连杆受力分析完整版
四连杆受力分析
时间：二O二一年七月二十九日
四连杆受力分析之巴公井开创作
时间：二O二一年七月二十九日
不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力.由于运动副反力对机构来说是内力,必需将机构分解为若干个杆组,然后依次分析.平衡力（矩）——与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的自力的力平衡方程式的数目.
时间：二O二一年七月二十九日
时间：二O二一年七月二十九日。
连杆机构类型及应用分析 连杆机构的受力分析
例1 • 题略
F
F
G
FY FX
FT´
FT
G
例2
O GD
A FE
汽车常用构件力学分析
B
P
FTFD´B NhomakorabeaFAD
O
A
G
FD
例3
• 重量为G的均质杆AB，其B端靠在光滑铅垂墙的顶角处，A端放在光滑的 水平面上，在点D处用一水平绳索拉住，试画出杆AB的受力图。
汽车常用构件力学分析
FB
G
FD FA
例4
• （略）画AB梁的受力图。
动中心；当计及摩擦时，约束反力逆相对转动方向与转动中心偏离一个摩擦圆半 径的距离。
（2）移动副 约束反力的大小与作用点未知。当不计摩擦时，力的方向垂直 于接触面；当计及摩擦时，约束反力逆相对移动方向偏转一个摩擦角。
（3）平面高副 约束反力的大小未知。当不计摩擦时，约束反力过接触点的 公法线；当计及摩擦时，约束反力过接触点，并相对于公法线逆相对滑动方向偏 转一个摩擦角。
受力分析与受力图
教学目标： 1、熟悉工程上常见的几种约束类型及其约束力的确定 2、掌握物体的受力分析方法及物系的受力图画法
1.物体的受力分析和受力图
• 静力分析要解决的两个问题： 1）确定研究对象 2）确定研究对象上所受的力（受力分析） 分离体：解除约束后的自由物体。 研究对象往往为非自由体，为了清楚地表示物体的受力情况，需要把所研究 的物体从与它周围相联系的物体中分离出来，单独画出该物体的轮廓简图，使 之成为分离体。
画分离体的受力图
• 研究对象的选取既可以是单个物体也可以是几个物体组成的系统（物系） • 内力与外力
如果所取的分离体是由某几个物体组成的物体系统时，要注意分清“内力”和 “外力”: • 外力——系统以外物体对物体系统的作用力 • 内力——系统内物体间相互作用的力 注意：取物体系统为研究对象画受力图时，只画外力，而不画内力。
04 曲柄连杆机构的 受力分析
图4-1 活塞组合 1—活塞 2—活塞销 3—挡圈 4—气环 5—油环 4 曲柄连杆机构的受力分析4.1 曲柄连杆机构的组成摩托车发动机的曲柄连杆机构由活塞、活塞环、活塞销、连杆、大小头轴承、曲轴等组成。
4.1.1 活塞组合活塞组合由活塞、活塞环、活塞销、活塞销挡圈等组成，见图4-1。
它的功能是：1）承受气缸中可燃混合气燃烧产生的压力，并将作用力通过活塞销传给连杆，带动曲轴旋转。
2）活塞顶部与气缸盖组成燃烧室。
3）通过安装在其上的活塞环，保证气缸的密封性。
4.1.1.1 四行程发动机活塞四行程发动机活塞的顶面呈平面形，且对应于进、排气门之处加工有凹坑，以避免在运动中与进、排气门相干涉，在顶面有“IN ”标记表示进气侧，保证活塞安装时的方向。
在活塞槽部通常设有两道气环、一道油环。
在油环槽周围，设置有许多回油小孔，安装油环后，能刮去缸壁上多余的润滑油（见图4-2）。
有些活塞在油环槽下再加工一个较浅的环形槽，其上也加工回油小孔。
四行程发动机活塞所有环槽上都无需有定位销孔，原因是四行程发动机的气缸上无气口，活塞环运动时不会产生干涉现象。
