机构的运动分析及动力学
机构运动分析范文
机构运动分析范文机构运动分析是研究机构在运动中的性能、特点、力学模型等方面的学科。
机构是由若干个构件通过连接件组成的一种刚性机械系统，广泛应用于各个领域，如机械工程、土木工程、航空航天工程等。
了解机构运动分析对于优化设计、改进运动效能、提高机构性能等都具有重要意义。
在机构运动分析中，常常会考虑到机构的运动学、静力学和动力学方面的问题。
首先，机构的运动学分析是研究机构构件之间相对运动的学科。
它关注构件之间的几何关系、速度、加速度等参数，通过数学方法描述机构的运动状态。
常见的运动学分析方法包括坐标法、矩阵法、几何法等。
在机构运动学分析中，常常使用平面机构和空间机构这两种类型进行研究。
平面机构是指机构构件在平面内运动的机构，而空间机构是指机构构件在三维空间内运动的机构。
其次，机构的静力学分析是研究机构在受到外力或外力矩作用下的平衡条件和力学特性的学科。
在机构的静力学分析中，常常使用静力平衡方程、杆件的材料力学性质等来求解机构的内力分布、受力大小等问题。
静力学分析能够帮助工程师了解机构的结构强度、稳定性等方面的问题，为机构的设计和优化提供重要依据。
最后，机构的动力学分析是研究机构在运动中的力学特性和性能的学科。
它关注机构在运动过程中的惯性力、动力学特性和能量转换等问题。
动力学分析可以通过构建机构的动力学模型，使用牛顿第二定律、运动学方程等进行分析，从而了解机构的惯性反应、动力传递等特性。
动力学分析对于优化机构的运动路径、减小振动和噪音等问题具有重要意义。
总结起来，机构运动分析包括运动学分析、静力学分析和动力学分析三个方面，是研究机构性能、特点和力学模型等内容的学科。
它在优化机构设计、改进机构性能、提高机构运动效能等方面有着重要的应用价值。
第九章-曲柄连杆机构动力学分析
Pj m j a m j R 2 cos m j R 2 cos2 PjI PjII
（2）、旋转惯性力Fr=mrRω2 2、沿气缸中心线的总作用力F 总作用力F是缸内气体作用力Fg与往复惯性力的代数和 F=Fg+Fj 气体作用力 D 2 Fg p g - p? g 4
1、活塞位移x：
x ( L R) ( L cos R cos )
2 2
R(1 cos ) L(1 1 sin )
（精确式）
R x R(1 cos ) (1 cos 2 ) x I x II （近似式） 4
近似式与精确式相比误差很小，如当λ =1/3.5时，曲柄转角为 90度时误差为最大，在0.003R左右，此精度在工程上已足够。
பைடு நூலகம்
（精确式）
1 2 L sin 1 1 3 cos2 （近似式） 2
2
在α =90º 或270º 时达到极值：
Le
2 (1 2 )1 / 2
（精确式）
1 （近似式） 2 摆动角速度和角加速度精确式中分母均近似等于 1 ，因此两者均 随α 近似按简谐规律变化。
L L 1 m j m p m 1 m p m l L 作旋转运动的不平衡质量mr，包括曲柄换算质量mk和连杆换算
L1 mr mk m 2 mk1 2mk 2 mL R L
到大头中心的质量m2，集中作用于曲柄销中心，即
三、曲柄连杆机构作用力和力矩 1、惯性力 、 （1）旋转惯性力 （1）、 往复惯性力
2、活塞速度：
sin( ) v R cos
第9章平面连杆机构的动力分析与平衡
第9章平面连杆机构的动力分析与平衡平面连杆机构是由若干个连杆组成的机械系统，常用于研究机械系统的动力学性质。
对于平面连杆机构的动力分析与平衡，主要是研究其运动学和动力学方程，并进行相应的力和动量平衡计算。
以下将从运动学和动力学两个方面进行详细介绍。
1、运动学分析平面连杆机构的运动学分析是研究机构的位置、速度和加速度的关系。
其中，位置分析主要是根据连杆的几何性质，通过连杆的长度、夹角和初始位置等参数，确定连杆机构的位置关系。
速度分析主要是研究各连杆的线速度和角速度之间的关系，通过运用位移法和速度图解法，可以求解各连杆关节处的速度。
加速度分析主要是研究各连杆的线加速度和角加速度之间的关系，可以通过速度分析的基础上运用动图解法求解。
2、动力学分析平面连杆机构的动力学分析是研究机构中各连杆所受力和动量的关系，进而分析机构的运动特性。
动力学分析主要包括力分析和动量平衡两个方面。
力分析主要是研究在给定外部载荷下，各连杆之间的约束力和连接力，分析力的大小、方向和位置。
动量平衡主要是研究机构质点的动量矩等于零，根据牛顿第二定律和冲量动量定理，可以建立平面连杆机构的运动方程，进而求解各连杆的加速度和力。
平面连杆机构的平衡主要涉及到静平衡和动平衡两个方面。
静平衡要求在机构基准位置时，机构中各连杆和连接处的力矩之和等于零，可以通过力分析和力矩平衡方程求解。
动平衡要求机构中各连杆的质心加速度等于零，在给定外部载荷和给定输入力矩的情况下，可以通过动量平衡方程求解。
总结来说，平面连杆机构的动力分析与平衡需要进行运动学和动力学的分析，通过建立力分析和动量平衡方程，求解各连杆的加速度和力，进而研究机构的运动特性和平衡性。
对于平面连杆机构的动力分析与平衡研究，可以为机械设计和动力学性能优化提供理论依据。
机构动力学
机构动力学摘要：一、引言1.概述机构动力学的概念2.阐述研究机构动力学的重要性二、机构动力学的基本原理1.牛顿运动定律的应用2.动能和势能的转化3.摩擦力和阻力的影响三、机构动力学的应用领域1.机械制造和设计2.航空航天工程3.交通运输工程4.生物力学和医学四、研究方法和工具1.实验测试2.计算机仿真3.数学建模五、我国在机构动力学的研究进展1.科研机构和高校的研究成果2.国家级科研项目和政策支持六、机构动力学的发展趋势1.跨学科研究2.绿色能源和可持续发展3.智能制造和工业互联网七、结论1.总结机构动力学的重要性2.展望未来研究和发展方向正文：一、引言随着科技的不断发展，机构动力学这一学科领域日益受到广泛关注。
