实验三——用ADAMS 验证曲柄连杆机构
如图3-1所示的铰链四杆机构（曲柄摇杆机构），
AB 杆为原动件，逆时针匀速转动，其角速度为=/rad s ωπ2040602/3/3AB cm CD cm DA cm BAD ADC ππ===∠=∠=，，，，；
对该机构进行验证，是否为曲柄摇杆机构；同时进行运动分析和动力分析。
图3-1 铰链四杆机构
【实验目的】
1、 了解ADAMS 软件；认识ADAMS 工作界面。
2、 掌握ADMAS 的建模与仿真；
3、 验证铰链四杆机构中曲柄存在的条件。
【实验原理】
1、 铰链四杆机构是指将4个杆件全部用转动副联接起来的机构。
2、 铰链四杆机构中曲柄存在的条件为以下两点：
（1） 曲柄为最短杆件或最短的相邻杆件，此条件称为最短构件条件。
（2） 最短杆件与最长杆件的长度之和必须小于或等于其他两杆件的长度之和，即：
'''
min max l l l l +≤+
此条件简称为构件长度和条件。 【实验仪器和设备】
1、 计算机。
2、机械系统动力学分析软件ADAMS 2013。
3、《机械设计基础》教材；实验指导书；实验报告。
【实验步骤】
1、启动ADAMS。
双击桌面上ADAMS/View的快捷图标“”，打开ADAMS/View。在欢迎对话框如图3-2中选择“新建模型”（Create a new model），弹出如图3-3所示“创建新模型”（Create a new model）对话框。
图3-2 欢迎对话框
图3-3 “创建新模型”对话框
在“模型名称”（Model
name ）栏中输入：sparkplug ；在“重力（Gravity ）”栏中选择“正常重力（-全局
Y 轴）”；在“单位（Units ）”栏中选择“MMKS
–mm ，kg ，N ，s ，deg ”；在“工作路径”栏中选择“C:\sparkplug ”。
2、 设置工作环境。
2.1 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以
满足要求。在ADAMS/View 菜单栏中，选择设置（Setting ）
下拉菜单中的工作网格（Working Grid ）命令。系统弹出
设置工作网格对话框如图3-4所示，选择“矩形”方式显示
工作栅格；将网格的大小尺寸(Size )中的X 和Y 分别设置成
750mm 和1000mm ，间距（Spacing ）中的X 和Y 都设置成
50mm 。然后点击“OK ”确定。
2.2用鼠标左键点击动态放大（Dynamic Zoom ）图标，
在模型窗口中，点击鼠标左键并按住不放，移动鼠标进行放
大或缩小。（也可以使用快捷键，点击键盘上的字母“Z”，
按住不放，移动鼠标进行放大或缩小）
2.3 用鼠标左键点击动态移动（Dynamic Translate ）图标
，在模型窗口中，按住鼠标左键，移动鼠标选择合适的网
格。（也可以使用快捷键，点击键盘上的字母“T”，按住不放， 图3-4 “工作网格”对话框 移动鼠标进行放大或缩小）
2.4 用鼠标左键点击动态旋转（Dynamic Roate ）图标，在模型窗口中，按住鼠标左键，旋转至合适的视图。（也可以使用快捷键，点击键盘上的字母“R”，按住不放，移动鼠标进行放大或缩小）
3、 建模
3.1在ADAMS/View 零件库中选择连杆，创建机架
在如图3-5所示的实体零件库中，点击连杆（Link ）
图标，在ADAMS/View 面版左侧弹出连杆参数设置对话框，将长度为60cm (60DA cm )；宽度为4cm ；深度为
2cm ，如图3-6所示。在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠标左键选择点（-300，0，0）mm(该点的位置可以选择在其他地方)，然后沿着水平方向，点击用鼠标左键选择点（300，0，0）mm ，创建出机架DA （PART_2），如图3-7所示。
图3-5 实体零件库 图3-6 机架参数设置对话框
图3-7 创建的机架
3.2在ADAMS/View 零件库中选择连杆，创建原动杆件
在如图3-5所示的实体零件库中，点击连杆（Link ）
图标，在ADAMS/View 面版左侧弹出连杆参数设置对话框，将长度为20cm (20AB cm )；宽度为4cm ；深度为2cm ，如图3-8所示。在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠标左键选择点（-300，0，0）mm ，然后大致沿着120°方向，点击用鼠标左键选择另外一点，创建出原动杆件
AB
（PART_3），如图3-9所示。
图3-8 原动杆件参数设置对话框 图3-9 创建的原动杆件
3.3在ADAMS/View 零件库中选择连杆，创建连架杆
在如图3-5所示的实体零件库中，点击连杆（Link ）
图标，在ADAMS/View 面版左侧弹出连杆参数设置对话框，将长度为40cm (40CD cm )；宽度为4cm ；深度为2cm ，如图3-10所示。在ADAMS/View 工作窗口中先用鼠标左键选择点（300，0，0）mm ，然后大致沿着120°方向，点击用鼠标左键选择另外一点，创建出连架杆CD （PART_4），如图3-11所示。
图3-10 原动杆件参数设置对话框 图3-11 创建的连架杆 3.4在ADAMS/View 零件库中选择连杆，创建连杆
在如图3-5所示的实体零件库中，点击连杆（Link ）
图标，在ADAMS/View 面版左侧弹出连杆参数设置对话框，将长度根据原动件与连架杆来确定，宽度为4cm ；深度为2cm ，如图3-12所示。点击用鼠标左键选择原动件（PART_3）一端的MARK 点，然后用鼠标左键选择连架杆（PART_4）一端的MARK 点，创建出连架杆BC （PART_5），如图3-13所示。
图3-12 原动杆件参数设置对话框 图3-13 创建的连架杆 4、 创建固定副
在ADAMS/View 链接库中选择固定副，如图3-14，创建机架。在ADAMS/View 面版左侧弹出参
数设置对话框，选择默认的构件方式。固定副将两个构件固定在一起，这里选择将杆AD
（PART_2）
图3-14 链接运动副库图3-15 固定副参数设置对话框
