要作用。 随着计算机技术的不断发展，计算机辅助设计(CAD)已成为液压支架四连杆机构 设计的重要工具。本次演示将介绍液压支架四连杆机构的计算机辅助设计。
2、连杆运动：连杆通过与活塞和曲轴的连接，将活塞的直线运动转化为曲 轴的旋转运动。在这个过程中，连杆受到多种作用力的影响，包括拉伸、弯曲和 扭曲等。
3、曲轴运动：曲轴是内燃机的核心部件，它接受并传递由连杆和活塞传来 的力矩，同时产生旋转惯性力，这个旋转惯性力对外输出动力。
凸轮机构图解法[整理版]
![凸轮机构图解法[整理版]](https://img.taocdn.com/s3/m/caf4096700f69e3143323968011ca300a7c3f65b.png)
滚子从动件凸轮机构设计
当根据使用场合和工作要求选定了凸轮机构的类型和从动件的运动规律后，即可根据选定的基圆半径着手进行凸轮轮廓曲线的设计。
凸轮廓线的设计方法有图解法和解析法，其依据的基本原理相同。
凸轮机构工作时，凸轮和从动件都在运动，为了在图纸上绘制出凸轮的轮廓曲线，可采用反转法。下面以图示的对心尖端移动从动件盘形凸轮机构为例来说明其原理。
从图中可以看出：
凸轮转动时，凸轮机构的真实运动情况：
凸轮以等角速度ω绕轴O 逆时针转动，推动从动件在导路中上、下往复移动。
当从动件处于最低位置时，凸轮轮廓曲线与从动件在A点接触，当凸轮转过φ1角时，凸轮的向径OA将转到OA´的位置上，而凸轮轮廓将转到图中兰色虚线所示的位置。这时从动件尖端从最低位置A上升到B´，上升的距离s1=AB´。
采用反转法，凸轮机构的运动情况：
现在设想凸轮固定不动，而让从动件连同导路一起绕O点以角速度（－ω）转过φ1角，此时从动件将一方面随导路一起以角速度（－ω）转动，同时又在导路中作相对移动，运动到图中粉红色虚线所示的位置。此时从动件向上移动的距离与前相同。此时从动件尖端所占据的位置 B 一定是凸轮轮廓曲线上的一点。若继续反转从动件，可得凸轮轮廓曲线上的其它点。
由于这种方法是假定凸轮固定不动而使从动件连同导路一起反转，故称反转法（或运动倒置法）。
凸轮机构的形式多种多样，反转法原理适用于各种凸轮轮廓曲线的设计。
一、直动从动件盘形凸轮廓线的设计
（1）尖端从动件
以一偏置移动尖端从动件盘形凸轮机构为例。设已知凸轮的基圆半径为rb，从动件轴线偏于凸轮轴心的左侧，偏距为e，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，从动件的位移曲线如图（b）所示，试设计凸轮的轮廓曲线。
实现有速度要求轨迹的凸轮连杆组合机构设计
ｌ川＋。）来定义，其中，ｎ＝ｍ＋＆一ｌ，即控制点的数目要比数据
度要求的直线段，另外一段是回程避让段。回程度避让段的 运动规律会对凸轮的轮廓造成影响。如果该段采用圆弧睦 接，会使与直线段连接的交点处只能ｃ‘连续，而不能曲率连 续，这就造成了ｎ轮的轮廓不能曲率连续，加速度产牛阶跃， 从而影响高速运动时机构的动态特陛。因此使用Ｂ样条曲 线利用其造型灵活的特点米设计轨迹，并将该轨迹离散成密 度较高的数据点来设计凸轮迕杆机构。
２２３，３１５
－２ Ｊ李树森再现轨迹的凸轮连杆盟合机构优化设计［Ｊ］天津轻 工业学院学报，２００３，１８（１）：邮、４６
［３］陈瑞良。叫仲和，于潇雁摆动从勃件凸轮—连秆纽台扎｝句解 析洼设计ｌ】］机械设计，２∞３，２０ｆ ３）：“一４５
［４］金涛．童水光．遒向上程技术［Ｍ］．北京：机植上业出版 社．２００３
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解析法设计双凸轮-连杆组合机构
ｊｓ （ Ｘ： Ｑ
Ｌ Ｂ： （ Ｑ） ｙ
（ １ ）
式中 ： Ｏｌ２ … ， ， 了使 设 计更加 精确 ， 该取 足 够 Ｑ： ，，， Ｎ 为 Ｎ应
大 。当 Ｑ：Ｎ时 ， 轨迹 回到起点 Ｂ （ Ｏ 点。 。 Ｑ＝ ）
１ 设计 方法