机构动力学是研究机构和装置在运动过程中的动力学行为及其控制规律的一门学科，它涉及到多个学科的知识，如力学、机械工程、控制科学等。
研究机构动力学具有重要的理论和实际意义，有助于提高机构的运行效率、降低能耗、减小故障率，并为我国制造业的转型升级和科技进步提供有力支持。
二、机构动力学的基本原理机构动力学的基本原理主要包括牛顿运动定律的应用、动能和势能的转化以及摩擦力和阻力的影响。
牛顿运动定律为研究机构动力学提供了基本的理论依据，通过分析机构的受力情况，可以得出机构运动的状态。
动能和势能的转化在机构运动过程中起着关键作用，合理的能量转换可以提高机构的运行效率。
同时，摩擦力和阻力对机构运动产生影响，需要对其进行分析和控制，以减小能量损失。
三、机构动力学的应用领域机构动力学在多个领域具有广泛的应用，如机械制造和设计、航空航天工程、交通运输工程、生物力学和医学等。
在机械制造和设计中，机构动力学有助于优化机构结构，提高传动效率；在航空航天工程中，对飞行器结构进行动力学分析，可确保其在复杂工况下的稳定飞行；在交通运输工程中，研究车辆的动力学和振动特性，可提高行驶安全和舒适性；在生物力学和医学中，机构动力学可用于分析人体关节和肌肉的力学特性，为康复治疗和假肢设计提供理论依据。
机械原理-机构的运动分析
3、加速度分析
aC aB aCB
a C a C aB a CB a CB
n t n t
a B 12l AB
F
1
1 A B 2 E C
大小 lCD32
?
→A
lCB22 C→B
? ⊥CB
·
G
3
方向 C→D ⊥CD
取极点p’ ，按比例尺a作加速度图
1
4
D
' aC a p 'c ' aCB a b 'cc´
思考题：
P44 3-1
作业：
P44 3-3、3-6、3-8（b)
§3-3 用矢量方程图解法作机构的运动分析
一、矢量方程图解法的基本原理及作图法
1、基本原理 —— 相对运动原理 B（B1B2） 1
B
A
同一构件上两点间的运动关系
2
两构件重合点间的运动方程
vB v A vBA
aB a A aBA aA a
c´
aC a G e´
aCB
n2 ´ n2
p´
n3
aF
b´
加速度图分析小结： 1）p‘点代表所有构件上绝对加速度为零的影像点。 2）由p‘点指向图上任意点的矢量均代表机构图中对应点 的绝对加速度。 3）除 p′点之外，图中任意两个带“ ′”点间的连线 均代表机构图中对应两点间的相对加速度，其指向与加 速度的角标相反。 4）角加速度可用构件上任意两点之间的相对切向加速度 除于该两点之间的距离来求得，方向的判定采用矢量平 aCB b ' c ' 移法。 5）加速度影像原理：在加速度图上，同一构件上各点的 绝对加速度矢量终点构成的多边形与机构图中对应点构 成的多边形相似且角标字母绕行顺序相同。 6）加速度影像原理只能用于同一构件。
机构运动仿真与动力分析
机构运动仿真与动力分析机构运动仿真是指使用计算机辅助工具，通过建立机构的数学模型，模拟机构在给定约束和激励条件下的运动轨迹和位置，进而预测机构的工作性能。
通过仿真分析，可以评估机构的运动轨迹、速度、加速度等参数，验证机构的设计是否满足要求，辅助工程师进行优化设计，提高机构的运动精度和工作效率。
机构动力分析是指通过建立机构的动力学模型，计算机数值计算，分析机构在外部负载作用下的力和力矩分布以及其他动力学特性。
通过动力学分析，可以评估机构的稳定性、刚度和振动特性，以及对外部负载的响应能力，辅助工程师进行力学设计和优化，保证机构在工作过程中的安全可靠性。
机构运动仿真与动力分析的方法主要包括利用数学模型进行解析计算、基于有限元方法的数值模拟和利用仿真软件进行模拟。
解析计算方法适用于简单的机构，可以通过代数方程求解得到机构的运动学和动力学特性。
有限元方法适用于复杂的机构，通过离散化和数值计算，可以分析机构的局部应力、刚度和振动特性等。
仿真软件方法是一种常用且有效的分析方法，通过建立机构的三维模型，并设置约束条件、激励和加载，可以直观地模拟机构的运动轨迹和动力学特性。
机构运动仿真与动力分析在工程领域中有广泛的应用。
例如，在机械工程中，可以利用仿真分析方法对机器人、汽车底盘、航天器机构等进行运动学和动力学特性的评估，优化设计机构的工作效率和运动精度。
在工业自动化领域，可以利用仿真分析方法对传输线或输送机构进行运动学和动力学分析，优化输送工艺和提高生产效率。
在医疗器械研发中，可以利用仿真分析方法对人体骨骼和关节机构进行运动学和动力学模拟，帮助医生制定手术方案和设计医疗器械。
总之，机构运动仿真与动力分析是一种重要的工程分析方法，通过建立机构的数学模型和计算机仿真，可以预测机构的运动轨迹和位置，分析机构的动力学特性，优化设计机构的工作效率和运动精度。
这种方法在工程领域中有广泛的应用，对提高工程设计的可靠性和效率具有重要意义。
连杆机构的动力学分析与优化设计
连杆机构的动力学分析与优化设计连杆机构是一种常见的机械传动装置，它由若干个连杆组成，通过铰链连接在一起。
连杆机构广泛应用于各个领域，如发动机、泵浦、机床等，对于实现复杂运动和力学传递起到重要的作用。
本文将对连杆机构的动力学分析与优化设计进行探讨。
一、连杆机构的动力学分析连杆机构的动力学分析是研究其运动规律和受力分布的过程。
在动力学分析中，我们可以通过构建连杆机构的运动学方程和受力方程来描述其运动和受力情况。
1. 运动学方程运动学方程描述了连杆机构中各个连杆的位置和速度之间的关系。
通过连杆机构的几何形状和运动特点，我们可以推导出各个连杆的位置和速度方程。
