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曲柄滑块机构的运动精度分析与计算宋亮;赵鹏兵【摘要】曲柄滑块机构是一种典型的四连杆机构,尽管设计时理论计算可以达到很高的精度,但是由于构件的制造误差及运动副的配合间隙等因素,会使机构在运动中产生输出误差,有时还会显著超出机构设计的允许误差.依据概率统计的相关理论进行机构设计,即考虑构件制造尺寸的随机误差,以保证机构运动的精度在允许的误差范围内.利用MATLAB进行仿真计算和实例研究,得出了理论设计和精度分析的计算结果.该方法准确、效率高、而且适合其它类型的机构设计,具有较大的工程实际应用价值.%Slider-crank mechanism is a typical four-bar linkage, in spite of the high precision when it' s calculated theoretically. The manufacturing error and kinematic pair clearance of the components will lead to the output error during the motion of the mechanism. Sometimes,it will significantly exceed the tolerance of the design. According to the probability and statistics theory, the mechanism is designed, that' s considering the random error of the component to make sure that the motion accuracy is in the allowed error range. Utilizing MATLAB to simulate and calculate based on case studies. and the theoretical design and accuracy analysis are obtained. This method is accurate and very efficiently, it also can be used in other kind of mechanism design, and it has much more practical value in engineering.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)010【总页数】5页(P2201-2205)【关键词】曲柄滑块机构;运动学;概率设计;等影响法;精度分析【作者】宋亮;赵鹏兵【作者单位】海军装备部,西安,710043;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TH112.1曲柄滑块机构是一种单移动副的四连杆机构，如图1和图2所示，分别为对心和偏心曲柄滑块机构。
目录1 引言1．1 选题的依据及意义·························································································（1）1．2 国内外研究概况及发展趋势··········································································（2）1．3 论文主要工作·······························································································（3）2 曲柄（导杆）滑块机构简介····································································（4）3 曲柄（导杆）滑块机构的运动学分析3．1 曲柄导杆滑块机构的运动分析······································································（5）3．1．1 机构装配的条件····················································································（6）3．1．2 建立数学模型·························································································（6）3．1．3 计算机辅助分析及其程序设计······························································（9）3. 2曲柄滑块机构的运动分析3．2．1 机构装配的条件·····················································································（25）3．2．2 建立数学模型·······················································································（25）3．2．