与大地（GROUND）固定在一起作为机架。
4.1首先将鼠标移至工作栅格处，当界面中出现（ground）时，如图3-16所示，点击鼠标左键作为第1选择的部件。
4.2将鼠标移至杆AD
时，当界面中出现（PART_2）时，如图3-17所示，点击鼠标左键作为第2选择的部件。
4.3将鼠标移至杆AD
（PART_2）中点时，界面中出现（PART_2.cm），如图3-18所示，点击鼠标左键，将固定副添加至杆AD（PART_2）中点处。则将杆AD
（PART_2）与大地（GROUND）用固定副联接在一起，如图3-19所示。
图3-16 选择第1个部件图3-17 选择第2个部件
图3-18 选择固定副施加点图3-19 固定副样例
5、创建转动副
在ADAMS/View链接库中选择转动副，如图3-20所示。
在ADAMS/View面版左侧弹出参数设置对话框，选择默认
的构件方式。
5.1将鼠标移至杆AD
时，当界面中出现（PART_2）时，如图3-21所示，点击鼠
标左键作为第1选择的部件。
5.2将鼠标移至杆AB时，当界面中出现（PART_3）时，图3-20 转动副样例
如图3-22所示，点击鼠标左键作为第2选择的部件。
5.3将鼠标移至杆AD
（PART_2）左端点时，界面中出现（PART_2.MARKER_1），如图3-23所示，点击鼠标左键，将转动副施加在杆（PART_2.MARKER_1）处，如图3-24所示。
图3-21 选择第1个部件图3-22 选择第2个部件
图3-23 选择转动副施加点 图3-24 转动副样例 5.4根据上述操作方法和步骤，将杆AB （PART_3）和杆BC （PART_5）用转动副联接；将杆BC （PART_5）和杆CD （PART_4）用转动副联接；将杆CD （PART_4）和杆AD
（PART_2）用转动副联接；如图3-25所示。
图3-25 运动副样例 图3-26 驱动库 6、 创建驱动
6.1在ADAMS/View 驱动库中选择转动副驱动，如图3-26所示，创建机架。在ADAMS/View 面版左侧弹出参数设置对话框，将原动件的旋转速度设置为180（=/rad s ωπ），如图3-27所示。
图3-27 链接运动副库图3-28 选择驱动施加点
图3-29 转动副驱动样例图3-30 实体渲染模式显示
6.2将鼠标左键移至杆AD（PART_2）与杆AB
（PART_3）联接处的转动副（JOINT_2）如图3-28所示。点击鼠标左键，在（JOINT_2）处施加转动副驱动，如图3-29所示。
7、更改模型显示样式
选择菜单中“视图”→“渲染方式（R）”→“实体模式（O）”，模型显示如图3-30所示。
8、保存模型
在ADAMS/View中，选择“文件（File）”菜单中的“把数据库另存为（Save Database
As）”命令，如图3-31所示。系统弹出保存模型对话框，输入保存的路径和模型名称，按OK，保存曲柄摇杆机构模型sparkplug如图3-32所示。
说明：ADAMS中文件的名称中不能以单纯的数字命名；可以用英文或英文与数字的组合；但不能识别纯数字、汉字或者符号之类的名称。
图3-31 转动副驱动样例图3-32 实体渲染模式显示
9、仿真
点击仿真库中的仿真按钮，
弹出如图3-33所示的仿真控制对话框。设置仿真终
止时间仿真终止时间（End
Time）为4，仿真工作步数600，然后点击开始仿真按钮
，系统进行仿真，观察模型的运动情况。点击按钮可以停止仿真。点击
按钮可以重置并输入配置。图3-33 仿真控制对话框
将机构在运动仿真的过程的4个任意位置进行暂停，并截图作为实验记录，如图3-34所示。
a）1t时刻运动图图3-34（b）2t时刻运动图图3-34（
c）3t时刻运动图图3-34（d）4t时刻运动图图3-34（
得分课程作业 曲柄摇杆优化设计 姓名： XX 学号： XXXXX 班级： XXXXX XX大学机械与动力学院
目录 1摘要 2问题研究 2.1 问题重述 2.2 问题分析 3数学模型的建立 3.1 设计变量的确定 3.2 目标函数的建立 3.3 约束条件的确定 3.4 标准数学模型 4使用 MATLAB编程求 解 4.1 调用功能函数 4.2 首先编写目标函数 M 文件 4.3 编写非线性约束函数 M 文件 4.4 编写非线性约束函数 M 文件 4.5 运行结果 5结果分析 6结论推广 7过程反思 8个人小结 9参考文献
1. 1摘要 : 为分析机构能够满足给定的运动规律和运动空间的要求 , 运用 Matlab 优化工具箱进行多约束条件下的连杆机构预定轨迹优化设计的方法 , 从而得到最接近给定运动规律的杆长条件 , 使机构的运动分析直观、简单和精确，提高了曲柄摇杆机构的设计精度和效率。 2问题研究 2.1 问题重述 要求设计一曲柄摇杆机构，当曲柄由0 转到 0 +90°时，摇杆的输出角实现 如下给定的函数关系： 02 (0 )2 3 式中0 和0 分别为对应于摇杆在右极限位置时曲柄和摇杆的位置角，它们是机 架杆 l 4为原线逆时针度量的角度，见图 1。 45°，即： 要求在该区间的运动过程中的最小传动角不得小于 min [ ] 45 通常把曲柄的长度当成单位长度，即l 1 。另外，根据机构在机器中的许可=1 空间，可以适当预选机架杆的长度，现取l 4 。 =5 2.2 问题分析 设计时，可在给定最大和最小传动角的前提下，当曲柄从0转到0 90 时，要求摇杆的输出角最优地实现一个给定的运动规律f。这里假设要求： E f 2 3 2 0（ 1） 图 1 曲柄摇杆机构简图 对于这样的设计问题，可以取机构的期望输出角f和实际输出角 E F的平方误差之和作为目标函数，使得它的值达到最小。 在图 1 所示的曲柄摇杆机构中， l1 、 l2 、 l3 、 l4 分别是曲柄、连杆、 AB BC 摇杆 CD和机架 AD的长度。这里规定0 为摇杆在右极限位置0 时的曲柄起始位置角，它们由 l1、 l 2、 l3和 l4确定。 3 数学模型的建立
XXX 曲柄摇杆机构设计方法作者姓名：XXXX 专业名称：机械工XXXX及自动化指导教师：XXXX讲师