运动学方程的求解可以帮助我们了解连杆机构的运动规律和运动参数。
2. 受力方程受力方程描述了连杆机构中各个连杆受力的情况。
通过对各个铰链点的受力平衡条件的分析，我们可以得到连杆机构中各个连杆的受力方程。
受力方程的求解可以帮助我们了解连杆机构中各个连杆的力学特性，为优化设计提供基础。
二、连杆机构的优化设计连杆机构的优化设计旨在提高其性能和效率。
在连杆机构的优化设计中，我们可以从以下几个方面进行改进。
1. 结构优化连杆机构的结构优化包括选取合适的连杆尺寸和形状，以及确定连杆的连接方式。
通过对连杆机构结构的优化设计，可以减小其重量和体积，提高其刚度和强度，从而提高整个机构的性能。
2. 运动特性优化连杆机构的运动特性优化包括提高其运动平稳性和运动精度。
在优化设计过程中，可以通过调整连杆的长度比例和位置布局，以及选用合适的铰链点来改善连杆机构的运动特性。
运动特性优化可以使连杆机构实现更加精确和稳定的运动。
3. 动力优化连杆机构的动力优化包括提高其传动效率和降低能耗。
在优化设计过程中，可以选用合适的传动形式和传动参数，以及减小传动过程中的能量损失来改善连杆机构的动力性能。
动力优化可以提高连杆机构的整体效率，并减少对能源的消耗。
三、连杆机构的应用领域连杆机构广泛应用于各个领域，如发动机、泵浦、机床等。
平面四杆机构动力学分析
平面四杆机构动力学分析平面四杆机构是一种常用的机构形式，它由四个连杆构成，每个连杆的两个端点分别与两个固定点和两个动点连接。
平面四杆机构广泛应用于工程和机械领域，如发动机连杆机构、机床传动机构等。
在对平面四杆机构进行动力学分析时，需要考虑连杆的运动学特性以及受力情况，以求得机构的运动学和动力学性能参数。
本文将介绍平面四杆机构动力学分析的基本方法和步骤。
首先，对平面四杆机构进行运动学分析，即确定连杆的几何参数和运动特性。
通过连杆的长度、角度和位置关系，可以建立连杆运动学方程。
平面四杆机构一般有两个输入连杆和两个输出连杆，输入连杆一般由驱动源（如电机）控制，输出连杆用于传递或产生所需的运动。
其次，根据连杆的几何关系和运动学方程，可以推导得到平面四杆机构的速度和加速度方程。
速度方程描述了各连杆的速度与输入连杆的关系，加速度方程描述了各连杆的加速度与输入连杆的关系。
通过求解速度和加速度方程，可以得到每个连杆的线速度和角速度，以及各连杆的线加速度和角加速度。
接下来，进行平面四杆机构的力学分析。
根据连杆的几何关系和受力分析，可以推导得到每个连杆的力学方程。
力学方程描述了各连杆受到的力和力矩与其他连杆的关系。
通过求解力学方程，可以得到每个连杆的受力和力矩大小以及方向，以及各连杆之间的力传递关系。
最后，根据连杆的运动学和力学特性，可以得到平面四杆机构的动力学性能参数，如位置、速度和加速度的关系、力和力矩的大小和方向等。
这些参数可以用于分析机构的运动和受力情况，并进一步优化设计。
需要注意的是，平面四杆机构的动力学分析是一个复杂的过程，需要考虑各连杆之间的相互作用和约束条件。
同时，还需要考虑连杆的质量和惯量等因素，以求得更精确的分析结果。
因此，在实际应用中，常采用计算机辅助分析方法，如数值模拟和仿真技术，以提高分析的准确性和效率。
综上所述，平面四杆机构的动力学分析是一项重要的工作，对于优化设计和性能评估具有重要意义。
机械原理全部知识点总结
机械原理全部知识点总结一、牛顿定律1. 牛顿第一定律：物体在外力作用下静止或匀速直线运动，除非有外力作用，否则不会改变其状态。
2. 牛顿第二定律：物体受力作用时，其加速度与作用力成正比，与物体质量成反比，方向与力的方向相同。
3. 牛顿第三定律：作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在不同物体上。
二、运动学1. 位移、速度和加速度的定义及关系2. 直线运动和曲线运动的描述和分析3. 相对运动和相对运动问题的解决方法4. 圆周运动和角速度、角加速度的计算5. 瞬时速度和瞬时加速度的概念及计算方法三、动力学1. 动量和动量定理：动量的定义和计算方法，动量守恒定律的应用2. 动能和动能定理：动能的定义和计算方法，动能定理的应用3. 动力和动力定理：动力的定义和计算方法，动力定理的应用4. 质点受力分析：引力、弹力、摩擦力等力的计算和分析5. 动能、动量和功率的关系：能量守恒定律和功率的计算方法四、静力学1. 平衡条件和平衡方法：受力平衡条件的表述和计算方法2. 力的合成和分解：力的合成定理和力的分解定理的应用3. 各向同性和各向异性材料的力学性质4. 梁的静力学分析方法：简支梁、固支梁和悬臂梁的静力学分析方法五、轴系1. 轴系的分类和特点：一般轴系、滚动轴系和滑动轴系的特点和应用2. 轴系的受力分析：轴系受力平衡条件和计算方法3. 轴系的设计与选用：轴系的设计原则和选材方法4. 轴系的传动：轴系的传动原理和传动装置的种类及应用六、传动1. 传动的分类和特点：齿轮传动、带传动、链传动和齿条传动的特点和应用2. 传动的传递特性：传动的传递比、效率和传动比的计算方法3. 传动装置的设计与选用：传动装置的设计原则和选用方法4. 传动装置的振动和噪音控制：传动装置的振动和噪音控制原理和方法七、机构1. 机构的分类和特点：平面机构、空间机构、连杆机构和歧杆机构的特点和应用2. 机构的运动分析：机构的运动规律、运动轨迹和运动参数的计算方法3. 机构的静力学分析：机构的受力平衡条件和受力分析方法4. 机构的动力学分析：机构的运动学和动力学分析方法八、机器人1. 机器人的分类和特点：工业机器人、服务机器人和专用机器人的特点和应用2. 机器人的结构和工作原理：机器人的机械结构和工作原理3. 机器人的传感器和执行器：机器人的传感器和执行器的种类和应用4. 机器人的控制系统：机器人的控制系统和编程方法以上是机械原理的全部知识点总结，涵盖了牛顿定律、运动学、动力学、静力学、轴系、传动、机构和机器人等内容。
