曲柄摇杆机构设计方法

曲柄摇杆机构设计方法曲柄摇杆机构设计方法文档范本一、引言在机械设计领域中，曲柄摇杆机构是一种常见且重要的机构，它能够将旋转运动转换为往复运动。

本文档旨在提供一种详细的曲柄摇杆机构设计方法，以帮助工程师们更好地理解和应用该机构。

二、机构构成与功能1：曲柄：曲柄是机构的旋转部分，它通过旋转运动带动摇杆的往复运动。

2：摇杆：摇杆是机构的往复部分，其运动轨迹由曲柄的旋转和摇杆长度决定。

3：小端杆：小端杆连接曲柄与摇杆，使二者能够实现相对运动。

4：大端杆：大端杆连接摇杆与其他部件，传递摇杆的运动到所需位置。

三、设计步骤和考虑因素1：确定工作要求：根据实际应用，确定曲柄摇杆机构所需完成的工作和要求。

2：设计曲柄和摇杆的运动路径：根据工作要求和机构构型，确定曲柄和摇杆的运动路径，并绘制相应的示意图。

3：计算曲柄和摇杆的长度：根据运动路径以及机构的几何结构，计算曲柄和摇杆的长度，确保其能够满足工作要求。

4：确定杆长度：根据曲柄和摇杆的长度，确定小端杆和大端杆的长度，保证牢固可靠。

5：进行材料选择：根据机构的工作环境和所需承受的载荷，选择合适的材料以确保机构的强度和耐久性。

6：进行摩擦和润滑剂的选择：考虑摇杆与杆以及曲柄的接触情况，选择适当的润滑剂以减小摩擦，提高机构的效率和寿命。

7：进行强度计算：对机构的各个关键部位进行强度计算，以确保其在工作过程中不会发生破坏或变形。

8：进行运动分析和优化：利用运动学原理和模拟软件对机构的运动过程进行分析和优化，以确保其满足工作要求。

四、附件1：设计图纸：附上设计过程中所绘制的曲柄摇杆机构的设计图纸。

2：强度计算报告：附上对机构各个部件进行强度计算的报告。

五、法律名词及注释1：版权：指对于创作出来的文学、艺术和科学作品的拥有权，包括复制、分发、翻译等权利。

2：专利：指为新的技术、产品或产品的制造方法等发明所授予的专有权。

3：商标：指用于区别某个商品或服务来源的标识，具有独立性、显著性和可辨识性等特点。

曲柄摇杆机构的解析法设计
曲柄摇杆机构是机械传动中非常重要的一种机构，广泛应用于各种机械设备中。

本文将介绍曲柄摇杆机构的解析法设计。

首先，曲柄摇杆机构的结构可以简单地概括为由曲柄、摇杆和连杆组成的三连杆机构。

其工作原理是曲柄通过旋转带动连杆，从而使摇杆做往复运动。

曲柄的旋转角度和连杆的长度是决定摇杆运动轨迹的关键因素。

其次，曲柄摇杆机构的设计需要考虑以下因素：工作负载、运动速度、尺寸限制、运动轨迹等。

在设计时，需要根据实际需求选择合适的材料、尺寸和运动参数。

解析法设计是一种基于运动学和静力学原理的设计方法。

它通过解析曲柄摇杆机构的运动学和静力学方程，确定摇杆的运动轨迹及其相应的力学参数。

具体步骤如下：
1. 确定曲柄的旋转角度及其速度。

2. 根据曲柄长度和连杆长度确定摇杆的最大和最小位置。

3. 计算摇杆的运动轨迹，包括摇杆的角度、速度和加速度。

4. 根据摇杆的运动轨迹计算其承受的力学参数，如最大力、最大扭矩等。

5. 根据摇杆的力学参数确定材料、尺寸和结构参数。

解析法设计具有精度高、可靠性强的优点，但需要较为深入的机械原理和数学知识，并需要使用专业的计算工具。

在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的设计方法。

总之，曲柄摇杆机构是一种重要的机械传动机构，其设计需要考虑多种因素。

解析法设计是一种有效的设计方法，可以确定摇杆的运动轨迹及其力学参数，从而保证机构的稳定性和可靠性。

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'-:、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二和「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AbstractThe 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 mecha ni cal in strume nt.In view of the crank rocker mecha nism of velocity fluctuati on velocity coefficient and the design of crank rocker mechanism by track point, Analysis the mechanism of the stroke number ratio K , the rocker swing an gle mi nimum tran smissi on an gle, extremely an gle and rocker swi ng an gle moti