第5章 平面连杆机构的运动分析和设计1
《平面连杆机构》课件
减小机构的整体尺寸,使其更 加紧凑。
重量优化
降低机构的重量,以实现轻量 化设计。
成本优化
通过优化设计降低制造成本。
优化方法
数学建模
建立平面连杆机构的数学模型,以便进行数 值分析。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 对机构进行优化。
有限元分析
利用有限元方法对机构进行应力、应变和振 动分析。
实例二:搅拌机
总结词
搅拌机利用平面连杆机构实现搅拌叶片的周期性摆动,促进物料在容器内均匀混 合。
详细描述
搅拌机中的四连杆机构将原动件的运动传递到搅拌叶片,使叶片在容器内做周期 性的摆动,通过调整连杆的长度和角度,可以改变搅拌叶片的摆动幅度和频率, 以满足不同的搅拌需求。
实例三:飞机起落架
总结词
飞机起落架中的收放机构采用了平面连杆机构,通过连杆的 传动实现起落架的收放功能。
。
设计步骤
概念设计
根据需求,构思连杆机构的大 致结构。
仿真与优化
利用计算机仿真技术对设计进 行验证和优化。
需求分析
明确机构需要实现的功能,分 析输入和输出参数。
详细设计
对连杆机构进行详细的尺寸和 运动学分析,确定各部件的精 确尺寸。
制造与测试
制造出样机,进行实际测试, 根据测试结果进行必要的修改 。
实验验证
通过实验验证优化结果的可行性和有效性。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
通过调整曲柄长度和摇杆摆角,实现 机构的优化设计。
双曲柄机构优化
通过改变双曲柄的相对长度和转动顺 序,提高机构的运动性能。
平面四杆机构优化
通过调整四根杆的长度和连接方式, 实现机构的轻量化和高性能。
机械原理课件第5章 连杆机构设计
第五章 平面连杆机构及其设计 §5-1平面连杆机构的应用及传动特点§5-2平面四杆机构的类型和应用§5-3平面四杆机构的一些共性问题§5-4 平面四杆机构的设计1)低副便于加工、润滑;构件间压强小、磨损小、承载能力大、寿长;2)连杆机构型式多样,可实现转动、移动、摆动、平面复合运动等运动形式间的转换。
如:锻压机肘杆机构,单侧曲线槽导杆机构,汽车空气泵,可变行程滑块机构,等。
一、平面连杆机构的优点和应用平面连杆机构:各构件全部用低副联接而成的平面机构(低副机构).例如:四足机器人(图片、动画)、内燃机中的曲柄滑块机构、汽车刮水器、缝纫机踏板机构、仪表指示机构等。
曲柄滑块机构摆动导杆机构常见平面连杆机构:铰链四杆机构(雷达天线,飞剪,搅拌机)锻压机肘杆机构可变行程滑块机构3)可用于远距离操纵、重载机构,如:自行车手闸机构,挖掘机等。
4)连杆曲线丰富,可实现特定的轨迹要求,如:搅拌机构,鹤式起重机等。
挖掘机搅拌机构鹤式起重机二、平面连杆机构的缺点1)运动副中的间隙会造成较大累积误差,运动精度较低。
2)多杆机构设计复杂,效率低。
3)多数构件作变速运动,其惯性力难以平衡,不适用于高速。
多杆机构大都是四杆机构组合或扩展的结果。
本章介绍四杆机构的分析和设计。
六杆机构及六杆机构的实际应用一、 铰链四杆机构的基本型式和应用铰链四杆机构:全部用回转副联接而成的四杆机构。
连架杆——与机架相联的构件;周转副——组成转动副的两个构件作整周相对转动的转动副;曲柄1——作整周定轴回转的构件;摇杆3——作定轴摆动的构件;转动副摆转副(C、D)周转副(A、B)铰链四杆机构分为:曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
1.曲柄摇杆机构铰链四杆机构中,若两连架杆中有一个为曲柄,另一个为摇杆,则称为曲柄摇杆机构。
实现转动和摆动的转换。
雷达天线俯仰机构缝纫机踏板机构应用(动画演示):雷达天线俯仰角调整机构,飞剪机构,搅拌机构,摄影机抓片机构、缝纫机踏板机构等。
第五章机构的组成及平面连杆机构
2
1
4
3
5
E
F
未去掉虚约束时
2 1
3
E 5
F 4
F3n2pLpH34260 ?