平面五杆机构运动学和动力学特性分析
Abstract : The kinem atic and dyna m ic characteristics of a planar five- bar m echan ism are analyzed . Equa t io ns of positive k in e m atic and inverse k in e m atic are deduced . K ane dynam ic equations are introduced to ana ly ze the dyna m ic characterist ics of a planar f iv e- bar m echanism. T he resu lts show that the inertia forces are th e m ain facto r to affect the perfo r m ance o f a five- bar m echan ism. K ey w ord s : planar five bar m echanism; kinem at ics; dynam ics 平面铰链五杆机构 ( 简称五杆机构 ) 中主动 杆与运动输出点间的位置、 速度及加速度关系是 机构运动学仿真的基础 , 也是机械结构设计和 实现控制的基础 . 动力学研究物体的运动和作用 力之间的关系, 也是五杆机构研究的一个重要分 支
摘
要 : 对平面五杆机构的运动学特性和动力学特性进行分析 . 推导了五杆机构的运动 学正解和运动学逆 解
方程 . 借助 K ane动力学分析方程 , 对五杆机构进行了动力学分析 , 分析结果表明惯性力对机构的影响很大. 关键词 : 平面五杆机构 ; 运动 学 ; 动力学 中图分类号 : TH 112 1 文献标识码 : A 文章编号 : 0367- 6234( 2007) 06- 0940- 04
翻转犁翻转机构的运动与受力分析
2 2 机构的动态静力分析 在机构的运动学分析中, 已经了解到
机构在油缸作用下运动时, AB (AD )
杆的角速度随θ的变化而变化, AB 杆
作加速运动, 机构除受重力 G 和摩擦 阻力M f的作用外, 还受到惯性力 F 的作用.当油缸收缩在角 90 ~ 0 时, 机构受力情况如图 5( a)所示。 为计算出油缸上的受力大小, 作机构 的转向速度图, 并把机构上的力移到 速度图中的对应点 E 上, 如5( b)示, 对 E 点取矩, 得方程式:
1 翻转机构的运动分析
如图 1所示, 在单缸卧式翻转机构简图 中, A、C为固定支点, AC 长度为 a, AB 长度为 R, BC 长度 为L 0, 当拖拉机发 动机的转数不变时, 翻转机构的油缸作 匀速运动, 即 v1为常数。AB 和 AC 的 夹角为θ, 为满足翻转犁能在工作过程中 翻转 180度 , 要求 AB 杆在油缸的作用 下必须能转动 180 。 角的变化范围应 在整个水平面内, 即 可在 正负 90度 的 范围内变化。所以，该机构为运动导杆 机构，能够完成上诉运动的必要条件为
P1H + G rx - F1 r-2Mf = 0
得:p1=（F1r+2Mf-Grx）/H
式中: F1 = Mar =Gar/g, r = 0. 285m,
p1 = 0. 0113, M f =Wp1 = 623. 28N/m, G = 9339. 4N, rx = r sinθ, a r 为切向加速度, H = asinθ/L
(2) 从动力学特性看, 机构可以保证实现 180
的翻转所需要的动力。
(3) 液压系统可实现机构的翻转和液压锁定的
性能要求。
θ 当机构的 AB 杆越过中间位置 ( = 0 )后 在 0~ - 90 区间运动时, 机构 受力情况如图 6 ( a)所示,
机械设计中的机构设计与运动分析
机械设计中的机构设计与运动分析机械设计是一门涉及工程领域各个方面的学科，其中机构设计与运动分析是其中至关重要的一部分。
机构设计指的是在机械系统中选择、设计和排列组成部分，以实现所需的机械性能和工作任务。
运动分析则是对机构中各个部件进行运动、力学和动力学的分析，以确保机构的运动效果和工作的可靠性。
一、机构设计的基本原则机构设计需要遵循一些基本原则，以保证机械系统的性能和工作要求。
首先，机构设计应充分考虑机械系统的功能需求，确保设计满足工作任务的要求。
其次，机构设计应兼顾结构的简单性和可靠性，以降低制造和维护的成本，并保证机器的可靠性和寿命。
此外，机构设计还需要考虑机械系统的安全性和人体工程学，以确保操作人员的安全和舒适性。
二、机构设计方法机构设计的方法主要包括几何设计和运动设计。
几何设计是指选择和设计机构中的构件，并确定它们之间的几何形状和尺寸。
几何设计通常涉及到机构的拓扑结构、构件的尺寸和形状等。
运动设计则是根据机构的功能需求和运动要求，确定各个构件的运动参数，如速度、加速度、位移等。
通过几何设计和运动设计的综合分析，可以得到满足机械系统性能和工作要求的机构设计方案。
三、机构设计中的运动分析运动分析是机构设计中不可或缺的一环，通过对机构的运动进行分析，可以获得机构的运动规律、工作效果和力学特性。
运动分析方法主要包括几何运动学和动力学分析。
几何运动学分析主要研究机构中各个部件的运动参数，如位移、速度、加速度等，并建立运动方程和运动图。
动力学分析则研究机构中各个部件的力学特性，包括力、力矩、动力学方程等。