摘要 曲柄摇杆机构中构件的运动样式多样，可以实现给定运动规律或运动轨迹且承载能力高、耐磨顺，制造简单，已于获得较高的制造精度，因此曲柄摇杆机构在各种机械仪器中获得广泛的应用。 本文针对曲柄摇杆机构的行XXXX速度变化速度系数和给定点的轨迹设计曲柄摇杆机构，通过深入分析机构的行XXXX数度比k、摇杆摆动角ψ、最小传动角，极为夹角和摇杆摆动角等运动性能参数与结构尺寸间的关系。通过引入曲柄固定铰链点的位置角建立了曲柄摇杆和机架长度关于θ和?的显示函数关系，通过解析法、几何作图法、和实验法设计曲柄摇杆机构。在此基础上研究机构设计的可能附加要求极其相应的设计方法为曲柄摇杆设计提供各种可能选项并对曲柄摇杆的急回特性和死点情况进行说明。 关键词:曲柄摇杆机构行XXXX速度系数摇杆摆动设计方法
Abstract The diversity of movement component in the crank rocker mechanism can achieve given amotion or motion trajectory and have the high bearing capacity, wear-resisting, simple manufacture,and higher manufacturing accuracy. therefore ,the crank rocker mechanism is widely used in various mechanical instrument. In view of the crank rocker mechanism of velocity fluctuation velocity coefficient and the design of crank rocker mechanism by track point, Analysis the mechanism of the stroke number ratio K ,the rocker swing angle minimum transmission angle, extremely angle and rocker swing angle motion parameter and t he relationship between structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angle of crank rocker and the frame length on and display function is built, by the analytic method, the geometric drawing method, the design of crank rocker mechanism and experimental method. On the basis of the research on the design method of mechanism design may have additional requirements and other extremely corresponding , various possible options and the crank rocker quick return characteristics and the dead are described for crank and rocker design. Key words: crank,rocker,travel speed,design
工程软件训练 目录 目录 (1) 第1章绪论 (3) 第2章活塞组的设计 (4) 2.1 活塞的设计 (4) 2.1.1 活塞的材料 (4) 2.1.2 活塞头部的设计 (4) 2.1.3 活塞裙部的设计 (5) 2.2 活塞销的设计 (5) 2.2.1 活塞销的结构 (5) 第3章连杆组的设计 (6) 3.1 连杆的设计 (6) 3.1.1 连杆材料的选用 (6) 3.1.2 连杆长度的确定 (6) 3.1.3 连杆小头的结构设计 (6) 3.1.4 连杆杆身的结构设计 (6) 3.1.5 连杆大头的结构设计 (6) 3.2 连杆螺栓的设计 (7) 第4章曲轴的设计 (8) 4.1 曲轴的结构型式和材料的选择 (8) 4.1.1 曲轴的结构型式 (8) 4.1.2 曲轴的材料 (8) 4.2 曲轴的主要尺寸的确定和结构细节设计 (8) 4.2.1 曲柄销的直径和长度 (8) 4.2.2 主轴颈的直径和长度 (9) 4.2.3 曲柄 (9) 4.2.4 平衡重 (9) 4.2.5 油孔的位置和尺寸 (10) 4.2.6 曲轴两端的结构 (10) 1
工程软件训练 第5章曲柄连杆机构的创建 (11) 5.1 活塞的创建 (11) 5.2 连杆的创建 (11) 5.3 曲轴的创建 (11) 第六章曲柄连杆机构静力学分析 (13) 6.1 活塞的静力分析 (13) 6.2 连杆的静力分析 (13) 2
工程软件训练 第1章绪论 曲柄连杆机构是发动机的传递运动和动力的机构，通过它把活塞的往复直线运动转变为曲轴的旋转运动而输出动力。因此，曲柄连杆机构是发动机中主要的受力部件，其工作可靠性就决定了发动机工作的可靠性。随着发动机强化指标的不断提高，机构的工作条件更加复杂。在多种周期性变化载荷的作用下，如何在设计过程中保证机构具有足够的疲劳强度和刚度及良好的动静态力学特性成为曲柄连杆机构设计的关键性问题[1]。 通过设计，确定发动机曲柄连杆机构的总体结构和零部件结构，包括必要的结构尺寸确定、运动学和动力学分析、材料的选取等，以满足实际生产的需要。 在传统的设计模式中，为了满足设计的需要须进行大量的数值计算，同时为了满足产品的使用性能，须进行强度、刚度、稳定性及可靠性等方面的设计和校核计算，同时要满足校核计算，还需要对曲柄连杆机构进行动力学分析。 为了真实全面地了解机构在实际运行工况下的力学特性，本文采用了多体动力学仿真技术，针对机构进行了实时的，高精度的动力学响应分析与计算，因此本研究所采用的高效、实时分析技术对提高分析精度，提高设计水平具有重要意义，而且可以更直观清晰地了解曲柄连杆机构在运行过程中的受力状态，便于进行精确计算，对进一步研究发动机的平衡与振动、发动机增压的改造等均有较为实用的应用价值。 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 3
