曲柄滑块机构的运动分析及应用修订版

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曲柄滑块机构的运动精度分析与计算

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算宋亮;赵鹏兵【摘要】曲柄滑块机构是一种典型的四连杆机构,尽管设计时理论计算可以达到很高的精度,但是由于构件的制造误差及运动副的配合间隙等因素,会使机构在运动中产生输出误差,有时还会显著超出机构设计的允许误差.依据概率统计的相关理论进行机构设计,即考虑构件制造尺寸的随机误差,以保证机构运动的精度在允许的误差范围内.利用MATLAB进行仿真计算和实例研究,得出了理论设计和精度分析的计算结果.该方法准确、效率高、而且适合其它类型的机构设计,具有较大的工程实际应用价值.%Slider-crank mechanism is a typical four-bar linkage, in spite of the high precision when it' s calculated theoretically. The manufacturing error and kinematic pair clearance of the components will lead to the output error during the motion of the mechanism. Sometimes,it will significantly exceed the tolerance of the design. According to the probability and statistics theory, the mechanism is designed, that' s considering the random error of the component to make sure that the motion accuracy is in the allowed error range. Utilizing MATLAB to simulate and calculate based on case studies. and the theoretical design and accuracy analysis are obtained. This method is accurate and very efficiently, it also can be used in other kind of mechanism design, and it has much more practical value in engineering.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)010【总页数】5页(P2201-2205)【关键词】曲柄滑块机构;运动学;概率设计;等影响法;精度分析【作者】宋亮;赵鹏兵【作者单位】海军装备部,西安,710043;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TH112.1曲柄滑块机构是一种单移动副的四连杆机构,如图1和图2所示,分别为对心和偏心曲柄滑块机构。

曲柄(导杆)滑块机构设计分析正文.

曲柄(导杆)滑块机构设计分析正文.

目录1 引言1.1 选题的依据及意义·························································································(1)1.2 国内外研究概况及发展趋势··········································································(2)1.3 论文主要工作·······························································································(3)2 曲柄(导杆)滑块机构简介····································································(4)3 曲柄(导杆)滑块机构的运动学分析3.1 曲柄导杆滑块机构的运动分析······································································(5)3.1.1 机构装配的条件····················································································(6)3.1.2 建立数学模型·························································································(6)3.1.3 计算机辅助分析及其程序设计······························································(9)3. 2曲柄滑块机构的运动分析3.2.1 机构装配的条件·····················································································(25)3.2.2 建立数学模型·······················································································(25)3.2.3 计算机辅助分析及其程序设计·····························································(27)4 曲柄(导杆)滑块机构实验台装置设计4. 1 实验台结构·································································································(40)4.2 实验台硬件操作说明···················································································(41)4.3 用SolidWorks 2006实现实验台的立体图形················································(42)总结·········································································································(46)参考文献·········································································································(47)致谢·········································································································(48)1 引言1.1 选题的依据及意义1.曲柄(导杆)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。