附加的构件5和其两端的转动副E、F提供的自由度
F3122 1 即引入了一个约束,但这个约束对机构的运动不起实际 约束作用,为虚约束。去掉虚约束后
F3n2pLpH33241
⑶ 联接构件与被联接构件上联接点的轨迹重合
B2
E
C
第五章 机构的组成及平面连杆
机构
平面机构运动简图 自由度 铰链四杆机构的基本形式 平面连杆机构曲面存在的条件 急回特性 死点 平面连杆机构的设计 三心定理及应用 平面机构的组成原理及结构分析
组成机构的所有构件都在一个或几个相 互平行平面中运动的机构称平面机构,否 则称空间机构。工程中常见的机构一般都 是平面机构。
31
2
4
1 2
3
1
2 3
两个转动副
4
两个转动副
两个转动副
平面机构自由度计算(4)
构件2、3、4在铰链 C处构成复合铰链, 组成两个同轴回转副 而不是一个回转副, 所以,总的回转副数 是PL=7,而不是PL=6,
F 35 27 0 1
(2) 局部自由度
定义:
不影响整个机构运动的局部独立运动。 对整个机构其他构件运动无关的自由度。
D4 E
B3
1
2
5 F
6
7 G
8 K 9
A C
H
I
局部自由度
D4 E
B3
1
2
5 F
6
7 G
A C
H
I
复合铰链
平面连杆机构及其分析与设计
平面连杆机构及其分析与设计平面连杆机构是由连杆和连接点组成的机械结构,广泛应用于各种机械设备中。
它的功能是将输入的旋转运动转化为输出的直线运动或者将输入的直线运动转化为输出的旋转运动。
本文将对平面连杆机构的分析与设计进行介绍。
首先,对平面连杆机构进行分析。
平面连杆机构的主要组成部分是连杆和连接点。
连杆是连接点之间的刚性杆件,可以是直杆、曲杆或者具有其他特殊形状的杆件。
连接点是连杆的两个端点或者连杆与其他机构的连接点,可以是支点、铰链等。
平面连杆机构的运动可以分为三种基本类型:平动、转动和复动。
平动是指连杆的一端保持固定,另一端进行直线运动;转动是指连杆的一端保持固定,另一端进行旋转运动;复动是指连杆的一端进行直线运动,另一端同时进行旋转运动。
进行平面连杆机构的设计时,需要考虑以下几个要点。
首先,确定机构的类型和功能。
根据机构的动作要求和功能要求,选择适合的连杆类型和连接点类型。
其次,进行机构的运动分析。
根据机构的运动要求,确定连杆的长度和连接点的位置,使连杆能够实现所需的运动。
然后,进行机构的力学分析。
根据机构的受力情况,确定连杆的截面尺寸和材料,保证机构的刚度和强度。
最后,进行机构的优化设计。
考虑机构的性能要求和制造要求,对机构进行优化设计,提高机构的工作效率和使用寿命。
在平面连杆机构的设计中,还需要考虑机构的动力学问题。
机构的动力学分析包括静力学分析和动力学分析两个方面。
静力学分析是指在机构静止或静力平衡状态下,对机构受力和力矩进行分析。
动力学分析是指在机构进行运动时,对机构的加速度、速度和位移进行分析。
通过对机构的动力学分析,可以确定机构的惯性力和惯性矩,从而确定机构的动态特性和振动特性。
总之,平面连杆机构的分析与设计是一项复杂而重要的工作。
在进行分析与设计时,需要考虑机构的类型和功能,进行运动分析和力学分析,优化设计和动力学分析。
通过合理的分析与设计,可以使机构具有较好的工作性能和使用寿命,满足各种工程应用的要求。
机械原理-平面连杆机构及设计
平面连杆机构的运动分析
1
位置分析
通过几何和三角学的方法,确定各个连
速度分析
2
杆和转轴的位置。
计算各个部件的速度,了解机构的运动
特性。
3
加速度分析
研究连杆的加速度,对机械系统的稳定 性和性能影响重大。
平面连杆机构的设计原则
力学平衡Biblioteka 确保各个连杆和转轴保持力学平衡,避免不必 要的应力。
优化尺寸
选择合适的尺寸和比例,以提高系统的性能和 耐久性。
机械原理-平面连杆机构及设计
探索机械原理中的平面连杆机构,深入了解其组成部分、运动分析、设计原 则、类型和应用领域。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由连杆和旋转副组成的机械装置,用于转换直线运动和旋转运动。它被广泛应用在各种机械设 备和工具中。
平面连杆机构的组成部分
• 连接杆:用于连接各个部件并传递力和运动。 • 转轴:提供连杆的旋转运动。 • 摩擦面或球面:减小连杆关节的摩擦。 • 约束物:限制连杆的自由运动。
减小摩擦
使用适当的润滑和设计摩擦减小装置,提高效 率。
动态平衡
通过合理设计和调整质量分布,减少系统的振 动。
常见的平面连杆机构类型
滑块曲柄机构
由连接杆、连杆、中心轴和滑块 组成,广泛应用在汽车和机床。
钟摆式机构
采用钟摆原理,具有稳定的运动 轨迹,用于摆锤和钟表。
平行连杆机构
通过平行排列的连杆传递运动和 力,在工程和自动化领域有广泛 应用。
平面连杆机构的应用领域
1 工业生产设备
机械加工、装配线和工厂自动化。
3 家庭用具
打印机、洗衣机和电动工具。
2 交通运输工具
汽车、火车和航空器。
机械原理平面连杆机构及设计
机械原理平面连杆机构及设计平面连杆机构是一种最为基本的机械结构,由于其结构简单、运动可靠等特点,被广泛应用于各种机械设备中。
本文将对平面连杆机构进行介绍,并探讨其设计原理。
平面连杆机构是由至少一个定点和至少三个连杆组成的机构。
定点为固定参考点,连杆是由铰链连接的刚性杆件。
连杆可以分为连杆和曲柄,连杆连接在定点上,曲柄则旋转。
平面连杆机构的运动由这些连杆的位置和相互连接方式决定。
平面连杆机构的设计原理基于以下几个方面:1.运动分析:在设计平面连杆机构之前,首先需要进行运动分析,确定所需的运动类型。
运动类型可以是旋转、平移、摆动、滑动等。
通过运动分析,可以确定连杆的长度和相互连接的方式。
2.运动性能:平面连杆机构的优点是运动可靠,但运动性能也是需要考虑的重要因素。