课程作业 曲柄摇杆优化设计 ：XX 学号：XXXXX 班级：XXXXX XX大学机械与动力学院
目录 1摘要 2问题研究 2.1问题重述 2.2问题分析 3数学模型的建立 3.1设计变量的确定 3.2目标函数的建立 3.3约束条件的确定 3.4标准数学模型 4使用MATLAB编程求解 4.1调用功能函数 4.2首先编写目标函数 M 文件 4.3编写非线性约束函数 M 文件 4.4编写非线性约束函数 M 文件 confun.m 4.5运行结果 5结果分析 6结论推广 7过程反思 8个人小结 9参考文献
要求摇杆的输出角最优地实现一个给定的运动规律()f ?。这里假设要求： ()()2 0023E f φ?φ??π ==+ - （1） 图1曲柄摇杆机构简图
对于这样的设计问题，可以取机构的期望输出角()E f φ?=和实际输出角 ()F φ?=的平方误差之和作为目标函数，使得它的值达到最小。 在图 1 所示的曲柄摇杆机构中，1l 、2l 、3l 、 4l 分别是曲柄AB 、连杆BC 、摇杆CD 和机架AD 的长度。这里规定0?为摇杆在右极限位置0φ时的曲柄起始位置角，它们由1l 、2l 、3l 和4l 确定。 3 数学模型的建立 3.1 设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度1l 、2l 、3l 和4l ，以及当摇杆按已知运动规律开始 运行时，曲柄所处的位置角0?应列为设计变量，所有设计变量有: [][] 1 2 3 4 512 340T T x x x x x x l l l l ?== （2） 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，通常设定曲柄长度 1l =1.0，在这里可给定4l =5.0，其他杆长则按比例取为1l 的倍数。若取曲柄的初 始位置角为极位角，则?及相应的摇杆l 位置角φ均为杆长的函数，其关系式为: ()()()()2222212432301242125arccos 2101l l l l l l l l l l ?????++-+-+==????++???????? （3） ()()222221243230343125arccos 210l l l l l l l l l φ???? +--+--==???????????? （4） 因此，只有2l 、3l 为独立变量，则设计变量为[][]1223T T x x x l l ==。 3.2 目标函数的建立 目标函数可根据已知-的运动规律与机构实际运动规律之间的偏差最小为指标来建立，即： ()()2 1 min m Ei i i f x φφ==-→∑（5） 式中，Ei φ-期望输出角； m-输出角的等分数； i φ-实际输出角，由图 1 可知：
2014.11.27 课堂练习四： 一、填空题 1、平面连杆机构是由一些刚性构件用转动副和移动副相互联接而组成的机构。 2、平面连杆机构能实现一些较复杂的平面运动。 3、当平面四杆机构中的运动副都是转动副副时，就称之为铰链四杆机构；它是其他多杆机构的基础。 4、在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链作整周转动的连架杆叫曲柄。5在铰链四杆机构中，能绕机架上的铰链往复摆动的连架杆叫摇杆。 6、平面四杆机构的两个连架杆，可以有一个是曲柄，另一个是摇杆，也可以两个都是曲柄或都是摇杆。 7、平面四杆机构有三种基本形式，即曲柄摇杆机构；双曲柄机构和双摇杆机构。 8、组成曲柄摇杆机构的条件是：最短杆与最长杆的长度之和小于或 等于其他两杆的长度之和；与最短杆相邻的构件为机架时，则最短杆为曲柄。 9、在曲柄摇杆机构中，如果将最短杆作为机架，则与机架相连的两杆都可 以作整周旋转运动，即得到双曲柄机构。 10、在曲柄摇杆机构中，如果将最短杆对面的杆作为机架时，则与此相连的两杆均为摇杆，即是双摇杆机构。 二、判断题（一）（正确√；错误×） 1、当机构的极位夹角θ=00时，机构无急回特性。（√） 2、行程速比系数K >1，说明机构有急回特性。（√） 3、机构是否存在死点位置与机构取那个构件为原动件无关。（×） 4、压力角就是主动件所受驱动力的方向线与该点速度的方向线之间的夹角。
（√） 5、机构的极位夹角是衡量机构急回特性的重要指标。极位夹角越大，则机构的急回特性越明显。（√） 6、压力角是衡量机构传力性能的重要指标。（√） 7、压力角越大，则机构传力性能越差。（√） 8、在曲柄摇杆机构中，当以曲柄为主动件时，最小传动角出现在曲柄与机架两个共线位置处。（√） 9、平面连杆机构的传动角 愈大，则机构的传力性能愈好。（√） 10、铰链四杆机构中，若存在曲柄，其曲柄一定是最短杆。（×） 三、判断题（二） 根据图3-1各杆所注尺寸和以AD边为机架，判断指出各铰链四杆机构的名称。 图3-1 三、判断题（二）答案 a双曲柄机构 b.c 曲柄摇杆机构 d. 双摇杆机构 e.曲柄摇杆机构 f.平行双曲柄机构 g.反向双曲柄机构
课程作业 曲柄摇杆优化设计 姓名：XX 学号：XXXXX 班级：XXXXX XX大学机械与动力学院
目录 1摘要 2问题研究 2.1问题重述 2.2问题分析 3数学模型的建立 3.1设计变量的确定 3.2目标函数的建立 3.3约束条件的确定 3.4标准数学模型 4使用MATLAB编程求解 4.1调用功能函数 4.2首先编写目标函数M 文件 4.3编写非线性约束函数M 文件 4.4编写非线性约束函数M 文件confun.m 4.5运行结果 5结果分析 6结论推广 7过程反思 8个人小结 9参考文献
1. 1 摘要: 为分析机构能够满足给定的运动规律和运动空间的要求,运用Matlab 2 2.1 0(32 π ψψ+ =式中0?和0ψ得小于45=≥][min γγ空间，可以适当预选机架杆的长度，现取l 4 =5。 2.2 问题分析 设计时，可在给定最大和最小传动角的前提下，当曲柄从0?转到090??+时，要求摇杆的输出角最优地实现一个给定的运动规律()f ?。这里假设要求： ()()2 0023E f φ?φ??π ==+ - （1）
