椭圆齿轮-曲柄摇杆打纬机构的分析与设计

《椭圆齿轮机构的运动特性分析及设计:椭圆齿轮能和什么齿轮传动》摘要：概要：椭圆齿轮机构的一个突出的传动特点是当主动齿轮以一定的速度旋转时，被动齿轮将会根据一定的规则以变化的速度旋转，这能满足一些特定的要求，而一般常见的机构是无法满足的，，（） (1) 椭圆的偏心度，所以可得两个椭圆齿轮的啮合半径分别为 (2) 传动比公式为 (3) 根据公式(2)可知，当=0°或者360°时，最大传动比，最小传动比，当主动轮以的旋转速度旋转过d角度，而被动轮则以的速度旋转过d角度，两轮旋转过的弧长是相等的，即，可得和并可得到位置函数， (5) 3、椭圆齿轮机构的设计过程椭圆齿轮机构的设计过程大致可以分为以下三个步骤：（1）根据速度变化的需要，决定椭圆的偏心度e （2）根据齿轮的强度和物理尺寸需要，决定齿轮的模数和齿数（3）计算结点曲线的基本尺寸结点曲线的基本尺寸为 (6) 这里，是椭圆齿轮函数的参数，可以写为 (7) E是椭圆齿轮函数中的参数，取值参照表1椭圆齿轮机构的运动特性分析及设计概要：椭圆齿轮机构的一个突出的传动特点是当主动齿轮以一定的速度旋转时，被动齿轮将会根据一定的规则以变化的速度旋转，这能满足一些特定的要求，而一般常见的机构是无法满足的。

这是一种非常重要的特殊机构的设计。

在这篇文献中，我们将分析椭圆齿轮机构的传动特点以及它的设计方法。

另外，我们将设计椭圆齿轮在带槽齿轮机构的应用以及证实它的实用性。

关键词：椭圆齿轮机构、传动设计 1、介绍大家都知道，齿轮传动在机械传动装置和有固定传动比的圆柱齿轮领域内是一种非常实用的驱动方式。

但对于一些特殊的机构，这种传统的圆柱齿轮因为它的固定传动比而无法满足要求，特别是在某些需要变化传动比的自动机构上。

但是，非圆柱齿轮机构因为特殊的运动性和几何形状能够满足以上要求，因此非圆柱齿轮机构的应用在齿轮传动领域越来越受到人们的重视。

椭圆齿轮就是一种非圆柱齿轮，并且它的传动比是可以根据需要进行设计。

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。

2
连杆运动
连杆转动或往复运动是机构的中间输出运动。
3
输出运动
摇杆的运动是机构的输出运动。
曲柄摇杆机构的应用领域
内燃机
曲柄摇杆机构在内燃机中将 活塞运动转化为旋转运动。
发电机
曲柄摇杆机构用于将旋转运 动转化为电能。
机械臂
曲柄摇杆机构可用于机械臂 的运动控制，实现多种任务。
曲柄摇杆机构的优点
1 简单可靠
曲柄
曲柄是一种将旋转运动转换为 往复运动的零件。
连杆
连杆连接着曲柄和摇杆，将曲 柄的旋转运动传递给摇杆。
摇杆
摇杆是通过连杆接受曲柄的运 动，并将其转化为特定的输出 运动。
曲柄摇杆机构的工作原理
曲柄摇杆机构基于连杆的运动学原理，通过曲柄的旋转，将输入运动转化为更有用的输出运动。
1
输入运动
曲柄的旋转是机构的输入运动。
机构的分类
机构可以根据其结构和功能分类，例如齿轮机构、曲柄机构、摆线机构等。
曲柄摇杆机构的概述
1 简介
曲柄摇杆机构是一种常见的机械连杆机构。它由曲柄、连杆和摇杆组成。
2 工作原理
当曲柄被转动时，连杆和摇杆也会产生相应的运动。
3 应用范例
曲柄摇杆机构广泛应用于内燃机、发电机、机械手臂等领域。
曲柄摇杆机构的组成部分
确保曲柄摇杆机构能够承受预期的力和压力。 保证机构在工作过程中的稳定性和精度。 选择适当的摩擦材料和润滑方式，减少磨损和 能量损耗。 优化曲柄和连杆的设计，以实现平滑的运动。
《曲柄摇杆机构》PPT课 件
探索曲柄摇杆机构的奥秘。了解机构定义、曲柄摇杆机构的概述、组成部分、 工作原理、应机构？
机构是由零件组成的系统，能完成特定功能或任务。