图ｌ 所示 的凸轮 一连杆机构是 以一个二 自由度双 凸轮的 四杆机构 为基 础 。 利用滚 子摆动从 动件 凸轮机构 来控制 四杆 机构 ２个输入运动 问的关系 ， 从而使 点输 出给定的运 动轨 迹 。从机构组 成和运动 分析 角度 来讲 ， 子摆动 从动 件与双 滚 因为这里主要是设计凸轮廓线 ， 在设计过 程中 ， 除用到 点的轨迹坐标外 ， 还用到 点 的速度 。但 只要所 实 现的 点 图 ｌ 双凸轮 一连杆机构示意图
陈育明
（ 黎明职业大学 ， 福建 泉州 ３ ２０ ） ６０ ０
摘
要： 凸轮 一 连杆组合机构是 由凸轮机构和连杆机构按一定工作要求组合而成 的。 它综合这两种机构各 自的优点 ， 具有广 泛的应用 潜力。介绍当连杆末端 的轨迹曲线给定， 如何采用解析法精确设计滚子摆动从动件双凸轮 一连杆组合机构 的凸轮廓线。
关键词 ： 组合机构 ； 凸轮 ； 连杆 ； 轨迹 中图分 类号： Ｈ１２ １ Ｔ １ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编号：０ ７ ４ ４（０６）３—０ ８ —０ １０ —４ １ ２ ０ ０ ０１ ２
凸轮机构运动分析的原理
凸轮机构运动分析的原理
凸轮机构是一种常见的机构，用于将旋转运动转化为直线运动或者变化其运动轨迹。其基本原理是通过凸轮的几何形状和凸轮与其它运动部件的相对位置，实现运动传递和控制。凸轮机构的运动分析是通过分析凸轮的几何特性和与其它机构部件的作用关系，推导出机构的运动规律和性能参数，包括凸轮的运动学状态、凸轮轮廓的设计，以及机构的运动周期和速度等。
凸轮机构的关键是确定凸轮的几何特性和轮廓形状。凸轮的几何形状通常是由其运动部位（如凸轮轴）和运动部件（如滑块、摇臂等）的相对位置关系来确定。在运动分析过程中，可以通过几何图形的绘制和计算，以及几何和尺寸的转换，来确定凸轮的轮廓和运动状态。其中，常见的凸轮形状有圆形凸轮、椭圆凸轮、伞形凸轮和曲线凸轮等。
凸轮机构的运动分析主要包括以下几个方面的内容：
第一，凸轮的转动及滚动运动分析。根据凸轮与其它运动部件的相对运动关系，可以推导出凸轮的转动规律和速度，并确定凸轮是否有滚动条件。滚动条件是指凸轮与其它运动部件接触点的相对速度为零，这样可以避免由于滑动产生的摩擦和磨损等问题。
第二，凸轮轮廓的设计与绘制。通过运动分析和计算，可以确定凸轮的运动规律和性能参数，然后根据这些参数来设计凸轮的轮廓形状。常用的方法有图解法、计算法和仿真法等。其中，图解法是最简单直观的方法，通过手绘几何图形来确定凸轮的轮廓形状；计算法则是通过数学模型和计算公式，来计算凸轮的几何参
数和轮廓形状；仿真法主要是利用计算机辅助设计（CAD）或仿真软件，来模拟凸轮的运动状态和绘制轮廓图形。
第三，凸轮机构的运动周期与传动比分析。凸轮机构通常是用来实现特定的工作循环或运动行程，所以需要分析凸轮的运动周期和传动比。运动周期是指凸轮从一个状态到另一个状态所需的时间，可以通过几何图形和时距图来表示和计算；传动比是指输入轴和输出轴的转速之比，可以通过几何和动力学分析来计算。第四，凸轮机构的运动状态分析与优化。通过运动分析，可以得到凸轮机构的运动规律和性能参数，如加速度、速度和位置等。根据应用需求和凸轮机构的特点，可以对凸轮的轮廓和运动状态进行优化设计，以提高机构的稳定性、运动平稳性和工作效率。
凸轮机构的设计计算和运动分析
% ******** 偏置移动从动件盘形凸轮设计绘图和运动分析******** disp ' ######## 已知条件########'
disp ' 凸轮作逆时针方向转动,从动件偏置在凸轮轴心的右边'
disp ' 从动件在推程作等加速/等减速运动,在回程作余弦加速度运动' % 基圆半径；滚子半径；从动件偏距；从动件升程
rb=40;rt=10;e=15;h=50;
% 推程运动角；远休止角；回程运动角；推程许用压力角；凸轮转速
ft=100;fs=60;fh=90;alpha_p=35;n=200;
% 角度和弧度转换系数；机构尺度
hd=pi/180;du=180/pi;se=sqrt(rb^2-e^2);
w=n*pi/30; omega=w*du; % 凸轮角速度（°/s）
fprintf(' 基圆半径rb = %3.4f mm \n',rb)