例如,设计中需要考虑速度、加速度、力和力矩等参数,以满足机构的运动要求。
3.静力学分析:平面连杆机构在工作过程中可能会受到外力的作用,因此需要进行静力学分析。
静力学分析可以确定机构的力矩和应力,从而确定设计的合理性。
4.运动合成:在进行平面连杆机构的设计过程中,需要进行连杆的运动合成。
运动合成是指通过选择适当的连杆长度和连接方式,实现所需的运动类型。
5.运动分解:运动分解是指将合成的运动分解为各个连杆的运动。
通过运动分解,可以确定每个连杆的运动规律,从而进行设计。
当以上原理得到了充分的了解和运用后,可以进行平面连杆机构的具体设计。
具体的设计包括以下几个步骤:1.确定所需的运动类型:根据机械设备的需求,确定所需的运动类型,例如旋转、平移、摆动等。
2.运动分析:对机构进行运动分析,确定连杆的位置和连接方式。
根据机构的运动要求和外力作用,确定连杆的长度。
3.动力学分析:进行动力学分析,确定机构运动时的力学参数,如速度、加速度、力和力矩等。
4.运动合成与分解:根据所需的运动类型,进行运动合成和分解,确定连杆的运动规律。
5.结构设计:根据上述分析和计算结果,进行结构设计。
机械原理课程教案—平面连杆机构及其分析与设计
机械原理课程教案一平面连杆机构及其分析与设计一、教学目标及基本要求1掌握平面连杆机构的基本类型,掌握其演化方法。
2,掌握平面连杆机构的运动特性,包括具有整转副和存在曲柄的条件、急回运动、机构的行程、极限位置、运动的连续性等;3.掌握平面连杆机构运动分析的方法,学会将复杂的平面连杆机构的运动分析问题转换为可用计算机解决的问题。
4.掌握连杆机构的传力特性,包括压力角和传动角、死点位置、机械增益等;正确理解自锁的概念,掌握确定自锁条件的方法。
5,了解平面连杆机构设计的基本问题,掌握根据具体设计条件及实际需要,选择合适的机构型式;学会按2~3个刚体位置设计刚体导引机构、按2~3个连架杆对应位置设计函数生成机构及按K值设计四杆机构;对机构分析与设计的现代解析法有清楚的了解。
二、教学内容及学时分配第一节概述(2学时)第二节平面连杆机构的基本特性及运动分析(4.5学时)第三节平面连杆机构的运动学尺寸设计(3.5学时)三、教学内容的重点和难点重点:1.平面四杆机构的基本型式及其演化方法。
2.平面连杆机构的运动特性,包括存在整转副的条件、从动件的急回运动及运动的连续性;平面连杆机构的传力特性,包括压力角、传动角、死点位置、机械增益。
3.平面连杆机构运动分析的瞬心法、相对运动图解法和杆组法。
4.按给定2~3个位置设计刚体导引机构,按给定的2~3个对应位置设计函数生成机构,按K值设计四杆机构。
难点:1.平面连杆机构运动分析的相对运动图解法求机构的加速度。
2.按给定连架杆的2~3个对应位置设计函数生成机构。
四、教学内容的深化与拓宽平面连杆机构的优化设计。
五、教学方式与手段及教学过程中应注意的问题充分利用多媒体教学手段,围绕教学基本要求进行教学。
在教学中应注意要求学生对基本概念的掌握,如整转副、摆转副、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、滑块、低副运动的可逆性、压力角、传动角、极位夹角、行程速度变化系数、死点、自锁、速度影像、加速度影像、装配模式等;基本理论和方法的应用,如影像法在机构的速度分析和加速度分析中的应用、连杆机构设计的刚化一反转法等。
《平面连杆机构设计》课件
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特点
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结构简单,易于设计和制造。
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具有较大的传递力矩的能力。
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运动形式和运动轨迹相对固定,易于实现精确控制。
平面连杆机构的运动分析
运动分析的基本概念
平面连杆机构定义
平面连杆机构是由若干个刚性构件通 过低副(铰链或滑块)连接而成的机 构,构件之间的相对运动都在同一平 面或相互平行平面内。
运动分析目的
通过分析平面连杆机构的运动特性, 确定各构件之间的相对位置、相对速 度和相对加速度,为机构设计、优化 和性能评估提供依据。
在此添加您的文本16字
适用于多种类型的运动转换和传递,如转动、摆动、移动 等。
平面连杆机构的应用
农业机械
如收割机、拖拉机等,利用平面连杆机构实 现谷物、饲料的收割和运输。
轻工机械
如包装机、印刷机等,利用平面连杆机构实 现纸张、塑料薄膜等的传送和加工。
矿山机械
如挖掘机、装载机等,利用平面连杆机构实 现土石的挖掘、装载和运输。
发展趋势:随着科技的进步和应用需求 的多样化,平面连杆机构的设计和制造 技术也在不断发展和创新。
数字化设计和仿真技术的运用,提高了 设计效率和准确性。
PART 02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
曲柄摇杆机构是一种常见的平面 连杆机构,由曲柄、摇杆和连杆
组成。
曲柄作为主动件,匀速转动,带 动连杆摆动,摇杆作为从动件,
运动分析的实例
四杆机构
以曲柄摇杆机构为例,通过解析 法分析曲柄的转速、摇杆的摆角 以及各构件之间的相对速度和加
机械原理-平面连杆机构的运动分析和设计
平面连杆机构的设计流程和方法
在这个部分中,我们将深入探讨平面连杆机构的设计,介绍流程和方法,提供实际案例分析,帮助您了解如何设 计成功的机械。
1.
需求分析
将客户的需求转化为机械设计
目标。
2.
构思和设计
基于机械原理构思和设计机械
装备支撑结构,并采用 CAD 软
件实施初始的草图或模型。
3.