摘要目前在织机中有三种类型：分别是剑杆织机、喷水织机和喷气织机，剑杆织机因结构简单，成本低而应用广泛。

我国是一个纺织大国，但由于我国在现代剑杆织机研究不足，当今剑杆织机机构的知识产权不在我国，就不可能将企业做大、做出品牌。

要改变中高级剑杆织机生产设备主要依靠进口的局面，必须走自主创新的道路，需要从剑杆织机核心机构开始做基础性研究工作。

剑杆织机的打纬机构主要有三种：共轭凸轮机构、四连杆机构和六连杆机构。

本文综述了目前国内外织机发展的现状和打纬机构的研究情况，提出了一种新的打纬机构：椭圆齿轮-曲柄摇杆打纬机构。

为分析该机构的打纬性能，建立了机构的运动学数学模型，列出位移、速度和加速度方程。

采用Visual Basic 6.0软件编写了辅助分析软件，得到打纬机构的运动学特性曲线。

了解和分析机构参数对运动规律的影响，通过对机构运动目标的确定，来优化打纬机构的各参数，本文采用基于VB6．0编写的可视化软件进行人机交互对话优化方法，结合实际设计时的结构限制，取得了一组最佳参数。

关键字：打纬机构；椭圆齿轮；曲柄摇杆；运动学分析；参数分析AbstractAt present，there are three types looms，namely the rapier，water and air-jet looms，rapier has broad application because of its simple structure and low cost．China is a big textile country，but because lacking research in modem rapier，rapier in today’s intellectual property is not in our country，which restricted the domestic enterprises become strong and make famous brand，to change the situation that high product equipment of rapier mainly depends on imports，must take the road of independent innovation and should start do basic research from core component of the rapier．Rapier of the beating—up mechanism has three main types：conjugate cam，four-bar linkage and six—bar linkage．This paper reviewed the current development of looms boom domestic and foreign and also the situation of the beating-up mechanism study，present a new type beating-up mechanism：elliptical gear—crank-rocker beating—up mechanism，and then establish the kinematics mathematical model of beating—up mechanism，and the equation of displacement ,velocity and acceleration will be list，for analysis the performance of beating—up mechanism，kinematics analysis of the new beating-up mechanism was made with Visual Basic 6.0 software，output beating-up mechanism’s kinematics curve．Understand and analyses the effect of parameters on law of motion, by exterminating the target of mechanism motion, based on the visualization software of VB6.0 for interactive dialogue optimization methods，obtained a set of best Parameters with the structure restrictions while doing actual design．Key words：beating--up mechanism；elliptic gear；crank-rocker；kinematics analysis；parameter analysis ；目录摘要Abstract第一章绪论 (1)1.1引言............................................................................. (1)1.2几种典型的打纬机构 (2)1.2.1 概述 (2)1.2.2 四连杆打纬机构 (2)1.2.3 六连杆打纬机构 (5)1.2.4 共轭凸轮打纬机构 (6)1.3打纬机构国内外研究现状 (7)第二章椭圆齿轮-曲柄摇杆打纬机构运动学建模 (8)2.1椭圆齿轮一曲柄摇杆打纬机构简介 (8)2.2机构运动学目标 (9)2.3椭圆齿轮一曲柄摇杆的打纬机构运动学模型的建立 (9)2.3.1从动椭圆齿轮角位移、角速度和角加速度数学模型建立 (10)2.3.2摇杆的角位移、角速度和角加速度数学模型建立 (11)2.3.3 打纬点的角位移、角速度和角加速度数学模型建立 (13)第三章辅助分析软件的功能及其使用方法 (14)3.1 打纬机构运动学辅助分析初始界面 (14)3.2打纬机构运动学辅助分析运行界面 (16)3.3 打纬机构运动学辅助分析模拟界面 (16)3.4进步界面 (17)第四章机构参数对运动规律的影响 (19)4.1 椭圆偏心率k的影响 (19)4.2 初始安装角δ的影响 (19)4.3 曲柄、连杆长度的影响 (20)4.4 摇杆运动性能分析 (21)第五章机构的结构设计 (23)5.1 箱体的设计 (23)5.1.1 箱体的结构约束 (23)5.1.2 新机构参数的选择 (24)5.1.3 箱体的结构设计 (24)5.2 椭圆齿轮的三维模型建立 (25)5.3 曲柄的设计和图纸 (26)5.4 摇杆的设计和图纸 (27)5.5轴的设计和图纸 (28)5.5.1 轴的材料选择 (28)5.5.2 轴的结构设计 (28)5.5.3提高轴的强度措施 (29)5.5.4 轴的强度校核 (30)5.6 三维装配图 (30)第六章总结 (32)参考文献 (33)致谢 (34)第一章绪论1.1引言我国是纺织大国，纺织品的出口量位居世界第一，同时也是纺织机械进口大国，据我国海关统计，2011年1-11月我国纺织机械进出口总额为53.83亿美元，同比增长59.56％。