通过运动分析，可以评估机构的运动性能和工作可靠性，并进行优化设计。
四、机构设计中的常用工具在机构设计中，常用的工具包括计算机辅助设计与计算机辅助工程分析软件。
计算机辅助设计软件可以帮助设计师进行几何设计和运动设计，通过三维模型的建立和参数的调整，可以快速得到多种设计方案，并进行性能评估和优化。
计算机辅助工程分析软件则可以辅助进行运动学和动力学分析，模拟机械系统的运动效果和力学特性，为机构设计提供理论依据和工程指导。
配气机构的动力学分析
配气机构动力学分析课程设计目录一、配气机构的机构简图 ........................................ 错误!未定义书签。
二、配气机构运动学计算分析 (1)1)配气机构中间参数法的代数分析 (1)2）运初始值的设定及简化计算 (3)三、配气机构动力学计算分析 (8)1)受力分析及微分方程的建立 (8)2）配气机构质量的换算及方程参数的计算 (10)3)动力学微分方程的求解 (12)四、配气机构动力学优化比较 (16)参考文献： (23)附件： (24)配气机构的运动学和动力学分析一、配气机构的机构简图其自由度为5432352621F n p p =--=⨯-⨯-= 主动件为凸轮轴，输出件为气门。
二、配气机构的运动学计算分析1、配气机构中间参数法的代数分析由上面的机构简图可以得到，摇臂轴与凸轮轴的竖直位移为： 000cos cos cos cos T T T T y l l h l l h H αγαγ++=++=化简得到：000(cos cos )(cos cos )T T T l l h h ααγγ-+-=- （1）摇臂轴与凸轮轴的水平位移：00sin sin sin sin T T x l l l l H αγαγ+=+=化简得到：00(sin sin )(sin sin )0T l l ααγγ-+-= （2）上面（1）（2）两式对时间求导得到sin sin cos cos 0T T T T dh dh l l dt d l l αγαγωαωγωϕωαωγ⎧+==⋅⎪⎨⎪--=⎩ 解得cos sin()T T h l αωγωαγ'=- cos sin()T h l γωαωαγ'=--其中αω，γω分别为摇臂和推杆的角速度，两式对时间求导得到摇臂和推杆的角加速度为：2222(cos sin )sin()cos()()cos [sin()]cos sin []sin()cos sin()sin()[sin()]cos cos cos()[]sin()sin()T T T T T T T T T T T T T T T T h h l l h l h h l h l l l h h l l l γαγαωγωγωαγαγωωωγεαγωαωγαγωγαγαγαγωγωααγαγαγ''''-⋅----=-''--''-=---''-+---222223cos [sin()]cos cos cos()cos ()sin()sin ()T T T T T T h l h h l l ωγαγωγωγαγλααγαγ'-'''-+=---同理，得到推杆的角加速度为22223cos cos cos cos()()sin()sin ()T T T h h l l γωαωγλααγελαγαγ'''+-=-+-- 其中Tl lλ=即为挺柱和推杆长度比 根据机构简图上的几何关系，00ββαα-=- 0(cos cos )V V l h ββ-=对时间求导可以得到sin sin VV V dh l l dtβαβωβω=⋅=⋅ 222(cos sin )V V d h l dtααβωβε=⋅+⋅ 将摇臂的角速度，角加速度带入可以得到：cos cos sin sin sin()sin()V V T V T T T dh l h l h dt l l ωγγββωαγαγ''=⋅=--2222222322223cos cos cos cos()cos {cos []sin [()]}sin()sin()sin ()cos sin ()[cos sin()cos sin ]sin()sin ()V T T T V T T T V V T T T T d h h h h l dt l l l l l h h l l ωγωγωγαγλαββαγαγαγωγβωγαγβλαβαγαγ''''-+=⋅+⋅----'''=+-----气门传动机构的传动比00sin sin 1sin()sin()V VV V T T T T T T dh dh l l dt dt i h dh l l h h dtββωαγαγωω'==≈=--'' 对中间参数进行线性近似可以得到00000020000000000020000sin cos sin cos()()[]sin()sin()sin ()sin sin()()sin()sin ()V V T T V VT T l l i l l l l l l βββαγαααγαγαγβαγβαααγαγ-=+-------≈+---2、运动初始值的设定及运动学计算的简化计算初始参数的设定：凸轮轴转速：1000r/min 故2104.72/60nrad s πω== 运动开始时推杆与竖直位置成5度角，摇臂水平且摇臂轴两端摇臂成一条直线（即机构简图中所示1OO 和2OO 在一条直线上），故05γ= 0090αβ==，αβ=。
自动化机构设计工程师速成宝典高级篇
自动化机构设计工程师速成宝典高级篇随着工业自动化技术的发展，自动化机构设计工程师的需求也越来越大。
如果你已经掌握了自动化机构设计的基础知识，那么就可以考虑进一步深入学习自动化机构设计的高级技术。