为适应活塞在高温、高压、高速条件下工作，活塞通常多采用质量轻、导热性好的高铝合金来制造。
有些活塞表面还进行镀锡处理，以提高其磨合性。
4.1.1.2 活塞环 四行程活塞裙部较短，并无需做有缺口，因四行程发动机的进、排气道没有气缸盖上。
但有时为避免与曲轴相撞，并为增加裙部弹性及减小活塞质量，在受力不图4-2 四行程汽油机的活塞1—气门坑 2—回油孔 3—裙部缺口大的沿销孔方向两侧，从底部各开一个浅而长的圆弧形缺口。
活塞环的功能是：1）密封气缸与活塞间的间隙，防止漏气。
2）刮去气缸壁上多余的机油。
3）把活塞的热量传递给气缸体散发。
活塞环应具有良好的密封性，在高温、高压、和高速的工况下，具有良好的弹度、弹性和耐磨性；此外，并应有良好的磨合性与加工性。
为适应这些要求，活塞环的材料多选用合金铸铁。
连杆受力及其特征
1．连杆受力及其特征：1.)四冲程内燃机连杆在整个工作循环中时而受压，时而受拉，二冲程内燃机的连杆则几乎是一直受压；2.)连杆的摆动使杆身产生惯性力矩并使连杆受弯；3.)主副连杆机构中的副连杆的作用力产生附加弯矩2．设计连杆时注意：1.)应从疲劳强度的角度来考虑连杆的强度设计，几乎所有连杆因强度问题而出现的事故均系耐疲劳强度下不足所致；2.)应保证连杆有足够的刚度，特别应避免连杆大、小端孔的变形过大，以保证轴瓦与衬套能可靠工作，同时应力求减小给连杆螺栓增加附加弯曲应力；3.)保证连杆大、小端轴瓦和衬套可靠工作、足够的耐磨性和抗疲劳性，以适应柴油机不断提高功率和降低维护保养费用，延长检修期的需要。
3．平切口连杆大端：连杆大端盖的剖分面与连杆中心垂直。
杆身与大端盖之间用连杆螺栓联接。
平切口结构连杆大端的曲柄销尺寸范围为dp≤(0.65-0.72)D。
尽管这种大端结构及制造工艺均甚为简单，且仍广泛应用于高、中速内燃机中，但由于曲柄销径的增大受到限制，这种结构难以用于高参数的柴油机中。
4．斜切口连杆大端：当连杆的接合面宽度K相同时，斜切口式连杆大端可以按排较大的连杆轴颈，而仍能保持由气缸中抽出活塞连杆组的优点。
通常斜切口连杆大端许可安排下的连杆轴颈为dp≤0.85D.5．连杆大端盖：1.)梳齿形断面：结构轻，刚度较均匀，但加工困难、成本高，只能用于轻型高速柴油机；2.)双筋式：刚度亦较均匀，由于大端盖筋的方向与杆身上工字形断面肋片方向垂直而不便与连杆体用同一幅锻模制造；3.)T型断面：结构简单，易于锻造和机械加工，在中、高速柴油机中应有较多；4.)工字形断面：结构合理，适合于铸钢毛坯，多用于中低速柴油机6．连杆小端结构的优缺点：1.)锻造毛坯的连杆，表面有7-10度的拔模角，通常在模锻之后外表不再机械加工，广泛用于强载度不高，大批量生产的，尺寸不大的产品中；2.)自由锻毛坯经车削加工而成，小端呈球形，杆身多呈圆柱形，工艺简单，结构笨重，适用于小批量生产的中低速柴油机；3.)在于增加小端顶部中央截面的抗弯能力；4.)可以分别增加连杆小端及活塞销座的主要承压面，许多强载度较高的柴油机连杆采用；5.)二冲程高速柴油机的连杆小端，其特点在于衬套内表面有螺旋形布油槽，能向连杆小端轴承内表面供应较充分的润滑油。
四连杆受力分析
时间：二O二一年七月二十九日
四连杆受力分析之答禄夫天创作
时间：二O二一年七月二十九日
不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力.由于运动副反力对机构来说是内力,必需将机构分解为若干个杆组,然后依次分析.平衡力（矩）——与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的自力的力平衡方程式的数目.
