曲柄滑块机构惯性力优化平衡

曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真学位论文曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真目录目录 ............................................................... 1 摘要 ............................................................... 第1章绪论 ........................................................1.1选题的目的及意义 ............................................. 1.2优化设计方法的概述 ........................................... 1.3 国内外的研究现状 ............................................ 1.4 本文主要研究内容 ............................................ 第2章曲柄滑块机构的受力分析 ...................................... 2.1曲柄滑块机构的分类 ........................................... 2.2曲柄滑块机构的动力学特性 ..................................... 2.3曲柄滑块机构中运动学特性 ..................................... 第3章偏置式曲柄滑块机构的优化设计 ................................3.1 优化软件的介绍 .............................................. 3.1.1 MATLAB的发展历程和影响 ................................... 3.1.2 MATLAB在机构设计中的应用 ................................. 3.2 机构优化设计实例分析 ........................................ 3.2.1 设计目标的建立 ........................................... 3.2.2根据设计要求，确定约束条件 ................................ 3.3 利用MATLAB进行优化设计 ....................................3.3.1编制优化程序 .............................................. 3.3.2程序运行结果及处理 ........................................ 3.3.3 对优化结果进行验证和分析 ................................. 第4章偏置曲柄滑块机构的运动学建模与仿真 ..........................4.1偏置曲柄滑块机构运动特性建模 ................................4.1.1仿真环境简介 ............................................. 4.1.2机构的运动学建模 ........................................ 4.2 运动学仿真的实现 .......................................... 4.2.1函数的编制及初始参数的设定 ............................... 4.2.2构建Simulink仿真框图 .................................... 4.2.3 对仿真结果进行分析 ...................................... 总结 ............................................................... 参考文献 ........................................................... 致谢 ...............................................................第一章绪论1.1选题的目的及意义曲柄滑块机构由于可以实现旋转运动与直线运动之间的变换，并可以实现急回运动，所以在机械设备中得到广泛的应用，如冲压机械、惯性筛、自动送料机构、冲床、剪床和往复活塞式发动机等。

机械原理判断题第2章机构的结构分析随堂自测选择题〔每题5分，共100分〕1、当机构的的原动件数目小于其自由度数时，该机构将〔〕确定的运动。

正确答案：CA。

有B。

没有C。

不完全有2、当机构的的原动件数目大于其自由度数时，该机构将〔〕。

正确答案：CA。

有确定的运动B。

没有确定的运动C。

最薄弱环节发生损坏3、在机构中，一些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为〔〕。

正确答案：AA。

虚约束B。

局部自由度C。

复合铰链。

4、机构具有确定运动的条件是〔〕。

正确答案：CA。

机构自由度小于原动件数B。

机构自由度大于原动件数C。

机构自由度等于原动件数5、用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有〔〕个自由度。

正确答案：BA。

3B。

4C。

5D。

66。

杆组是自由度等于〔〕的运动链。

正确答案：AA。

0B。

17。

一般平面运动副所提供的约束为〔〕。

正确答案：DA。

1B。

2C。

3D。

1或2Ⅲ级机构,那么该机构应满足的必要充分条件是〔〕。

正确答案：DA。

含有一个自由度B。

至少含有一个基本杆组Ⅱ级杆组Ⅲ级杆组9。

机构中只有一个〔〕。

正确答案：DA。

闭式运动链B。

运动件C。

从动件D。

机架10。

具有确定运动的差动轮系中其原动件数目〔〕。

正确答案：AA。

至少应有2个B。

最多有2个C。

只有2个D。

不受限制11、机构作确定运动的基本条件是其自由度必须大于零。

〔〕正确答案：错对错12、任何机构都是自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上面构成的。

〔〕正确答案：对对错13、高副低代是为了对含有高副的平面机构进行分析和研究。

〔〕正确答案：对对错14、任何具有确定运动的机构的从动件系统的自由度都等于零。

〔〕正确答案：对对错15、在平面机构中一个高副将引入两个约束。

〔〕正确答案：错对错16。

当机构的自由度F>0,且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。

〔〕正确答案：对对错17。

运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目等于其自由度数。

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：泽陆(11071182)柯宇 (11071177)熊宇飞(11071174)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。

小型冲床小型冲床冲压的惯性力减低办法高速小型冲床在运行生产时，其运动方式曲轴连杆以及动作滑块机构形成的惯性相比传统普通的高速小型冲床惯性更大。

所产生的惯性力比普通型冲床的惯性力大，这是也是会出现小型冲床曲轴为什么会断的原因之一，冲床由于惯性大会造成更大震动以及噪音，并降低冲床冲压精度，所以减低小型高速冲床运动惯性力是极其重要的。

高速冲床发现高速冲床惯性力是通过作用于曲轴支承端处的垂直力、水平力和作用于滑块导轨面上的力而使冲床产生的振动。

通常，惯性力振幅超过滑块重量的20倍，因而垂直惯性力比冲床整机总重量大，这么巨大的惯性力，对高效小型冲床的正常冲压生产可产生极为严重的影响，必须采取相应的惯性力平衡措施。