3 计算机辅助分析及其程序设计·····························································（27）4 曲柄（导杆）滑块机构实验台装置设计4. 1 实验台结构·································································································（40）4.2 实验台硬件操作说明···················································································（41）4.3 用SolidWorks 2006实现实验台的立体图形················································（42）总结·········································································································（46）参考文献·········································································································（47）致谢·········································································································（48）1 引言1．1 选题的依据及意义1．曲柄（导杆）滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。
曲柄滑块的运动分析及其应用张再宇摘要：机械机构是社会实践活动中不可缺少的重要组成部分，曲柄连杆机构更是机械机构中不可或缺重要的组成部分；由此对曲柄连杆机构进行了研究，用曲柄和连杆来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄滑块机构。
曲柄连杆机构中与机架构成移动副的构件为滑块，通过转动副联接曲柄和滑块的构件为连杆，分别由曲柄连杆机构的结构特点、工作特点、设计难点，曲柄滑块机构的应用范围及其应用实例，以及曲柄连杆机构的最新动态，国内外研究现状进行了调查。
关键词：曲柄滑块；动力学运动分析；连杆引言：制造业是一个国家经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家的经济实力、科技水平和国防实力。
曲柄连杆机构是机械机构重要的组成部分。
曲柄连杆机构由于可以实现旋转运动与直线运动之间的变换，并可以实现急回运动，所以在机械设备中得到广泛的应用，如冲压机械、惯性筛、自动送料机构、冲床、剪床和往复活塞式发动机等。
随着机械工业化的发展，机械优化设计方法越来越受到设计者的重视，采用优化设计方法能有效地提高设计效率和设计的精度要求，而曲柄连杆又是现代机械设备常用的一种传动设备，本文对该机构进行了以下研究：1.曲柄连杆机构特点1.1曲柄连杆机构的工作特点与设计难点曲柄连杆机构是内燃机中的主要受力部件，曲柄连杆机构的工作环境非常恶劣，曲柄连杆机构面临的是高温、高压、高速、和化学腐蚀。
曲柄每转一周（二冲程内燃机）或者两周（四冲程内燃机）为一个变化周期。
实际上，内燃机的工况是不断变化的，特别是作为车用动力时。
因此，作用在曲柄连杆机构上的力是随着工况的不断变化而变化的。
内燃机的工况一般由转速和功率来衡量。
内燃机曲柄连杆机构的设计是为了解决工作过程中惯性力的平衡以及改进结构来减少活塞对汽缸壁的侧压力，并且降低内燃机内的振动，但内燃机工作环境的瞬变使得这些都非常困难。
在工作过程中，活塞顶部受力变化十分复杂，上下运动时活塞对汽缸壁产生很大的侧压力，这样就降低了内燃机的工作效率，活塞环也容易磨损；连杆做复杂的平面运动并且质量较大，平面运动产生的惯性力也不能忽视，连杆长度的微小变化也对机构产生很大的影响；曲轴飞轮的模态对内燃机的布置方式和工作场合的约束因素较多，设计难点较大。
1.分析曲柄滑块机构机架长度及滑块偏置尺寸运动参数的影响。
曲柄滑块机构是一种常见的转动运动转化为往复运动的机构。
机架长度和滑块偏置尺寸对该机构的运动参数有较大的影响。
首先，机架长度会影响机构的行程和速度。
机架长度越长，滑块往复运动的行程也就越大，同时速度也就越慢。
反之，机架长度越短，滑块往复运动的行程越小，速度也就越快。
因此，在实际设计中，应根据所需的行程和速度来选择合适的机架长度。
其次，滑块偏置尺寸会影响滑块的加速度和最大速度。
滑块偏置越大，滑块启动时的加速度就越大，最大速度也就越大。
但是，滑块偏置过大会导致机构的冲击振动较大，影响机构的稳定性和工作寿命。
因此，在实际设计中，应根据机构的要求选择合适的滑块偏置尺寸。
总的来说，机架长度和滑块偏置尺寸都是影响曲柄滑块机构运动参数的重要因素，在设计时需要综合考虑。
需要根据机构所要求的行程、速度、稳定性和工作寿命等方面的要求进行合理设计。
曲柄滑块机构的运动分析及应用精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆(11071182)陈柯宇 (11071177)熊宇飞(11071174)张保开 (11071183)班级： 1107172013年6月10日摘要 (3)曲柄滑块机构简介 (4)曲柄滑块机构定义 (4)曲柄滑块机构的特性及应用 (4)曲柄滑块机构的分类 (8)偏心轮机构简介 (9)曲柄滑块的动力学特性 (10)曲柄滑块的运动学特性 (11)曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14)参考文献 (15)组员分工 (15)摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。