时间：二O二一年七月二十九日
时间：二O二一年七月二十九日。
曲柄连杆机构受力分析共25页文档
四冲程
540(180) 720/i
➢ 多缸机的转矩叠加
i
i
Ttq Ttq,j Ttq,1j1
j1
j1
1,
21
22
23
5、曲轴各轴径转矩叠加
➢ 各主轴径的叠加计算 ➢ 连杆轴径的叠加计算 ➢ 危险断面的强度计算
24
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
2
3
4
5
6
2. 连杆的质量换算
二质量系统
三质量系统 7
二质量系统
m 1m l(ll)/l
m2 mll/l
等效原则：
•质量相等 •质心重合 •转动惯量相等
8
3.往复质量和往复惯性力
（1）往复运动质量
mj mp m1
（2）往复惯性力
F j m jx m jr2 c o s c o s 2
法向力：
F nF 1'cos()Fco cso (s)
F1
F cos
13
4、发动机的转矩
TF rFrscino(s)
14
5、倾覆力矩
Tk FchT
h r
sin( ) sin
FC Ftg
TK FChT
15
6、力的平衡
➢ 缸内气体压力的平衡 ➢ 活塞往复惯性力的平衡 ➢ 旋转离心力的平衡 ➢ 倾覆力矩的平衡
16
17
图10-6 惯性力引起的力和力矩 a)对活塞、连杆、曲轴及其轴承的作用 b)对机体、气缸盖的作用
ansys课程设计-连杆实例的受力分析
ANSYS课程设计连杆实例的受力分析一.问题描述厚度为0.5英寸的汽车连杆在小头孔周围90度处承受P=1000psi的表面载荷。
用有限元法分析了连杆的应力状态。
连杆材料性能:模量E=30×106psi，泊松比0.3。
因为连杆的结构是对称的，所以只能进行一半的分析。
采用自底向上的建模方法，采用20节点SOLID95单元进行划分。
二、具体操作流程1.定义工作文件名和工作标题。
2.生成两个圆环体。
⑴生成圆环:主菜单>预处理器>模型创建>面积圆>按尺寸，其中RAD1=1.4，RAD2=1，θ1 = 0，θ2 = 180，单击应用，输入θ1 = 45，然后单击确定。
⑵打开“面编号”控件，选择“区域编号”作为“打开”，然后单击“确定”。
3.生成两个矩形。
⑴生成矩形:主菜单>预处理器>模型创建>面积矩形>按尺寸，输入X1=-0.3，X2=0.3，Y1=1.2，Y2=1.8，点击应用，然后分别输入X1=-1.8，X2=-1.2，Y1=0，y2 = 0。
⑵平移工作平面:工具菜单>工作平面>偏移WP to > XYZ位置，在ANSYS输入窗口的charm输入行中输入6.5，按Enter键确认，然后单击确定。
⑶将工作平面坐标系转换为活动坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>工作平面。
4.生成圆环体并执行布尔运算。
⑴⑵进行面对面折叠操作，结果如图。
5.生成连杆体。
⑴激活直角坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局笛卡尔坐标系。
⑵定义四个新的关键点:主菜单>预处理器>创建>关键点”在Active CS中，在对话框中输入X=2.5，Y=0.5，点击应用；；X=3.25，Y=0.4，点击应用；；X=4，Y=0.33，点击应用；；X=4.75，Y=0.28，点击确定。
⑶激活全局坐标系:工具菜单>工作平面>将活动坐标系更改为>全局圆柱坐标系。
四连杆受力分析
四连杆受力分析
不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力。
由于运动副反力对机构来说是内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析。
平衡力（矩）——与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的独立的力平衡方程式的数目.。
四连杆受力分析
四连杆受力分析不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力。
由于运动副反力对机构来说是内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析。
——与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的独立的力平衡方程式的数目.一.构件组的静定条件——垓构件纽斯能列出的強立的力平衞方程式的数目, 应等于构件组中原有力的未知娶素的数目。
独丈的力平衡方程丸的＜β =所有力的来知要素的AQO1.运动M中反力的未如娶赛1）转动副——（2个）｛丈小一才甸一作用点??—转动副中心2）移动副一（2个）｛大“卜——？方向——垂直移动导路⅞用A——？3）平面高副（】个）Z火小-- ？F R :方⅛——公法线I作用点——A*A2 •构件组的静定条件设某构件组共有"个构件、刃个低副、/个高副>一个构件可以列出3个砂立的力平衡方程，〃个构件共有％个力平衡方程>一个平面低副引入2个力的未知数，竹个低副共引入2刃个力的未知数>一个平面高副引入1个力的未知数，几个低副共引入几个力的未知数* ∣3"2P∕+仇而当构件组仅有低副时，则为；3/1 = 2P z结论：基衣杆组卑满足静走条件二・用图解法作机构的动态静力分析步骤;I）对机构进行运动分析，求出个构件的。