fprintf(' 滚子半径rt = %3.4f mm \n',rt)
fprintf(' 推杆偏距 e = %3.4f mm \n',e)
fprintf(' 推程升程h = %3.4f mm \n',h)
fprintf(' 推程运动角ft = %3.4f 度\n',ft)
fprintf(' 远休止角fs = %3.4f 度\n',fs)
fprintf(' 回程运动角fh = %3.4f 度\n',fh)
fprintf(' 推程许用压力角alpha_p = %3.4f 度\n',alpha_p) fprintf(' 凸轮转速n = %3.4f r/min \n',n)
生活中运用凸轮机构的例子
生活中运用凸轮机构的例子
凸轮机构是一种利用凸轮运动实现动力转换的装置，被广泛应用于生
活中的各种场景。以下是一些常见的生活中运用凸轮机构的例子：
1.汽车发动机：汽车的发动机中使用了凸轮机构来控制汽缸的进气和
排气过程。凸轮通过凸轮轴驱动，控制气门的开闭，实现气缸中混合气的
进出。凸轮机构的运用使发动机能够高效地进行燃烧和动力输出。
2.洗衣机搅拌装置：在洗衣机中，搅拌装置通常通过凸轮机构来完成。凸轮通过驱动电机的转动，使得洗衣桶内的衣物得到充分搅拌，提高洗涤
效果。
3.手动缝纫机：手动缝纫机中也运用了凸轮机构。缝纫机通过驱动轴
上的凸轮，实现针杆的上下运动，从而使得针线逐针地贯穿织物，完成缝
纫作业。
4.锁具：一些高级的锁具中也使用了凸轮机构。凸轮的设计使得钥匙
在正确插入后，凸轮与锁芯的齿轮形成匹配，进而可以顺利开启锁。
5.车钥匙：现代汽车的遥控钥匙中，通常有一个小型凸轮机构。当按
下按钮时，凸轮的运动会触发芯片，使其发送信号给车辆，实现远程开锁
等功能。
6.矿山机械：在煤矿等地下工作场景中，常会使用凸轮机构来驱动提
升机、输送机以及破碎机等设备的工作。凸轮的旋转运动通过连杆来驱动
相应机械部件，帮助完成矿山的开采和运输工作。
7.邮件分拣机：在邮件分拣中心，凸轮机构也广泛运用。凸轮通过机
械运动，将邮件按照不同的规则和范围进行分拣和归类，提高邮件处理效率。
8.噪音玩具：一些玩具中会使用凸轮机构来制造声音效果。凸轮通过
旋转时的布条和其他物体的摩擦，产生不同的声音，增加玩具的趣味性。
9.机器人手臂：机器人的手臂通常也运用了凸轮机构。凸轮通过运动
凸轮连杆机构的运动分析方法探讨
凸轮连杆机构的运动分析方法探讨
【摘要】凸轮连杆结构是机械中最常见的结构，其中大量公式推导和方程组求解是运动分析的难点。本文通过具体论述了复数矢量法在凸轮连杆机构进行运动分析的应用，不仅可以有效的简化了凸轮结构的平面运动分析过程，还有效的避免了大量公式推导和方程组求解，大大降低了设计人员的工作强度和计算出错率，为凸轮连杆的设计计算提供了有效的支持。
【关键词】凸轮连杆；复数矢量法；运动分析方法；探讨
0.引言
凸轮连杆机构是生产中最常见的机构，在进行这些机构的设计时，需要对这些结构的运动过程进行分析，其中对各个杆在各个位置的速度、加速度、位移是分析的重点。目前常见的凸轮连杆结构的运动分析方法是解析法、图解法以及解析图解相结合的方法，这些方法有的精度不高，有的计算量过大，很难满足现带结构设计的需要，尤其在进行某些机构的运动分析时，分析的是一个运动循环过程，输出的结果不能是某一位置的运动，也不能是某些特定位置的运动，所以机构运动分析的计算量会更加巨大，如何能减少计算量的同时提高运算的精度是目前研究的重点。本文通过具体的计算分析，对如何利用复数矢量法对凸轮连杆机构进行速度、位移的分析进行了具体的论述，为凸轮连杆结构的运动分析提供了一种有效的方法。
1.凸轮连杆结构的运动分析
1.1凸轮连杆结构的常用运动分析方法对比分析