曲柄滑块机构的结构

曲柄滑块机构的结构

• 闭式机身有整体式和组合式两种.闭式机身承 载能力大,刚度较好.所以,从小型精密压力机到 超大型压力机大都采用这种形式.
• 组合式〔见图b〕机身是用拉紧螺栓将上梁、 立柱和底座拉紧,紧固成为一体的,加工和运输 比较方便,大中型压力机应用较广.
• 整体式机身〔见图a〕,有时为了增强刚性也 有使用拉紧螺栓的.虽然整体式机身加工装配 工作量较小,但需要大型加工设备,运输也较困 难.因此,一般被限制在3000kN以下的压 力机上应用.
轴式的曲柄滑块机构在大型压力机上 的应用受到限制.
• 曲拐轴式曲柄滑块机构便 于实现可调行程且结构较 简单,但由于曲柄悬伸,受 力情况较差,因此主要在中、 小型机械压力机上应用.
• 偏心齿轮工作时只传递扭矩,弯矩 由芯轴承受,因此偏心齿轮的受力 比曲轴简单些,芯轴只承受弯矩,受 力情况也比曲轴好,且刚度较大.此 外,偏心齿轮的铸造比曲轴锻造容 易解决,但总体结构相对复杂些.所 以,偏心齿轮驱动的曲柄及滑块机 构常用于大中型压力机.
• 开式机身压力机的弹性变形、机身的角变 形使滑块下平面与垫板〔或工作台〕上平 面的平行度下降,引起模具的导柱导套和滑 块导轨过热,严重磨损,使加工出的零件精度 降低,尤其对压印加工或整形加工,这种不良 影响可以说是致命的缺陷,如后图a所示.
• 另外,角变形造成滑块的上下运动与工作 台〔或垫板〕上平面的垂直度的降低,将 使冲头和凹模倾斜一角度,促使模具间隙 不均匀,并产生水平方向的侧压力,不仅影 响冲压件的尺寸精度,而且还会加速模具 的磨损甚至使冲头折断,特别是对薄板冲 压加工工艺影响尤其严重,如后图b、c 所示.
• 压力机的工作台、垫板及滑块,在负荷状态下,如果 出现如下图所示那样的挠度,平面度就会被严重破 坏,尤其在双动或双点压力机中,这一点特别明显.

曲柄滑块机构运动分析与力学计算

曲柄滑块机构运动分析与力学计算

→ R21 ⋅ ρ = F21 ⋅ r
Md
ω12
1
O N21
R21
2
r = fv ⋅ r
F21
2
ρ
以轴颈中心为圆心,ρ为半径作的圆称为摩擦圆 摩擦圆, 摩擦圆 ρ为摩擦圆半径 摩擦圆半径。 摩擦圆半径
三、实际机构扭矩计算
理想机构:不计弹性变形; 理想机构:不计弹性变形;不计配合间隙 不计摩擦; 不计摩擦;不计惯性力
PAB P = sin(90 + ϕ ) sin(90 − ϕ − β − γ ) cosϕ PAB = P ⋅ cos(β + γ + ϕ )
∴ PAB = P
当α = 0,β = 0 M 2 = P[µR A + µR0 + R sin γ ]
Rµ (R A + RB ) = PµR A + µR0 + L R λ= L M 2 = P[(1 + λ )R A + λRB + R0 ]µ
按压力行程计算扭矩作活塞 允许载荷曲线,在任何情况下
λ P R sin α + sin 2α + m f ≤ M pac 2 M pac P≤ λ R sin α + sin 2α + m f 2
四、连杆的校验
M = PAB µRB − PABµ sinγ ⋅ X 压弯组合 PAB ⋅ cosγ M + F W P cosγ PABµRB − PAB µ sinγ ⋅ X = AB + F W ∴σ c ≤ [σ ]
曲柄滑块机构运动分析与力学计算
一、运动分析
S = ∵ sin R L ∴ ≈ ∵ cos ∴ = = ∴ = a

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算


2 1 SiT c. nn. 0 c. eh E gg 1
仪 表 技术
曲柄滑 块 机 构 的运 动 精 度 分析 与计 算
宋 亮 赵 鹏 兵。
( 海军装备部 , 西安 70 4 西北工业大学 现代设 计与集成 制造技术教育部重点实验室 , 10 3; 西安 70 7 ) 10 2
第1 1卷
第 1 0期
2 1 年 4月 01

学Байду номын сангаас





Vo.1 No 0 Ap . 011 1 1 .1 r2
17一 1 1 (0 1 1 —2 10 6 l 85 2 1 )02 0 —5
S inc ch oo y a d c e e Te n lg n Engn e i g ie rn
程 实 际应 用 价 值 。
关键词 曲柄滑块机 构
运 动学
概 率设计
等影响法
精度分析
中图法 分类号
T 1. H12 1;
文献标志码

曲柄 滑块 机构 是一 种单 移 动副 的 四连 杆 机 构 , 如 图 1和 图 2所示 , 分别 为对 心 和 偏 心 曲柄 滑 块 机
1 曲柄滑块机构的运动分析 ]
在 图 1和图 2所 示 的对心 曲柄滑 块机构 和偏 心
构 。它可 以用 来 实 现 转 动 和 移 动 之 间运 动 形 式 的 转换 和传 递 动 力 。 曲柄 滑 块 机 构 可 以测 量 的 长 度 是 曲柄 和连 杆 , 组成 移动 副 的滑 块 和导 路 两 个 构 件
图 2 偏 心 曲 柄滑 块 机 构
s= ± As , = / ± Av ,a -  ̄