及其质心的心;2) 求出各构件的惯性力，并把它们视为外力加于构件上;3）根据静定条件将机构分解为若干个构件组和平衡力作用的构件:4）对机构进行力分析，从有已知力的构件开始，对各构件组进行力分析：5）对平衡力作用的构件作力分析。
［ft］如图所示为一往复式运输机的机构运动简图。
已知各构件尺寸、G2、JS2、G5.0、行。
曲柄连杆机构受力分析概要
T 2 T1( 240 0 ) T 3 T1( 480 0 )
T 4 T1( 120 0 ) T 5 T1( 600 0 ) T 6 T1( 360 0 )
2024/10/13
内燃机设计
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各主轴颈所受转矩
• 求某一主轴颈的转 矩，只要把从第一 拐起到该主轴颈前 一拐的各单缸转矩 叠加起来即可。即 遵循各缸转矩向后 传递的原则。
• ①所有当量质量之和等于连杆组总质量ml。 • ②所有当量质量构成的系统的公共质心与连杆组
的质心重合，并按此质心的运动规律运动。
• ③所有当量质量相对通过连杆组质心的轴线的转 动惯量之和，等于连杆组对同一轴线的转动惯量。
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内燃机设计
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连杆质量换算
• 往往用小头、大头和质心处的三个质量m1、 m2、m3来代替连杆组。实际高速机计算表明， m3与m1、m2相比很小，所以一般简化为两 质量系统。由前两个条件得：
转换、气门干涉的校验及动力计算；
• （２）活塞速度用于评价气缸的磨损程度； • （３）活塞加速度用于计算往复惯性力。
2024/10/13
内燃机设计
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本讲主要内容
曲柄连杆机构运动学
曲柄连杆机构受力分析
内燃机的转矩波动与飞轮设计
2024/10/13
内燃机设计
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曲柄连杆机构受力分析
• 作用在内燃机曲柄连杆机构中的力有缸内气 体作用力、运动质量惯性力、摩擦力、支承 反力和有效负荷等。一般受力分析时忽略摩 擦力使受力分析偏于安全。所以，在内燃机 曲柄连杆机构中，气体作用力、惯性力与支 承反力、有效负荷相平衡。
2024/10/13
内燃机设计
四连杆受力分析
时间：二O二一年七月二十九日
四连杆受力阐发之马矢奏春创作
时间：二O二一年七月二十九日
不计摩擦机遇构的受力阐发按照机构所受已知外力（包含惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力.因为运动副反力对机构来说是内力,必须将机构分化为若干个杆组,然后依次阐发.平衡力（矩）——与传染感动于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知分娩阻力平衡力（矩）——求解包管原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的分娩阻力一. 构件组的静定前提——该构件组所能列出的自力的力平衡方程式的数目.
时间：二O二一年七月二十九日
时间：二O二一年七月二十九日。
第一章_曲柄连杆机构的运动与受力分析
定义“曲拐当量质量”为： mqd mqx 2mqb
2
b
r
则： Prq mqd r 如果曲拐的某一曲柄臂上设有平衡重，其质量为 m p ，而其质心 距曲轴轴线的距离为 p ，则平衡重的旋转惯性力为：
p Prp m p p r mp r
化简得：
sin l 1 cos3
2 2
2
角加速度极值：
1 2 sin
1
2
2
sin
2
3 2
（1-14）
le
1
2
1 2
• 第二节 作用于曲柄连杆机构中的力和力矩
1.2.2 运动质量惯性力
（N）
（1-24）
曲柄连杆机构中的惯性力来自三个方面： （1）活塞部分的变速往复直线运动产生的往复惯性力； （2）曲柄部分不平衡回转质量所产生的离心惯性力； （3）连杆摆动所产生的惯性力。
1.2.2.1 活塞组各零件的往复惯性力 活塞组件包括活塞、活塞环、活塞销、卡环。 记活塞、活塞环和卡环三者的质量总和为 m h ， 则此三件的惯性力为： Pjh mh j （1-25）
je
je
2 r 1 0
1 je arccos1 r 4 8
2
180
r 2 1
由于|cos|<1，第三个加速度极值只能在时才出现。 四、连杆的角位移、角速度和角加速度 连杆的运动是随活塞的往复直线运动和绕活塞销的摆动两种 运动的组合，即平面往复运动。 活塞绕活塞销摆动的角位移，从连杆与气缸中心线重合知 起算，在CA范围内为正值， 18360CA范围内 为负值。 （1-12） arcsin sin 极值： 由式（1-3）知：
连杆受力分析
连杆受力分析实例1、问题描述如图4-2所示为汽车连杆的几何模型，连杆的厚度为0.5m，在小头孔的内侧90°范围内承受P=1000N的面载荷作用，利用有限元分析该连杆的受力状态。
由于连杆的架构和载荷均对称，因此在分析时只要采用一半进行分析。
采用由底向上的建模方式，有20节点的SOLID95单元划分网格并用PCG求解器求解。
