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考研机械原理-8(总分100,考试时间90分钟)一、单项选择题1. 铰链四杆机构的压力角是指在不计摩擦情况下连杆作用于______上的力与该力作用点速度间所夹的锐角。
A. 主动件B. 从动件C. 机架D. 连架杆2. 平面四杆机构中，是否存在死点，取决于______是否与连杆共线。
A. 主动件B. 从动件C. 机架D. 摇杆3. 一个K大于1的铰链四杆机构与K=1的对心曲柄滑块机构串联组合，该串联组合而成的机构的行程变化系数K______。
A. 大于1B. 小于1C. 等于1D. 等于24. 在设计铰链四杆机构时，应使最小传动角)，γmin______。
A. 尽可能小一些B. 尽可能大一些C. 为0°D. 为45°二、填空题1. 曲柄滑块机构中，当______与______处于两次互相垂直位置之一时，出现最小传动角。
2. 速度瞬心是两刚体上______为零的重合点。
3. 作相对运动的三个构件的三个瞬心必______。
4. 在机构运动分析图解法中，影像原理只适用于求______。
5. 在对平面连杆机构进行动态静力分析时，应从远离______的杆组开始，来求解各运动副的反力。
三、问答题1. 如下图所示偏置曲柄滑块机构。
(1)试判定该机构是否具有急回特性，并说明理由。
(2)若滑块的工作行程方向朝右，试从急回特性和压力角两个方面判定图示曲柄的转向是否正确?并说明理由。
2. 在曲柄等速转动的曲柄摇杆机构中，已知：曲柄的极位夹角θ=30°，摇杆工作时间为7s，试问：(1)摇杆空回行程所需时间为多少秒?(2)曲柄每分钟转速是多少?3. 在曲柄摇杆机构中，已知一曲柄长为50mm，连杆长为70mm，摇杆长为80mm，机架长为90mm，曲柄转速n1=60r/min。
试问：(1)摇杆工作行程需多少时间?(2)空回行程多少秒?(3)行程速比系数为多少?4. 在下图所示导杆机构中，已知lAB=40mm，试问：(1)若机构成为摆动导杆时，lAC的最小值为多少?(2)AB为原动件时，机构的传动角为多大?(3)若lAC=50mm，且此机构成为转动导杆时，lAB的最小值为多少?5. 在铰链四杆机构ABCD中，已知lAD=400mm，lAB=150mm，lBC=350mm，lCD=300mm，且杆AB为原动件，杆AD为机架，试问构件AB能否作整周回转，为什么?四、分析计算题1. 计算下图所示机构的自由度，并判定该机构是否具有确定的运动(标有箭头的构件为原动件)。
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。
disp ' ****** 曲柄滑块机构的等影响法精度综合*******'N=input(' 输入机构运动精度影响尺度数目N = ');H=input(' 输入滑块行程的均值(mm) H = ');P=input(' 输入曲柄轴心至滑销最远距离(mm) P = ');DH=input(' 输入滑块位置允许误差(mm) DH = ');disp ' @@@@@@ 计算结果@@@@@@'R=H/2;fprintf(' 曲柄长度的均值R = %3.3f mm \n',R)L=P-R;fprintf(' 连杆长度的均值L = %3.3f mm \n',L) theta=0:10:360;hd=theta.*pi/180;% 计算曲柄长度和滑块长度的影响系数(偏导数的最大绝对值)CR=1-cos(hd);CL=0.5.*sin(hd).^2;CRm=max(abs(1-cos(hd)));CLm=max(abs(0.5.*sin(hd).^2));fprintf(' 曲柄长度影响系数的最大绝对值CRm = %3.6f \n',CRm) fprintf(' 连杆长度影响系数的最大绝对值CLm = %3.6f \n',CLm) % 计算曲柄长度和滑块长度的最大允许偏差DRm=DH/sqrt(N)/CRm;DLm=DH/sqrt(N)/CLm;fprintf(' 曲柄长度允许的最大偏差DRm = %3.6f mm \n',DRm) fprintf(' 连杆长度允许的最大偏差DLm = %3.6f mm \n',DLm) plot(theta,CR,'r')hold;gtext('曲柄长度影响系数曲线')title('\bf 