机构运动分析范文
机构运动分析是研究机构在运动中的性能、特点、力学模型等方面的学科。机构是由若干个构件通过连接件组成的一种刚性机械系统，广泛应用于各个领域，如机械工程、土木工程、航空航天工程等。了解机构运动分析对于优化设计、改进运动效能、提高机构性能等都具有重要意义。
在机构运动分析中，常常会考虑到机构的运动学、静力学和动力学方面的问题。
首先，机构的运动学分析是研究机构构件之间相对运动的学科。它关注构件之间的几何关系、速度、加速度等参数，通过数学方法描述机构的运动状态。常见的运动学分析方法包括坐标法、矩阵法、几何法等。在机构运动学分析中，常常使用平面机构和空间机构这两种类型进行研究。平面机构是指机构构件在平面内运动的机构，而空间机构是指机构构件在三维空间内运动的机构。
其次，机构的静力学分析是研究机构在受到外力或外力矩作用下的平衡条件和力学特性的学科。在机构的静力学分析中，常常使用静力平衡方程、杆件的材料力学性质等来求解机构的内力分布、受力大小等问题。静力学分析能够帮助工程师了解机构的结构强度、稳定性等方面的问题，为机构的设计和优化提供重要依据。
最后，机构的动力学分析是研究机构在运动中的力学特性和性能的学科。它关注机构在运动过程中的惯性力、动力学特性和能量转换等问题。动力学分析可以通过构建机构的动力学模型，使用牛顿第二定律、运动学方程等进行分析，从而了解机构的惯性反应、动力传递等特性。动力学分析对于优化机构的运动路径、减小振动和噪音等问题具有重要意义。 总结起来，机构运动分析包括运动学分析、静力学分析和动力学分析三个方面，是研究机构性能、特点和力学模型等内容的学科。它在优化机构设计、改进机构性能、提高机构运动效能等方面有着重要的应用价值。
理论，研发，．殳计，制造学木交；赢
工业平缝机针杆机构运动学和动力学综合分析
董宏刚，罗旋，卢志伟，张君安
(西安工业大学机电工程学院，西安710032)
针杆机构是工业平缝机的基本组成部件之一，目前
基本采用连杆机构；针杆和针套之间采用油润滑，润滑油
从配合的间隙中渗出或漏出，容易对缝料污损。故对这一部分进行综合分析，为此机构改进做了前期准备。1针杆机构的运动学分析
图l为工业平缝机针杆机构结构图，运动如下：上轴旋
转时，与其固定的针杆曲柄带动针杆连杆组件摆动，又驱动
连接头，使与连接头一端固定的针杆做垂直上下运动。图2所示为该机构运动简图，曲柄01A为主动件；z。为各杆杆长；蛾为连杆夹角；设0。B为s。
根据矢量封闭法：fe"-+12e㈣=se‘(’位’
1．1位置分妆
对式(1)分别取实部和虚部，得到：／lcos~1+22cos妒2。0
／lsin~01+Z2sin~pz=s
解得s=X／l~(／lc—osqh)2一flsinq~1
妒2=踟…堑掣五咝止￡icos~，．2速度分析
对时间求导，得到：
i1109Ie…+il~oze”=一ji
j：!!垫鱼虫逾sln~02
∞f一血亟鼍止血
基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目(07JK271)J3加速度分析
对时间求二阶导，得到：
一leone”’一Z2(tJ；e氓+i如萝妒”=一i‘i
j’：!!型i!竺!!翌!二翌22±!型!slncp2
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2动态静力学分析
在对针杆连杆机构进行动力学分析时，为了得到的
数据接近准确，必须考虑连杆2的质量，以便计算高速运转所产生的惯性力。针杆与针套间采用气体润滑，不考虑
摩擦力。其中连接头连接z：和针杆距离c．=0．0055m，连杆
组件2质量m：=0．0422kg，针杆质量m，=0．0203kg，曲
柄长度Ii=0．0221m，连杆组件f：=0．0485m，针杆长度
／3=0．155m，M．为曲柄的驱动力矩，为1Nm，设连杆2惯
性力P：，加速度as：，针杆惯性力P，，其余尺为各连杆间作
２００９年５月 农机化研究 第５期
农用挖掘机铲斗机构的多体运动学与动力学研究
樊建荣，吕新民，林伟，谯坤华