最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。
关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性ABSTRACTThe paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.曲柄滑块机构简介曲柄滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。
机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆(********)陈柯宇(11071177)熊宇飞(11071174)张保开(11071183)班级：1107172013年6月10日摘要 (3)曲柄滑块机构简介 (4)曲柄滑块机构定义 (4)曲柄滑块机构的特性及应用 (4)曲柄滑块机构的分类 (8)偏心轮机构简介 (9)曲柄滑块的动力学特性 (10)曲柄滑块的运动学特性 (11)曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14)参考文献 (15)组员分工 (15)摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。
最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。
关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性ABSTRACTThe paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.曲柄滑块机构简介曲柄滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。
曲柄滑块机构的运动分析及应用Last revision on 21 December 2020机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆()陈柯宇 ()熊宇飞()张保开 ()班级： 1107172013年6月10日摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。
最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。
关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性ABSTRACTThe paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.曲柄滑块机构简介曲柄滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。
曲柄滑块机构运动分析的简便图解法曲柄滑块机构是一种具有复杂运动特性的机械系统，它在许多机械系统中起着重要的作用，能够提供有效的运动和力学参数。
因此，对曲柄滑块机构的正确分析和计算尤为重要。
近年来，研究人员们不断提出了各种新的方法来分析曲柄滑块机构的运动特性，如矩阵方法、积分方法等。
但是，这些方法都比较复杂，容易出错。
鉴于此，为了更简单地分析曲柄滑块机构的运动特性，本文提出了一种基于简单图解法的曲柄滑块机构运动分析方法。
首先，简单图解法用图形化的方式表示曲柄滑块机构的工作原理，可以清楚地展示曲柄滑块机构的运动特性，从而更容易理解它的工作原理及特性。
其次，在基于简单图解法的曲柄滑块机构运动分析中，需要考虑曲柄与滑块的结构参数，即弹性参数、刚度参数以及惯性参数等，以及滑块动力学输入信号，如外加载荷、内力和外力等。
根据这些参数和动力学信号，我们可以通过图解法求解曲柄滑块机构的运动特性，从而计算曲柄滑块的运动参数，如瞬时位置、速度、加速度等。
此外，基于简单图解法的曲柄滑块机构运动分析具有一定的普适性，可以用于分析各种类型的曲柄滑块机构，如拉伸曲柄滑块机构、蜗杆曲柄滑块机构、压簧曲柄滑块机构等。
因此，本文提出的基于简单图解法的曲柄滑块机构运动分析方法，对于分析各种曲柄滑块机构的运动特性具有重要的意义。
本文证明了简单图解法可以有效地分析曲柄滑块机构的运动特性，从而计算曲柄滑块机构的运动参数。
本文给出的分析过程，可以用来计算各种类型的曲柄滑块机构的运动特性，从而帮助工程师设计和优化曲柄滑块机构。
综上所述，本文提出的简单图解法分析曲柄滑块机构的运动特性是一种有效的方法，可以帮助工程师正确计算曲柄滑块机构的运动参数，从而更好地提高机械设备的工作效率和性能。
通过对简单图解法分析曲柄滑块机构运动特性的研究，可以为未来对曲柄滑块机构运动分析方法的设计和优化提供重要的参考和借鉴。
总之，简单图解法可以有效地分析曲柄滑块机构的运动特性和运动参数，是机械分析中非常有用的一种方法，有助于提高机械设备的性能和效率。
以曲柄为原动件的对心曲柄滑块机构的行程速比系数对心曲柄滑块机构是一种常见的机械运动链，其原动件为曲柄，能够将旋转运动变为直线运动。
行程速比系数是对该机构运动特性的评估指标，它体现了曲柄的旋转行程与滑块的线性行程之间的比值关系。
