连杆机构运动分析指导

连杆机构运动分析指导

一、实验目的

1. 加强学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性，为机构创新设计奠定良好的基础。

2. 培养学生连杆机构解析法分析的能力。

二、实验原理

机构一般由两部分组成，一部分为机架和原动件及他们之间的运动副，另一部分由其他构件和运动副组成。其中，前一部分称为基本机构部分，后一部分称为从动件系统。如图1所示的机构可以分成如图2所示两部分。两部分机构自由度之和等于原始机构的自由度，由于基本机构的自由度与原动件数目相等，等于机构的自由度，所以从动件系统部分的自由度为0。

在很多情况下，从动件系统可以进一步划分成更小的杆组。我们把无法再分割的、自由度＝0的从动件连接称为阿苏尔杆组(Assur group). 例如如图2的从动件系统可以进一步划分成如图3所示的两个阿苏尔杆组。

在每一个阿苏尔杆组中，杆组内部各构件间连接的运动副称为内部运动副(inner pair内副)。例如杆组DCB中的转动副C和杆组GFE中的转动副F。每一个阿苏尔杆组中有一部分运动副与运动已知构件相联，这一部分运动副称为外部运动副（outer pairs外副)。例如，阿苏尔杆组DCB中的转动副B和D分别和运动已知构件(原动件和机架)相连接，为外副。阿苏尔杆组DCB通过外副B和D 与运动已知的构件连接后，形成了一个铰链四杆机构ABCD ，杆组DCB中的构件BCE和DC运动确定。阿苏尔杆组GFE 通过外副E和G与运动已知构件（BCE 和机架）连接。注意：转动副E不是阿苏尔杆组DCB的一个外副。从阿苏尔杆组的安装顺序，我们可以看出杆组DCB是第一杆组，杆组GFE 是第二杆组。

我们可以得到机构的组成原理：任何机构都是在基本机构的基础上依次添加杆组扩展而成的。注意只有在前面的阿苏尔杆组安装完之后，后面的杆组才能安装。

依据机构的组成原理就可以预先编写一些常用阿苏尔杆组的子程序。这样，多杆连杆机构的运动分析就可以简化成简单的两步：首先，将机构拆成基本机构

部分和阿苏尔杆组，然后，根据阿苏尔杆组的类型和装配顺序调用相应的运动分析子程序。

三、实验方法与步骤

图1 图2 图3

1．实验前的准备。

预习本实验，掌握实验原理。

熟悉教师给定的连杆机构；（亦可自己选择并设计一个连杆机构，并画出其机构运动简图）。

让同学初步了解一下True Basic 常用命令及其使用。编写了学习指导“True Basic 常用命令简介和True Basic 常见出错提示信息”的学习指导，详见“附件Ⅶ”。

掌握机构的组成原理和结构分析。

熟练掌握基本的二级Assur 杆组和Link 杆组的运动分析解析法，了解相应子程序的意义，懂得如何正确调用相应的子程序，详见“附件Ⅷ”——“常用二级阿苏尔杆组及其子程序”。

2．实验步骤：

（1）连杆机构结构分析

先去掉机构中的局部自由度和虚约束；计算机构的自由度，确定原动件；拆分杆组，画在纸上。编写“图4连杆机构结构分析”的学习指导，详见“附件Ⅰ”。

（2）编写主程序

编写运动分析主程序。根据选定的机构，编写相应的连杆机构运动分析主程序。为此，编写了“图4连杆机构计算程序”的学习指导，祥见“附件Ⅱ”。

编写动画主程序。根据选定的机构，编写相应的连杆机构动画主程序。为此，编写了“图4连杆机构动画程序”的学习指导，详见“附件Ⅲ”。。

编写绘制从动件位移、速度、加速度线图的主程序。为此，编写了“在TB 中绘制SVA三曲线”的学习指导，详见“附件Ⅳ”。。

编制将从动件位移、速度、加速度线图转化成相应.scr文件的主程序,详见“附件Ⅴ”——“在ACAD中绘制SV A三曲线”。

（3）上机调试

上机调试，并将结果输出。

调试并运行连杆机构运动分析主程序，然后将计算结果的具体数值以文件的形式保存起来(参见附件Ⅵ——“如何将TRUE BASIC 的输出数值打印出来”，“如何将TRUE BASIC 的输出数值存为文件”，“如何在Excel调用数值并画出曲线”)，以备检查。