曲柄摇杆机构的设计(图解法)
王晓敏
【期刊名称】《江西机械》
【年(卷),期】2001(000)001
【摘要】本文针对用图解法设计曲柄摇杆机构时出现曲柄回转中心位置不确定,根据附加条件通过作图及证明得到曲柄回转中心有唯一解.
【总页数】1页(P43)
【作者】王晓敏
【作者单位】江西省机械工业学校
【正文语种】中文
【中图分类】TH12
【相关文献】
1.图解法设计曲柄摇杆机构 [J], 吴雁平;岳丽敏;张淑贤
2.在CAD环境下用图解法设计曲柄摇杆机构 [J], 刘颖
3.利用辅助圆图解法设计曲柄摇杆机构 [J], 韩忠义;张向红
4.曲柄摇杆机构的图解法设计 [J], 邓建党
5.曲柄摇杆机构的参数化图解法优化设计 [J], 曹茹
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文 章 编 号 ：１ ７ — ８ １（ ０ ７ ０ — ５ ５ ０ ６ ３ ３５ ２ ０ ） ５０ ２ —４
一
种 新 型 打 纬 机 构 的 设 计 与 分 析
顾叶琴 ， 赵 雄 ，陈 建 能 ， 赵 匀
（ 江理 工 大 学机 械 与 自动 控 制 学 院 ， 州 ３ ０ １ ） 浙 杭 １ ０ ８
筘 的摆动很 小 ， 在 ５ｍｍ 左右 。共 轭 凸 轮打 纬 停 顿 时 间为 ２ ０ 约 ２。
～
２ Ｏ。 ４ 。
１ 新 型 打 纬 机构 工 作原 理 和 效 果
为 了满 足筘 座在后 心 位置 有 较 长 的停顿 时间 ， 同时 又要 克服 共轭 凸轮加 工和 安装 的麻 烦 ， 者 提 出椭 圆齿 轮 一 曲柄 摇杆 打纬 笔 机构 ， １ 示为 该新 型 打 纬机 构示 意 图。其 中椭 圆齿 轮加 工虽 １ 主 图 所 ・ 动椭圆齿轮 ２从动 ・ 椭圆 齿轮 ３ 筘座 ・ 有一定 的难 度 ， 普通 齿轮 加工机 床经 改装 就能 直接铣 齿 、 齿 和 图 １ 椭圆齿轮一曲柄摇杆打纬机构示意图 但 滚
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浙 江理 工大 学学报 ， ２ 第 ４卷 ， ５期 ，０ ７年 ９月 第 ２０
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＺ ｅｉｎ ｃ Ｔｅ ｈ Ｕｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ｈ ｊ ｇ Ｓ ｉ ｃ ｉｅ ｓｔ ｏ ａ —
Ｖｏ ．２ １ ４，Ｎｏ． ５，Ｓ ｐｔ ２ ０７ ｅ ． ０
与 常 用 的 两种 打 纬机 构 进 行 性 能 比较 ， 体现 了机 构 的优 良性 。 关 键 词 ：打 纬 机 构 ；椭 圆齿 轮 ；曲柄 摇 杆 ；偏 心 率 中 图分 类 号 ： １ ３ １ ５ ＴＳ ０ ， ３ 文 献标 识 码 ： Ａ

剑杆织机的引纬机构摘要总结了剑杆织机引纬机构的现状,重点分析了几种典型引纬机构的工作原理及其各自的优缺点及创新。

关键词剑杆织机引纬机构1 前言剑杆引纬机构是剑杆织机的五大核心机构之一,它将纬纱引入梭口,形成织物所需的纹理。

剑杆织机引纬过程纬纱始终受到剑头的积极控制,引纬失误少,可靠性高,可以实现对许多引纬比较困难的纱线进行引纬,其制织品种的适应性极其广泛,尤其在色织上更具优势,配以多臂机或提花机,采用多色纬可织造出图案复杂多变、色彩绚丽的高级宽幅织物。

