曲柄滑块机构分析

曲柄滑块机构运动分析一、相关参数在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为mm l 1001=,mm l 3002=,s rad /101=ω,试确定连杆2和滑块3的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。

图1 曲柄滑块机构二、数学模型的建立1、位置分析为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。

C S l l =+21将各矢量分别向X 轴和Y 轴进行投影，得sin sin cos cos 22112211=+=+θθθθl l S l l C(1)由式（1）得 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2112sin arcsin l l θθ 2211cos cos θθl l S C +=2、速度分析将式（1）对时间t 求导，得速度关系C v l l l l =--=+222111222111sin sin 0cos cos θωθωθωθω （2）将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-1111122222cos sin . 0 cos 1 sin θθωωθθl l v l l C （3） 3、加速度分析将（2）对时间t 求导，得加速度关系⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡-1111111222222222222sin cos 0 sin 0 cos 0 cos 1 sin θωθωωωθωθωαθθl l v l l a l l C C三、计算程序1、主程序%1.输入已知数据clear;l1=0.1;l2=0.3;e=0;hd=pi/180;du=180/pi;omega1=10;alpha1=0;%2.曲柄滑块机构运动计算for n1=1:721theta1(n1)=(n1-1)*hd;%调用函数slider_crank计算曲柄滑块机构位移、速度、加速度[theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)]=slider_crank(theta1(n1),omega1,alp ha1,l1,l2,e);endfigure(1);n1=0:720;subplot(2,3,1)plot(n1,theta2*du);title('连杆转角位移线图');xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ');ylabel('连杆角位移/\circ');grid onsubplot(2,3,2)plot(n1,omega2);title('连杆角速度运动线图');xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ');ylabel('连杆角速度/rad\cdots^{-1}');grid onsubplot(2,3,3)plot(n1,alpha2);title('连杆角加速度运动线图');xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ');ylabel('连杆角加速度/rad\cdots^{-2}');grid onsubplot(2,3,4)plot(n1,s3);title('滑块位移线图');xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ');ylabel('滑块位移/\m');grid onsubplot(2,3,5)plot(n1,v3);title('滑块速度运动线图');xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ');ylabel('滑块速度/m\cdots^{-1}');grid onsubplot(2,3,6)plot(n1,a3);title('滑块加速度运动线图');xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ');ylabel('滑块加速度/m\cdots^{-2}');grid on2、子程序function[theta2,s3,omega2,v3,alpha2,a3]=slider_crank(theta1,omega1,alpha1,l1,l2,e);%计算连杆2的角位移和滑块3的线位移s3=l1*cos(theta1)+l2*cos(theta2);theta2=asin((e-l1*sin(theta1))/l2);%计算连杆2的角速度和滑块3的线速度A=[l2*sin(theta2),1;-l2*cos(theta2),0];B=[-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1)];omega=A\(omega1*B);omega2=omega(1);v3=omega(2);%计算连杆2的角加速度和滑块3的线加速度At=[omega2*l2*cos(theta2),0;omega2*l2*sin(theta2),0];Bt=[-omega1*l1*cos(theta1);-omega1*l1*sin(theta1)];alpha=A\(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt);alpha2=alpha(1);a3=alpha(2);四、程序运行结果与分析图2 运动规律曲线图从仿真曲线可以看出，当曲柄以w1=10rad/s匀速转动时，连杆的转角位移变化X围大约在-20～20度之间，在90°或270°有极值，呈反正弦变化趋势；连杆的角速度变化X围大约在-3.3～3.3rad/s，在0°或180°有极值，成反余弦变化趋势；连杆角加速度变化X围大约在-35～35rad/s2，在90°或270°有极值，呈正弦变化趋势。

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。

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。

曲柄滑块机构滑块速度计算1. 曲柄滑块机构概述哎，大家好，今天咱们聊聊一个跟机械有关的玩意儿——曲柄滑块机构。

这听起来有点高大上，但其实它就像个机械界的小明星，常常在各种机器中大显身手。

简单来说，这个机构的主要功能就是把旋转的运动转化为直线的运动，听起来很简单吧？其实背后可是有一套复杂的运算呢！曲柄、滑块，各种零部件一起合作，像是在跳一支优雅的舞蹈，真是让人忍不住想拍手叫好。