图1 曲柄摇杆机构简图 对于这样的设计问题，可以取机构的期望输出角()E f φ?=和实际输出角 ()F φ?=的平方误差之和作为目标函数，使得它的值达到最小。 在图 1 所示的曲柄摇杆机构中，1l 、2l 、3l 、 4l 分别是曲柄AB 、连杆BC 、摇杆CD 和机架AD 的长度。这里规定0?为摇杆在右极限位置0φ时的曲柄起始位置角，它们由1l 、2l 、3l 和4l 确定。 3 数学模型的建立 3.1 设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度1l 、2l 、3l 和4l ，以及当摇杆按已知运动规律开始 运行时，曲柄所处的位置角0?应列为设计变量，所有设计变量有: [][] 1 2 3 4 512 340T T x x x x x x l l l l ?== （2） 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，通常设定曲柄长度 1l =1.0，在这里可给定4l =5.0，其他杆长则按比例取为1l 的倍数。若取曲柄的初 始位置角为极位角，则?及相应的摇杆l 位置角φ均为杆长的函数，其关系式为: ()()()()2222212432301242125arccos 2101l l l l l l l l l l ?????++-+-+==????++???????? （3）
% 曲柄摇杆机构运动分析 % (1)-计算连杆的输出角th3和摇杆的输出角th4 % 设定各杆的长度(单位:毫米) rs(1)=304.8; % 设定机架1长度 rs(2)=101.6; % 设定曲柄2长度 rs(3)=254.0; % 设定连杆3长度 rs(4)=177.8; % 设定摇杆4长度 dr=pi/180.0;% 角度与弧度的转换系数 % 设定初始推测的输入 % 机构的初始位置 th(1)=0.0; % 设定曲柄2初始位置角是0度(与机架1共线) th(2)=45*dr; % 连杆3的初始位置角是45度 th(3)=135*dr; % 摇杆4的初始位置角是135度 % 摇杆4的初始位置角可以用三角形的正弦定理确定 th(3)=pi-asin(sin(th(2))*rs(3)/rs(4)); dth=5*dr; % 循环增量 % 曲柄输入角从0度变化到360度,步长为5度,计算th34 for i=1:72 [th3,th4]=ntrps(th,rs); % 调用牛顿—辛普森方程求解机构位置解非线性方程函数文件% Store results in a matrix-th34,in degrees % 在矩阵th34中储存结果,以度为单位;(i,:)表示第i行所有列的元素;(:,i)表示第i列所有行的元素 th34(i,:)=[th(1)/dr th3/dr th4/dr]; % 矩阵[曲柄转角连杆转角摇杆转角] th(1)=th(1)+dth; % 曲柄转角递增 th(2)=th3; % 连杆转角中间计算值 th(3)=th4; % 摇杆转角中间计算值 end % 求解曲柄摇杆机构中连杆的输出角th(3)和摇杆的输出角th(4)—函数文件 function [th3,th4]=ntrps(th,rs) % 使用基于牛顿—辛普森方程解答四杆机构位置的非线性问题 % 变量设置 % th(1)=theta_2 % 输入变量 % th(2)=theta_3_bar(starting guess) % 输出变量 % th(3)=theta_4_bar(starting guess) % 输出变量 % rs(1)=r_1，机架长度；rs(2)=r_2，曲柄长度；rs(3)=r_3，rs(4)=r_4，摇杆长度 th2=th(1); th3bar=th(2); th4bar=th(3); % 设定收敛条件 epsilon=1.0E-6; % 计算二维矢量的函数 % 四杆机构闭环矢量方程的矩阵形式 f=[rs(3)*cos(th3bar)-rs(4)*cos(th4bar)+rs(2)*cos(th2)-rs(1);
基于MATLAB的曲柄摇杆机构的机械优化设计 以曲柄摇杆机构为例，建立了运动分析数学模型。以曲柄摇杆机构对应位置实际输出值与期望函数值的平方偏差之和的最小值作为实际目标进行优化。应用MATLAB软件进行了优化设计和仿真分析，为机构优化设计提供了一种高效、直观的仿真手段，提高了对平面四连杆机构的分析设计能力。 标签：MATLAB；曲柄摇杆机构；优化设计 前言 平面四连杆机构虽然结构简单，但能有效地实现给定的运动规律或运动轨迹，很好地完成预定的动作，因而在工程实践中得到了广泛应用[1]。传统的设计方法主要是图解法或分析法，对连杆机构设计，无论设计精度还是设计效率都相对低下，不能满足现代机械高速高精度的要求。随着计算机技术的不断发展，为机构运用运动仿真实现优化设计提供了有效的手段。 MATLAB是一套功能强大的科学计算软件[2]，被广泛应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。其具有强大的数值计算能力和高效的工具箱函数，高效求解复杂庞大的实际工程问题，并可以根据需要，实现计算结果的可视化效果。 首先构建四连杆机构的数学模型，再利用MATLAB 软件强大的数值计算能力和高效的工具箱函数，以某规定期望函数的平面四连杆机构（机构运动简图如图1 所示）为例进行优化设计并进行了仿真计算，实现了机构运动仿真的可视化。 1 曲柄摇杆机构的数学模型 1.1 设计变量 机构的基本变量为各杆杆长及曲柄转角，根据曲柄摇杆机构各杆长度间的关系，独立的杆长变量有三个，分别为L2，L3，L4取杆长L1=1。故曲柄摇杆机构的设计变量可以表示为： 1.2 目标函数 1.3 约束条件 该机构的约束条件有两个方面：一是最小传动角约束条件[3]；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。 （1）最小传动角约束