（西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌７１２１００） 摘要：农用液压挖掘机的工作装置有其特殊性，而铲斗机构是其重要的组成部分。由于农用挖掘机工作时主 要以铲斗挖掘，所以铲斗机构的设计合理与否尤为重要。为此，针对铲斗机构进行理论分析，认为铲斗机构属于 平面多体系统，应用多体系统动力学中的凯恩一休斯顿法分析了系统的运动学问题，利用拉格朗日法分析了系 统的动力学问题，并分别给出了相应的运动学方程。最后，用ＡＤＡＭＳ软件进行了联合仿真，得到了动力参数曲 线，为优化设计和自动控制提供了理论依据。 关键词：挖掘机；铲斗机构；多体系统；ＡＤＡＭＳ 中图分类号：ｓ２２２．５ ５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—１８８Ｘ（２００９）０５—００６０—０３ ０ 引言 农用挖掘机主要用于农田水利工程、小型基建、 公路建设工程、自来水管道修建、砖厂、砂石料厂的作 业以及各种形式的农活，使用范围非常广泛。目前市 场上销售的农用液压挖掘机大多为轮式，其工作装置 采用反铲的较多，构造特点是铰接式，一般是将通用 型液压挖掘机的铰接式工作装置类比设计而得，未进 行深入的理论分析。 农用挖掘机斗容量为０．２０～０．３５ｍ ，整机质量为 ３．５～４．５ｔ，大多用于分散性强、作业量小的土方挖 掘 Ｊ。农用挖掘机以铲斗挖掘为主，在斗容量小和整 机质量小的情况下，铲斗机构的运动学和动力学的特 殊规律有待探明。农用液压挖掘机铲斗机构由１个 摆臂油缸和１个铰链四连杆机构串联而成，是１个平 面机构，属多体机械系统。 目前应用于多体系统动力学的方法主要有：牛 顿一欧拉法、拉格朗日法、图论法、凯恩一休斯顿法、 变分法及旋量法等 Ｊ。笔者对农用液压挖掘机铲斗 机构，采用凯恩一休斯顿法进行运动学分析，利用拉 格朗日法进行动力学分析。 １运动学分析 农用挖掘机铲斗机构可等效为６个体，其运动学 收稿日期：２００８—０７—２４ 基金项目：陕西省科学技术研究发展计划项目（２００３Ｋ０３一Ｇ９一Ｏ１） 作者简介：樊建荣（１９７９一），男，陕西扶风人，在读硕士，（Ｅ—ｍｍ１） ￣ｒ３００１＠ｙａｈ０ｏ．ｔｏｍ．ａｎ。 通讯作者：吕新民（１９５２一），男，陕西旬邑人，教授，硕士生导师。 ・６０・ 分析可看作是带有体间移动和两个闭环的平面多体 系统问题。铲斗机构运动学分析简图，如图１所示。
平面四杆机构动力学分析
平面四杆机构是一种常用的机构形式，它由四个连杆构成，每个连杆的两个端点分别与两个固定点和两个动点连接。平面四杆机构广泛应用于工程和机械领域，如发动机连杆机构、机床传动机构等。在对平面四杆机构进行动力学分析时，需要考虑连杆的运动学特性以及受力情况，以求得机构的运动学和动力学性能参数。本文将介绍平面四杆机构动力学分析的基本方法和步骤。
首先，对平面四杆机构进行运动学分析，即确定连杆的几何参数和运动特性。通过连杆的长度、角度和位置关系，可以建立连杆运动学方程。平面四杆机构一般有两个输入连杆和两个输出连杆，输入连杆一般由驱动源（如电机）控制，输出连杆用于传递或产生所需的运动。
其次，根据连杆的几何关系和运动学方程，可以推导得到平面四杆机构的速度和加速度方程。速度方程描述了各连杆的速度与输入连杆的关系，加速度方程描述了各连杆的加速度与输入连杆的关系。通过求解速度和加速度方程，可以得到每个连杆的线速度和角速度，以及各连杆的线加速度和角加速度。
接下来，进行平面四杆机构的力学分析。根据连杆的几何关系和受力分析，可以推导得到每个连杆的力学方程。力学方程描述了各连杆受到的力和力矩与其他连杆的关系。通过求解力学方程，可以得到每个连杆的受力和力矩大小以及方向，以及各连杆之间的力传递关系。
最后，根据连杆的运动学和力学特性，可以得到平面四杆机构的动力学性能参数，如位置、速度和加速度的关系、力和力矩的大小和方向等。这些参数可以用于分析机构的运动和受力情况，并进一步优化设计。 需要注意的是，平面四杆机构的动力学分析是一个复杂的过程，需要考虑各连杆之间的相互作用和约束条件。同时，还需要考虑连杆的质量和惯量等因素，以求得更精确的分析结果。因此，在实际应用中，常采用计算机辅助分析方法，如数值模拟和仿真技术，以提高分析的准确性和效率。
综上所述，平面四杆机构的动力学分析是一项重要的工作，对于优化设计和性能评估具有重要意义。只有深入理解和分析机构的运动学和力学特性，才能确保机构的正常运行和性能优化。因此，在实际应用中，需要进行详细的动力学分析，以获得准确的结果，并为工程和机械领域的应用提供技术支持。