材料选择
选择合适的材料和工艺,确保
结构和类型
平面连杆机构通常由零件精细制 造而成,以满足工业和商业目的 的要求。
工程应用
机械工程师们可以使用平面连杆 机构来完成各种复杂的任务,如 发动机和自动化流水线等。
日常应用
平面连杆机构可以进一步应用在 日常用品中,如钟表、洗衣机和 自动售货机等。
平面连杆机构的运动分析方法
在这个部分中,我们将探索平面连杆机构的运动学和动力学,介绍运动方程和速度方程,以及如何用数学 公式计算不同零件的运动和速度。
1 平衡条件
平衡是指物理系统中所有力和运动之间所需达到的状态,这是机械工程师需要考虑的重 要问题。
2 稳定性
稳定性是一个重要的物理学概念,涉及动量、速度和质量,能够帮助工程师在设计平面 连杆机构时考虑不同零件的状态和取向。
3 应用场景
平面连杆机构无处不在,具有开发良好设计的潜力,是自动化流水线的核心,也是钟表、 汽车和机器人的重要部分。
1
运动学
运动学研究物体运动的规律和运动参数,如位移、速度、加速度等。
2
动力学
动力学研究物体的运动状态和运动参数之间的关系,如动量、力和功等。
3
数值模拟
数字计算能够预测机械零件的运动,利用计算机模拟机械过程,提高设计效率。
机械设计基础-平面连杆机构
平面连杆机构的运动分析
运动分析是设计平面连杆机构中的重要步骤,通过分析各部件的运动规律和 约束关系,可以确定机构的性能和工作范围。
实例与案例分析
案例一
设计一个机械手臂,使其能够在不同位置和角度进 行精确定位。
案例二
设计一个车门开闭机构,使其能够平稳地打开和关 闭。
机械设计基础-平面连杆机构
这个幻灯片将介绍平面连杆机构的基本知识,包括组成、作用、种类、设计 要点、运动分析以及实例与案例分析。
平面连杆机构简介
平面连杆机构是一种常见而重要的机械传动机构,它由连杆、铰链和机构连接件组成,用于将旋转运动转化为 直线运动或相反。
平面连杆机构的组成
连杆
起支撑作用,将旋转运动转化为直线运动。
由滑块和曲杆组成,常用于发动 机的活塞连杆传动。
四连杆机构
由四个连杆组成,常见于机械手 臂和门的开闭机构。
平面伸缩杆机构
通过类似电车接触网的结构实现 伸缩变形。
平面连杆机构的设计要点
1
连杆比例设计
确定连杆的比例关系以实现所需的运动。
铰链选型
2
选择合适的铰链类型和尺寸以满足设计
要求。
3
机构连接方式
选择适当的机构连接件和连接方式以保 证机构的稳定性。
铰链
连接连杆和机构连接件,使其能够相对运动。
机构连接件
固定在机构上,用于连接铰链和机构化为直线运动或相反。
2 传递力量
通过连杆将动力从一个地方传递到另一个地方。
3 控制位置
通过调整连杆的长度和角度来控制机构的位置。
平面连杆机构的种类
滑块曲杆机构
平面连杆机构设计分析及运动分析综合实验
实验二平面连杆机构设计分析及运动分析综合实验一、实验目的:1、掌握机构运动参数测试的原理和方法。
了解利用测试结果,重新调整、设计机构的原理。
2、体验机构的结构参数及几何参数对机构运动性能的影响,进一步了解机构运动学和机构的真实运动规律。
3、熟悉计算机多媒体的交互式设计方法,实验台操作及虚拟仿真。
独立自主地进行实验内容的选择,学会综合分析能力及独立解决工程实际问题的能力,了解现代实验设备和现代测试手段。
二、实验内容1、曲柄滑块机构及曲柄摇杆机构类型的选取。
2、机构设计,既各杆长度的选取。
(包括数据的填写和调整好与“填写的数据”相对应的试验台上的杆机构的各杆长度。
)3、动分析(包括动态仿真和实际测试)。
4、分析动态仿真和实测的结果,重新调整数据最后完成设计。
三、实验设备:平面机构动态分析和设计分析综合实验台,包括:曲柄滑块机构实验台、曲柄摇杆机构实验台,测试控制箱,配套的测试分析及运动仿真软件,计算机。
四、实验原理和内容:1、曲柄摇杆机构综合试验台①曲柄摇杆机构动态参数测试分析:该机构活动构件杆长可调、平衡质量及位置可调。
该机构的动态参数测试包括:用角速度传感器采集曲柄及摇杆的运动参数,用加速度传感器采集整机振动参数,并通过A/D板进行数据处理和传输,最后输入计算机绘制各实测动态参数曲线。
可清楚地了解该机构的结构参数及几何参数对机构运动及动力性能的影响。
②曲柄摇杆机构真实运动仿真分析:本试验台配置的计算机软件,通过建模可对该机构进行运动模拟,对曲柄摇杆及整机进行运动仿真,并做出相应的动态参数曲线,可与实测曲线进行比较分析,同时得出速度波动调节的飞轮转动惯量及平衡质量,从而使学生对机械运动学和动力学,机构真实运动规律,速度波动调节有一个完整的认识。
③曲柄摇杆机构的设计分析:本试验台配置的计算机软件,还可用三种不同的设计方法,根据基本要求,设计符合预定运动性能和动力性能要求的曲柄摇杆机构。
另外还提供了连杆运动轨迹仿真,可做出不同杆长,连杆上不同点的运动轨迹,为平面连杆机构按运动轨迹设计提供了方便快捷的虚拟实验方法。
机械基础-平面连杆机构
化工机械
如搅拌机、反应器等, 利用平面连杆机构实现
物料的混合和反应。
02
平面连杆机构的基本类型
曲柄摇杆机构
总结词
曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的一种形式,它由一个曲柄和一个摇杆 组成,曲柄通过转动将动力传递给摇杆,使摇杆进行摆动或转动。
详细描述
曲柄摇杆机构广泛应用于各种机械装置中,如缝纫机、搅拌机、车窗升降器等。 曲柄通常作为主动件,通过转动将动力传递给摇杆,使摇杆进行摆动或转动, 从而实现特定的运动形式。
机械基础-平面连杆机构
• 引言 • 平面连杆机构的基本类型 • 平面连杆机构的运动特性 • 平面连杆机构的传力特性 • 平面连杆机构的设计 • 平面连杆机构的实例分析
01
引言
平面连杆机构简介
