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ANSYS连杆机构运动分析实例曲柄滑块机构2

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连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构15例第][本例提示对连杆机构进行运动学分析的方法、步骤和过程，并使用解介绍了利用ANSYS析解对有限元分析结果进行了验证。

着重介绍了曲柄滑块机构模型的创建以及约束的施加方法，介绍了三维铰链单元COMBIN7的使用方法。

15.1 概述其关键在本分析仍然属于瞬态动力学分析，分析过程与普通的瞬态动力学分析基本相同。

COMBIN7的创建，现在此简单介绍。

于三维铰链单元COMBIN7图三维铰链单元15-1、用以定义和JCOMBIN7单元属于三维单元，有5个节点，分别是活跃节点I三维铰链LINK 并且分属于和J应该位置重合，活跃节点L和M（图15-1）。

I控制节点铰链轴的节点K、没有定义，则铰链轴为全球笛卡尔是一个单元或单元集合。

如果节点K和AB，LINK A和B z轴。

坐标系的帮助文档。

单元的进一步内容请参阅三维铰链COMBIN7ANSYS另外，本分析必须将大变形选项打开。

问题描述及解析解15.2=250 所示为一曲柄滑块机构，曲柄长度R图15-2，曲柄为e=200 mm、偏距=620 、连杆长度mmLmm 曲柄滑块机构15-2 图153例第15 连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构随时间变化情况。

、加速度a，求滑块3的位移s、速度vn原动件，转速为=30 r/min3313[5][6]，该问题的解析解十分复杂，使用不太方便。

本例用图解法解决根据机械原理的知识的位移3问题，由于过程比较繁琐，而且只是为了验证有限元解的正确性，所以，关于滑块变化情况的图形没有必要给出。

在这里只求解了以下数据：ts、速度v、加速度a随时间333。

滑块的行程H=535.41 mm??180?。

由于机构=19.43°，于是机构的行程速比系数机构的极位夹角为θ242.K??1???180K60空回，s一个工作循环周期为s，所以机构工作行程经历的时间108T?1T?.2?T?11?Kn1 s。

行程经历的时间892.?T?T0T?12 15.3 分析步骤改变工作名15.3.1在的对话框，示Change Utility Menu→File→Jobname。

弹出图15-3所取拾菜单Ok”按钮。

[/FILNAM]“”文本框中输入EXAMPLE15，单击“改变工作名对话框图15-3 改变工作名对话框图15-315.3.2 定义参量所示的对话框，在15-4Parameters→Scalar Parameters。

弹出图→拾取菜单Utility Menu文本按钮；再在“单击“Accept”Selection”，文本框中输入”“Selection PI=3.1415926参量对话框15-4 图单元类型对话框15-5 图25154例ANSYS在机械工程中的应用（曲柄、OMGA1=30（连杆长度）、E=0.2（偏距）框中依次输入R=0.25（曲柄长度）、L=0.62AY=0、、FI0=ASIN(E/(R+L))、AX=0、转速）T=60/OMGA1（曲柄转动一周所需时间，单位：s）、CX=(R+L)*COS(FI0)B坐标）、BX=R*COS(FI0)（铰链A坐标）、、BY=-R*SIN(FI0) （铰链”所示的对话框的“Close”按钮；最后，单击图15-4AcceptCY=-E（铰链C坐标），同时单击“按钮。

15.3.3 创建单元类型所示的。

弹出图15-5Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete拾取菜单Main Menu→，在”CombinationAdd”按钮；弹出图15-6所示的对话框，在左侧列表中选“对话框，单击“”“按钮；再在左侧列表中选Structural Beam ”，单击“Apply”“右侧列表中选Revolute joint 7”按所示的对话框的“CloseOk单击“”按钮；单击图15-53D elastic 4在右侧列表中选“”,单元类型库对话框15-6 图钮。

定义材料特性15.3.4所示。

Material Models弹出的图15-7→→→拾取菜单Main MenuPreprocessorMaterial Props材料模型对话框15-7 图155第15例连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构15-8“Isotropic”，弹出图”、“Linear”、“Elastic”、的对话框，在右侧列表中依次双击“Structural （泊0.3 文本框中输入PRXY”文本框中输入2e11（弹性模量），在“”EX所示的对话框，在“所示，弹出图”15-9，单击“Ok”按钮；再双击右侧列表中“Structural”下“Density松比），单0，即不考虑各杆的惯性力）的对话框，在“DENS”文本框中输入1e-14（密度。