1.1 机构的组成部分首先，我们得知道这个机构里都有什么。

最主要的有三个角色：曲柄、滑块和连杆。

曲柄就像是个大老板，负责旋转；滑块则是个勤勤恳恳的小员工，负责移动；而连杆嘛，就像是个好朋友，把它们俩紧紧联系在一起。

想象一下，如果没有连杆的帮助，曲柄和滑块就像两条平行线，永远无法相遇。

哎呀，这场舞蹈可就没法演下去了。

1.2 运动的过程好了，假设曲柄开始转动，滑块就会在导轨上来回移动。

这个过程中，滑块的速度可不是固定的哦，它会随着曲柄的转动而变化。

想象一下，滑块就像是乘坐过山车，随着曲柄的旋转，它的速度也是时快时慢，简直惊心动魄！所以，咱们得计算出滑块的速度，才能更好地控制整个机构的运行。

2. 滑块速度的计算说到计算，这可是个关键的环节。

咱们得用到一些公式，不用担心，这里没有高深的数学，咱们简单易懂地来。

首先，我们要知道曲柄的转动角度和半径。

假设曲柄的长度是R，转动角度是θ，那滑块的线速度V可以通过公式来计算。

用公式表示，就是 V = R * ω，其中ω是角速度，听起来复杂，其实就是曲柄转动的快慢。

2.1 角速度的理解说到角速度，其实就像是你骑自行车，越快转动脚踏板，车速自然就上来了。

对于我们的曲柄也是一样，转得快，滑块就移动得快。

再者，曲柄的旋转角度和滑块的移动距离也是有关系的，比如说转动一圈，滑块可能就往前走了一大段，这个就是“距离与角度”的关系，简单又形象。

2.2 速度变化的因素不过，滑块的速度可不是一成不变的哦！它会随着曲柄的转动位置而变化。

曲柄滑块机构特点
曲柄滑块机构是一种机械结构,常用于减速器、变速器等领域。

其特点包括:
1. 分离式机构:曲柄滑块机构将动力通过曲柄和滑块之间的摩擦传递,使得发动机输出的转速与传动速度分离,提高了传动效率。

2. 高精度:曲柄滑块机构采用了高精度的齿轮设计,使得传动精度高,能够实现快速、准确的转速控制。

3. 高效率:曲柄滑块机构能够将动力高效地传递到车轮,提高了车辆的燃油经济性和行驶里程。

4. 适应性强:曲柄滑块机构可以适应不同的发动机转速和输出要求,能够在不同的行驶状态和路况下保持稳定的性能和可靠性。

5. 易于维护:曲柄滑块机构结构简单,制造和维护成本较低,使得其易于维护和修理。

曲柄滑块机构具有分离式机构、高精度、高效率、适应性强和易于维护等特点,是一种应用广泛的机械结构。

六. 曲柄滑块机构的运动仿真分析图
图13 曲柄滑块机构的仿真模型图
图14 曲柄滑块机构整体运动仿真的的路径图像
图15 曲柄滑块机构的曲柄扫过的路径图像
图16 曲柄滑块机构的连杆的路径图像
图17 曲柄滑块机构的滑块及切刀的路径图像
图18 曲柄滑块机构的极限位置点扫过的路径图像
图19 滑块（切刀）的位移图像
图20 滑块（切刀）的速度图像
图21 滑块（切刀）的加速度图像
图22 主动曲柄的位移图像
图23 主动曲柄的速度图像
图24 主动曲柄的加速度图像
图25 连杆的位移图像
图26 连杆的速度图像
图27 连杆的加速度图像
通过对曲柄滑块机构的仿真分析，了解了所设计的曲柄滑块机构的运动模型以及各个杆件的运动路径，曲柄的匀速圆周运动，通过连杆带动曲柄做上下往复运动，以满足切刀的上下往复运动。

通过对滑块（切刀）以及连杆、曲柄的位移、速度、加速度的图像分析可得，此方案能够满足所设计的要求。

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。

曲柄滑块机构运动分析的简便图解法曲柄滑块机构是利用多轴关节间通过曲柄滑块机构建立位置联系，实现传动的一类机构。

它包括曲柄轴、滑块和接头、从而实现曲线运动、往复运动、轮廓曲线运动等。

本文主要介绍一种简便的图解法，可用于分析曲柄滑块机构的运动规律。

首先是基本要素的分析，曲柄滑块机构的基本要素有曲柄轴、滑块、接头。

曲柄轴是一种用于变换位置信息的轴，它能够把位置信息传递到滑块上，使滑块形成对应的位置。

滑块能够和曲柄轴之间建立有限的接触，从而使曲柄轴把位置信息传送给接头，形成所需的运动。

其次是图解法的原理及步骤。

曲柄滑块机构的根本是控制曲柄轴运动，它的运动规律是由曲柄轴的运动控制的，而曲柄轴的运动规律是由曲柄滑块机构的特征决定的。

采用图解法可以较容易地描述出曲柄滑块机构的运动规律，从而更好地分析机构的运动特性。

图解法的基本步骤是：第一步，先确定曲柄滑块机构的结构形式，并在平面图中绘制出一个曲柄滑块机构；第二步，在机构结构图中标注它各铰接节点的位置（如轴中心点、滑块中心点等）；第三步，当曲柄轴的角度发生变化时，按照基于运动的结构的原理，推算出曲柄滑块机构各连接节点的运动情况，用椭圆形表示滑块的运动轨迹；第四步，根据所得的滑块的运动轨迹的轮廓，进行有关的计算分析，可以得出某些变量与角度的规律，用于描述曲柄滑块机构的运动规律。