摘要 本文以捷达EA113汽油机的相关参数作为参考，对四缸汽油机的曲柄连杆机构的主要零部件进行了结构设计计算，并对曲柄连杆机构进行了有关运动学和动力学的理论分析与计算机仿真分析。 首先，以运动学和动力学的理论知识为依据，对曲柄连杆机构的运动规律以及在运动中的受力等问题进行详尽的分析，并得到了精确的分析结果。其次分别对活塞组、连杆组以及曲轴进行详细的结构设计，并进行了结构强度和刚度的校核。再次，应用三维CAD软件：Pro/Engineer建立了曲柄连杆机构各零部件的几何模型，在此工作的基础上，利用Pro/E软件的装配功能，将曲柄连杆机构的各组成零件装配成活塞组件、连杆组件和曲轴组件，然后利用Pro/E软件的机构分析模块(Pro/Mechanism)，建立曲柄连杆机构的多刚体动力学模型，进行运动学分析和动力学分析模拟，研究了在不考虑外力作用并使曲轴保持匀速转动的情况下，活塞和连杆的运动规律以及曲柄连杆机构的运动包络。仿真结果的分析表明，仿真结果与发动机的实际工作状况基本一致，文章介绍的仿真方法为曲柄连杆机构的选型、优化设计提供了一种新思路。 关键词：发动机；曲柄连杆机构；受力分析；仿真建模；运动分析；Pro/E
ABSTRACT This article refers to by the Jeeta EA113 gasoline engine’s related parameter achievement, it has carried on the structural design compution for main parts of the crank link mechanism in the gasoline engine with four cylinders, and has carried on theoretical analysis and simulation analysis in computer in kinematics and dynamics for the crank link mechanism. First, motion laws and stress in movement about the crank link mechanism are analyzed in detail and the precise analysis results are obtained. Next separately to the piston group, the linkage as well as the crank carries on the detailed structural design, and has carried on the structural strength and the rigidity examination. Once more, applys three-dimensional CAD software Pro/Engineer establishing the geometry models of all kinds of parts in the crank link mechanism, then useing the Pro/E software assembling function assembles the components of crank link into the piston module, the connecting rod module and the crank module, then using Pro/E software mechanism analysis module (Pro/Mechanism), establishes the multi-rigid dynamics model of the crank link, and carries on the kinematics analysis and the dynamics analysis simulation, and it studies the piston and the connecting rod movement rule as well as crank link motion gear movement envelopment. The analysis of simulation results shows that those simulation results are meet to true working state of engine. It also shows that the simulation method introduced here can offer a new efficient and convenient way for the mechanism choosing and optimized design of crank-connecting rod mechanism in engine. Key words: Engine；Crankshaft-Connecting Rod Mechanism；Analysis of Force；Modeling of Simulation；Movement Analysis；Pro/E
第六章练习题 一、填空题 1、由一些刚性构件用______副和______副相互连接而组成的在同一平面或相互平行平面内运动的机构称为平面连杆机构。 2、图1-1为铰链四杆机构，设杆a最短，杆b最长。试用式子表明它构成曲柄摇杆机构的条件： （1）_________。 （2）以_________为机架，则_________为曲柄。 图1-1 3、如果将曲柄摇杆机构中的最短杆改作机架时，得到________机构；最短杆对面的杆作为机架时，得到________机构。 4、当机构________时，则机构有急回特性。 5、机构中传动角γ和压力角α之和等于________。 6、通常压力角α是指________________间所夹锐角。 7、当平面四杆机构中的运动副都是________副时，就称之为铰链四杆机构；它是其他多杆机构的________。 15、曲柄摇杆机构产生“死点”位置的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把 运动转换成运动。 