01
平面连杆机构是由若干个刚性构 件通过低副(铰链或滑块)连接 而成的机构,构件在互相平行的 平面内运动。
机构的承载能力分析
总结词
机构的承载能力分析是评估 平面连杆机构在承受载荷时
的承载能力和稳定性。
详细描述
通过承载能力分析,可以确 定机构在各种工况下的最大 承载能力,为机构的安全使
用和优化设计提供保障。
总结词
在进行承载能力分析时,需要综合考虑机 构中各个构件的强度、刚度和稳定性等因 素。
详细描述
通过对这些因素的评估和分析,可以确定 机构在各种工况下的承载能力和稳定性, 为机构的安全使用和优化设计提供依据。
压力角和传动角
总结词
压力角是指在平面连杆机构中,主动件与从动件之间所形成的夹角。传动角是指连杆与曲柄之间所形成的夹角。
详细描述
压力角的大小直接影响到机构的传动能力和效率。较小的压力角可以减小作用在从动件上的力,提高传动效率。 而传动角的大小则与机构的传动性能和曲柄的形状有关。在设计平面连杆机构时,需要综合考虑压力角和传动角 的影响,以获得最佳的传动效果。
连杆机构的运动分析报告
连杆机构的运动分析报告连杆机构的运动分析报告连杆机构是一种常见的机械结构,由连杆和铰链组成。
通过连杆的连接和铰链的运动,连杆机构可以实现复杂的机械运动。
在本篇文章中,我们将对连杆机构的运动进行分析。
首先,我们需要了解连杆机构的基本组成。
连杆机构通常由两个或多个连杆组成,这些连杆通过铰链连接。
在连杆机构中,至少有一个连杆是固定的,称为固定连杆,其他连杆可以通过铰链连接进行运动,称为运动连杆。
接下来,我们需要确定连杆机构的运动目标。
连杆机构可以用于实现各种运动,例如直线运动、旋转运动、摆动运动等。
在分析时,我们需要明确机构的运动目标是什么,以便更好地理解和分析机构的运动性质。
然后,我们可以通过建立连杆机构的几何模型来进行运动分析。
连杆机构的几何模型是通过连杆的长度、连杆之间的连接方式以及铰链的位置来确定的。
通过几何模型,我们可以计算出各个连杆的位置、速度和加速度等参数,从而分析机构的运动性质。
在进行运动分析时,我们需要应用运动学原理。
根据连杆机构的特点,我们可以使用欧拉方程或拉格朗日方程来描述机构的运动。
通过这些方程,我们可以得到机构的运动方程,从而进一步分析和预测机构的运动。
此外,我们还可以使用计算机辅助分析工具来进行连杆机构的运动分析。
通过使用计算机软件,我们可以建立机构的数学模型,并进行模拟计算,从而更准确地分析机构的运动性质。
这种方法可以大大提高分析的效率和准确性。
最后,我们可以根据运动分析的结果对连杆机构进行设计和优化。
通过分析连杆机构的运动性质,我们可以了解机构的工作原理和特点,从而进一步改进和优化机构的设计。
通过优化设计,可以提高机构的性能和效率,实现更好的运动控制和工作效果。
总之,连杆机构的运动分析是理解和设计机械结构的重要方法。
通过逐步分析连杆机构的运动特性,我们可以深入了解机构的工作原理,为机构的设计和优化提供有力的支持。
机械原理 平面连杆机构及设计课件
仿真分析
利用计算机仿真软件对机构进行模拟分析, 评估其性能。
实验测试
通过实际测试机构的性能,与理论分析进行 对比验证。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 ,对机构参数进行优化。
04
平面连杆机构的运 动分析
机构运动的基本方程
01
平面连杆机构的基本运动方程是 根据机构的运动学和动力学特性 建立的,它描述了机构中各构件 之间的相对运动关系。
刚度对机构性能的影响
刚度不足会导致机构运动失 真、振动等问题,影响其正 常工作。
06
平面连杆机构的实 例分析
曲柄摇杆机构的实例分析
曲柄摇杆机构是一种常见的平面连杆机构,它由曲柄、摇杆、连杆和机架组成。 曲柄旋转,通过连杆传递运动给摇杆,使摇杆在一定范围内摆动。
实例:缝纫机脚踏板机构。缝纫机脚踏板机构就是一个典型的曲柄摇杆机构的应 用。当脚踏板转动时,通过连杆将运动传递给摇杆,使机头上下摆动,完成缝纫 工作。
应力分析
通过计算机构各构件在工作状态下的应力分布,评估其强度是否 满足设计要求。
疲劳强度
考虑机构在循环载荷作用下的疲劳强度,预测其使用寿命。
可靠性分析
基于概率论和统计学方法,评估机构在各种工作条件下的可靠性。
机构的刚度分析
刚度定义
刚度表示机构抵抗变形的能 力。
刚度分析方法
通过有限元分析、实验测试 等方法,评估机构的刚度性 能。
双曲柄机构的实例分析
双曲柄机构由两个曲柄、连杆和机架组成。两个曲柄同时旋 转,通过连杆传递运动,使另一个曲柄产生相对的旋转运动 。
实例:飞机起落架机构。飞机起落架机构中的前轮转向机构 就是一个双曲柄机构的应用。当飞机滑行时,双曲柄机构使 前轮左右摆动,实现飞机的前轮转向。
平面连杆机构的运动分析和设计实用教案
P, Q: 其余两杆的长度
Grashof机构(jīgòu) : 满足条件 Lmin + Lmax ≤ P +Q的机构(jīgòu)。
第15页/共57页
第十六页,共57页。
平面(píngmiàn)四杆机构存在曲柄的条 件
Lmin + Lmax ≤ P +Q 最短杆为机架或连架杆
动画链接(liàn jiē)
第23页/共57页
第二十四页,共57页。
讨论:机构(jīgòu)的初始装配状态与
可行域
在 机构的运动过程中是不会发生变化的原因
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第二十五页,共57页。
急回运动
当曲柄等速回转的情况下,通常 (tōngcháng)把从动件往复运动速度快慢 不同的运动称为急回运动。
a21x1 a22 x2 ...... a2n xn b2
...........