机构尺度影响系数线图')xlabel('\bf 曲柄转角\theta(°)')ylabel('\bf 尺度影响系数')plot(theta,CL,'k')gtext('连杆长度影响系数曲线')grid on****** 曲柄滑块机构的等影响法精度综合*******输入机构运动精度影响尺度数目N = 2输入滑块行程的均值(mm) H = 100输入曲柄轴心至滑销最远距离(mm) P = 300输入滑块位置允许误差(mm) DH = 0.5@@@@@@ 计算结果@@@@@@曲柄长度的均值R = 50.000 mm连杆长度的均值L = 250.000 mm曲柄长度影响系数的最大绝对值CRm = 2.000000连杆长度影响系数的最大绝对值CLm = 0.500000曲柄长度允许的最大偏差DRm = 0.176777 mm 连杆长度允许的最大偏差DLm = 0.707107 mm。
关于偏置式曲柄滑块机构的优化设计及运动分析论文关于偏置式曲柄滑块机构的优化设计及运动分析论文1引言曲柄滑块机构是机械设计中常用的一种机构。
按行程速比系数K 设计平面曲柄滑块机构的问题一般归纳为:已知滑块行程H、行程速比系数K,通常有辅助条件,如给定偏距e(或给定曲柄长度r2,或给定连杆长度r3),来设计曲柄滑块机构(即确定未知长度尺寸),最后校验最小传动角γmin。
对该问题的求解,传统采用简单、直观的图解法,但设计精度较低。
利用Matlab解析法可迅速精确地设计曲柄滑块机构。
机构运动分析是根据给定的原动件运动规律,求出机构中其它构件的运动。
通过分析可以确定某些构件运动所需的空间,校验其运动是否干涉;速度分析可以确定机构从动件的速度是否合乎要求;加速度分析为惯性力计算提供加速度数据。
运动分析是综合分析和力分析的基础。
使用Matlab中的Simulink,可对动态系统进行建模、分析和仿真。
从而在形成实际系统前,能进行适时的修正,以减少总体设计时间,实现高效开发的目的。
2优化设计2.1设计实例及方程例如:要求设计滑块的'行程H=100mm,K=1.25,γmin≥40°的曲柄滑块机构。
式中:r1为滑块位移;r2为曲柄长度;r3为连杆长度;r4为偏距。
根据图1建立矢量方程:r2+r3=r1+r4速度方程的矩阵形式:1r3sinθ30-r3cosθ3·r1ω3=-ω2r2sinθ2ω2r2cosθ2加速度方程的矩阵形式:1r3sinθ30-r3cosθ3¨r2α3=-α2r2sinθ2-r2ω22cosθ2-r3ω23cosθ3α2r2cosθ2-r2ω22sinθ2-r3ω23sinθ3根据行程,极位夹角,行程速比系数,最小传动角的定义可推出以下方程:θ=K-1K+1×180°θ=arcsinr4r3-r2-arcsinr4r3+r2H=(r2+r3)2-r24-(r3-r2)2-r24γmin=arcosr2+r4r3式中:K为行程速比系数;H为行程;θ为极位夹角;γmin为最小传动角。
基于Recurdyn的曲柄滑块机构运动特性分析作者：罗丽来源：《世界家苑》2019年第01期摘要：曲柄滑块机构广泛应用于汽车、压缩机、冲床等主机构中。
为了提高曲柄滑块机构的设计效率以及设计精度，本文利用RecurDyn软件建立了曲柄滑块机构的仿真模型，对曲柄滑块机构进行了运动仿真分析，得到了相关运动学曲线，为曲柄滑块机构设计提供了有价值的理论依据。
关键词：曲柄滑块机构；运动仿真；RecurDyn1 引言曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的一种演化形式，是由若干个刚性构件用移动副、回转副等低副联接成的一种机构。
刚性构件比如曲柄、曲轴、偏心轮等。
曲柄滑块机构能够实现不整周或整周的回转运动和往复移动的转换，通常用于将曲柄的回转运动转变成滑块的往复直线运动，或者将滑块的往复直线运动转变成曲柄的回转运动，在生产和生活中有着广泛应用。
本文利用矢量法分析了曲柄滑块机构的位置、速度、加速度的数学方程，在RecurDyn软件中建立了曲柄滑块机构仿真模型，得到了滑块各运动参数随曲柄转角变化的规律，对生产生活中曲柄滑块机构的应用具有重要意义。
2 理论分析对机构进行运动分析，杆件表示的矢量构成的方程为：1）将矢量向X轴和Y轴投影：2）将式（2）对时间t求导，得到速度关系：3）对式3）对时间t求导，将加速度用矩阵形式表示为：4）消去时间t即可得到滑块相关参数与曲柄角速度大小的关系。