一、机构的优化设计在进行机构设计时，我们常常需要考虑机构的结构和运动特性，以达到最佳的设计效果。
优化设计是一种基于数学方法的设计技术，可以帮助我们在满足机构要求的前提下，尽可能地减小机构的体积、重量、成本等设计指标。
常用的优化方法包括灵敏度分析、遗传算法、模拟退火等。
二、机构的动力学分析机构的动力学分析是指通过建立机构的动力学模型，研究机构在运动过程中的受力、速度、加速度等动力学特性。
这项技术是机构设计的重要组成部分，可以帮助我们优化机构的运动特性，提高机构的精度和可靠性。
常用的动力学分析方法包括刚体动力学分析、柔性多体动力学分析、动力学仿真等。
三、机构的精度分析机构的精度分析是指通过建立机构的精度模型，研究机构在运动过程中的误差和偏差，以评估机构的精度和可靠性。
这项技术可以帮助我们发现机构设计中可能存在的问题，及时进行调整和优化。
常用的精度分析方法包括误差分析、容差分析、运动学仿真等。
四、机构的振动分析机构的振动分析是指通过建立机构的振动模型，研究机构在运动过程中的振动特性，以评估机构的稳定性和可靠性。
这项技术可以帮助我们发现机构设计中可能存在的振动问题，及时进行调整和优化。
常用的振动分析方法包括有限元分析、模态分析、振动仿真等。
五、机器人的运动学分析机器人的运动学分析是指通过建立机器人的运动学模型，研究机器人在运动过程中的位置、姿态、速度等运动特性，以实现机器人的精确控制和运动规划。
这项技术是机器人控制的基础，也是机器人自动化应用的关键技术之一。
常用的运动学分析方法包括正逆运动学分析、轨迹规划、动力学反馈控制等。
以上是自动化机构设计工程师的高级技术，通过深入学习和实际应用，可以帮助我们更好地设计和优化机构，提高机构的精度和可靠性，为工业自动化技术的发展做出贡献。
曲柄连杆机构动力学分析
sin 1 2 sin 2 3/ 2
（精确式）
L
2 sin 1
1 2
2
1 3cos2
（近似式）
在α=90º或270º时达到极值：
Le
2 (1 2 )1/ 2
（精确式）
Le
21
1 2
2
（近似式）
摆动角速度和角加速度精确式中分母均近似等于1，因此两者均 随α近似按简谐规律变化。
2
sin
2
vI
vII
无量纲加速度（活塞加速度系数）：
（精确式） （近似式）
a
a
2R
cos( cos
)
cos2 cos3
（精确式）
a cos cos2 aI aII
（近似式）
再将不同λ值下上述无量纲量的数值列成表格，以备查用。
二、偏心曲柄连杆机构（偏置曲柄连杆机构）
1、采用偏心曲柄连杆机构的原因 凡是曲轴回转中心线或者活塞销中心线不与气缸中心线相交的曲
柄连杆机构都是偏心机构。根据偏心方向的不同，分为正偏心机构 和负偏心机构。正偏心机构（如图a、图b所示）在活塞下行时连杆 摆角较小，使得作功行程中活塞侧推力有
侧
侧
（a）曲轴正偏心 （b）活塞销正偏心 （c）活塞销负偏心
偏心曲柄连杆机构
负偏心机构广泛应用于车用汽油机中，目的是减轻活塞对气缸壁的 敲击，降低运转噪声。 正偏心机构多用于柴油机，目的是改善散热，减轻主推力边的热负 荷，使顶环隙整个圆周上不积碳。
180
arcsin 1
活塞行程：S R 1/ 12 2
1/
由近似式可得出活塞最大速度
vmax
R (sin v max
机构运动分析范文
机构运动分析范文1.机构的结构分析：机构的结构可以分为平面机构和空间机构两种类型。
平面机构中的各个刚体和铰链位于同一水平面内；而空间机构则不受这样的限制。
机构的结构分析主要是确定机构的自由度，即机构的独立运动个数。
2.机构的运动转换：机构可以通过各种连接件实现运动转换，将输入运动转化为其中一种特定的输出运动。
运动转换可以通过传动比、速度比和加速度比等参数来描述。
通过运动转换的分析，可以确定机构中各个刚体的运动规律。
3.驱动力分析：在机构运动分析中，需要对驱动力进行分析。
驱动力是指施加在机构上的力或力矩，用于推动机构的运动。
在分析中，需要对驱动力的大小、方向和作用点进行计算和确定。
4.运动学分析：机构的运动学分析主要包括位置、速度和加速度三个方面。
通过运用运动学原理和方法，可以确定机构中各个刚体的位置、速度和加速度，并建立起它们之间的关系。
5.动力学分析：机构的动力学分析研究机构在受到各种外部力作用下的运动规律。
通过应用牛顿力学原理，可以得到机构中各个刚体的动力学方程，并进一步求解得到刚体的运动状态。
机构运动分析在工程设计和机械制造领域具有重要的应用。
通过对机构的运动分析，可以确定机器人、汽车发动机等复杂机械系统的运动规律，为系统的设计和优化提供依据。
此外，机构运动分析还可以用于机械振动、机械传动和机械控制等领域的研究。
在进行机构运动分析时，需要运用刚体力学、运动学和动力学等力学原理和方法。
通过建立机构的几何模型和运动方程，可以解决机构运动分析中的各种问题，并获得机构运动的准确描述。
总结起来，机构运动分析是力学中的重要内容，主要包括机构的结构分析、运动转换、驱动力分析、运动学分析和动力学分析。
通过机构运动分析，可以确定机构的运动规律，为机械设计和制造提供理论基础和指导。
同时，机构运动分析也具有重要的应用价值，可以用于机械工程、机器人、车辆工程等领域的研究和应用。
空间机构的动力学与控制分析
空间机构的动力学与控制分析一、引言空间机构是一种由多个刚性杆件和关节组成的机械系统，其结构复杂，具有高度的自由度。
在航天工程中，空间机构起着至关重要的作用，包括卫星的姿态控制、航天器的导航和控制等。
因此，对空间机构的动力学和控制分析具有重要意义。
本文将围绕这一主题展开讨论。
二、空间机构的动力学分析空间机构的动力学分析是对机构在运动中的力学特性进行研究，主要包括求解机构的运动方程和动力学模型等。
具体而言，动力学分析涉及到以下几个方面。