on parameter and t he relati on ship betwee n structure size deeply. Introduced the crank fixed hinge point position angle of crank rocker and the frame len gth on and display fun cti on is built, by the an alytic 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 mecha nism desig n may have additi onal requireme nts and other extremely corresp onding , various possible opti ons and the crank rocker quick retur n characteristics and the dead are described for crank and rocker desig n.Key words cran k,rocker,travel speed,desig n目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................. L L 目录.. (IIIII)1绪论...................................................... 1.. 2平面四杆机构概述 (3)2.1平面四杆机构的基本型式 (3)2.2平面四杆机构的基本特性 (4)2.2.1急回特性 (5)2.2.2死点位置 (6)2.2.3传动角和压力角 .................................. 7. 3曲柄摇杆机构的设计 (9)3.1解析法设计曲柄摇杆机构 (9)3.1.1附加要求及其机构设计方法 (11)3.2几何作图法 (13)3.2.1按照给定的行XXXX数度变化系数设计曲柄摇杆 (13)3.2.2按给定连杆位置设计四杆机构 (14)3.3按照给定点的运动轨迹设计曲柄摇杆机构 (14)3.4曲柄摇杆机构设计方法的比较......................... 1 44 曲柄摇杆机构的特性运用 (16)4.1曲柄摇杆机构死点特性分析极其运用 (16)4.1.1摇杆主动时机构的死点情况 (16)4.1.2曲柄主动时机构有死点位置的条件 (16)4.1.3满足有死点条件的曲柄摇杆机构的死点个数及位置情况分析 ......................................... 1.74.1.4曲柄摇杆机构有死点条件的应用 (20)4.2曲柄摇杆机构急回特性应用........................... 2 1 5曲柄摇杆机构的优化设计 (22)5.1按照最小传动角和行XXXX速度比系数最大综合优化 (22)5.1.1最小传动角的确定 (22)5.1.2优化设计 (24)5.1.3最小传动角min最大的目标函数的建立 (25)5.1.4总目标函数的建立 (26)5.2 算例(1) (27)5.2.1曲柄摇杆机构设计 (27)5.3基于图谱对曲柄摇杆的优化........................... 2 95.3.1最小传动角位置分析 (29)5.3.2极为夹角分析 (30)5.3.3摇杆摆角分析 (31)5.4曲柄摇杆优化 (31)5.4.1增大最小传动角 (31)5.5 算例(2) (32)总结....................................................... .3.3致谢....................................................... .3.4参考文献 (35)1绪论18世纪下半叶的第一次工业革命促进机械工XXXX的迅速发展，机构学在原来机械力学的基础上发展成为一门独立的科学•早在19世纪连杆机构就已经广泛的运用最简单的就是四杆机构，也是出现最早的一种连杆机构。

曲柄摇杆机构的最优设计[摘要] 图解法设计曲柄摇杆机构时为了满足传力性能,往往需要重复进行,结果也不唯一。

本文采用0.618法,在给定行程速比系数k、摇杆摆角φ、长度l4等前提下,采用机械最优设计,使γmin最大,得到了设计最优解。

并讨论了行程速比系数k、摇杆摆角φ的取值范围。

[关键词] 曲柄摇杆机构机械最优设计0.618法1 引言机械最优设计是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的性态、几何尺寸关系或其他因素的限制范围内,选取设计变量,建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。