在结构学中，运动分析是结构设计中的基本问题。在进行结构运动分析时，最常用的是解析法，即通过对运动过程的分析，建立运动过程中的位移方程组，速度和加速度的分析就成为了一个数学求解问题，不依赖于图形，精度很高，在对复杂的四杆结构或多杆结构，可以将位移问题转化为在广义坐标系下的显函数表达式，然后通过数值解法求解。解析法的优点在于精度高、对设计人员的图形分析能力要求低，缺点在于对设计人员的公式推导能力和计算能力要求较高，尤其在复杂杆系结构中，需要对方程组进行迭代求解，初值、迭代方式的选取，收敛速度的快慢，都影响着分析结果的准确性。在现代结构学中，解析法已经很少在杆系结构的运动分析中应用，大多进行了转化，如型转化法、约束条件逼近法等。
机械设计-凸轮机构的运动规律分析
01 凸轮机构的运动分析 02 从动件基本运动规律
一、凸轮机构的运动分析
1.运动循环
以对心尖顶直动从动件盘形凸轮机构为例，观察凸轮 机构运动情况
凸轮：连续转动
从动件：上下移动
升
停
降
停
凸轮运动过程
2.运动参数
基圆：以凸轮轮廓最小半径 r所作的圆 推程：从动件经过轮廓AB段，从动件被推到最高位置 推程角：推程运动中，凸轮转过角度Φ 远休止：从动件离转轴O 最远处静止不动。 远休止角：凸轮转过角度 Φs 回程：经过轮廓CD段，从动件由最高位置回到最低位置 回程角：回程运动中，凸轮转过角度Φ´
冲击特性：无冲击 适用场合：高速轻载
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2 7
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来自百度文库
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小结
1.运动过程分析
运动循环和运动参数
2.从动件的运动规 律
运动规律 等速运动规律 等加速等减速运动 余弦加速度运动规律 正弦加速度运动规律
运动特性
有刚性冲击
柔性冲击 柔性冲击 无冲击
适用场合
低速、轻载
中速、 轻载 中速、中载
定义 当质点在圆周上作匀速运动时，其在该圆 直径上的投影所构成的运动规律称为简谐运动规律，从 动件在推程或回程按此规律运动。
凸轮连杆机构应用实例
凸轮连杆机构应用实例
凸轮连杆机构是一种工程机械中常用的机构，它可以将旋转运动转化为直线运动，具有结构简单、传动效率高等优点，以下是几个凸轮连杆机构的应用实例。
1. 发动机凸轮轴
发动机凸轮轴是一种广泛应用凸轮连杆机构的机械，它通过凸轮轴上的凸轮与曲柄连杆机构配合，将旋转运动转化为活塞上下往复运动，从而实现引擎的内燃作用。凸轮轴不仅能够控制进气和排气的阀门开关，还可以控制进气和点火的时机等方面，使得发动机的工作更加精准和高效。
2. 印刷机凸轮机构
印刷机是一种凸轮连杆机构广泛应用的机器，它通过凸轮机构控制印版的上下运动，从而实现印刷。在印刷机凸轮机构中，凸轮轴作为动力源，通过凸轮的转动驱动曲柄连杆机构，进而带动印版的上下往复运动，使得油墨能够均匀地印刷到纸张上。
3. 压缩机凸轮机构
压缩机凸轮机构是一种将旋转运动转化为直线运动的机构，它通过凸轮轴上的凸
轮与连杆机构配合，将旋转运动转化为往复运动，从而实现气体的压缩。压缩机凸轮机构在工业生产中广泛应用，如空气压缩机、冷藏压缩机、汽车发动机中的压缩器等，其准确的运动控制能够保证产品的稳定性和可靠性。
以上是凸轮连杆机构的应用实例，它们在工程机械中发挥着重要的作用，提高了机械的效率和精度，同时也促进了工业生产的发展。
基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真共3篇
基于SolidWorks的连杆机构的运动
分析与仿真共3篇
基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真1
基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真
引言
机械工程是一门涵盖广泛领域的学科，而其核心是机械设计。机械设计在现代化社会中具有举足轻重的地位，是实现生产自动化、机械化和数字化的必不可少的手段。在机械设计中，连杆机构是一种非常重要的机械构件，因其能够将单向的直线运动转换为复杂的曲线运动。因此，了解和掌握连杆机构的运动特点对于机械工程师和设计师具有非常大的实用价值。本文将介绍基于SolidWorks的连杆机构的运动分析与仿真。