行程速比系数的大小对于机构的运动性能和工作效率具有重要的影响。
本文将探讨以曲柄为原动件的对心曲柄滑块机构的行程速比系数，并深入剖析其特点和应用场景。
一、对心曲柄滑块机构的基本原理对心曲柄滑块机构由曲柄、连杆和滑块三个部分组成，其中曲柄是原动件，其通过旋转带动连杆以及滑块的运动。
曲柄的旋转行程称为转角，连杆的长度称为连杆长度，滑块的行程称为滑块位移。
对心曲柄滑块机构的运动特点决定了其行程速比系数的数值。
二、行程速比系数的定义和计算公式行程速比系数（Stroke Ratio）定义为曲柄的旋转角度与滑块的行程之间的比值关系，一般用符号Sr表示。
计算公式为：Sr = θ/ s其中，θ为曲柄的旋转角度，s为滑块的行程。
三、行程速比系数的特点1. 行程速比系数的值介于0和1之间。
当Sr为0时，表示滑块没有行程，即曲柄旋转一周，滑块不发生位移；当Sr为1时，表示滑块的行程与曲柄旋转角度相等。
2. 行程速比系数的大小决定了对心曲柄滑块机构的输出速度和力大小。
Sr较小时，滑块的行程较小，但输出速度较快；Sr较大时，滑块的行程较大，输出速度较慢但输出力较大。
3. 行程速比系数对于机构的平滑性和稳定性具有影响。
Sr较大时，曲柄的旋转角度变化较小，滑块的运动比较平稳；Sr较小时，曲柄的旋转角度变化较大，滑块的运动则较不平滑。
四、对心曲柄滑块机构的应用对心曲柄滑块机构广泛应用于各种工程和机械领域。
汽车发动机中的活塞连杆机构、冲压机中的液压裁切机构，以及造纸机中的切纸机构等。
在这些应用中，行程速比系数的选择需要根据具体的需求和工作条件进行。
个人观点和理解：对心曲柄滑块机构作为一种常见的机械运动链，其行程速比系数的选择和设计对于机构的性能和效率具有重要影响。
机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆(11071182)陈柯宇(11071177)熊宇飞(11071174)张保开(11071183)班级：1107172013年6月10日摘要 (2)曲柄滑块机构简介 (4)曲柄滑块机构定义 (4)曲柄滑块机构的特性及应用 (4)曲柄滑块机构的分类 (8)偏心轮机构简介 (9)曲柄滑块的动力学特性 (10)曲柄滑块的运动学特性 (11)曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14)参考文献 (15)组员分工 (15)摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。
最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。
关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性ABSTRACTThe paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.曲柄滑块机构简介曲柄滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。
是由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块通过移动副和转动副组成的机构[4]。
曲柄滑块机构的特性及应用常用于将曲柄的回转运动变换为滑块的往复直线运动;或者将滑块的往复直线运动转换为曲柄的回转运动。
对曲柄滑块机构进行运动特性分析是当已知各构件尺寸参数、位置参数和原动件运动规律时,研究机构其余构件上各点的轨迹、位移、速度、加速度等,从而评价机构是否满足工作性能要求,机构是否发生运动干涉等。
曲柄滑块机构具有运动副为低副,各元件间为面接触,构成低副两元件的几何形状比较简单,加工方便,易于得到较高的制造精度等优点,因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用，如自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等[5]。
对曲柄滑块机构选用不同构件为机架可演化成具有不同运动特性和不同用途的机构。
列如选取滑块为机架，则机构演化为移动导杆机构，下面以抽水机为例进行介绍。
抽水泵的Adams仿真图图中白色曲杆为原动件，红色直杆为从动件。
原动件位移曲线从动件位移曲线原动件速度曲线从动件速度曲线原动件加速度曲线从动件加速度曲线综上，曲柄滑块机构演化为移动导杆机构后可应用在手摇抽水机上改变力的方向和大小，从而使原动件与从动件的速度，加速度，位移截然不同，在大气压的作用下将水从井中抽出。
下图为曲柄滑块机构演化的偏心轮摇杆机构蓝色摇杆为研究对象摇杆质心的位移曲线摇杆质心的速度曲线摇杆质心的加速度曲线这套机构将输入运动偏心轮的圆周运动转化为输出运动摇杆的往复运动,可以作为汽车雨刷等需要摇杆做连续往复运动的机构曲柄滑块机构的分类根据结构特点，将其分成3大类：对心曲柄滑块、偏置曲柄滑块、偏心轮机构图2-1 对心曲柄滑块机构图2-2 偏置曲柄滑块机构图2-3 偏心轮机构偏心轮机构简介当曲柄长度很小时，通常把曲柄做成偏心轮，这样不仅增大了轴颈的尺寸，提高偏心轴的强度和刚度，而且当轴颈位于中部时，还可以安装整体式连杆，使得结构简化。
因此偏心轮广泛应用于传力较大的剪床、冲床、鄂式破碎机、内燃机等机械中[6]。
偏心轮机构可以实现复杂的非线性传动关系，且传动平稳，结构紧凑，动力平衡性好。
将偏心轮与连杆等机构组合应用，可实现单纯用连杆机构难以得到的复杂的运动特性。
是曲柄滑块机构是常用的机构型式。
生产实际中，如在滑块往复行程中具有匀速运动段，并有急回特性，则一般将有利于生产质量和生产率的提高。
