课程作业
曲柄摇杆优化设计
姓名：宋*
学号：2012138229
班级：20121057
三峡大学机械与动力学院
目录
1.曲柄摇杆机构优化设计题目要求 (1)
2.课题描述 (2)
3.数学模型的建立 (3)
3.1设计变量的确定 (3)
3.2约束条件的建立 (3)
3.3目标函数的建立 (6)
4.数学模型的建立 (8)
5.用matlab优化计算程序及分析讨论 (8)
5.1讨论及结果分析 (9)
5.2.程序代码过程 (11)
6.参考文献 (10)
小结 (12)
1. 0(3π
ψψ+
=式中0?和0ψ得小于45 ≥[min γγl 1=1l 4 =5。
2.在曲柄输入角从0?到2
0π
?+
的过程中，使摇杆输出角ψ尽量满足一个给定的函
数)(0?f 即公式（1）。对此我将0?到2
0π
?+
等分为m 分，当然输出角ψ也将对
应的分为m 分，然后我将输出角对应的数值与期望函数进行拟合，如果误差降到最小，那么得到的结果将会是优化的解，这是将连续型函数转化为离散型的问题，利用matalab 编程计算，从而求解。运动模型如图（1）所示
图（1）曲柄摇杆机构运动模型图
3.数学模型的建立
3.1设计变量的确定
定义：设计变量是除设计常数之外的基本参数，在优化设计过程中不断地进行修改、调整、一直处于变化的状态，这些基本参数都叫做设计变量。
对于本课题，设计常量为21,l l 长度，分别为1和5。决定机构部分杆长尺寸32,l l ，以及摇杆按照已知运动规律开始运动时曲柄所处的位置角0?应该列为设计变量即为 X=[]T
x x x 32
1
=[]T
l l 032?
由于整个机构的杆长都是按比例来设计的，他们都是1的倍数，按照题目要求曲柄的初始位置为极位角，即0?。则可以根据曲柄摇杆机构各杆长度关系得到0?和相应的摇杆3l 位置角0ψ的函数，关系式为
??????+-++=42123242210)(2)(arccos l l l l l l l ? （2）
??
?
???--+=4
3232422102)(arccos l l l l l l ψ （3）
由已知条件可知21,l l 长度分别为1和5，而根据公式（2）（3）可知，0?0ψ 是由32,l l 的长度来决定，所以32,l l 为独立变量，则可以确定本课题的设计变量 X=[][]T
T
l l x x 3221
=,这是一个二维优化问题。
3.2约束条件的建立
定义：如果一个设计满足所有对它提出的要求，成为可行设计；一个可行设计必
须满足某些设计限制条件，这些限制条件做为约束条件。 对本题分析可知机构要满足两个约束条件即
①杆长条件满足曲柄摇杆机构存在条件②传动角满足最小传动角大于45度
?=≥45][min γγ
（1）杆长条件满足曲柄摇杆机构存在条件则有
a.最短杆与最长杆长度之和应小于或等于其余两杆之和
b.连架杆与机架中至少有一杆是最短杆
当最短杆为曲柄时即满足曲柄摇杆存在条件，得到以下约束条件
00)(121≤-=≥=x l x g （4）
00)(232≤-=≥=x l x g （5）
060)(2132413≤--=≤--+=x x l l l l x g （6） 040)(2143124≤--=≤--+=x x l l l l x g （7） 040)(1242135≤--=≤--+=x x l l l l x g （8）
（1）传动角满足最小传动角大于45度?=≥45][min γγ(注：以本机构为例，传动角为32,l l 之间所夹的锐角；机械原理，西工大版） ①当曲柄在),0[π时，如图（2
）所示
图（2）左极限最小传动角示意图
相应的传动角约束条件为
[]02)(arccos 180)(3
22412
3220
6≤-+-+-=γl l l l l l x g （9）
②当曲柄在]2,(ππ区间上运动时，相应的传动角约束条件为，如图(3)
图（3）右极限最小传动角示意图
[]02)(arccos )(3221423227≤??
?