同时剑杆织机的门幅宽,因此剑杆织机成为应用最广泛的一种无梭织机。

现代织机在适应高速、高效的同时,对引纬机构的性能要求越来越高,引纬机构设计的好坏直接决定了整机性能的优劣。

本文综述了目前常用引纬机构的工作原理及其优缺点,并提出一种新型的引纬机构,同时对该机构进行初步的分析。

2 剑杆织机引纬机构的研究进展剑杆织机是无梭织机中最早发明和推广应用于生产实践的一种织机,经过多次更新换代,当今最先进的剑杆织机已经与早期的剑杆织机大相径庭。

下面分析几种典型的剑杆引纬机构。

2.1 共轭凸轮引纬机构共轭凸轮引纬机构是应用最多的一种机构,如SM93(SOMET公司)、GA731(杭纺机)、TT-96(浙江泰坦)、HGA732(浙江精工)、JWG1726(经纬纺机)、LL680(无锡亨利)、JZ2(西航)、LGA783(聊城纺机)等剑杆织机采用该类型引纬机构。

它采用分离筘座,引纬和打纬运动没有直接的传动关系。

共轭凸轮引纬机构的运动原理如图1所示。

该引纬机构有一个自由度,由共轭凸轮、连杆机构和轮系组成。

共轭凸轮1使刚性角形杆H1AH2作往复摆动,摆杆AB和杆H1AH2刚性连接,通过四连杆机构ABCD驱动与摇杆CD刚性连接的圆柱齿轮2作往复摆动。

最后经过定轴轮系Zl、Z2、Z3和剑轮3的放大,使与剑轮啮合的剑带4获得往复最终所有的捻度。

共轭凸轮引纬机构的剑头运动规律在理论上可按照任意曲线要求来设计,如采用改进的梯形加速度的曲线控制剑头缓慢进入梭口,平稳交接剑,使得共轭凸轮引纬机构在织造过程中纬纱的张力变化较平缓,纬纱断纬、缩纬率低。