曲柄滑块机构的运动分析及应用精编WORD版

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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: 1107172013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ABSTRACTThe 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。

空间曲柄滑块机构的运动分析

空间曲柄滑块机构的运动分析

摘 要:应用 矢量 回转 法对空 间曲柄滑块 机构一 R S s P 机构进行 了运动学 分析 ,计算 出滑 块位移 、速度 、加速度 函数 。并 基于 P r o / E 软件平 台 , 对该 R S S P 机构进行 了三维建模 、运动仿真 , 得 到滑块 的位移 、速度 、加速度曲线 ,与理论计算进行对 比,结 果表明 ,两种方 法所得结果完全一致 。所得结论可为该机构在机床设计 中的应用 奠定理论基础 。 关键词 :空间曲柄 滑块机构 ;矢量 回转法1 0 . 3 9 6 9/ j . i s s n . 1 0 0 9 - 9 4 9 2 . 2 0 1 4 . 0 5 . 0 1 0
空问曲柄滑块机构的运动分析
张 思 ,董 海 ,徐 红芹
( 1 . 大连理工 大学 机械 工程学院 , 辽 宁大连 1 1 6 0 2 4 ;2 . 山东理工大学 机械 工程学院, 山东淄博 2 5 5 0 0 9 )
d i me n s i o n l a mo d e l o f t h e me c ha n i s m wa s b u i l t ; he t d i s p l a c e me n t ,v e l o c i t y a n d a c c e l e r a t i o n s i mul a t i o n c u r v e we r e a c q ui r e d .S i mu l a t i o n
应用 方 便 ,容易 掌 握 ,从 而 便 于打 破 空 间连 杆 机
比。所得结论为这种机构在机床设计中的应用提
供 理论 参考 。
1 R S SP机构 的运动分析
应用矢量 回转法对 R S S P 机构进行运动分析 ,

发动机曲柄连杆机构的设计 更新版.

发动机曲柄连杆机构的设计 更新版.

.摘要以桑塔纳2000AJR型发动机为例,基于相关参数对发动机曲柄滑块机构主要零部件进行结构设计计算,同时进行强度、刚度等方面的校核,并进行相关力学分析和机构运动仿真分析,以达到良好的生产经济效益。

目前国内外对发动机曲柄连杆机构的动力学分析的方法很多,而且已经完善和成熟,但仍缺乏一种基于良好生产效益、经济效益上的综合性分析,本次设计在清晰、全面剖析的基础上,有机地将各研究模块联系起来,达到既简便又清晰的设计目的,力求为发动机曲柄滑块机构的设计提供一种综合全面的思路。

分析研究的主要模块分为以下三个部分:第一,对发动机曲柄滑块机构进行力学分析,着重分析活塞的位移、速度、加速度以及工质的作用力和机构的惯性力;第二,进行曲柄滑块机构活塞组、连杆组以及曲轴的结构设计,并对其强度和刚度进行校核;第三,应用Pro∕Engineer 建立曲柄滑块机构主要零部件的几何模型,并利用Pro/Mechanism进行机构仿真。

关键词:发动机;曲柄滑块机构;力学分析;机构仿真目录第一章绪论 (1)1.1国内外发展现状 (1)1.2研究的主要内容 (1)第二章总体方案的设计 (2)2.1原始参数的选定 (2)2.2原理性方案设计 (2)2.3 结构的设计 (3)2.4 确定设计方案 (3)第三章中心曲柄连杆机构的设计 (4)3.1 气缸内的作用力分析 (4)3.2 惯性力的计算 (4)第四章活塞以及连杆组件的设计 (6)4.1 设计活塞组件 (6)4.2 设计活塞销 (7)4.3 活塞销座 (7)4.4 连杆的设计 (7)第五章曲轴的设计 (9)5.1 曲轴的材料的选择 (9)5.2 确定曲轴的主要尺寸和结构细节 (9)第六章曲柄连杆机构的创建 (11)6.1 活塞的创建 (11)6.2 连杆的创建 (12)6.3 曲轴的创建 (14)6.4 曲柄连杆机构其它零件的创建 (16)第七章活塞及连杆的装配 (17)7.1添加活塞组件 (17)7.2添加连杆体组件 (17)7.3曲轴连杆的连接 (18)总结....................................................... 错误!未定义书签。