3 仿真模型的建立与分析在RecurDyn软件中建立的曲柄滑块机构模型参数如下：曲柄长度R=70.000mm，连杆长度L=550.000mm，曲柄长度影响系数的最大绝对值 CRm=2.000000mm，连杆长度影响系数的最大绝对值 CRm=2.000000，曲柄长度允许的最大偏差 DRm=0.176777，连杆长度允许的最大偏差 DLm=0.707107mm。
在Recurdyn软件中建立的曲柄滑块机构模型如图2所示，对该机构进行运动学仿真，得到了滑块各个运动参数随曲柄转角的变化规律如图3、4和5所示。
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。
心曲柄滑块机构极位夹角的影响因素及调整
方法
心曲柄滑块机构是一种常用的传动机构，其工作原理是通过曲柄的旋转，带动杆杆的上下运动，实现运动传递。
而极位夹角是心曲柄滑块机构中一个重要的参数，它对机构的运动稳定性及效率都有很大影响。
下面将从影响因素及调整方法两个方面来详细介绍：
一、影响因素
1.连杆长度：连杆长度的改变会直接影响极位夹角，因此在设计中应尽量考虑到其影响。
2.偏心距：偏心距是指连杆中心到曲柄中心的距离。
偏心距增大会使得极位夹角变小，导致运动不稳定。
3.摩擦力：机构运动过程中的摩擦力也会影响极位夹角。
摩擦力越大，极位夹角越小。
二、调整方法
1.调整连杆长度：通过改变连杆长度来调整极位夹角。
一般情况下，增加连杆长度可以增大极位夹角。
2.调整偏心距：在设计时尽量使偏心距减小，或者通过增大曲柄半径的方式来减小偏心距。
3.减少摩擦：采用优质材料，合理设计机构的润滑部位，可以有效地减少机构的摩擦，从而提高极位夹角。
综上所述，了解心曲柄滑块机构极位夹角的影响因素及调整方法能够有效提高传动效率和稳定性，提高机构的工作效果。
曲柄滑块机构中偏距对滑块特性影响研究
摘要：曲柄滑块机构广泛应用在多种机械中，不同偏距对滑块的运动具有一定影响，文章在理论分析的基础上，利用ANSYS软件建立了曲柄滑块机构的模型，通过对比不同偏距下输出的位移图、速度图和加速度图，分析得出滑块的运动特性，并验证理论分析结果。
结果表明偏距对滑块加速度的影响较大，正偏距时有急进特性，负偏距是则有急回特性。
关键词：曲柄滑块机构；偏距；运动特性
引言
曲柄滑块机构是在机械中应用很广泛用的一种机构，它由曲柄（或曲轴、偏心轮）、连杆、滑块三部分组成。
在机械传动系统中，它通过曲柄和连杆实现曲柄的转动和滑块的直线往复运动之间的转换，是自动送料机构、冲床、内燃机空气压缩机等常见机械的主要机构[1]。
本文运用ANSYS软件，采用有限元方法对曲柄滑块机构中不同偏距对滑块运动特性的影响进行了研究，分析了不同偏距下曲柄滑块速度、位移、加速度的变化情况，总结出对曲柄滑块运动特性的影响。
1.曲柄滑块机构运动规律分析
在曲柄滑块机构中根据滑块运动的直线是否与连结点B和曲柄旋转中心O 所成直线共线，将曲柄滑块机构分为结点正置（）和结点偏置两种，
图（1）曲柄滑块机构简图
结点偏置又可分为正偏置和负偏置。
若共线则是结点正置，如图1（a）所示；若结点B 的运动轨迹偏离OB 连线位于曲柄向上运动的一侧时，称为结点正偏置（），如图1（b）所示；若结点B 的运动轨迹偏离OB 连线位于曲柄向下运动的一侧时，称
为结点负偏置（），如图1（c）所示[3]。
图（2）结点正置的曲柄滑块机构简图
当曲柄以角速度绕O点匀速速转动时，滑块的位移、速度、加速度将随曲柄转角的改化而改变。
假设偏距为零时，可以得到如图（2）所示的几何关系，得出滑块位移与曲柄转角之间的关系式：
（1）
（2）
整理得：
（3）
式中—滑块位移（以下端终止点作为起点，方向向上为正）；
—曲柄的角速度（以下端终止点为起点，顺时针方向为正）；
—曲柄的半径；
—连杆的长度。
将（3）式对时间求导，可得速度的表达式：
（4）
式中—滑块速度（向下方向为正）；
—连杆长度；
—曲柄角速度（在本文中建立模型的）。
将（4）式对时间再次求导，可得滑块的加速度a的表达式：
（5）
式中—滑块加速度，方向向下为正，单位，因为建立坐标系的需要而加上负号，表示反向。
由（3）、（4）、（5）式可见影响曲柄滑块机构中滑块运动特性的因素有角速度、曲柄长度和连杆长度。