% 曲柄摇杆机构运动分析% (1)-计算连杆的输出角th3和摇杆的输出角th4% 设定各杆的长度(单位:毫米)rs(1)=304.8; % 设定机架1长度rs(2)=101.6; % 设定曲柄2长度rs(3)=254.0; % 设定连杆3长度rs(4)=177.8; % 设定摇杆4长度dr=pi/180.0;% 角度与弧度的转换系数% 设定初始推测的输入% 机构的初始位置th(1)=0.0; % 设定曲柄2初始位置角是0度(与机架1共线)th(2)=45*dr; % 连杆3的初始位置角是45度th(3)=135*dr; % 摇杆4的初始位置角是135度% 摇杆4的初始位置角可以用三角形的正弦定理确定th(3)=pi-asin(sin(th(2))*rs(3)/rs(4));dth=5*dr; % 循环增量% 曲柄输入角从0度变化到360度,步长为5度,计算th34for i=1:72[th3,th4]=ntrps(th,rs); % 调用牛顿—辛普森方程求解机构位置解非线性方程函数文件% Store results in a matrix-th34,in degrees% 在矩阵th34中储存结果,以度为单位;(i,:)表示第i行所有列的元素;(:,i)表示第i列所有行的元素th34(i,:)=[th(1)/dr th3/dr th4/dr]; % 矩阵[曲柄转角连杆转角摇杆转角]th(1)=th(1)+dth; % 曲柄转角递增th(2)=th3; % 连杆转角中间计算值th(3)=th4; % 摇杆转角中间计算值end% 求解曲柄摇杆机构中连杆的输出角th(3)和摇杆的输出角th(4)—函数文件function [th3,th4]=ntrps(th,rs)% 使用基于牛顿—辛普森方程解答四杆机构位置的非线性问题% 变量设置% th(1)=theta_2 % 输入变量% th(2)=theta_3_bar(starting guess) % 输出变量% th(3)=theta_4_bar(starting guess) % 输出变量% rs(1)=r_1，机架长度；rs(2)=r_2，曲柄长度；rs(3)=r_3，rs(4)=r_4，摇杆长度th2=th(1);th3bar=th(2);th4bar=th(3);% 设定收敛条件epsilon=1.0E-6;% 计算二维矢量的函数% 四杆机构闭环矢量方程的矩阵形式f=[rs(3)*cos(th3bar)-rs(4)*cos(th4bar)+rs(2)*cos(th2)-rs(1);rs(3)*sin(th3bar)-rs(4)*sin(th4bar)+rs(2)*sin(th2)];% 重复计算每个方程式的修正量因子while norm(f)>epsilonJ=[-rs(3)*sin(th3bar) rs(4)*sin(th4bar); rs(3)*cos(th3bar) -rs(4)*cos(th4bar)];dth=inv(J)*(-1.0*f);th3bar=th3bar+dth(1);th4bar=th4bar+dth(2);% 四杆机构闭环矢量方程的矩阵形式f=[rs(3)*cos(th3bar)-rs(4)*cos(th4bar)+rs(2)*cos(th2)-rs(1);rs(3)*sin(th3bar)-rs(4)*sin(th4bar)+rs(2)*sin(th2)];norm(f); % 计算矩阵或向量的范数(模)end;th3=th3bar; % 弧度值th4=th4bar; % 弧度值% 绘制输出角th(2)与th(3)—输入角th(1)的关系曲线subplot(2,2,1) % 选择第1个子窗口plot(th34(:,1),th34(:,2),th34(:,1),th34(:,3))axis([0 360 0 170])grid % 网格线ylabel('从动件角位移/deg')title('角位移线图')text(110,110,'摇杆4角位移')text(50,35,'连杆3角位移')% (2)-计算连杆的角速度om3和摇杆的角速度om4% Setting initial conditions% 设置初始条件om2=250; % 曲柄角速度(等速输入)T=2*pi/om2; % 机构周期-曲柄旋转1周的时间(秒)% 曲柄输入角从0度变化到360度,步长为5度,计算om34for i=1:72ct(2)=i*dth;A=[-rs(3)*sin(th34(i,2)*dr) rs(4)*sin(th34(i,3)*dr); rs(3)*cos(th34(i,2)*dr) -rs(4)*cos(th34(i,3)*dr)];B=[om2*rs(2)*sin(ct(2));-om2*rs(2)*cos(ct(2))];om=inv(A)*B; % 输出角速度矩阵om3=om(1);om4=om(2);om34(i,:)=[i om3 om4]; % 矩阵[序号连杆角速度摇杆角速度]t(i)=i*T/72;end% 绘制连杆的角速度om3和摇杆的角速度om4—时间Times的关系曲线subplot(2,2,2) % 选择第2个子窗口plot(t,om34(:,2),t,om34(:,3))axis([0 0.026 -190 210])grid % 网格线title('角速度线图')ylabel('从动件角速度/rad/s')text(0.001,170,'摇杆4角速度')text(0.013,130,'连杆3角速度')% (3)-计算连杆的角加速度a3和摇杆的角加速度a4a2=0; % 曲柄角速度是等速,角加速度a2=dom2/dt=0% 曲柄输入角从0度变化到360度,步长为5度,计算a34for i=1:72c(2)=i*dth;C=[-rs(3)*sin(th34(i,2)*dr) rs(4)*sin(th34(i,3)*dr); rs(3)*cos(th34(i,2)*dr) -rs(4)*cos(th34(i,3)*dr)];D(1)=a2*rs(2)*sin(c(2))+om2^2*rs(2)*cos(c(2))+om34(i,2)^2*rs(3)*cos(th34(i,2)*dr)-om34(i,3)^2*rs( 4)*cos(th34(i,3)*dr);D(2)=-a2*rs(2)*cos(c(2))+om2^2*rs(2)*sin(c(2))+om34(i,2)^2*rs(3)*sin(th34(i,2)*dr)-om34(i,3) ^2*rs(4)*sin(th34(i,3)*dr);a=inv(C)*D'; % 输出角加速度矩阵a3=a(1);a4=a(2);a34(i,:)=[i a3 a4]; % 矩阵[序号连杆角加速度摇杆加角速度]t(i)=i*T/72;end% 绘制连杆的角加速度a3和摇杆的角加速度a4—时间Times的关系曲线subplot(2,2,3) % 选择第3个子窗口plot(t,a34(:,2),t,a34(:,3))axis([0 0.026 -6*1e4 8*1e4])grid % 网格线title('角加速度线图')xlabel('时间/s')ylabel('从动件加速度/rad/s^{2}')text(0.003,6.2*1e4,'摇杆4角加速度')text(0.010,3.3*1e4,'连杆3角加速度')%% 输出1：四杆机构运动周期(0:5:360),时间,角位移,角速度,角加速度数据disp ' 曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度' ydcs=[th34(:,1),th34(:,2),th34(:,3),om34(:,2),om34(:,3),a34(:,2),a34(:,3)];disp (ydcs)% 输出参数的数量级必须一致%% (4)-运动误差分析% 闭环矢量方程:r2+r3-r4-r1=0% 误差矢量E=r2+r3-r4-r1的模是表示仿真有效程度的标量(ex和ey是误差分量)ex=rs(2)*cos(th34(:,1)*dth)+rs(3)*cos(th34(:,2)*dth)-rs(4)*cos(th34(:,3)*dth)-rs(1); ey=rs(2)*sin(th34(:,2)*dth)+rs(3)*sin(th34(:,2)*dth)-rs(4)*sin(th34(:,3)*dth);ee=norm([ex ey]); % 计算误差矢量矩阵的范数(模) %% 输出2：四杆机构运动周期(0:5:360),时间,X向误差分量,Y向误差分量disp ' 曲柄转角时间(秒) X向误差Y向误差'wc=[th34(:,1),t(:),ex(:,1),ey(:,1)];disp (wc)fprintf (1,' 误差矢量矩阵的模ee = %3.4f \n',ee)%% 绘制均方根相容性误差曲线subplot(2,2,4) % 选择第4个子窗口plot(t,ex(:,1),t,ey(:,1))axis([0 0.026 -800 600])grid % 网格线title('均方根误差曲线')xlabel('时间/s')ylabel('均方根误差')text(0.012,350,'X向误差分量')text(0.003,-600,'Y向误差分量')。