an1x1 an2 x2 ...... ann xn bn
x , x ,..... x 其中
为 待求变量。
12
n
方 程组可以简写为
( 5---5´)
Ax b
则 方程组的解为
(5---6)
x A1b
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c (d a) b
acd b
两 两相加
动画演示
ac ab ad
最短杆与最长杆之和小于等于其它两杆长度之和
a最短
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第十五页,共57页。
补充:Grashof曲柄存在(cúnzài)条
件
Lmin + Lmax ≤ P +Q 则最短杆两端的转动(zhuàn dòng)副均为周转副;其余转 动(zhuàn dòng)副为摆转副。
机械设计基础项目一 任务3 平面连杆机构分析与设计
为0 °(转向点),从动曲柄可能向正反两个方向
转动,机构运动不确定,平行四边形机构可能变成 反平行四边形机构。
B 2 C 1 A 4 3 D
双摇杆机构,也有死 点位置,在实际设计中常 采用限制摆杆的角度来避 免死点位置。
克服的方法: 安装飞轮,利用惯性克服死点(例如:内燃机、
缝纫机)
例:缝纫机借助于带轮
△ B′C′D和△ B〞C〞D成立
由△B〞C〞D得 a+d≤b+c (1) 由△B′C′D得 或 b≤(d-a)+c c≤(d-a)+b a+b≤d+c a+c≤b+d (2) (3)
由式(1)、(2)、(3)得
a≤c a≤b a≤d a为最短杆
整转副存在条件
四杆长度满足杆长条件:最短杆与最长杆长度之和
知极为夹角θ为:
k 1 180 k 1
四杆机构有无急回运动,取决于曲柄与连杆共
线位置的夹角,即有无极位夹角,不论是何种机构,
只要机构在运行过程中具有极位夹角,则该机构就
具有急回作用。
角越大,则K 值越大,说明急回运动的性质也 越显著。
曲柄滑块机构
B
l1
A
l2
B2
e
C
工作行程 aθ b B1 l 1 l C C1 2 A A e e
缺点: 连杆机构一殷具有较长的运动链,各构件的尺寸误 差和运动副中的间隙将使连杆机构产生较大的积累
误差,也使机械效率降低。
连杆及滑块作变速运动,其惯性力难于平衡,会增
加机构的动载荷,一般不宜用于高速传动。
设计过程却十分繁难,在多数情况下一般只能近似 地得以满足。
四杆机构:由四个构件组成的平面连杆机构
机械原理之平面连杆机构
平面连杆机构是一种常见的机械原理,应用广泛。本 presentation 将介绍平面 连杆机构的构成、运动规律、设计方法、应用案例等内容,帮助您深入了解 这一重要机构。
什么是平面连杆机构
平面连杆机构是由杆件和连接点组成的机械系统,可以实现直线运动、旋转运动和复杂的机构运动。
平面连杆机构的应用范围
4 活动副
平面连杆机构中杆件间的连接关系,包括铰 接、滑动等。
平面连杆机构的种类
单曲柄平面四杆机构
使用一个曲柄连接四个连杆, 常用于某些简单的转换运动。
双曲柄平面四杆机构
使用两个曲柄连接四个连杆, 比单曲柄机构更复杂,能实现 更灵活的变换运动。
六杆机构
由六个连杆组成的机构,具有 更多自由度,可以实现复杂的 机械运动。
打印机
打印机中的平面连杆机构控制打印头的移动, 实现文字和图像的打印。
机器人
机器人的运动分部中使用平面连杆机构来实现 腿部或手臂的运动。
平面连杆机构的未来发展趋势
1
智能化
随着科技的进步,平面连杆机构将更加智能化,实现自动化无人操作。
2
材料创新
新型材料的应用将提升平面连杆机构的强度和耐用性,推动机械工程的发展。
代数法
使用代数方程描述平面连杆机 构的位置、速度和加速度,刻 画机构的运动规律。
图像法
通过绘制机构运动的示意图, 直观展示连杆机构的运动特性。
平面连杆机构的应用案例
发动机
汽车发动机中的连杆机构将活塞运动转化为曲 轴旋转,提供动力。
摇滚机
摇滚机利用平面连杆机构的运动来实现摇摆, 并供儿童嬉戏和休闲。
平面连杆机构广泛应用于机械工程、汽车工业、航空航天、机器人等领域, 用于传输功率、转换运动、控制位置等。
机械原理大作业平面连杆机构的运动分析
机械原理大作业1报告名称平面连杆机构的运动分析学院机电学院专业机械设计制造及其自动化班级 05021001学号 2010301173姓名覃福铁同组人员勾阳采用数据第一组(1-A)平面六杆机构1.题目要求2.题目分析(1)建立封闭图形: L 1 + L 2= L 3+ L 4L 1 + L 2= L 5+ L 6+AG(2) 机构运动分析 a 、角位移分析由图形封闭性得:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⋅-⋅+=+-⋅-⋅+⋅⋅-⋅+=+-⋅-⋅+⋅⋅=⋅+⋅+⋅=⋅+⋅55662'2221155662'222113322114332211sin sin )sin(sin sin cos cos )cos(cos cos sin sin sin cos cos cos θθθαπθθθθθαπθθθθθθθθL L y L L L L L x L L L L L L L L L L G G 将上式化简可得:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅-⋅+-⋅+⋅-=⋅-⋅+-⋅+⋅⋅-=⋅-⋅⋅-=⋅-⋅G G y L L L L L x L L L L L L L L L L L 66552'233466552'2331133221143322sin sin )sin(sin cos cos )cos(cos sin sin sin cos cos cos θθαθθθθαθθθθθθθθb 、角速度分析上式对时间求一阶导数,可得速度方程:⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=⋅⋅-⋅⋅+⋅-⋅+⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-⋅-⋅-⋅⋅-⋅⋅-=⋅⋅-⋅⋅⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-0cos