1. 运动学分析：运动学分析是研究机构在运动过程中的位置、速度和加速度等运动特性。
运动学分析的基本任务是求解机构的广义坐标，以描述机构各个部件的运动状态。
常用的方法包括位移分析、速度分析和加速度分析。
2. 动力学模型：动力学模型是对机构的动力学特性进行建模和表达。
通常，可以通过列写动力学方程来描述机构在运动中受到的力和力矩。
常用的方法有拉格朗日方法、牛顿―欧拉方法等。
动力学模型的建立可以深入理解机构的力学特性，为控制设计提供支持。
3. 动力学参数辨识：动力学参数辨识是指通过实验或仿真等手段，确定动力学模型中的参数。
这些参数包括机构的质量、惯性、链接特性等。
精确的动力学参数辨识可以提高动力学模型的准确性，从而提高控制系统的性能。
三、空间机构的控制分析空间机构的控制分析是研究如何控制机构的姿态、位置和速度等运动特性。
控制分析的主要任务是设计合理的控制策略和算法，以实现机构的特定运动要求。
具体而言，控制分析涉及以下几个方面。
1. 控制模型建立：控制模型是对机构的控制特性进行建模和描述。
通过控制模型，可以从输入和输出之间建立联系，以实现对机构运动的控制。
常用的方法有状态空间模型、传递函数模型等。
2. 控制策略设计：控制策略是指根据机构的特点和要求，设计合理的控制算法和策略。
常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
不同的控制策略适用于不同的机构和运动要求。
3. 控制性能评估：控制性能评估是对控制系统的性能进行定量和定性的评估。
履带行走机构的运动学和动力学
履带行走机构的运动学和动力学一、履带行走机构的运动学履带行走机构在水平地面的直线运动，可以看成是台车架相对于接地链轨的相对运动和接地履带对地面的滑转运动(牵连运动)合成的结果。
当履带相对地面没有滑转运动时，根据相对运动的原理，台车架相对接地链轨的运动速度与链轨相对于台车架的运动速度数值相等，方向相反。
因此，可以通过考察链轨对静止的台车架的运动来求取两者之间的相对运动速度。
此时履带在驱动轮的带动下以一定的速度围绕着这些轮子作“卷绕”运动(图1-2)。
由于履带链轨是由一定长度的链轨节所组成的，如通常的链传动一样，履带的卷绕运动速度即使在驱动轮等速旋转下，亦不是一常数。
从图1-2中可以看到，当履带处于图中1所示的位置时，履带速度达最大值，并等于：式中：—驱动链轮的节圆半径；当履带处于图中2所示的位置时，履带速度最低，等于：式中：—驱动链轮的分度角，； —驱动链轮的有效啮合齿数。
由此可见，即使驱动轮作等角速旋转(为常数)，台车架的相对运动也将呈现周期性的变化，从而使车辆的行驶速度也带有周期变化的性质。
履带卷绕运动的平均速度可通过驱动轮每转一圈所卷绕(转过)的链轨节的总长来计算。
0r βK Z 360=βK Z K ω设：—链轨节矩，m ；—驱动轮转速，r/min 。
则履带卷绕运动的平均速度可由下式计算：当履带在地面上作无滑动行驶时，车辆的行驶速度显然就等于台车架相对于接地链轨的运动速度，后者在数值上等于履带卷绕运动的速度。
通常，将车辆履带在地面上没有任何滑移时，车辆的平均行驶速度称为理论行驶速度，它在数值上应等于履带卷绕运动的平均速度，亦即：由(1-4)可增加时，则履带卷绕运动速度的波动就减小。
为了简化履带行走机构运动学的分析，通常将这种极限状态作为计算车辆行驶速度的依据。
此时，假设履带节为无限小，且相对于驱动轮无任何滑动。
根据上述假设，履带就具有图1-4所示的形状。
当驱动轮齿数相当多时，此种假设是可以容许的。
空间机构的运动学与动力学建模
空间机构的运动学与动力学建模空间机构是指由多个刚体组成的复杂机械系统，广泛应用于航天、机器人和工业自动化等领域。
为了对空间机构的运动进行研究和控制，运动学与动力学建模是必不可少的工具。
本文将介绍空间机构的运动学与动力学建模方法，并探讨其在实际应用中的意义。
一、运动学建模运动学建模是研究物体运动的几何关系和速度关系，目的是描述机构各个部分之间的位置和速度关系。
在空间机构中，常用的运动学建模方法有解析法和数值法。
解析法是一种基于几何关系的建模方法，通过分析机构的几何特性，推导出机构各个部分之间的位置和速度关系。
例如，对于平行机构，可以通过解析法推导出末端执行器的位置和速度与各个驱动器的位置和速度之间的关系。
数值法是一种基于数值计算的建模方法，通过数值计算机构各个部分的位置和速度。
常用的数值法包括迭代法和数值优化法。
迭代法通过迭代计算机构各个部分的位置和速度，直到满足一定的收敛条件。
数值优化法则通过优化算法，寻找使得机构各个部分的位置和速度满足一定约束条件的最优解。
二、动力学建模动力学建模是研究物体运动的力学关系和力学行为，目的是描述机构各个部分之间的力和力矩关系。
在空间机构中，常用的动力学建模方法有拉格朗日法和牛顿-欧拉法。
拉格朗日法是一种基于能量原理的建模方法，通过定义广义坐标和广义速度，建立机构的拉格朗日方程。
通过求解拉格朗日方程，可以得到机构各个部分之间的力和力矩关系。
拉格朗日法适用于复杂机构的动力学建模，具有较好的通用性和可扩展性。
牛顿-欧拉法是一种基于牛顿定律的建模方法，通过分析机构各个部分之间的力和力矩平衡关系，建立机构的牛顿-欧拉方程。
通过求解牛顿-欧拉方程，可以得到机构各个部分之间的力和力矩关系。
牛顿-欧拉法适用于简单机构的动力学建模，具有较高的计算效率和可实现性。
三、运动学与动力学建模的意义运动学与动力学建模是空间机构研究和控制的基础，具有重要的理论和实际意义。
首先，运动学与动力学建模可以帮助研究人员深入理解机构的运动规律和力学行为。