ri 2 l42 l12 ri 2 24 i arccos[ ] arccos[ ] 2l4ri 10ri
ri l12 l42 2l1l4 cos i 26 10cos i
曲柄摇杆机构的设计
3. 约束条件的确定
① 曲柄存在条件
l1≤l2；l1≤l3；l1+l4≤l2+l3 l2≤（l4－l1）＋l3；l3≤（l4－l1）＋l2 ② 曲柄与机架共线位置时的传动角（连杆BC 和摇杆CD 之 间的夹角） 最小传动角γmin=min∠BCD≥45° 最大传动角γmax=max∠BCD≤135°
ADAMS仿真
检验优化结果
图4 为测量曲柄旋转角和传动角位移图，它表 明主动杆AB 由φ0=26.4738°转到φ0=386.4738°， 杆AB 可以旋转一周，进而说明设计的曲柄正确。 当曲柄旋转一周，传动角的变化范围70°≤γ≤135° ，所以满足传动角45°≤γ≤135°设计要求。
图3 曲柄转角与传动角位移图
用MATLAB 工具箱优化计算结果
④ 运行结果
连杆机构实现函数优化设计最优解 连杆相对长度 a=4.1286 摇杆相对长度 b=2.3226 输出角平方误差之和 f*=0.0076 最优点的性能约束函数值 最小传动角约束函数值 g1*=-7.1214 最大传动角约束函数值 g2*=-0.0000
用MATLAB 工具箱优化计算结果
用MATLAB 工具箱优化计算结果
将输入角分成30 等分（m=30），经过转化为标准形式得
到曲柄摇杆机构优化设计标准数学模型为:
min f ( x) (Ei i ) 2
i 1
m
x [l2 l3 ]T [ x1 x2 ]T