cos )cos(cos 0sin sin )sin(sin cos cos cos sin sin sin 66655522'233366655522'2333111333222111333222ωθωθωαθωθωθωθωαθωθωθωθωθωθωθωθL L L L L L L L L L L L L L 化为矩阵形式为:⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅-⋅⋅=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅-⋅⋅-⋅⋅⋅-⋅--⋅-⋅-⋅⋅⋅-00cos sin cos cos cos )cos(sin sin sin )sin(00cos cos 00sin sin 1111165326655332'26655332'233223322θθωωωωωθθθαθθθθαθθθθθL L L L L L L L L L L L L L c 、角加速度分析:矩阵对时间求一阶导数,可得加速度矩阵为:2233222333'223355665'22335566622332233'22sin sin 0cos cos 00sin()sin sin sin cos()cos cos cos cos cos 00sin sin 00cos(L L L L L L L L L L L L L L L L L θθεθθεθαθθθεθαθθθεθθθθθα-⋅⋅⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⎢⎥⎢⎥⋅=⎢⎥⎢⎥-⋅--⋅-⋅⋅⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⋅-⋅⎣⎦⎣⎦-⋅⋅-⋅⋅⋅-211221123123355665'2223355666cos sin )cos cos cos 0sin()sin sin sin 0L L L L L L L L L θωθωωθθθωθαθθθω⎡⎤⋅⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅+⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅⋅-⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⋅-⋅⋅-⋅⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦d 、E 点的运动状态位移:⎩⎨⎧⋅-⋅+=⋅-⋅+=55665566sin sin cos cos θθθθL L y y L L x x G EG E速度:⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅-⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅-=555666555666cos cos sin sin ωθωθωθωθL L v L L v yx E E 加速度:⎪⎩⎪⎨⎧⋅⋅-⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅-=⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅-⋅⋅-=5552555666266655525556662666cos sin cos sin sin cos sin cos εθωθεθωθεθωθεθωθL L L L a L L L L a y x E E3.用solideworks 开发4.装备体动画截图5.计算结果 (1):各杆角位移(2):各杆角速度(3)各杆角加速度(4)E点位移(5)E点速度(6)E点加速度(7)E点轨迹6.本次大作业的心得体会:作为一名机械设计制造专业的学生,学好机械原理是非常重要的,而这次通过做机械原理大作业使我受益匪浅。
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5.1 平面连杆机构及其应用
1、概述
连杆机构是由若干 构件通过低副联 接而构成的。若 个构件均在相互 平行的平面内运 动,就成为平面 连杆机构。
机构拆装
2、连杆机构的特点
优点
连杆机构为低副机构,运动副为面接触,压强小,承
载能力大,耐冲击; 运动副元素的几何形状多为平面或圆柱面,便于加工 制造; 在原动件运动规律不变情况下,通过改变各构件的相 对长度可以使从动件得到不同的运动规律; 连杆曲线可以满足不同运动轨迹的设计要求;
任意杆为机架
双曲柄 四杆机构
曲柄摇杆 四杆机构
双摇杆 四杆机构
不定点 机构
双摇杆 四杆机构
2.铰链五杆机构曲柄存在的条件
将机构各构件的杆长
l AB , l BC , l CD , l DE , l AE
从小到大进行排列为
L1 L2 L3 L4 L5
L1 L2
为最短杆长; 为次短杆长;
动画演示
特殊机构——不定点机构
动画链接1 动画链接2 克服运动不确定性的措施
四杆机构小节
四杆机构
Lmin + Lmax < P +Q Lmin + Lmax =P +Q Lmin + Lmax > P +Q
Grashof机构
Grashof机构
非Grashof机构
最短杆为机架 最短杆为连架杆 最短杆为连杆 任意杆为机架
1.改变构件的形状和运动尺寸
曲柄摇杆机构 变摇杆 为滑块
曲线导轨曲柄滑块机构
摇杆尺寸 为无穷大 对心曲柄滑块机构
e=0 偏置曲柄滑块机构
动画链接
B 1
2.取不同的构件为机架
B
2 4
2
C 3 1 A
A
4
C 3
(a)曲柄滑块机构
B 1 A
(b)曲柄转动导杆机构
B
2 4
C 3 A1
2 4 3
C
(c)曲柄摇块机构
5.4.1 方程组的求解方法(知识回顾)
在机构运动分析和设计中,所求解 的方程通常是代数方程组,方程组 类型: 线性方程组
非线性方程组
1.线性方程组及其求解方法