正文
SolidWorks是目前应用最广泛的三维计算机辅助设计(CAD)软
件之一，其主要功能是建立三维模型和进行工程分析。在SolidWorks中，连杆机构是一种常用的机构，在机械设计中
有着广泛的应用。通过 SolidWorks 可以进行连杆机构的建模、运动分析和仿真等全过程，以便更好地理解该机构的运动特点，为机械设计提供便利。
连杆机构是一种具有连杆、销轴和铰链等构件相互连接而成的
复杂机械结构。通过连杆机构可以将旋转运动和直线运动相互转换，实现有效的动力传递和力量转换。对于机械设计师而言，了解连杆机构的运动特点是非常重要的。
在SolidWorks中，连杆机构的建模首先需要考虑构件的建立。构件的建立应符合物理规律和机械原理，并使得机构具有合适的运动特性。比如，在连杆机构中，需要考虑杆件的长度、销轴的直径、铰链的设计等因素。在建模过程中，需要给予合适的参数设定，从而实现模型的运动模拟。模型建立完毕后，可进行三维建模、组装和运动仿真。通过连杆机构的仿真，可以深入地理解机械运动规律和性能特点，为机械设计提供便利。
凸轮连杆机构设计
凸轮连杆机构设计
凸轮连杆机构是一种常用于机械设备中的传动机构，它通过凸轮的转动带动连杆的运动，完成相应的工作任务。设计凸轮连杆机构需要考虑以下几个方面：
1.确定工作任务：首先需要确定机构需要完成的工作任务，例如转动、提升、切割等。
2.选择凸轮类型：根据工作任务的要求选择合适的凸轮类型，常见的有圆柱凸轮、曲线凸轮、球面凸轮等。
3.确定凸轮轴位置和连杆位置：通过确定凸轮的转动中心和连杆的安装位置来确定机构的整体结构。
4.设计凸轮和连杆的尺寸：根据实际的工作要求和机构的整体结构确定凸轮和连杆的尺寸，包括凸轮的直径、连杆的长度等。
5.考虑传动方式：根据工作任务的要求选择合适的传动方式，如直接传动、间接传动等。
6.考虑机构的稳定性：确保机构在运动过程中能够保持稳定，避免振动和松动现象的发生。
7.进行动力学分析：通过动力学分析来评估机构的运动性能，包括速度、加速度、力和功率等。
8.进行强度计算：根据机构的运动实际情况进行强度计算，确保机构在工作过程中能够承受所需的力和载荷。
9.进行安全性评估：对设计的机构进行安全性评估，确保其在工作过程中不会产生危险或风险。
10.进行实验验证：最后，设计完成后可以进行实验验证，通过实际的测试来评估机构的性能和可靠性。
一种移栽机栽植器凸轮摆杆机构设计与运动学分析
一种移栽机栽植器凸轮摆杆机构设计与运动学分析
移植机在农业生产中扮演着至关重要的角色，它可以提高种苗的种植效率和质量。其中凸轮摆杆机构作为移植机的关键部件之一，其设计和运动学分析对移植机的性能有着重要的影响。本文将重点介绍一种移植机栽植器凸轮摆杆机构的设计与运动学分析。
一、凸轮摆杆机构的设计
凸轮摆杆机构是一种常用于移植机的传动机构，其结构简单，运动稳定，可靠性高。凸轮摆杆机构主要由凸轮、摆杆和连杆等部件组成，通过凸轮的转动驱动摆杆做摆动运动，从而实现移植器的栽植操作。
1.凸轮设计
凸轮是凸轮摆杆机构的核心部件，其设计直接影响到栽植器的工作性能。凸轮的设计需要考虑以下几个方面：
1）凸轮的形状：凸轮的形状应该能够保证移植器的摆动轨迹符合设计要求，同时减小摩擦阻力，提高传动效率。
2）凸轮的材料：凸轮需要承受较大的工作载荷，因此需要选用高强度、耐磨损的材料，如优质合金钢。
3）凸轮的尺寸：凸轮的尺寸需要根据移植器的需要进行设计，同时要考虑到凸轮与摆杆、连杆等部件之间的匹配关系。
2.摆杆设计
摆杆是凸轮摆杆机构的传动部件，其设计需要考虑以下几个方面：
1）摆杆的长度：摆杆的长度直接影响到移植器的栽植深度，需要根
据种植作物的需要进行设计。
2）摆杆的材料：摆杆需要承受凸轮传来的力量，要求具有足够的强
度和刚度，同时还要考虑减小自重，提高传动效率。
3.连杆设计
连杆是凸轮摆杆机构中起到传递力量作用的部件，其设计需要考虑以
下几个方面：
1）连杆的长度：连杆的长度需要使得移植器的栽植深度符合要求，
同时要保证连杆与摆杆之间的连接结构合理。