按传动角要求设计曲柄摇杆机构的解析法随着工业现代化的发展和制造行业技术的不断提升，越来越多的机械制造和设计任务需要使用一些特殊和复杂的机械架构。

其中，曲柄摇杆机构是一种经典的机构结构，用于把旋转运动转换为直线运动。

在设计曲柄摇杆机构时，如何按照传动角要求进行设计是一个非常重要的问题。

曲柄摇杆机构是一种广泛使用的机构，常用于发动机、飞机、农用机械、打印机等领域。

对于曲柄摇杆机构的设计来说，首先需要了解曲柄摇杆机构的基本组成部分。

它主要包含曲柄、摇杆和连杆三个部分，其中曲柄为主动件，摇杆和连杆为从动件。

曲柄的旋转运动会带动连杆和摇杆一起运动，从而实现机械传动。

在曲柄摇杆机构的设计中，传动角是一个非常重要的参数。

传动角指曲柄在一个转动周期内所转过的角度，通常用单位弧度来表示。

在曲柄摇杆机构的运动过程中，传动角的大小决定了从动部件的行程大小和速度，主动部件的转速以及机械运动的稳定性。

因此，在进行曲柄摇杆机构的设计时，要按照传动角要求进行设计。

按照传动角要求进行曲柄摇杆机构的设计可以使用解析法。

解析法是一种以解析表达式为基础的计算方法。

它可以通过建立数学模型和方程式来进行曲柄摇杆机构的计算和优化。

下面，我们将介绍这种方法的基本流程。

1.建立曲柄摇杆机构的数学模型在使用解析法进行曲柄摇杆机构设计之前，需要首先建立一个数学模型。

数学模型是完整的系统表达式，它可以表述整个机械件之间的关系。

数学模型的建立可以通过画出曲柄摇杆机构的结构示意图，确定每个部分的参数，以及根据机构运动原理编写各个部分的运动关系方程。

2.解析方程求解曲柄摇杆机构的传动角建立曲柄摇杆机构的数学模型之后，就可以根据运动关系方程求解传动角。

具体的求解方法是，使用解析表达式代替运动关系方程中的参数，将它们代入方程式中求解。

通过解析方程求解曲柄摇杆机构的传动角，我们可以确定不同转动角度下的运动参数，比如速度、行程等。

3.计算曲柄摇杆机构的传动角误差在曲柄摇杆机构设计过程中，需要进行传动角误差计算。

—
的最小数值 Ｍ Ｎ Ａ Ｇ Ｅ和最大数值 Ｍ Ｘ Ａ Ｇ Ｅ Ｉ＿ Ｎ Ｌ Ａ —ＮＬ ， 如 图 ２所示 。 创建曲柄摇杆 机构摆角的“ 系” 析特征 ， 关 分 根据摆角 等于最大的 Ｃ Ａ减去最小的 Ｃ Ａ 所 Ｄ Ｄ ，
以关 系式设 为 ：
＝
（ ）在 装 配 模 块 中 为 ２
设 计 与制 造
・
机 械 研 究 与应 用 ・
曲柄 摇 杆 机 构 的 运 动分 析 及 快 速优 化 设 计
谢 晓 华
（ 州职业技术学院，湖南 永州 永 ４ ５０ ） ２ １０ ）
摘
要 ： 用 Ｐｏ Ｅ对曲柄摇杆机 构进行运动分析 ， 运 ｒ／ 创建机 构的特征参数 ， 对机构进行敏 感度分析 。通 过设置 辅助 再
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｉ ｒ ｃｅ， ｈ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃ ａ ｋ—ｒｃ ｅ ｃ ａ ｉｍ ｓｎ ｒ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｈ ｓａ ｔ ｌ ｔ ｅ ｍｏ ｏ ｆｔ ｒ ｎ ｉ ｉ ｈ ｏ ｋ ｒｍｅ ｈ ｎ ｓ ｕ ｉｇ Ｐ ｏ／ Ｅ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄ， ｅ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔ ａ ａ ｔ ｒ ａ ａｙ ｅ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｓ ｃ ｐ ｍｅ ｅｓ ｓ ｈ ｉｉ ｒ ａｅ ｃ ｅ ｔｄ。ｔ ｅ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｓｓ ｎ ｉ ｖｔ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ ｒ ｒａｅ ｈ ｎ ｔ ｃ ａ ｉｍ ｅ ｓｔ ｉ ａ ｅ ａ ａｙ ｅ ．Ｂ ｅｔ ｇｔ ｅ ａ ｘ ｌ ｒ ｏ ｄ ｔ ｎ ，ｔ ｅｆ ａ ｉ ｉ ｔ ａｙ ｉ ｎ ｈ ｉ ｙ ｙ ｓ ｔ ｎ ｈ ｕ ｉ ａ ｙｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｌ ｅ ｓ ｂｌ ａ ｌ ｓｓａ ｄ叩 － ｉ ｉ ｉ ｌ ｉ ｎ ｙ ｔ ｌｄ ｓ ｎ ａ ｅｇ ｖ ｎ ｔ ｃ ａ ｉｍ．Ｉ ｉ ｒｖ ａ ｈ ｔｏ ｓ ｃ ｎ ｅ ｉｎ ．ｐ ａ ｔ ａ ｄ ｐ ｅ ｉｉｎ ｉ ｅ ｉ ｒ ｉ ｅ ｏｍｅ ｈ ｎ ｓ ｍａ ｇ ｔ ｓｐ ｏ ｅ ｔ ｔｔ ｅｍｅ ｄ ｉ ｏ ｖ ｎ ｅ ｔ ｒ ｃ ｉ ｌａ ｒ ｃ ｓ 。 ｄ ｈ ｈ ｃ ｎ ｏ

椭圆齿轮啮合初始位置如图2所示o和表1暋相关参数说明符号意义a椭圆齿轮长半轴b椭圆齿轮短半轴偏心率kba轴心o到啮合点p的距离主动轮1的角速度为匀速逆时针氄l2l4j2j4z1z4放大轮系的各齿轮齿数符号氄1氄2意义主动轮1的角位移从动轮2的角位移椭圆齿轮半焦距c2a2b2轴心a到啮合点p的距离kcr1r2氄暓1氄2从动轮2的角速度2从动轮2的角加速度连杆bc的长度l1l3j1j3氀曲柄ab的长度摇杆cd的长度支座ad的长度曲柄ab与x轴的夹角连杆bc与x轴的夹角摇杆dc与x轴的夹角bd连线与x轴的夹角剑轮的半径1
( 8)
yB = l1 sinj 1
j 1 = - ∃- !2
x C = x B + l2 co sj 2 = x D + l3 cosj 3
( 9)
yC = y B + l2 sinj 2 = y D + l3 sinj 3
由式( 9) 得
( x D - x B ) 2 + ( y D - y B ) 2 + l23 - l22 +
t anj 2 =
yC xC-
yB xB
( 13)
建立速度及加速度方程:
vxB = - !& 2 l1 sinj 1
v yB = !& 2 l1 cosj 1
&
j2 =
vxB co sj 3 + vyB sinj 3 l2 sin( j 2 - j 3 )
( 14) ( 15)
( 16)
&
j3 =
vxB co sj 2 + vyB sinj 2 l3 sin( j 2 - j 3 )
) b2 -
b2