3、操作步骤（1）定义工作文件名和工作标题①定义工作文件名：执行Utility Menu > File > Change Jobname命令在对话框【Change Jobname】中输入“c-rod”并选择【New log and error files】复选框，单击OK按钮。
②定义工作标题：Utility Menu > File > Change Title,在对话框【Change Title】中输入“The Stress calculating of c-rod”，单击OK按钮。
（2）定义单元类型及材料属性①设置单元类型：Main Menu > Preprocessor > ElementType >Add/Edit/Delete，在【Element Type】对话框中单击Add...按钮，在之后的【Labrary of Element Type】对话框中选择“Not Solved”和“Mesh Facet 200”选项，单击Ok按钮。
②设置单元选项：单击【Element Type】对话框中的Options...按钮，在【MESH200 element type option】设置“K1”为“QUAD 8-Node”，单击OK按钮。
单击Add...按钮，在【Labrary of Element Type】中选择“Structural Solid”和“Brick 20node95”选项，单击Ok按钮，单击Close按钮。
③设置材料属性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，在【Define Material Models Behavior】窗口中双击【Material Model > Available】列表中的“Structural﹨Linear﹨Elastic﹨Isotropic”选项，在弹出【Linear Isotropic Material Properties For Material Number 1】对话框中输入“EX=30e6，PRXY=0.3”，单击OK按钮，执行Material > Exit命令，完成材料属性的设置。
5.2 连杆静力学分析
若忽略杆件本身自重，得相邻连杆的力和力矩关系
i
fi i fi1 ni i ni 1 i pi 1 i fi 1
i
将｛i+1}下的力和力矩转换到｛i｝下，得：
i
fi ii 1 Ri 1 fi 1
i
ni ii 1 Ri 1ni 1 i pi 1 i fi
各个关节所承受的力向量中，某些分量由操作臂本身 的连杆所平衡，一部分分量则为各关节的驱动力或力 矩来平衡。 对于转动关节，关节驱动力矩平衡力矩的Z分量：
ii 1 R(i vi i i i pi 1 i i (i i i pi 1 )), (转动关节i 1) i 1 i 1 ii 1 R(i vi i i i pi 1 i i (i i i pi 1 )) v i 1 di 1 zi 1 2i 1i 1 di 1i 1 zi 1 , (移动关节i 1)
f x 0 2 2 3 2 2 n2 3 R n3 p3 f 2 l2 x2 f y 0 0 l2 f y
i i
fi ii 1 Ri 1 fi 1 ni ii1 Ri1ni 1 i pi 1 i fi 1
i i niT i zi (转动关节) i T i （移动关节） i fi zi
三、封闭形式的运动学方程 上述递推公式有两种用途：数值计算和推导封闭形式动力学 方程。只要知道各连杆的质量、惯性张量、质心和旋转矩阵 的值，即可直接计算实现给定运动所需的关节驱动力和力矩。 然而为了阐明动力学方程的结构，比较重力和惯性力影响的 主次等，常需要将某一机器人动力学方程写成封闭解的形式。
一、牛顿－欧拉方程
如果将 操作臂的连杆看成刚体，它的质心加速度 vc ，总质 量 m 与产生这一加速度的作用力 f 之间的关系满足牛顿第 二定律：
四连杆受力分析
时间：二O二一年七月二十九日
四连杆受力阐发之吉白夕凡创作
时间：二O二一年七月二十九日
不计摩擦时机构的受力阐发按照机构所受已知外力（包含惯性力）来确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力.由于运动副反力对机构来说是内力,必须将机构分化为若干个杆组,然后依次阐发.平衡力（矩）——与作用于机构构件上的已知外力和惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已知生产阻力平衡力（矩）——求解包管原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的独立的力平衡方程式的数目.
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连杆受力分析
HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
四连杆受力分析
不计摩擦时机构的受力分析根据机构所受已知外力（包括惯性力）来
确定个运动副中的反力和需加于该机构上的平衡力。
由于运动副反力
对机构来说是内力，必须将机构分解为若干个杆组，然后依次分析。
?平衡力（矩）——与作用于机构构件上的已知外力和
惯性力相平衡的未知外力（矩）相平衡的未知外力（矩）已
知生产阻力平衡力（矩）——求解保证原动件按预定运动规律运动时所需要的驱动力（矩）已知驱动力（矩）平衡力（矩）——求解机构所能克服的生产阻力一. 构件组的静定条件——该构件组所能列出的
独立的力平衡方程式的数目.。