近似为所示的对话框。

15-7击“Ok”按钮。

然后关闭图材料特性对话框15-8 图定义密度对话框图15-915.3.5 定义实常数所示。

弹出图15-10→Real Constants→Add/Edit/DeleteMain Menu拾取菜单→Preprocessor，”在列表中选择“Type 1 COMBIN7弹出图的对话框，单击“Add”按钮，15-11所示的对话框，、，在“K1”Ok”按钮，弹出图15-12所示的对话框（注：图中对该对话框作了删节）单击“按钮；返回到图”01E3、、1E3、，单击“Ok1E9K4、K3、K2“”“”“”文本框中分别输入选择单元类型对话15-11 图定义实常数对话图15-1025156例ANSYS在机械工程中的应用Type 在列表中选择“Add”按钮，弹出图15-11所示的对话框，15-10所示的对话框，再次单击“，15-13所示的对话框（注：图中对该对话框作了删节）2 BEAM4”，单击“Ok”按钮，弹出图、1.3333E-84E-4、1.3333E-8、TKY”、“TKZ”、“”文本框中分别输入IYYAREA在“”、“IZZ”、“”按钮。

按钮；返回到图15-10所示的对话框，单击“Close0.02、0.02，单击“Ok”）设置实常数对话框（2图15-13 ）15-12 图设置实常数对话框（1 15.3.6 创建节点。

弹出图CS→In Active →Modeling→Create→Nodes→拾取菜单Main MenuPreprocessor，,0”文本框中分别输入AX,AY”文本框中输入所示的对话框，在“NODE1，在“X,Y,Z15-14，BX,BY,0，在“2X,Y,Z”文本框中分别输入单击“Apply”按钮；在“NODE”文本框中输入，,0,Z”文本框中分别输入BX,BYX,Y”按钮；在“NODE”文本框中输入3，在“Apply单击“，CX,CY,0,Z4，在“X,Y”文本框中分别输入”文本框中输入”单击“Apply 按钮；在“NODE，,-1”文本框中分别输入BX,BYX,Y,Z在5”“按钮；”“单击Apply 在NODE文本框中输入，“按钮。

”Ok单击“157例连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构第15创建节点的对话框图15-14指定单元属性15.3.7弹出。

→Elem AttributesCreate→Modeling→→Elements拾取菜单Main Menu→Preprocessor”MAT”，选择下拉列表框“1 COMBIN715-15图所示的对话框，选择下拉列表框“TYPE”为“”按钮。

，单击“1”Ok为“1”，选择下拉列表框“REAL”为“单元属性对话框15-15 图创建铰链单元15.3.8→NumberedElements→→Auto ModelingMenu拾取菜单Main →Preprocessor→→Create按钮，于是在节”，单击“Thru Nodes。

弹出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中输入2,3,5Ok 点）创建了一个铰链单元。

B32点和处（即指定单元属性15.3.925158例ANSYS在机械工程中的应用。

弹出→Elem Attributes→Create→Elements→拾取菜单Main Menu→PreprocessorModeling瞬态分析选项对话框图15-16”MAT”为“2 BEAM 4”，选择下拉列表框“图15-15所示的对话框，选择下拉列表框“TYPE Ok”按钮。

2”，单击“REAL为“1”，选择下拉列表框“”为“15.3.10 创建梁单元→Elements→Create →→用来模拟各个杆，拾取菜单Main Menu→PreprocessorModeling ”1,2，单击“ApplyAuto Numbered→Thru Nodes。

弹出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中输入个梁22个梁单元，，单击“Ok”按钮。

于是创建了按钮；再在拾取窗口的文本框中输入3,4 点处铰链单元连接。

单元由B 指定分析类型15.3.11”“New analysisNew Analysis 。

在弹出的→拾取菜单Main Menu→Solution→Analysis TypeTransient “按钮，在随后弹出的单击“Ok”，为选择对话框中，“Type of Analysis”“Transient”按钮。

Analysis”对话框中，单击“Ok”打开大变形选项15.3.12所示的对15-16。

Analysis Type→Analysis Options弹出图→→拾取菜单Main MenuSolution 按钮。

”Ok”打开，单击“NLGEOM话框，将“159连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构例第1515.3.13 确定载荷步时间和时间步长。

弹出→Time - Time StepSolution→Load Step Opts→Time/Frequenc→拾取菜单Main Menu确定载荷步时间和时间步长对话框图15-17”文本框，在“DELTIM Time Step size“TIME”文本框中输入T图15-17所示的对话框，在按钮。

Ok”KBCT/70，选择“”为“Ramped”，单击“中输入确定数据库和结果文件中包含的内容15.3.14。

弹出图FileCtrlsOutput →DB/Results Step →拾取菜单Main MenuSolution→Load Opts→单击, Every substep”，选中“Items”为“所示的对话框，选择下拉列表框“15-18ItemAll ”数据库和结果文件控制对话框15-18 图25160例ANSYS在机械工程中的应用按钮。