冲压机的冲头(滑块)，如能以匀速冲压工件成形、，则有益于冲压件加工质量的提高;牛头刨床的刨刀(滑块)，如能以匀速刨削工件，则无疑会改善工件表面的加工质量，并提高刨刀的切削寿命(因切削刀均匀)。
但是，简单的对心曲柄滑块机构，当曲柄匀速回转时，其滑块是不具有急回特性和匀速运动段的;即便采用六杆以上的连杆机构，一般也只能实现近似的匀速运动。
现在采用偏心轮一曲柄滑块机构，则能以紧凑的机构型式实现上述运动特性[7]。
在海上能源综合开发平台上，采用这种偏心轮机构，通过滑块联动液压缸，用于将海风端水平轴旋转的机械能转化成活塞往复运动的机械能，进而转化成液压能。
图2-4 工作原理图曲柄滑块的动力学特性上图为曲柄滑块机构的受力分析示意图从曲柄r传到连杆l上的力pc与滑块发出的压力p之间，存在如下关系：ppc=ϕcos（3-1）曲柄颈A处，沿半径方向的力pr 和pc的关系：pr =pc)cos(ϕθ+（3-2）将上2式联立，可得到：pr =ϕϕθcos/)cos(+p（3-3）曲柄颈沿r 方向承受与p r力大小相等的压力。
曲柄颈沿圆周方向所受切线力pT与半径r 的乘积，就是转矩T 。
T =p T*r （3-4）根据上图可知：)sin(θϕ+=p pcT（3-5）将（1）、（4）式代入（5）式，则r p T *cos /)sin(ϕϕθ+= （3-6）从上式求出P 。
r T p /1*)sin(/cos ϕθϕ+= （3-7）一般曲柄连杆机构l>4r ，所以，可将l 看成比r 大很多，即l>>r ，这时，ϕ角趋近于零。
则上式可以写成：)sin /(θr T p = （3-8）按平面几何圆部分的勾股定理，可以导出r rs r s s r r/2/sin 222)(-=-=-θ ，将上式代入，则得：)1/2/(-=s r s T p [8] （3-9）曲柄滑块的运动学特性图3-2取A 点为坐标原点，x 轴水平向右。
在任意瞬时t ，机构的位置如图。
可以假设C 点的矢径为：==+ （3-10）C 点的坐标为其矢径在坐标轴上的投影：θθcos cos 3322r r x += （3-11）θθsin sin 3322r r y -= （3-12）根据图形可知：θθθλsin sin sin 22323*)/(==r r （3-13）所以：θλθθsin sin cos 22212123-=-= （3-14）式中，=λr r 32/是曲柄长与连杆长之比。
将上式代入x 的表达式中，并考虑到t ωθ=2，就得到了滑块的运动方程：tr r x t ωλωsin 1cos 22)(23-=+ （3-15）若将此式对时间求导数，其运算较繁琐。
在工程实际中，λ值通常不大（λ=1/4-1/6），故可在上式中将根式展开成λ2的幂级数并略去λ4起的各项而作近似计算：)(2cost r x ω=+r 3......])(125.0)(5.01[sin sin4422+--t t ωωλλ≈cos 2r )(t ω)(5.0sin 2233t r rωλ-+)(2cos t r ω=)]2(1[25.0cos 23t r ωλ--+ （3-16）)]2(25.0)([)25.01(cos cos 223t t x r r ωλωλ++-≈ （3-17）上式再对时间取导数，便可以得到速度和加速度的表达式：)]2(5.0)([sin sin 2t t x r ωλωωυ+-==•（3-18）)]2()([cos cos 22t t a r ωλωυω+-==•（3-19）其中a x ,,υ都是t ωθ=2的周期函数[9]。
下面运用Adams 进行仿真模拟验证曲柄滑块的Adams仿真模型滑块的位移曲线滑块的速度曲线滑块的加速度曲线经计算可知图像与表达式吻合。
在海上能源综合开发平台上，在已知海风端的输入轴颈，材质，转矩，通过上述原理设计出合理的曲柄滑块机构，得出驱动液压缸运动的滑块的位移，速度，加速度，压力，得到的结果便于液压缸的传动设计。
曲柄滑块机构运行中的振动与平衡在一切有质量、构件质心有加速度或构件有角加速度的机械中,都存在着惯性力。
例如:曲柄压力机在向下行程时,滑块出现“快落”,对传动系统产生撞击、振动,会降低传动零件的使用寿命。
机械在高速运转过程中,这种随机构运转而周期变化的强惯性作用将会在运动副中引起附加动压力。
这不仅将增加运动副中的摩擦力和构件的内应力,导致磨损加剧、效率降低,也影响构件的强度。
而且由于惯性力随机械的运转而作周期性变化,也会使机械及其基础产生强迫振动,从而导致机械工作质量和可靠性下降、零件材料内部疲劳损伤加剧,并由振动而产生噪声污染。
因此,研究机械高速运转中惯性力的变化规律,采用平衡设计和平衡试验的方法对惯性力加以平衡,以消除或减轻惯性力的不良影响,是减轻机械振动、改善机械工作性能、提高机械工作质量、延长机械使用寿命、减轻噪声污染的重要措施之一[10]。
曲柄滑块机构是最早获得广泛应用的连杆机构之一，在运转时各构件产生的惯性力会引起机座的强迫振动，加剧机器构件的磨损并产生噪声污染，降低机构的运动精度和平稳性。
因此，对这类机构平衡问题的研究很有必要。
从理论上讲，运用质量代换法可使这种机构的惯性力完全平衡。
但是这种平衡法会导致机械结构复杂化及其质量的增加，尤其是把配重安装在连杆上时，对机构更为不利。
因此，人们多采用惯性力部分平衡的方法来减小机构的振动[11]。
曲柄滑块机构中包含有作往复运动的滑块和作复合运动的连杆和作转动的曲柄,它们质心加速度以及角加速度的存在会导致周期性变化的振动力和振动力矩。
这种力和力矩将造成机械的强烈振动和噪声,加剧机件的磨损和疲劳失效,降低机构的运动精度和运动平稳性,限制了机械性能的提高。