线性方程组可以写成 a11 x1 a12 x 2 ...... a1n x n b1 a x a x ...... a x b 21 1 22 2 2n n 2 .......... . a n1 x1 a n 2 x 2 ...... a nn x n bn
缺点
由于运动积累误差较大,因而影响传动精度; 由于惯性力不好平衡而不适于高速传动; 设计方法比较复杂。
3、平面连杆机构的三大功能
在运动学方面,可以实现以下三大功能: 刚体导引 轨迹生成 函数发生
刚体导引:用连杆机构引导刚体实现一系
列设计要求的平面位置。(既要绕参考点转动、又 要随参考点平动的平面运动)。通常用连杆来实 现设计要求的刚体位置。
ad bc
b (d a) c
c (d a) b
abd c acd b
动画演示 最短杆与最长杆之和小于 等于其它两杆长度之和
ac ab ad
a最短
补充:Grashof曲柄存在条件
则最短杆两端的转动副均为周 转副;其余转动副为摆转副。
其中 Lmin :最短杆长度 Lmax :最长杆长度 P,Q: 其余两杆的长度
t2
从动件c的 平均角速 度:
DC1 DC 2 : DC2 DC1 :
3 t1 3 t2
1 180 t1 1 1
2 180 - t2 1 1
t1 t 2 3 3
行程速比系数K
通常把从动件往复运动平均速度的比值(大于1) 称为行程速比系数,用K表示。
vCx v Dx l CD 1 sin 1 vCy v Dy l CD 1 cos 1
(a) (b)
(a)
(6---10)
(b)
(a)
2 a Cx a Dx l CD 1 cos 1 lCD 1 sin 1 2 aCy a Dy lCD 1 sin 1 lCD 1 cos 1
求角运动参数
混合法是将矢量法和直角坐标法结合在一起的方法
直角坐标法的基本原理
确定构件位置的一般表示方法:
用点、角表示 Y Y 用点表示
K ( xk , yk )
J ( xJ , y J )
φ X 1. 用构件上一个点 J(xJ,yJ) 2. 通过点J的一条标线与坐 标轴的夹角φ
J ( xJ , y J )
L5 为最长杆长。
铰链五杆机构曲柄存在条件: ① L1 L2 L5 L3 L4 ② 最短杆或次短杆为机架或连架杆。
5.2.2 摇杆的极限位置和机构的 急回运动特征
1.摇杆的极限位置及其摆角
动画链接
讨论:机构的初始装配状态与可行域
在机构的运动过程中是不会发生变化的原因
急回运动
5.4.2 平面连杆机构正运动学分析 的直角坐标法
机构的正运动学分析:
已知机构的各个构件的杆长、原动件的位 置、速度和加速度的条件下,确定机构中 从动件的位置、速度和加速度。
机构的逆运动学分析:
已知机构的各个构件的杆长、机构运动输 出构件的位置的条件下,确定机构中在各 个运动副处构件之间的相对位置。
X 1.用构件上一个点 J(xJ,yJ) 2.另一个不重合点 K(xK,yK)
JK (x J x K ) 2 ( y J y K ) 2
例
6-3,P74
已知如图所示机构的 结构尺寸、固定铰链 点的位置和原动件的 运动。试分别以构件 CD和构件AB为原动件, 确定机构中所有从动 构件的运动。
轨迹生成:就是用连杆机构产生一个设计
要求的连杆曲线。
函数发生:就是实现机构的输入运动变量
和输出运动变量之间的某种函数关系。
刚体导引实例1
动画链接
刚体导引实例2
铲斗作平面一般运动,有三个自由度。三个输入
运动分别是三个液压油缸提供
动画链接
刚体导引实例3
补充:连杆曲线
动画链接
轨迹生成实例1
正运动学分析的直角坐标法
解析法: 封闭矢量多边形法 直角坐标解析法 混合法
角运动参数
矢量法是先求解运动构件的角位置、角速度和角加速度,
然后再求解该构件上点的运动; 求点运动参数
直角坐标法一般是先求解运动构件上一些点位置、速度
和加速度,然后求解构件的角位置、角速度和角加速度
点运动参数
将两个不具有急回特征的机构组合在一起, 组合起来的机构会具有急回特征么?
F2
F
C
C2
b
D B
a
F1 A
转动导杆
C1
5.3 连杆机构的演化
铰链四杆机构是单自由度连杆机构的
最基本形式; 各种单自由度多杆机构通常是在四杆 机构的基础上加若干个基本杆组而得到的; 而四杆机构的其他形式,如带有一个 移动副的四杆机构和带有两个移动副的四 杆机构,是由铰链四杆机构通过一些演化 方法得到的。
可以简写为
(6---7)
F (x) 0
其中 x [ x1 , x2 ,......, x n ]T
(6---7’)
延伸:非线性方程组的求解
牛顿迭代法的基本思路:设方程组(6---7)的解为 x* , 则构造一个序列 [x 0 , x 1 ,....., x k , x k 1 ,..... ] 来逼近 x*。
K 从动件快速行程平均速度 3 从动件慢速行程平均速度 3
180 K 180
3 t1 3 t2
1 180 t1 1 1
2 180 - t2 1 1
K 1 180 K 1
牛头刨床
曲柄滑块机构分析
对心曲柄滑块机构
偏置曲柄滑块机构
关于K和θ的讨论
180 K 1 K 180 180 K 1
平面连杆机构有无急回作用
取决于有无极位夹角θ 。
若θ≠0,该机构必定有急回特征 若θ=0,该机构必定无急回特征
思考一下
其中
(6---5)
x1 , x 2 ,..... x n
Ax b
为待求变量。 (6---5´)
方程组可以简写为 则方程组的解为
x A b
1
(6---6)
2.非线性方程组及其求解
n个变量n个方程的非线性方程组的一 般形式为:
f1 ( x1 , x 2 ,......, x n ) 0 f ( x , x ,......, x ) 0 2 1 2 n .......... . f n ( x1 , x 2 ,......, x n ) 0
1.构件CD为原动件
解答:
首先建立直角坐标系。 固定铰链点:
D(0,0),E(xE,yE), A(xA,yA)
机构为Ⅱ级机构
点C的运动
xC xD lCD cos1 yC y D lCD sin 1
(6---9)
对该式求导,可求得C点的速度、加速度!
将式(6---9)对时间t分别作一次、二次 求导,得点C的速度和加速度方程如下:
当曲柄等速回转的情况下,通常把 从动件往复运动速度快慢不同的运 动称为急回运动。 从动件c 主动件a
AB
b
c
B2