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L 8 = L 6 + L 7, ( l8ei 8 = l6ei 6 + l7ei 7) 情况 1:
L 10 = L 4 + L 9 , ( l10ei 10 = l4ei 4 + l9ei( 7+ #7) )
(
l
1
* 0
co s(
10) ,
l
* 10
s in (
10) ) —— 递纸牙的轨迹。
求递纸牙的速度
1 复数矢量法 平面机构均由若干构件组成, 每个构件都可视为一个具
有大小和方向的矢量, 而机构的运动分析问题, 转 化为了一 系列矢量合成的问题。平面为二维空间, 矢量方程 L 1+ L 2= L 3 的展开式 l1ei 1+ l2ei 2 = l3ei 3中 的六个参量, 至多包 含两 个未知参量, 方可有解。参考文献[ 1] 中根据两个未知参量的 分布情况, 将矢量合成问题分为以下四类情况( 参见表 1) 。
处的切线方向可通过求解下面的矢量方程得 T! = R!K + 1 - R!K - 1
( tei∀ =
r ei( - SGN( K+1
) #)
-
rK-
ei ( S G N (
1
) #) )
( 7)
式中: SG N ( ) 是符 号函数, 函 数值随 的 旋转方 向而定 (
为 顺 时 针 方 向 时 , SGN ( ) = - 1; 为 逆 时 针 方 向 时,
第 22 20 03
卷 年
第7 4月期
机械科学与技术 M ECHAN ICA L SCIENCE A N D T ECHN OL O GY
文章编号: 1003-8728( 2003) 04-0598-03
V ol 2 J u ly
2
No . 4 20 03
一种实用凸轮连杆机构运动分析的方法
张景霞
析。为方 便起见, 选取 A K CD 作为 凸轮机构 的速度 等效机
构。其中, K 为从动滚子 与凸轮轮廓的接触点。
在进行速度分析前, 需 首先进行位移分析。见图 3、4。
图 3 凸轮机构的位移分析 图 4 接触点法线方向确定
由 高副接 触的 性质可 知, R!C ( 由 接触点 指向 滚子 中心 的矢量) 的方向为凸轮在 K 点 处的法线方 向, 可 通过找出 凸轮在 K 点 处的切线方向后转过 !/ 2 来确定。凸轮在 K 点
张景霞1, 2, 王润孝1, 于 江2
( 1 西北工业大学 制造自动化软件与信息研究所, 西安 710072; 2 西安理工大学 印刷包装工程学院, 西安 710048)
摘 要: 介绍了对凸轮连杆机构进行运动分析的一种实用、简便的方法。该方法以复数矢量法为依托, 以 PC 机为工 具, 大大简化了平面 运动分析的过程, 避免了解析 法中大量公式的推导 和方程组求解的过 程, 从而降 低了设计和研 究人员的工作强度。并以印刷机上的递纸机构( 凸轮连杆机构) 为例, 利用复数矢量法对凸轮连杆机构的运动分析进 行了详细的阐述。 关 键 词: 凸轮连杆机构; 运动分析; 复数矢量法 中图分类号: T H112 文献标识码 : A
larg e number of tedio us deviatio ns o f analy tic equat ions and the so lution fo r equa tio ns ar e avo ided w ith the aids of PC. T hus, the intensity of the w or k o f r esearchers and desig ners is decr eased. F inally , one ex ample o f tr ansfer mechanism ( i. e. cam-linkag e mechanism) o n the pr ess is presented to clarify the kinetic analysis of cam -linkage mechanisms by means o f complex -number vector metho d.