???--+-=l l l l l l x g γ （10）
这是一个具有2个设计变量，7个不等式约束条件的优化设计问题，可以选用约
束优化方程成语来计算。
3.3目标函数的建立
定义：满足所有约束条件的设计方案是可行设计方案，优化设计的任务就是要对各个设计方案进行比较，从而找出那个最佳的设计方案。而对设计方案进行优劣比较的标准就是目标函数，或称为评价指标、评价函数。 针对本课题，目标函数可根据已知的运动规律和机构实际运动规律之间的偏差最小作为指标来建立，即取机构的期望输出角)(00?ψf =和实际输出角)(0?ψi i f =的平方误差积分最小作为目标函数，表达式为?ψψπ
??d i Ei 22
)(00
-?+
，
而这时一个连续型函数，为了方便计算，我们将这个问题转化为离散型的问题。
把输入角度?取m 个点进行数值计算，它可以化约（4)表达式最小来求解。 2121)(),()(i m
i Ei x x f x f ψψ-==∑= （11）
Ei ψ--------期望输出角，Ei ψ=)(i E ?ψ；
m--------输入角的等分数；
i ψ-------实际输出角，由公式（1)可知；
由曲柄的运动情况，可以分成三种运动模型，一种是在曲柄在机架之上运动，另一种是曲柄在机架下面运动，最后一种是二者都满足。我将分别对此讨论，写出相应的目标函数并分析前两种结果对最终结果的影响。 （1)当π?≤≤i 0时，如图
(4)
图（4）曲柄在π?≤≤i 0区间模型图
实际输出角为
i i i βαπψ--= )0(π?≤≤i （12）
???
???-+=??????-+=221223222322arccos 2arccos x x x l l l i i i i i ρρρρα (13)
??
????+=???
???-+=i i i i i l l l ρρρρβ1024arccos 2arccos 24
21242 (14)
i i i l l l l ??ρcos 1026cos 2412
42
1-=
-+= (15)
由于我们将2
~00π
??+
等分为m 分，则实际的输入角i ?可以用函数表示出来为
m
i i 20π
??+
= 这里我将输出角的等分数设置成30，则 可以表示出实际输入角的函数为
60
0π
??i i += （16）
（2）当π?π2≤≤i 时，如图(5)
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：
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）
曲柄连杆机构课程 设计
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) 第5章曲柄连杆机构的创立 (11) 5.1 活塞的创立 (11) 5.2 连杆的创立 (11) 5.3 曲轴的创立 (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)
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，经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]。 经过设计，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
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
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:
毕业设计 125cc 摩托车风冷发动 机曲柄连杆机构设计 学生姓名： 学号： 系 部： 专 业： 指导教师： 二〇一四年六月六日 颜人帅 102012237 机械工程系 机械电子工程 刘嘉
诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名：年月日
毕业设计任务书 设计题目：125cc摩托车风冷发动机的曲柄连杆机构设计 系部：机械工程系专业：机械电子工程学号：102012237 学生：颜人帅指导教师（含职称）：刘嘉（讲师）专业负责人：张焕梅1．设计的主要任务及目标 （1）根据某款125cc摩托车的技术指标完成对相应发动机曲柄连杆机构的设计；（2）完成零部件的建模及运动仿真。 2．设计的基本要求和内容 （1）完成对摩托车发动机曲柄连杆机构的设计并撰写设计说明书一份； （2）完成仿真模型一份； （3）完成零件图及装配图一份。 3．主要参考文献 《机械设计》高等教育出版社 《发动机设计》机械工业出版社 《汽车设计》清华大学出版社 4．进度安排 设计（论文）各阶段名称起止日期 1 开题准备2013.12.15-2014.3.01 2 完成曲柄连杆机构的设计2014.3.01-2014.4.15 3 完成软件建模仿真2014.4.16-2014.5.30 4 完成说明书撰写2014.6.01-2014.6.10 5 提交设计，答辩2014.6.11-2014.6.20
125cc摩托车风冷发动机曲柄连杆机构设计 摘要：本文以铃木GP125摩托车发动机的相关参数作为参考，对125cc摩托车风冷发动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校核分析与计算机仿真分析。 本文分别对活塞组、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零件图与几何模型，装配成功后进行运动仿真。 通过设计建模，校核以及运动仿真，得出的结论基本符合设计思路与理论值。完成了设计方案上的要求。 关键词：曲柄连杆机构，受力分析，仿真建模，运动分析 Design of air engine crank connecting rod mechanism of motorcycle Abstract：Based on the related parameters Suzuki GP 125 motorcycle engin as a reference, The main components of air-cooled engine 125cc motorcycle crank linkage structural design calculations carried out, and carried out on the crank linkage theory about kinematics and dynamics analysis and computer simulation analysis check. This paper analysis the structural design on piston, connecting rod and crankshaft group, and the structural strength and rigidity check. Application of 3D CAD software: Pro/Engineer established the spare parts diagram and geometric model of the crank and connecting rod mechanism again, After the success of the assembly motion simulation and finite element simulation model. Through the design modeling，Check and movement simulation，Conclusion basic conform to the design thought and the theoretical https://www.doczj.com/doc/bb3521026.html,pleted the design requirements. Through the design modeling, check and motion simulation, conclusion basic conform to the design thought and the theoretical value. Completed the design requirements. Key word: Crank Mechanism，Stress Analysis，Simulation Modeling，Motion Analysis
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
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