2.基于ANSYS的曲柄滑块运动特性分析
2.1建立曲柄滑块机构有限元模型
如图（3）所示为简化的曲柄滑块机构建模，曲柄长度、连杆长度、曲柄为原动件，设转速为，弹性模量，泊松比。
偏距分为三种情况，以零偏距为代表进行建模。
图（3）ANSYS建立的模型
2.2结点正置时的曲柄滑块运动特性
由曲柄滑块结点正置时的位移图、速度图和加速度图可知位移最大值出现在中间时刻，即曲柄运动到最左边时；速度最大值出现在四分之一时刻和四分之三时刻，即曲柄运动到最下边和最上边时；加速度最大值在始末两点，即曲柄运动到最右边时，值得注意的是在中间区段加速度呈波浪变化，速度曲线与正弦曲线相近，但并不相同。
2.3结点偏置时曲柄滑块运动特性
由曲柄滑块结点偏置时的位移图、速度图和加速度图可知偏距和偏距两种情况输出的位移图基本相同；速度图在中间时段的变化趋势稍有不同，前者的变化为减速减小到零再匀速增大，后者的变化为匀速减小到零再加速增大，而且前者速度为零的时刻在先于后者；在加速度图上，两者中间时段的加速度曲线呈现出关于Y轴对称的关系。
2.4不同偏距结果对比分析
通过观察不同条件下的位移图、速度图和加速度图可知：不同偏距下的曲柄滑块机构的滑块位移变化趋势和大小是基本相同。
原因有两点，一是它们的位移大小都取决于曲柄，其位移区间即是机构两次死点的直线距离；二是在建模的初始状态定义时定义了滑块的起点位于死点位置，所以输出的位移图像时一样的。
这也说明不同偏距对曲柄滑块机构的运动中的位移影响是一致的。
三种不同偏距条件下的滑块速度变化趋势和大小也是趋近于相同的，它们都是类正弦图像，但并不完全相同，导致该不同的原因是与加速度有关的。
三种不同偏距条件下的加速度随时间变化的大趋势是相近的，都是由负最大减小到零，由零增大到正向最大，正最大减小到零，由零增大到负向最大。
但是在四分之一周期到四分之三周期的时间段中，正偏距滑块的加速度呈阶梯状减小，零偏距的呈对称的波浪变化，负偏距则呈阶梯状增大。
这种变化趋势正是速度变化的体现，也是原因之一。
2.5偏距对曲柄滑块运动特性的影响
为使结果更准确，还建立了偏距为和的模型，通过对五种不同偏距条件的位移图、速度图和加速度图的对比，发现偏距对曲柄滑块机构滑块的位移几乎没有影响，对速度和加速度的影响相同，其中对加速度的影响更明显。
偏距对加速度的影响主要是影响正向峰值的大小和最大峰值出现的时间。
当偏距值较小时，加速度曲线有两个峰值，分别出现在四分之一周期时刻和四分之三周期时刻。
为正偏距偏距时，正向最大值出现在中间时刻之前，偏距越小峰值越小，右边峰值越大，并且曲线越趋于轴对称；为负偏距偏距时，正向最大值出现在中间时刻之后，同样偏距越小峰值越小，左边边峰值越大，并且曲线越趋于轴对称。
通过研究，还可以得出偏距足够大时将只出现一次峰值，还是正偏距的在中间时刻之前，负偏距的在中间时刻之后。
在速度和加速度上都将体现十分明显的急进特性和急回特性，分别对应正偏距和负偏距的情况。
3.结束语
在实际生产中，正置机构在各类机械中都比较常见，因为它相对简单，有利于简化机械结构，也常用于要求运动相对稳定的大负载机械中；负偏置的曲柄滑块机构，滑块具有急回特性，常在冷挤压机中使用；正偏置的曲柄滑块机构，滑块具有急进特性，常在锻压机中使用[3]。
文章在之前已经说明滑块的运动特性与角速度、曲柄长度、连杆长度三个因素有关，在此分析发现偏距对该特性也有一定的关系，因此进一步研究这四个因素与滑块运动之间的关系，尤其是在前三个因素的研究比较成熟的基础上，对偏距进行更深层次的研究对曲柄滑块机构的优化具有重要意义。
参考文献：
[1]冯鉴，何俊，雷智翔.机械原理.成都：西南交通大学出版社，2008.8：46-48.
[2]濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）.高等教育出版社，2010.
[3]林翠青.基于曲柄压力机中曲柄滑块的运动分析及其研究[J]..数字技术与应用.2010（07）：67-68.
[4]彭辉.ANSYS机构运动分析，江苏师范大学，2009.
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[6]黄云清.有限元分析与ANSYS编程及高级应用[M].北京：机械工业出版社，2009.。