“Ok”设定非线性分析的收敛值15.3.15。

弹出图CritNonlinear→Convergence →Menu→SolutionLoad Step Opts→拾取菜单Main非线性收敛标准定义对话框15-20 图”右侧两所示的对话框，在“Lab15-19所示的对话框，单击“Replace”按钮，弹出图15-20”TOLERV，在“ALUE”文本框中输入1，在“个列表中分别选择“Structural”和“Force F”文本框中输入0.1，单击“Ok”所示的按钮。

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曲柄滑块机构运动分析

曲柄滑块机构运动分析

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。

曲柄滑块机构基于ANSYS的运动特性分析

曲柄滑块机构基于ANSYS的运动特性分析

ANSYS学习心得学院：班级：学号：姓名：时间：2012年7月2日——7月6日曲柄滑块机构基于ANSYS的运动特性分析摘要：随着工业的发展，不同规格的曲柄滑块机构被应用到了更多的机械设备中去，在机械制造工业以及其他工业的生产中作用越来越显著，例如在汽车、电子、农业、医疗等部门都用广泛的应用。

因而提高机械的自动化程度，降低工人的劳动强度，改善劳动条件都离不开对曲柄滑块机构的研究。

本文使用有限元法对曲柄滑块机构进行运动特性分析。

首先利用解析法对问题进行求解，但是求解过程较为复杂，计算量大，鉴于ANSYS中有一类分析类型是结构动力学分析，符合本题得要求，可以加以应用，简化计算。

本文选择三维铰链单元COMBIN7建立模型进行分析求解。

对有限元与解析解进行分析与对比，可以看出有限元解的最优解的。

关键词：有限元法，运动特性，ANSYS，瞬态动力学Crank - slider mechanism motion characteristics analysis based on ANSYS Abstract :With development of industry, more and more different specifications of the Crank - slider mechanism is applied to the mechanical equipment. It pays an increasingly significant role in the machinery manufacturing industry and other industrial production with a wide range of applications .For example,in the auto industry ,Electronics, Agriculture, Medical and other departments . Therefor, the Crank - slider mechanism increases mechanical automation ,reducing labor intensity and improving working conditions.This paper using finite element method investigate the Crank - slider mechanism analysis of movement characteristics. Firstly, by using analytical method to solve problems，but solving process is relatively complex and large amount of calculation. There is a certain type of ANSYS which is a type of structure dynamics analysis, in accordance with the required analysis which can be used. The topic choices three dimensional hinge unit COMBIN7 on the analysis solution. In the end, the analytical solution and ANSYS finite element solution is compared, we can get the optimalsolution from the finite element .Key Words ：Finite element method; Movement characteristics ；ANSYS; Transientdynamic第一章 引 言1.1 本文的主要研究内容ANSYS 是大型的通用有限元软件，其功能强大，可靠性好，具有强大的结构分析能力和优化设计模块，因而被国内外大多数机械行业所采用。

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算

曲柄滑块机构的运动精度分析与计算宋亮;赵鹏兵【摘要】曲柄滑块机构是一种典型的四连杆机构,尽管设计时理论计算可以达到很高的精度,但是由于构件的制造误差及运动副的配合间隙等因素,会使机构在运动中产生输出误差,有时还会显著超出机构设计的允许误差.依据概率统计的相关理论进行机构设计,即考虑构件制造尺寸的随机误差,以保证机构运动的精度在允许的误差范围内.利用MATLAB进行仿真计算和实例研究,得出了理论设计和精度分析的计算结果.该方法准确、效率高、而且适合其它类型的机构设计,具有较大的工程实际应用价值.%Slider-crank mechanism is a typical four-bar linkage, in spite of the high precision when it' s calculated theoretically. The manufacturing error and kinematic pair clearance of the components will lead to the output error during the motion of the mechanism. Sometimes,it will significantly exceed the tolerance of the design. According to the probability and statistics theory, the mechanism is designed, that' s considering the random error of the component to make sure that the motion accuracy is in the allowed error range. Utilizing MATLAB to simulate and calculate based on case studies. and the theoretical design and accuracy analysis are obtained. This method is accurate and very efficiently, it also can be used in other kind of mechanism design, and it has much more practical value in engineering.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2011(011)010【总页数】5页(P2201-2205)【关键词】曲柄滑块机构;运动学;概率设计;等影响法;精度分析【作者】宋亮;赵鹏兵【作者单位】海军装备部,西安,710043;西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室,西安,710072【正文语种】中文【中图分类】TH112.1曲柄滑块机构是一种单移动副的四连杆机构，如图1和图2所示，分别为对心和偏心曲柄滑块机构。

曲柄(导杆)滑块机构设计分析正文.

曲柄(导杆)滑块机构设计分析正文.

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。