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一、复数矢量法
y
已知 : 图示四杆机构的各构件 B 尺寸 ( 位置 ) 和 ω 1 , 求 θ 2 、 θ 3 、 ω1 1 ω 2、ω 3、α 2、α 2 。 θ A 1、位置分析 将各构件用杆矢量表示，则有：
L1+ L2 ＝ L3+ L4 大小：√ √ √ √ 方向 √ θ 2? θ 3? √
) / l3 sin (θ
－θ
)
- l2θ
2
e2t · e3= l1θ
1 3
1
e1t · e3 ) = ω 1 l1 sin (θ
1பைடு நூலகம்
(11)
-ω 2 l2 sin (θ 2 －θ
ω 2 = - ω 1 l1 sin (θ
－θ
3
)
3－θ3 牛牛文档分享) / l2sin (θ 2－θ
1
1
(2) (3)
(2)、(3)平方后相加得： l22＝l23+ l24+ l21＋2 l3 l4cosθ 3 ―2 l1 l3(cosθ 3 cosθ 1- sinθ
3
sinθ 1)―2 l1 l4cosθ
(4)
1
整理后得： Asinθ 3+Bcosθ 3+C=0 其中：A=2 l1 l3 sinθ 1 B=2 l3 (l1 cosθ 1- l4) C= l22－l23－l24－l21＋2 l1 l4cosθ
)
3、加速度分析 速度方程: l3θ 3 e3t = l1θ 1 e1t + l2θ 将（9）式对时间求导得： l3θ
3 2
2
e2t
2
(9)
2
e3n + l3θ
3
e3t = l1θ
1
2
e1n + l2θ
2
e2n + l2θ
n
e2t (12)
＝0
acn
act
aB
aCB
作者：潘存云教授
aCBt
上式中只有两个未知量 ，用e2点积(12)式，可得： l3ω 32 e3n · e2 + l3α 3 e3t · e2 = l1ω 12 e1n · e2 + l2ω 22 e2n · e2 -ω 32 l3 cos (θ 3 －θ 2 ) -α 3 l3 sin (θ 3 －θ 2 ) = - ω 12 l1 cos (θ 1 －θ 2 ) - ω 22 l2 α 3 =ω 12 l1 cos (θ 1 - θ 2 ) + ω 22 l2 -ω 32 l3 cos (θ 3 - θ 2 ) / l3 sin (θ 3 －θ 2 ) 用e3点积(12)式，整理后可得： α 2 =ω 12 l1 cos (θ 1 - θ θ ) 2 3 / l2 sin (θ 2 －θ
2 θ 2
1
作者：潘存云教授
C 3 θ D
3
4
x
(θ1已知)
(1)
移项得： L2 ＝ L3+ L4 －L1 化成直角坐标形式有： L l (i cos j sin )
l2 cosθ 2＝l3 cosθ 3+ l4 cosθ 4－l1 cosθ l2 sinθ 2＝l3 si.速度分析 ①通过分析，了解从动件的速度变化规律是否满足 工作要求。如牛头刨
②为加速度分析作准备。
3.加速度分析 加速度分析是为确定惯性力作准备。
运动分析方法：
图解法－简单、直观、精度低、求系列位置时繁琐。 解析法－正好与以上相反。
实验法－试凑法，配合连杆曲线图析的解析法 图解法的缺点： ▲分析结果精度低； ▲作图繁琐、费时，不适用于一个运动周期的分析。
▲不便于把机构分析与综合问题联系起来。
随着计算机应用的普及,解析法得到了广泛的应用。 常用的解析法有：复数矢量法、矩阵法、杆组分析法等 思路： 由机构的几何条件，建立机构的位置方程，然后 就位置方程对时间求一阶导数，得速度方程，求二阶 牛牛文档分享 导数得到机构的加速度方程。
3
)
二、矩阵法 思路：在直角坐标系中建立机构的位置方程，然后将 位置方程对时间求一阶导数，得到机构的速度方程。 求二阶导数便得到机构加速度方程。 已知图示四杆机构的各构件尺寸 和 ω 1, 求 :θ 2 、 θ 3 、 ω 2 、 ω 3 、 α 2、α 2 、xp、yp、vp 、 ap 。
(6)
l3 sinθ 3＝l1 sinθ 1+ l2 sinθ 2－0
(6)、(7)平方后相加得： l23＝l21+ l22+ l24＋2 l1 l2cosθ ―2 l1 l4(cosθ 整理后得：
1 1 1
(7)
cosθ
2
- sinθ
sinθ
2
)―2 l1 l2cosθ (8)
1
Dsinθ 2+Ecosθ 2+F=0
其中：D=2 l1 l2 sinθ 1 E=2 l2 (l1 cosθ 1- l4 ) F= l21+l22+l24－l23- 2 l1 l4 cosθ±sqrt(D2+E2－F2)] / (E－F)
2、速度分析 将 L3 ＝ L1+ L2 －L4 对时间求导得： l3θ l3θ
§3－1 机构的运动分析
§3－1 －1机构的运动分析目的和方法
研究内容：位置分析、速度分析和加速度分析。 运动分析目的:
1.位置分析 ①确定机构的位置（位形），绘制机构位置图。 ②确定构件的运动空间，判断是否发生干涉。 ③确定构件(活塞)鹤式吊。
1
解三角方程得： tg(θ 3 / 2)=[A±sqrt(A2+B2－C2)] / (B－C)
由连续性确定
同理，为了求解θ
2
，可将矢量方程写成如下形式： (5)
L cosθ 3＝l1 cosθ 1+ l2 cosθ 2－l4
3
e3t = l1θ
1
e1t + l2θ
1 2
2
e2t
(9) (10)
1
用 e2 点积(9)式，可得：
3
e3t · e2= l1θ
3
e1t · e2 ) = ω 1 l1 sin (θ
2
ω 3 l3 sin (θ
－θ
－θ
3
2
)
2
ω 3 = ω 1 l1 sin (θ 1 －θ 用 e3 点积(9)式，可得：