综上所述，图解法不仅可以帮助人们更好地理解曲柄滑块机构的运动规律，而且可以有效地解决机构设计问题。

通过图解法可以快速、准确地推导出机构的各种运动要求，从而为曲柄滑块机构的设计提供可靠的理论依据。

结论：图解法是一种利用机构特性计算分析曲柄滑块机构运动规律的简便方法，它既可以提供有效的分析手段，又可以帮助机构设计人员更好地理解机构的运动。

图解法不仅复杂性较小且易于实施，而且其结果可以用于机构的设计和调试。

曲柄滑块机构及曲柄导杆机构的运动规律
曲柄滑块机构和曲柄导杆机构都是常见的机械传动机构之一，其运动规律如下：
1. 曲柄滑块机构的运动规律
曲柄滑块机构由曲柄、连杆和滑块组成。

当曲柄转动时，连杆带动滑块做直线往复运动。

曲柄的转动是匀速的，而滑块的速度则是变化的。

具体来说，滑块在前半周期内加速，后半周期内减速，且滑块的最大速度出现在过渡点处。

2. 曲柄导杆机构的运动规律
曲柄导杆机构由曲柄、连杆和导杆组成。

与曲柄滑块机构相比，曲柄导杆机构的特点是滑块被曲柄改为了导杆，使得滑块的运动方式发生了变化。

当曲柄转动时，导杆在导轨上做往复运动，同时连杆也产生了往复运动。

曲柄的转动是匀速的，导杆的速度也是变化的。

具体来说，导杆在前半周期内减速，后半周期内加速，且导杆的最大速度出现在过渡点处。

总之，曲柄滑块机构和曲柄导杆机构的运动规律都是由曲柄的匀速转动和连杆的往复运动所决定的。

不同的是，曲柄滑块机构中滑块的运动方式为直线往复运动，而曲柄导杆机构中导杆的运动方式为沿导轨做往复运动。

曲柄滑块机构运动分析的简便图解法曲柄滑块机构是由曲柄、滑块、连接杆和钢杆等部件组成的动力学机构，它在工业上广泛应用于汽车、火车、舰船、压电等领域。

曲柄滑块机构的运动分析对汽车，火车等交通工具的运行安全，以及机械制造、检测等技术的发展具有重要意义。

这里，将介绍一种简单而有效的图解法来分析曲柄滑块机构的运动。

首先，我们需要进行示意图的绘制，这里添加了所有重要的装配元件，包括滑块、连接杆和钢杆等，还有两个表示运动轨迹的圆圈。

其次，我们可以基于这个图示，使用数学公式来分析曲柄滑块机构的运动。

一般情况下，滑块的运动轨迹是一个椭圆形，有关椭圆形轨迹的数学描述如下：$$x^2/a^2+y^2/b^2=1$$这里，a和b是椭圆形的两个顶点，这两个顶点表示滑块的最大水平和最大竖直距离。

当给定滑块的运动轨迹的长短半轴时，利用上述方程可以求出滑块的具体位置。

第三，需要计算曲柄滑块机构的速度和加速度。

通过观察图示，可以看出滑块运动圆心角θ的变化，引入θ的偏微分即可求出滑块的速度：$$V=frac {dtheta}{dt}$$而加速度可以用偏微分的第二次求得：$$A=frac {d^2theta}{dt^2}$$最后，可以利用斯特拉汀佐夫公式计算曲柄滑块机构的动偶比。

斯特拉汀佐夫公式是一个关于曲柄滑块机构的复杂的统计公式，它把滑块的输入力和转动角度等变量都连接起来，可以求出机构的总动偶比：$$I_{tot}=sum^n_{i=1}I_icdot K_i$$其中，I_i是单个机件的动偶比，K_i是分动偶比。

以上，就是使用简便图解法分析曲柄滑块机构运动的步骤，通过这个方法，可以快速得出曲柄滑块机构的运动参数，如滑块的速度和加速度、机构的动偶比等，从而更加方便的完成机构的参数设计和性能分析。

此外，简单的图示法还可以用于曲柄滑块机构运动的其他分析，比如由动力学方程求解滑块的位置和力学量，以及计算曲柄滑块机构的振动响应等问题。

例如，可以利用Euler-Lagrange方程求解曲柄滑块机构的运动方程组。