设计变量、目标函数和约束条件这三者在设计空间(以设计变量为坐标轴组成的实空间)的几何表示中构成设计问题[1]。

最优设计是保证设计合理性、提高设计效率的一种有效方法。

曲柄摇杆机构中,传动角γ越大,对机构的传力愈有利,故常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的好坏。

考虑到机构运动过程中传动角γ是变化的,为了保证机构传力性能良好,必须使最小传动角γmin≥[γ]。

传统的图解设计方法往往需要重复进行,结果也不唯一。

本文采用0.618法,在给定行程速比系数k、摇杆摆角φ、长度l4等前提下,运用机械最优设计,使γmin最大,得到了设计最优解。

并讨论了行程速比系数k、摇杆摆角φ的取值范围。

在实现过程中,本文采用C 语言实现优化过程编程,从而使结果更加精确、直观。

2 曲柄摇杆机构的最优设计(1)寻优目标函数的确定曲柄摇杆机构γmin出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一处[2]。

以γmin 最大为寻优目标函数,即:maxf(x)=γmin=(γ1, γ3)min其中,γ1=arccosγ2= arccos(2)设计变量的选择如图1所示,考虑到一旦曲柄支点A确定,则机架l1=AD,其他设计参数l2、l3也随之确定。

因此,只需取曲柄为设计变量即可,即x=l2。

图1设计参数间的几何关系(3)设计参数间的几何关系若已知曲柄x时,有:l3=l1=其中,C1C2=2l4sin(Φ/2)∠AC2D=90°-arcsin+Φ/2(4)设计变量的取值范围根据文献[3]所述,寻优区间起始点xmin= C1C2(1-cosθ)/2sinθ;寻优区间终点xmax= C1C2/2。

C
2-6. 设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长度l =100mm，摆角ψ=30°， 摇杆行程速度变化系数K=1.2。

（1）用图解法求出其余三杆的尺寸；
（2）确定机构的最小转角γmin （若γmin <35°则应重新选定铰链A的位置）。

解：
（1）由题知，摇杆行程速度变化系数K=1.2， 得极位夹角：
θ=180°K-1K+1 = 16.4° 90°-θ=72.6°则如图解析：
①任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度l 3和摆角ψ，做出摇杆两极限位置C 1D 和C ?D。

②连接C 1和C ?，并过C 1点做C 1C ?垂线。

③做∠C 2=90°-θ，与垂线相较于点P，有几何关系可知∠C 1PC ?=θ。

④做△C 1PC ?的外接圆，在此圆周上任意选取一点A作为曲柄的固定铰链中心；连接AC 1和AC ?,由几何关系得：∠C 1PC ?=∠C 1AC ?=θ。

⑤因极限位置处于曲柄与连杆共线，
故A C 1=l 2-l 1 AC 2=l 2+l 1，则l 1=（AC 2-AC 1）/2 =23.5mm l 2=（AC 2+AC 1）/2 =73.5mm l 3= 100mm l 4 = 96mm 则如图，ABCD即为所求机构一般位置简图。

cos∠BCD=(l ?2+l 32-l 12-l 42+2l 1l 4cos φ)/2l ?l 3 =0.649则由（2-6）′cos∠BCD < 90°γ=49.5°>35°
故最小传动角满足要求。

实验三——用ADAMS 验证曲柄连杆机构如图3-1所示的铰链四杆机构（曲柄摇杆机构），AB 杆为原动件，逆时针匀速转动，其角速度为=/rad s ωπ2040602/3/3AB cm CD cm DA cm BAD ADC ππ===∠=∠=，，，，；对该机构进行验证，是否为曲柄摇杆机构；同时进行运动分析和动力分析。