曲柄滑块机构运动分析与力学计算

曲柄滑块机构运动分析与力学计算

sin( ) sin cos cos sin sin 1 2 sin 2 sin cos
(sin sin 2 )
2
M1
PAB R(sin
2
sin 2 )在下死点
0
PR(sin sin 2 )
2
M1(P, , R, L)
设计(公称压力)行程Sg ;设计(公称压力)角 g
Q
N
Q
Md
12
O
R21
1 2
N21
F21
以轴颈中心为圆心,为半径作的圆称为摩擦圆,
为摩擦圆半径。
三、实际机构扭矩计算
理想机构:不计弹性变形;不计配合间隙 不计摩擦;不计惯性力
sin (RA RB )
L
M
' 2
PAB
m2
m2 RA R sin( )
PAB 2
R0
PAB 2
R0
PAB R0
1 1 2 s in 2
2
s in 2 1 (1 c os 2 )
2
c os 1 1 2 (1 c os 2 )
4
S R(1 c os ) L 1 2 (1 c os 2 )
4
R (1 c os )
L R
1 4
(1 c os 2 )
R (1 c os )
PAB
P
sin(90 ) sin(90 )
PAB
P
coscos 源自由于在下死点附近,,很小M 2 PAB RA R0 R sin PAB P
当 0, 0
M 2 PRA R0 R sin
P R A
R0
RRA
L
RB
R L

偏置曲柄滑块机构的运动学分析

偏置曲柄滑块机构的运动学分析

研究生课程论文科目:是否进修生?是□ 否■偏置曲柄滑块机构的运动学分析摘要:综合利用函数法和矢量法,在ADAMS软件中对偏置式曲柄滑块机构进行了仿真和运动分析。

首先,通过函数法对偏置式曲柄滑块机构的运动特性进行分析,根据矢量法建立机构的运动学矩阵方程。

然后,介绍了ADAMS在偏置曲柄滑块机构运动学及动力学分析中的应用。

通过对偏置曲柄滑块进行仿真和分析,得到其运动曲线。

该方法的仿真形象直观,测量方便,在机械系统运动学特性分析中具有一定的应用价值。

关键词:偏置曲柄滑块;ADAMS;仿真;运动学Abstract: The article analyzes the simulation and kinetic characteristic of deflection slider-crank mechanism by the function and the vector method in ADAMS.The kinematic equation of the deflection slider-crank mechanism is established by vector method. The application of ADAMS in kinematics analysis of slider-crank mechanism is presented. The motion and dynamic curves of offset slider-crank by ADAMS/View is obtained. In the method, simulation is authentic, visualized and convenient in measurement. The result shows that the method is efficient and useful in the kinematic characteristics analysis of mechanism.Keyword: offset slider-crank mechanism ; ADAMS; simulation ; kinematic0.引言平面连杆机构是由若干个构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平而机构,它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用,还应用于人造卫星太阳能板的展开机构、机械手的传动机构等。

曲柄滑块机构的运动分析及应用

曲柄滑块机构的运动分析及应用

曲柄滑块机构的运动分析及应用Last revision on 21 December 2020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()陈柯宇 ()熊宇飞()张保开 ()班级: 1107172013年6月10日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ABSTRACTThe 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。