16、曲柄摇杆机构出现急回运动特性的条件是：摇杆为件，曲柄为件或者是把` 运动转换成。 17、曲柄摇杆机构的不等于00，则急回特性系数就，机构就具有急回特性。 二、选择题： 1．在曲柄摇杆机构中，只有当________为主动件时，才会出现“死点”位置。 A.连杆 B.机架 C.摇杆D．曲柄 2．绞链四杆机构的最短杆与最长杆的长度之和，大于其余两杆的长度之和时，机构________。 A.有曲柄存在 B.不存在曲柄 C. 有时有曲柄，有时没曲柄 D. 以上答案均不对 3．当急回特性系数为________时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A. K＜1 B. K＝1 C. K＞1 D. K＝0 4．当曲柄的极位夹角为________时，曲柄摇杆机构才有急回运动。 A.θ＜0 B.θ=0 C. θ≦0 D. θ﹥0 5．当曲柄摇杆机构的摇杆带动曲柄运动对，曲柄在“死点”位置的瞬时运动方向是________。 A.按原运动方向 B.反方向 C.不确定的 D. 以上答案均不对 6．曲柄滑决机构是由________演化而来的。 A. 曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对 7．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆的长度之和，最短杆为机架，这个机构叫做________ 。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对 8．平面四杆机构中，如果最短杆与最长杆的长度之和大于其余两杆的长度之和，最短杆为连杆，这个机构叫做________。 A.曲柄摇杆机构 B.双曲柄机构 C.双摇杆机构 D. 以上答案均不对 9.________能把转动运动转换成往复直线运动，也可以把往复直线运动转换成转动运动。
课程作业 曲柄摇杆优化设计
姓名：XX 学号：XXXXX 班级：XXXXX XX大学机械与动力学院
目录 1摘要 2问题研究 2.1问题重述 2.2问题分析 3数学模型的建立 3.1设计变量的确定 3.2目标函数的建立 3.3约束条件的确定 3.4标准数学模型 4使用MATLAB编程求解 4.1调用功能函数 4.2首先编写目标函数M 文件 4.3编写非线性约束函数M 文件 4.4编写非线性约束函数M 文件confun.m 4.5运行结果 5结果分析 6结论推广 7过程反思 8个人小结 9参考文献
1 摘要: 为分析机构能够满足给定的运动规律和运动空间的要求,运用Matlab 2 2.1 0(32 π ψψ+ =式中0?和0ψ得小于45=≥][min γγ1可空间，可以适当预选机架杆的长度，现取l 4 =5。 2.2 问题分析 设计时，可在给定最大和最小传动角的前提下，当曲柄从0?转到090??+时，要求摇杆的输出角最优地实现一个给定的运动规律()f ?。这里假设要求： ()()2 0023E f φ?φ??π ==+ - （1）
图1 曲柄摇杆机构简图 对于这样的设计问题，可以取机构的期望输出角()E f φ?=和实际输出角 ()F φ?=的平方误差之和作为目标函数，使得它的值达到最小。 在图 1 所示的曲柄摇杆机构中，1l 、2l 、3l 、 4l 分别是曲柄AB 、连杆BC 、摇杆CD 和机架AD 的长度。这里规定0?为摇杆在右极限位置0φ时的曲柄起始位置角，它们由1l 、2l 、3l 和4l 确定。 3 数学模型的建立 3.1 设计变量的确定 决定机构尺寸的各杆长度1l 、2l 、3l 和4l ，以及当摇杆按已知运动规律开 始运行时，曲柄所处的位置角0?应列为设计变量，所有设计变量有: [][] 1 2 3 4 512 340T T x x x x x x l l l l ?== （2） 考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，通常设定曲柄长度1l =1.0，在这里可给定4l =5.0，其他杆长则按比例取为1l 的倍数。若取曲柄的初始位置角为极位角，则?及相应的摇杆l 位置角φ均为杆长的函数，其关系式为:
曲柄摇杆机构设计方法
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
实用数值方法(Matlab) 小论文题目：基于Matlab实现曲柄摇杆机构的运动设计 小组成员姓名：毛晓雯学号：201202070607班级：机自6 班 2014-2015(1)学期 提交日期：2014年12月29日
基于Matlab 实现曲柄摇杆机构的运动设计 1 问题提出与数学模型的建立 曲柄摇杆机构是铰链四杆机构中的一种，在实际工程应用中，该机构应用广泛，如缝纫机踏板机构、搅拌机机构等。现要求设计一曲柄摇杆机构，能同时实现以下几个要素： 1）为提高机构的急回特性，极位夹角θ应尽可能大（017θ<≤?）； 2）为改善机构的传力性能，当该机构曲柄与连杆重叠共线时，最大压力角尽可能小（max 055α<≤?）； 3）该摇杆摆角=60ψ??。 1.1 设计变量的确定 设1234,,,l l l l 分别为该四杆机构的杆长，考虑计算的方便性，令 111l l =，()211l x l =，()31 2l x l =， ()4 1 3l x l =，于是设计变量为()()()T X=123x x x ????。 图1-1 曲柄摇杆机构简图 1.2 目标函数的建立 当曲柄摇杆机构的各杆长度确定后，该机构的摇杆摆角、最大压力角及极位夹角都会确定下来，即该机构的各项性能也能确定下来。这里，将摇杆摆角=60ψ??这个目标处理为无限接近60?这个目标值，定义为一目标函数，求之同60?之差的绝对值的最小值。由图1-1及设计要求，可列出该设计的分目标函数。 因为23=C AD C AD θ∠-∠，由余弦定理可得极位夹角的目标函数： ()()()()()()()()()()12 2 2 2 2 2 ()11321132arccos arccos 23112311f x x x x x x x x x x x θ =--+-++-????? ???=- --+????????