这两个条件必须同时满足，否则机构中不存在 整转副，无论取哪个构件作机架都只能得到双摇 杆机构。
18
另外，具有整转副的铰链四杆机构是否存 在曲柄，还应根据选择何杆为机架来判断。 (1) 取最短杆为机架时，机架上有两个整转副， 故得双曲柄机构。
19
(2) 取最短杆的邻边为机架时，机架上只有一 个整转副，故得曲柄摇杆机构。
共线。此时杆１与杆２的夹角β的变化范围为也是 0o ～360 0
杆３为摇杆，它与相邻两杆的夹角ψ 、γ 的 变化范围小于360°。
显然，Ａ、Ｂ为整转副， Ｃ、Ｄ不是整转副。
为了实现曲柄 １整周回转，AB杆 必须顺利通过与连 杆共线的两个位置 AB′和AB″。
15
当杆１处于AB′位置时，形成三角形 ACD 。
摇杆自C2D摆回至C1D是其空回行程，这时 Ｃ点的平均速度是v2=C1C2 ／t2，显然v1 < v2 ， 它表明摇杆具有急 回运动的特性。牛 头刨床、往复式输 送机等机械就利用 这种急回特性来缩 短非生产时间，提 高生产率。
4
急回运动特性可用行程速度变化系数（也称 行程速比系数）K 表示。
v2
பைடு நூலகம்
C1C2/t2
根据三角形任意两边之和必大于(极限情况下等于)
第三边的定理可得
l4≤(l2 －l1)＋l3
l3≤(l2 －l1)＋l4
即 l1＋l4≤l2＋l3 （2-4） l1＋l3≤l2＋l4 （2-5）
当杆１处于AB″位置
时，形成三角形ACD 。
可得
l1 ＋ l2 ≤l4 ＋ l3
（2-6）
16
将式(2-4)、(2-5)、(2-6)两两相加
l1＋l4≤l2＋l3
（2-4）

杆机构。
原动摇杆摆动 →从动摇杆摆动
§2-2 铰链四杆机构有整转副的条件
整转副定义:两构件能相对转动3600的转动副。 显然铰链四杆机构中曲柄就具有整转副。
曲柄摇杆机构在什麽条件具有整转副? 已知：杆１曲柄，杆２连杆，
杆３摇杆，杆４机架。
各杆长度为l1、l2、l3、 l4。
曲柄１与杆４的夹
角 的变化范围：
由于传动角γ在简图中非常直观，所以平面连杆机构 习惯于用传动角γ来表示机构的传动性能。机构工作时， 其传动角是作周期变化的。
1 为保证机构的传力性能良好，
应使最小传动角γmin≥ 。 一般许用值 =40°～50°。
重载大功率时取大值。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
曲柄摇杆机构中， 最小传动角γmin 总是发 生于曲柄与机架共线 和重叠共线的两位置 之一，如图所示。 (具 体证明见P30页)
仍能可靠地夹紧工件。 当需要取出工件时，只 需向上扳动手柄，即能 松开夹具。
二、双曲柄机构
两连架杆均为曲柄 的铰链四杆机构称为双 曲柄机构。
双曲柄机构功能：
原动曲柄转动（匀速）→从动曲柄转动（非 匀速或匀速）
双曲柄机构中，最常用的是平行四边形机构， 或称平行双曲柄机构。
三、双摇杆机构 两连架杆均为摇杆的铰链四杆机构称为双摇
(3) 取最短杆的对边为机架时，机架上没有整 转副，故得双摇杆机构。
§2-3 铰链四杆机构的演化
一、曲柄滑块机构
曲柄摇杆机构，铰链中心Ｃ的轨迹是以Ｄ为 圆心，以l3为半径的圆弧mn。若l3增至无穷大, 则如图b所示，C点轨迹变成直线。于是摇杆３演 化为直线运动的滑块，转动副Ｄ演化为移动副， 机构演化为如图所示的曲柄滑块机构。