曲柄滑块机构的运动特性分析

曲柄滑块机构的运动特性分析
k n m t c aa t r t a a y i .W i p we u c c l t n u c o o alb n d i a o , I l t i s lc m e t s e d、 c e e a o a d n g lr e ie i a c h r ce ii s c n ls s t h o r l a ua o f n t n f M t a s f l i i a mult n i p o d p a e n 、 p e a c lr t n n a u a v - i l c t c r e f h e h k g e ha i ,wh c a i r v e in f ce c d e i r c s n. o iy u v s o t n a e m c n s m i h c n mp o e d s g e i i n y a d s n n g p e io i
K n ma i Ch r ce it s A ay i o a k Sl e c a i ie t a a t r i n l s f Cr n i r Me h ns c sc s d m L og u sn
(Coee o ehncla dEet nc,hn o gJazu UnvrW, J a 5 1 1C ia l g fM ca i n lc o i S ad n i h ies l a r n i in 20 0 , hn ) n
分 别 取 实 部 与 虚 部 , 在 b前 加 符 号 系 数 N, 并 得

厶c8 1 c s 0 声+ o 2
( 2)
将 上 式 对时 间 求 导 . 有

r n0 一 2 s 2 w3 i 3 w2 i n0 s
【 bt c】 m satl rvd sa kn ma c i r o rn l e c ai A s at r rc po ie ie t da a ie i g m fc'k sdrmehns  ̄ i m.Acodn O t s bs h te ta mo e ad gv e c rig t i ,Iet lh te m hma c dl n ie t ai a il h

曲柄滑块机构的运动分析及应用解读

曲柄滑块机构的运动分析及应用解读

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(********)陈柯宇(11071177)熊宇飞(11071174)张保开(11071183)班级:1107172013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ABSTRACTThe 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。

第二节 曲柄滑块机构的运动与受力特点-新模板做的

第二节 曲柄滑块机构的运动与受力特点-新模板做的
第二节 曲柄滑块机构的运动与受力特点
学习内容 1、了解运动和受力公式,此部分了解分析的方法, 已经有了更好的算法,此部分了解一下即可。 2、重点理解压力机许用负荷图是如何得出的,对 L/O/G/O 于选择压力机有什么意义。
这一部分具体推导参见课 本
一、曲柄滑块机构的运动分 析 1、滑块位移与曲柄转角的关系
dt d dt
d
.
ddຫໍສະໝຸດ Rsin 2sin
2
2Rcos cos2 4
压力机滑块位移、速度和加速度曲线
❖ 运动原理: Vmax= ±ωR = ±2πnR/60 = ±πns/60 s-滑块行程, n-转 速, R-曲轴半径
❖ 滑块的运动速度是变化→要求速度恒定的工艺不完全合适
5
二、曲柄滑块机构受力分析 1、连杆与导轨受力分析
FAB F / cos Q F tan
FAB F
Q F sin a
二、曲柄滑块机构受力分析
(2)曲轴受扭矩
ML
FR (sin
a
2
sin
2a)
•F一定时,曲轴所受扭 矩随a值增大而增大;
•ML一定时,变形抗力F 随a值增大而减小;
•临界角(标称压力角)ag
3、压力机许用负荷图
ML恒定
F M gL (sin a sin 2a)1
1
1
1 2 sin2
采用幂级数展开,并取近似得:
s
R(1
cos
)
4
1
cos2
3
2、 滑块速度与曲柄转角的关系
滑块速度:
v d(2R s) ds ds . d . ds
dt
dt d dt d
Rsin sin 2