图3-1 铰链四杆机构【实验目的】1、 了解ADAMS 软件；认识ADAMS 工作界面。

2、 掌握ADMAS 的建模与仿真；3、 验证铰链四杆机构中曲柄存在的条件。

【实验原理】1、 铰链四杆机构是指将4个杆件全部用转动副联接起来的机构。

2、 铰链四杆机构中曲柄存在的条件为以下两点：（1） 曲柄为最短杆件或最短的相邻杆件，此条件称为最短构件条件。

（2） 最短杆件与最长杆件的长度之和必须小于或等于其他两杆件的长度之和，即：'''min max l l l l +≤+此条件简称为构件长度和条件。

【实验仪器和设备】1、计算机。

2、机械系统动力学分析软件ADAMS 2013。

3、《机械设计基础》教材；实验指导书；实验报告。

【实验步骤】1、启动ADAMS。

双击桌面上ADAMS/View的快捷图标“”，打开ADAMS/View。

在欢迎对话框如图3-2中选择“新建模型”（Create a new model），弹出如图3-3所示“创建新模型”（Create a new model）对话框。

图3-2 欢迎对话框图3-3 “创建新模型”对话框在“模型名称”（Modelname）栏中输入：sparkplug；在“重力（Gravity）”栏中选择“正常重力（-全局Y轴）”；在“单位（Units）”栏中选择“MMKS –mm，kg，N，s，deg”；在“工作路径”栏中选择“C:\sparkplug”。

2、设置工作环境。

2.1 对于这个模型，网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。

在ADAMS/View菜单栏中，选择设置（Setting）下拉菜单中的工作网格（Working Grid）命令。

设计实践设计计算说明书题目：学院:机电工程学院班号：08401学号：1050840124姓名：林飞跃日期：2007年10月04号设计实践任务书题目：设计任务及要求:已知曲柄摇杆机构中摇杆CD的长度c和摆角Ψ，以及行程速度变化系数K，要求设计该四杆机构原始信息：摆角Ψ=30°行程速比系数K=1.2极位夹角θ=16.364°摇杆长度C=60mmψ0=60°一．机构简图：二．设计过程：1．由下图：计算得：a=12.00982mmb=70.20893mmd=56.21308mmγmin=38.698°2.画图法 ：1) 任选转动副D 的位置，并按CD 之长和摆角Ψ121C C NFOC ME 作摇杆的两个极限位置1DC 和2DC 。