1=
rK sin( l1sin( 1 -
C) C)
=
r Ksin∃ l1sin( C - 1)
( 10)
式中: 为凸轮的角速度。
3 递纸机构的运动分析
图示为胶印机 典型
的 递 纸 机 构, 为 递 纸 牙
尖。试分析递纸牙的位移
与速度。
( 1) 机构的自由度 五杆机构的自 由度
图 5 递纸机构位移分析
由公式( 10) 直接得出滚子从动件 L 1 的角速度 2= 1
L5= L3 + L4= L4 情况 1:
因为 L 4 表示机架, L 4 = 0 则有
L 1 = L 5 , L 1 + L 2 = L 3, L 1 + L 6 = L ( 2) 其展开式为
l1i 1ei 1 + l2i 2ei 2 = l3i 3ei 3
( 3)
l1i 1ei 1 + l6i 2ei 6 = v ei v
2. 2 复数矢量法在凸轮机构运动分析中的应用
L 3 在 L 1 上的投影为 正, 则 m = + 1; 反 之, m = - 1。 情况 4:
L 2 在以 L 1 为实轴的虚轴上的 投影为正, 则 m = + 1; 反 之, m = - 1。
情况 1 情况 2 情况 3 情况 4
表 1 矢量合成的分类
L1
L2
L3
l1
1
l2
2
l3
3
m
?
?
?
?
?
下, 代替 凸轮 机构进 行运
动 分 析 的 四 杆机 构 就 不 易 确定。但 是, 在只 进行
图 2 连杆机构的速度分析
速度分析而不进行加速度分析的情况下 , 可方便、快捷地找 到对应的低副杆机构进行速度分析。
设某 凸轮机 构, 从 动滚子 与凸轮 在 K 点接 触, K 点 处 凸轮轮廓的曲率中心为 B。因此杆机构 A B CD 为凸轮机构 的高副低代机构。由图 2 分析可知, 从动件 D C 的角速度
( lei% = r K ei0 + r C ei∃) 在固定坐标系中
情况 4( m = - 1) :
L 1 = L 0 + L , ( l1ei 1 = l0ei 0 + lei ) 情况 1:
L 5 = L 3 + L 4, ( l5ei 5 = l3ei 3 + l4ei 4) 情况 1:
L 6 = L 5 - L 2, ( l6ei 6 = l5ei 5 + l2ei( ) 1- #1+ !) 情况 4( m = + 1) :
SGN (
) = 1) ; #=
2! 计算点数
为计算凸轮的分度角。上式由
情况 1 求 得, ∀ 为 RC 的 切线 方向, RC 的 方向 为 ∃= ∀+
SGN ( ) !/ 2。应当注意 ∃是 RC 在以 RK 为原线的极坐标中
的方向角。列位移矢量方程式
L = RK + RC ( lei% = r K ei0 + r C ei∃)
L 5 + L 2 = L 3 ( l5ei 5 + l2ei 2 = l3ei 3 )
( 1)
L 1 + L 6 = L ( l1ei 1 + l6ei 6 = lei 1)
2. 1. 2 速度分 析
对位移方程( 1) 求导, 得速度方程
L 4 + L 1 = L 5, L 5 + L 2 = L 3, L 1 + L 6 = L
以平 板凸轮和摆 动从动件 的凸轮机构 为例, 阐述利 用
复数矢量法进行凸轮机构运动分析的方 法。
2. 2. 1 位移分 析
凸轮 与从动件为 高副接触, 平面凸 轮机构属 于平面 高 副机构。根据机械原理的知识, 高副机构的运动分析, 往往
是用低副机构取代来进行的。通常来讲, 由于不同瞬间高副 接触 处的曲率半 径一般不 同, 因此 不同时刻用 以取代高 副
Abstract: A pr actical and conv enient appr oach for kinetic analysis of cam-linkag e mechanisms is discussed. On the basis o f complex -number v ector met ho d, t he pro cedure of kinetic a nalysis for plana r mechanisms is sim plified, a