曲柄滑块机构运动分析

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l 1100mm , l2300 mm,110rad / s,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l1 cos 1l2 cos l1 sin 1l2 sin 2SC20(1)由式( 1)得2、速度分析将式( 1)对时间 t 求导,得速度关系l1 1 cos1l 22 cos20l1 1 sin1l 22 sin2v C(2)将( 2)式用矩阵形式来表示,如下所示l 2 sin 212l1 sin1l 2 cos 201l1 cos( 3).v C13、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=0.1;l2=0.3;e=0;hd=pi/180;du=180/pi;omega1=10;alpha1=0;%2.曲柄滑块机构运动计算forn1=1:721theta1(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);endfigure(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');gridonsubplot(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}');gridonsubplot(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}');gridonsubplot(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');gridonsubplot(2,3,5)plot(n1,v3);title(' 滑块速度运动线图 ');xlabel('曲柄转角 \theta_1/\circ');ylabel('滑块速度 /m\cdots^{-1}');gridonsubplot(2,3,6)plot(n1,a3);title(' 滑块加速度运动线图 ');xlabel('曲柄转角 \theta_1/\circ');ylabel('滑块加速度 /m\cdots^{-2}');gridon2、子程序function[theta2,s3,omega2,v3,alpha2,a3]=slider_crank(theta1,omega1,alpha1,l1,l2,e);%计算连杆 2 的角位移和滑块 3 的线位移s3=l1*cos(theta1)+l2*cos(theta2);theta2=asin((e-l1*sin(theta1))/l2);%计算连杆 2 的角速度和滑块 3 的线速度A=[l2*sin(theta2),1;-l2*cos(theta2),0];B=[-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1)];omega=A\(omega1*B);omega2=omega(1);v3=omega(2);%计算连杆 2 的角加速度和滑块 3 的线加速度At=[omega2*l2*cos(theta2),0;omega2*l2*sin(theta2),0];Bt=[-omega1*l1*cos(theta1);-omega1*l1*sin(theta1)];alpha=A\(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt);alpha2=alpha(1);a3=alpha(2);四、程序运行结果及分析图 2 运动规律曲线图从仿真曲线可以看出,当曲柄以w1=10rad/s匀速转动时,连杆的转角位移变化范围大约在-20~20度之间,在 90°或 270°有极值,呈反正弦变化趋势;连杆的角速度变化范围大约在-3.3~3.3rad/s,在0°或 180°有极值,成反余弦变化趋势;连杆角加速度变化范围大约在 -35~35rad/s2,在 90°或270°有极值,呈正弦变化趋势。

曲柄滑块机构运动规律

曲柄滑块机构运动规律

12
r sin 2 r 3 sin 2 sin 2 r sin 3 2 l 4 l
(8.16)
从(8.16)出发,又可得近似加速度
3 2 2 r cos 2 r (sin 2 2 sin cos 2) 2 a2 r cos 3 l 4 l 对摆角 可以利用幂级数展开的Maclaurin公式(8.17)
arcsin , 1 (8.18) 6 r arcsin sin (8.7) l 得到摆角的近似模型。 r 粗略一些,可以取 1 sin (8.19)
3
而必要时,可以取
r r3 2 sin 3 sin 3 l 6l
x r cos l 2 r 2 sin2
将位移的表达式(8.1)改写为
(8.1)
1 2
r2 2 x r cos l 1 l 2 sin
a
(1 ) 1 a , 1
(8.12)
10
滑块位移的近似模型为2 r 2 x1 r cos l sin (8.13) 2l 从而有相应的近似速度 dx1 dx1 d r2 1 r sin sin 2 dt d dt 2 l r r sin sin 2 (8.14) 2l 和近似加速度 d1 r 2 a1 r cos cos 2 (8.15) dt l 这里速度和加速度是直接对近似位移模型求导得来, 而不是对v和a的精确表达式(8.4)和(8.5)的近似。 11
4 5 从表上看出:零点在 、 12 12
利用(8.6), l sin r sin r cos 不难由上两式导出 d
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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: 1107172013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ABSTRACTThe 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pc与滑块发出的压力p之间,存在如下关系:ppc=ϕcos(3-1)曲柄颈A处,沿半径方向的力pr 和pc的关系:p r=pc)cos(ϕθ+ (3-2)将上2式联立,可得到:p r=ϕϕθcos /)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pT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(θϕ+=p pcT(3-5)将(1)、(4)式代入(5)式,则r p T *cos /)sin(ϕϕθ+= (3-6)从上式求出P 。

r T p /1*)sin(/cos ϕθϕ+= (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,ϕ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 222)(-=-=-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:==AB + (3-10)C 点的坐标为其矢径在坐标轴上的投影:θθcos cos 3322r r x += (3-11)θθsin sin 3322r r y -= (3-12)根据图形可知:θθθλsin sin sin 22323*)/(==r r (3-13)所以:θλθθsin sin cos 22212123-=-= (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:tr 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 ω=)]2(1[25.0cos 23t r ωλ--+ (3-16))]2(25.0)([)25.01(cos cos 223t 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 22t 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。

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