2) 作∠12C C O =∠21C C O =90°-θ，得1C O 和2C O 的交点O 。

以O 为圆心和1OC 为半径作圆h ，则圆h 上除劣弧12C C 以外的各点对弦12C C 所张的圆周角均为θ。

将两极限位置的摇杆延长使之与圆h 交于E 和F 两点。

则圆弧1C ME 或2C NF 上任一点均可作为固定铰链中心A 。

显然A 不能取在弧EF 上，否则所得机构不能满足摇杆摆角要求。

3) 当A 点位置确定后，即得机架AD 的长度d 。

同时，按极限位置曲柄与连杆共线的几何特点可得l AC1=b-a ，l AC2=b+a，由此可求得连杆BC的长度b和曲柄AB的长度a。

三．运动分析参考文献：《机械设计基础》----宋宝玉《机械设计基础网络课程》。

曲柄摇杆机构设计方法曲柄摇杆机构设计方法1·引言曲柄摇杆机构是一种常用的机械传动机构，其将旋转运动转化为直线运动或者其他形式的运动，广泛应用于各种机械设备中。

本文介绍了曲柄摇杆机构的设计方法，包括设计原则、构造选择、受力分析等。

2·设计原则曲柄摇杆机构的设计需要遵循以下原则：2·1 功能需求：明确机构的功能需求，如转速、载荷、行程等。

2·2 空间限制：考虑机构的整体尺寸、布局，以满足设备的安装和使用要求。

2·3 运动平稳性：通过合理的几何参数设计，使得曲柄摇杆机构运动平稳，减小振动和冲击。

2·4 功率损失：通过合理的材料选择和润滑方式设计，减小机械传动过程中的能量损失。

2·5 制造和装配：考虑机构的可制造性和可装配性，选择适合的加工工艺和装配工艺。

3·构造选择曲柄摇杆机构的构造选择包括曲柄类型、摇杆类型和连接方式。

3·1 曲柄类型：根据实际需求选择合适的曲柄类型，如直线型曲柄、圆弧型曲柄等。

3·2 摇杆类型：根据运动要求和空间限制选择合适的摇杆类型，如单摇杆、双摇杆等。

3·3 连接方式：根据构造要求选择合适的连接方式，如销轴连接、铆接连接等。

4·受力分析曲柄摇杆机构的受力分析是设计的重要环节，包括静态受力分析和动态受力分析。

4·1 静态受力分析：通过受力平衡条件，分析曲柄摇杆机构各部件的受力情况，确保各部件强度不超过材料的承载能力。

4·2 动态受力分析：根据机构运动过程中的惯性力、离心力等，分析曲柄摇杆机构的动态受力情况，确保机构运动平稳和安全。

5·参数设计曲柄摇杆机构的参数设计包括曲柄长度、摇杆长度、曲柄角度等。

5·1 曲柄长度：根据机构要求和受力分析结果，确定合适的曲柄长度，以满足运动要求和载荷要求。

5·2 摇杆长度：根据机构要求和受力分析结果，确定合适的摇杆长度，以满足运动要求和载荷要求。

优化设计-曲柄摇杆机构优化设计优化设计-曲柄摇杆机构优化设计引言曲柄摇杆机构是一种常见的工程设备，常用于转换旋转运动为往复运动。

在实际应用中，为了提高机构的性能和效率，需要进行优化设计。

本文将详细介绍曲柄摇杆机构的优化设计方法和步骤。

1. 优化设计的背景和目标曲柄摇杆机构在工程应用中具有广泛的应用，例如内燃机、泵浦系统、机械手和纺织机械等。

在实际应用中，曲柄摇杆机构存在一些问题，例如能量损失、噪音和振动等。

进行优化设计，以改善机构的性能和效率，是非常必要和重要的。

2. 优化设计的方法和步骤2.1. 问题分析和需求定义，需要对已有的曲柄摇杆机构进行问题分析，确定需要改进的性能指标和需求。

例如，可以考虑降低摇杆机构的能耗、减少振动、提高工作效率和稳定性等。

2.2. 理论分析和模拟仿真在优化设计的初期阶段，可以使用理论分析和模拟仿真的方法，对曲柄摇杆机构进行分析和评估。

通过建立模型，计算和模拟机构的运动学和动力学特性，可以快速评估不同设计参数对机构性能的影响。

2.3. 设计参数的选择和优化根据理论分析和模拟仿真的结果，可以选择关键的设计参数进行优化。

例如，可以考虑曲柄长度、连杆长度和转动角度等。

通过改变这些参数的值，可以对机构的性能进行改善。

2.4. 结构改进和优化在选择和优化设计参数的基础上，可以对曲柄摇杆机构的结构进行改进和优化。

例如，可以改变曲柄和连杆的形状和材料，以提高机构的刚度和耐久性。

还可以考虑添加减振装置和降噪措施等。

2.5. 实验验证和性能评估完成结构改进和优化后，需要进行实验验证和性能评估。

通过在实际工作环境中和评估机构的性能和效果，可以验证优化设计的有效性和可行性。

根据实验结果，可以进一步优化设计，以达到最佳性能。

3. 优化设计的挑战和注意事项在进行曲柄摇杆机构的优化设计时，需要注意以下挑战和注意事项：- 保持设计的可靠性和稳定性，避免引入新的故障点。

- 在优化设计中，需要考虑材料成本、制造成本和可维护性等因素。