曲柄摇杆机构设计方法 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
曲柄摇杆机构设计方法作者姓名：XXXX 专业名称：机械工XXXX及自动化 指导教师：XXXX讲师
摘要 曲柄摇杆机构中构件的运动样式多样，可以实现给定运动规律或运动轨迹且承载能力高、耐磨顺，制造简单，已于获得较高的制造精度，因此曲柄摇杆机构在各种机械仪器中获得广泛的应用。 本文针对曲柄摇杆机构的行XXXX速度变化速度系数和给定点的轨迹设计曲柄摇杆机构，通过深入分析机构的行XXXX数度比k、摇杆摆动角ψ、最小传动角，极为夹角和摇杆摆动角等运动性能参数与结构尺寸间的关系。通过引入曲柄固定铰链点的位置角建立了曲柄摇杆和机架长度关于θ和?的显示函数关系，通过解析法、几何作图法、和实验法设计曲柄摇杆机构。在此基础上研究机构设计的可能附加要求极其相应的设计方法为曲柄摇杆设计提供各种可能选项并对曲柄摇杆的急回特性和死点情况进行说明。 关键词:曲柄摇杆机构行XXXX速度系数摇杆摆动设计方法
Abstract The diversity of movement component in the crank rocker mechanism can achieve given amotion or motion trajectory and have the high bearing capacity, wear-resisting, simple manufacture,and higher manufacturing accuracy. therefore ,the crank rocker mechanism is widely used in various mechanical instrument. In view of the crank rocker mechanism of velocity fluctuation velocity coefficient and the design of crank rocker mechanism by track point, Analysis the mechanism of the stroke number ratio K , the rocker swing angle minimum transmission angle, extremely angle and rocker swing angle motion parameter and t he relationship between structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angle of crank rocker and the frame length on and display function is built, by the analytic method, the geometric drawing method, the design of crank rocker mechanism and experimental method. On the basis of the research on the design method of mechanism design may have additional requirements and other extremely corresponding , various possible options and the crank rocker quick return characteristics and the dead are described for crank and rocker design. Key words: crank,rocker,travel speed,design 目录
PJC-CⅡ曲柄摇杆机构实验 一、概述: 在现代《机械原理》教学中, 越来越注重对学生进行理论与实践相结合的教学方式, 注重培养学生的动手能力和创新意识, 注重培养学生对现代虚拟设计和现代测试手段的灵活运用能力。 该实验系统主要用于《机械原理》课程结束后的综合性实验, 实验内容涵盖: 平面机构运动分析和结构设计, 机械动转及速度波动调节, 机构平衡等章节, 它是《机械原理》课程教学中一个必不可少的重要教学环节。其应用目的是: 1．利用计算机对平面机构动态参数进行采集、处理, 作出实测的动态参数曲线, 并经过算机对该平面机构的运动进行数模仿真, 作出相应的动态参数曲线, 从而实现理论与实际的紧密结合。 2．利用计算机对平面机构结构参数进行优化设计, 然后, 经过计算机对该平面机构的运动进行仿真和测试分析, 从而实现计算机辅助设计与计算机仿真和测试分析有效的结合, 培养学生的创新意识。 3．利用计算机的人机交换性, 使学生可在软件界面说明文件的指导下, 独立自主地进行实验, 培养学生的动手能力。 二、实验项目: 1. 平面机构的调整设计及组装: 经过该实验平台组装并调整曲柄滑块机构和曲柄导杆滑块机构, 使学生掌握平面机构结构组装和运动调节。
2.曲柄运动实测: 经过角位移传感器和PCI8310卡采集和处理曲柄的角位移, 并输入计算机显示出实测的曲柄角速度图和角加速度线图; 经过数模仿真, 作出曲柄角速度线图和角加速度线图。经过分析比较, 使学生了解机构结构对曲柄的真实运动规律和速度波动的影响。 3. 曲柄速度波动调节: 在有飞轮和无飞轮的情况下, 对曲柄的运动进行实测和仿真。经过分析比较, 使学生了解飞轮对曲柄的速度波动的影响。 4. 摇杆运动实测和仿真: 经过位移传感器和PCI8310卡采集和处理滑块的位移, 并输入计算机, 显示出实测的滑块速度线图和加速度线图; 经过数模仿真, 作出滑块相对曲柄转角和速度线图, 加速度线图, 经过分析比较, 使学生了解机构结构对滑块的真实运动规律和急回特性的影响。
曲柄摇杆机构设计方法作者：XXXX 专业名称：机械工XXXX及自动化指导教师：XXXX讲师
摘要 曲柄摇杆机构中构件的运动样式多样，可以实现给定运动规律或运动轨迹且承载能力高、耐磨顺，制造简单，已于获得较高的制造精度，因此曲柄摇杆机构在各种机械仪器中获得广泛的应用。 本文针对曲柄摇杆机构的行XXXX速度变化速度系数和给定点的轨迹设计曲柄摇杆机构，通过深入分析机构的行XXXX数度比k、摇杆摆动角ψ、最小传动角，极为夹角和摇杆摆动角等运动性能参数与结构尺寸间的关系。通过引入曲柄固定铰链点的位置角建立了曲柄摇杆和机架长度关于θ和?的显示函数关系，通过解析法、几何作图法、和实验法设计曲柄摇杆机构。在此基础上研究机构设计的可能附加要求极其相应的设计方法为曲柄摇杆设计提供各种可能选项并对曲柄摇杆的急回特性和死点情况进行说明。 关键词:曲柄摇杆机构行XXXX速度系数摇杆摆动设计方法
Abstract The diversity of movement component in the crank rocker mechanism can achieve given amotion or motion trajectory and have the high bearing capacity, wear-resisting, simple manufacture,and higher manufacturing accuracy. therefore ,the crank rocker mechanism is widely used in various mechanical instrument. In view of the crank rocker mechanism of velocity fluctuation velocity coefficient and the design of crank rocker mechanism by track point, Analysis the mechanism of the stroke number ratio K , the rocker swing angle minimum transmission angle, extremely angle and rocker swing angle motion parameter and t he relationship between structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angle of crank rocker and the frame length on and display function is built, by the analytic method, the geometric drawing method, the design of crank rocker mechanism and experimental method. On the basis of the research on the design method of mechanism design may have additional requirements and other extremely corresponding , various possible options and the crank rocker quick return characteristics and the dead are described for crank and rocker design. Key words: crank,rocker,travel speed,design