为 2 , 应有两个动力来源, 分别来 自以 O1O2 为圆心, 相互啮 合且传动比为 1: 1 的一对齿轮。
( 2) 杆件矢量化( 如图 5 所示) ( 3) 列矢量方程
60 0
机械科学与技术
第 22 卷
求递纸牙的轨迹
在 △B 0B H 中, 以 B0B 为原线的极坐标系中 情 况 1: L = R!K + R!C
( 8)
在以 RK 为原线的极坐标系中, 利用情况 1, 可解。
L 1 = L 0 + L ( l1ei 1 = l0ei 0 + lei )
( 9)
在固定坐标系中, 利用情况 4, 可解出从动 件的位移。
RK 和 RC 在固定坐标 系中的方向角 = - %, C = ∃+ 。
根据以上位移分析的结果, 则从动件的速度
A Practical Approach f or Kinetic Analysis of Cam-linkage Mechanisms ZHAN G Jing -x ia 1, 2, W A NG Run-x iao 1, Y U Jiang 2
( 1No rt hw ester n P olyt echnical U niv ersity , X i′an 710072; 2 Xi′an U niver sity of T echnolog y , Xi′an 710048)
情况 3 和 情况 4 的求解会有两 种可能, 表中 m 的取 值 + 1 或者- 1 分别对应于两种可能的求解情况, m 需要根据 具体的机构确定, 因而判定原则仅对情况 3 和情况 4, 即 情况 3:
收稿日期: 2002 06 12 作者简介: 张景霞( 1971- ) , 女( 汉) , 山西, 博士研究生
599
矢量三角形, 列出矢量方程; ( 3) 根据矢量三角形中各未知参数的分布, 确定情况; ( 4) 编程, 求解。
2 复数矢量法在机构运动分析中的应用
2. 1 复数矢量法在铰链四杆机构运动分析中的应用
2. 1. 1 位移分 析
L 4 + L 1 = L 5 ( l4ei 4 + l1ei 1 = l5ei 5 )
机构的低副机构是不同的。取代凸轮机构的低副 机构为四
杆机 构, 凸轮 机构的运 动分析完全 可按照平面 四杆机构 的
运动分析方法进行[ 1] 。
2. 2. 2 速度分 析
然 而, 在实 际的 凸轮 机构 中, 有时 很难找 到凸
轮轮 廓各 处的曲 率中 心, 或 Fra Baidu bibliotek 曲 率 中 心的 数 学 表
达 十 分 繁 杂。 在 此 情 况
Key words: Cam-linkage mechanisms; K inetic analysis; Complex -number v ector metho d
众所周知, 凸轮机 构的设计方 法以解析法 和作图法 为 主。为使设计者得以从繁重的脑力劳动中解脱出来, 从而降 低对 设计者的要 求, 本 文利用复数 矢量法对凸 轮连杆机 构 进行位移、速度等的运动分析, 对通用的求解过程 进行了模 块化处理, 编制了相应的子程序, 并利用该方法对 印刷机上 的递纸机构( 凸轮连杆机构) 进行了分析。
d=
bs in ( d s in (
25-
4) 4) b
( 4)
d=
b
AB′ DC′
( 5)
铰链四杆 机构的两连架杆角速度之比, 等于 由机架上
两 铰链点向连杆作垂线的长度之比。铰链四杆机构 A K CD
中, 从动件 CD 的角速度
d′=
A D
B′ C ′b
=
d
( 6)
在连线 BC 上选定任一点作为 B 点, 均不影响速度分
?
?
?
用复数矢量法求解运动分析问题的步骤如下:
( 1) 给 各 杆件 ( 包 括
机架 和实际 杆件) 标注 适
合的 方向, 通常 杆件矢 量
化从 机架和 原动 件开始,
机架指向原动件的尾部;
( 2) 从可解矢 量三角 形出 发, 依 次寻 找可解 的
图 1 连杆机构的位移分析
第4期
张景霞等: 一种实用凸轮连杆机构运动分析的方法