调试并运行连杆机构动画主程序检查运动分析是否存在明显的错误，以检验机构位置分析是否正确。

调试并运行绘制从动件位移、速度、加速度线图的主程序，以检验从动件的速度和加速度是否正确，进行进一步的检查，看看是否位移达到极值时，速度为0，速度达到极值时，加速度为0。

调试并运行将从动件位移、速度、加速度线图转化成相应.scr文件的主程序，然后将.scr文件在AUTOCAD中打开，获得从动件位移、速度、加速度三线图，并加画相应的坐标轴与坐标。为此，编写了“在ACAD中绘制SVA三曲线”的实验学习指导，详见“附件Ⅴ”。

3．编写实验报告。

连杆机构结构分析指导

图4所示的六杆连杆机构。原动件曲柄1以ω1=10rad/s的等角速度旋转，机构已知的尺寸如下：X E=0, Y E=0, X B=41mm, Y B=0, X F=0, Y F=-34m, L ED=14mm, L DA=39mm, L BA=28mm, ∠ADC=35︒, L DC=15mm, L FG=55mm 。要求编一个分析构件FG和点G的输出运动的主程序。原动件ED以5︒的步长从0︒转到360︒，分析机构的整个运动周期。

如图4a)所示六杆机构，1为主动件，对其进行结构分析，如图4b)所示，具体结构分

析结果如表1所列。

表1 图4六杆机构结构分析

图4连杆机构计算程序

！本程序用于图4连杆机构运动分析，输出G点的位置、速度、加速度

！若要绘制从动件的位移、速度、加速度曲线，见附件Ⅳ-“在TB中绘制SV A三曲线”以及附件Ⅴ-“在ACAD中绘制SV A三曲线”

！若要将图4连杆机构从动件的位移、速度、加速度具体数值打印出来，见附件Ⅵ-“如何将TRUE BASIC的输出数值打印出来”

OPTION NOLET

FOR I=0 TO 360 STEP 2

CALL LINK(0, 0, 0, 0, 0, 0, I*PI/180, 10, 0, 14, XD, YD, VDX, VDY, ADX, ADY) CALL RRR(XD, YD, VDX, VDY, ADX, ADY, 41, 0, 0, 0, 0, 0, 39, 28, QDA, W3, E3,

QBA, W2, E2)

QDC=QDA+35*PI/180

CALL LINK(XD, YD, VDX, VDY, ADX, ADY, QDC, W3, E3, 15, XC, YC, VCX, VCY, ACX, ACY)

CALL RPR(0, 0, -34, 0, 0, 0, 0, XC, YC, VCX, VCY, ACX, ACY, 0, QFG, W4, E4)

CALL LINK(0, -34, 0, 0, 0, 0, QFG, W4, E4, 55, XG, YG, VGX, VGY, AGX, AGY)

PRINT I, QFG*180/PI, W4, E4, XG, YG, VGX, VGY, AGX, AGY

NEXT I

END

SUB LINK(XA, YA, V AX, V AY, AAX, AAY, QAB, W, E, L, XB, YB, VBX, VBY, ABX, ABY) XB=XA+L*COS(QAB)

YB=YA+L*SIN(QAB)

VBX=V AX-L*SIN(QAB)*W

VBY=V AY+L*COS(QAB)*W

ABX=AAX-L*COS(QAB)*W^2-L*SIN(QAB)*E

ABY=AAY-L*SIN(QAB)*W^2+L*COS(QAB)*E