为了降低高速冲床惯性力并提高惯性力的平衡效果应尽量减小回转部分及往复运动的质量，由于滑块的高速往复运动是惯性力的主要来源，因此，在保证强度的同时，将滑块的质量设计的尽量小(如中间钻孔、采用高强度低密度合金如轻合金铸铝滑块等)；采用双曲轴双点或四点的传动方式；采用先进的、可调性高、维修简便的动态平衡装置。

高速小型冲床由于惯性力太大，采用气动平衡缸时其尺寸过于庞大，滑块速度过高其气动密封圈无法承受，气动平衡缸的上下腔需要频繁进排气，没有合适的气动阀能满足此过快的换向频率，因此，在高速冲床上不宜采用气动平衡缸形式的惯性力平衡方式。

冲床曲柄滑块机构的惯性力包括三部分：小型冲床曲轴旋转运动产生的离心惯性力；滑块往复运动产生的往复惯性力；连杆平面运动产生的惯性力。

其中连杆平面运动产生的惯性力最为复杂。

本项目按静力等效条件用两质量代换法把连杆质量等效地转化到连杆与曲柄销的铰接点，然后与曲轴合并计算回转惯性力。

另外本项目加装由弹簧组合起来的特殊动态振动保护器，以防止振动传到压力机的基础上。

机械原理孙恒课后答案【篇一：机械原理(第七版) 孙桓主编第7章】ss=txt>1.设某机器的等效转动惯量为常数，则该机器作匀速稳定运转的条件是，作变速稳定运转的条件是。

2.机器中安装飞轮的原因，一般是为了，同时还可获得的效果。

3.在机器的稳定运转时期，机器主轴的转速可有两种不同情况，即稳定运转，在前一种情况，机器主轴速度是，在后一种情况，机器主轴速度是。

4.机器中安装飞轮的目的是和。

7.机器等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是根据的原则进行转化的，因而它的数值除了与各构件本身的质量（转动惯量)有关外，还与。

8.机器等效动力学模型中的等效力(矩)是根据则进行转化的，等效质量(转动惯量)是根据的原则进行转化的。

9.机器等效动力模型中的等效力(矩)是根据的原则进行转化的，因而它的数值除了与原作用力(矩)的大小有关外，还与有关。

10.若机器处于起动(开车)阶段，则机器的功能关系应是，机器主轴转速的变化情况将是。

11.若机器处于停车阶段，则机器的功能关系应是，机器主轴转速的变化情况将是。

12.用飞轮进行调速时，若其它条件不变，则要求的速度不均匀系数越小，飞轮的转动惯量将越，在满足同样的速度不均匀系数条件下，为了减小飞轮的转动惯量，应将飞轮安装在轴上。

13.当机器运转时，由于负荷发生变化使机器原来的能量平衡关系遭到破坏，引起机器运转速度的变化，称为，为了重新达到稳定运转，需要采用来调节。

14.在机器稳定运转的一个运动循环中，运动构件的重力作功等于因为。

15.机器运转时的速度波动有速度波动两种，前者采用，后者采用进行调节。

16.若机器处于变速稳定运转时期，机器的功能特征应有，它的运动特征是。

17.当机器中仅包含机构时，等效动力学模型中的等效质量(转动惯量)是常量，若机器中包含机构时，等效质量(转动惯量)是机构位置的函数。

18.设作用于机器从动件上的外力(矩)为常量，且当机器中仅包含机构时，等效到主动件上的等效动力学模型中的等效力(矩)亦是常量，若机器中包含机构时，等效力(矩)将是机构位置的函数。

2023年第47卷第6期Journal of Mechanical Transmission基于Ansys Workbench的研磨仪连杆优化设计况驰1,2李晶2胡俊峰1李卉2（1 江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）（2 广东顺德创新设计研究院，广东佛山528311）摘要为解决现有研磨仪连杆在设计使用年限内出现断裂失效的问题，对连杆进行了结构优化设计。

首先，对连杆所属曲柄滑块机构进行动态静力分析，求解出连杆在1个运动周期内受到的外力，以此作为后续连杆强度分析的理论依据；其次，使用Ansys Workbench完成连杆的静力学强度分析和疲劳强度分析，确定连杆失效是由于疲劳强度不足造成的；最后，以连杆质量最轻为优化目标，以满足疲劳强度要求为约束条件，使用响应面法对连杆进行优化设计。

优化设计确定了合适的过渡圆角半径、薄端圆环厚度和杆身宽度。

仿真结果表明，优化后连杆受到的极限拉伸等效应力最大值降低了58.7%，疲劳寿命增加了1.4倍，能够满足使用要求。

关键词连杆曲柄滑块机构动态静力分析有限元分析响应面优化设计Optimal Design of the Connecting Rod of Vibration Grinding Mills Based onAnsys WorkbenchKuang Chi1,2Li Jing2Hu Junfeng1Li Hui2(1 School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)(2 Guangdong Shunde Innovative Design Institute, Foshan 528311, China)Abstract In order to solve the problem of fracture failure of the existing vibration grinding mill connecting rod within the design service life, the structural optimization design of the connecting rod is proposed. Firstly, the kineto-static analysis is used to solve the external force applied to the crank-slider mechanism in one motion cycle, which is used as the theoretical basis for the subsequent strength analysis. Secondly, Ansys Workbench is used to complete the static strength analysis and fatigue strength analysis of the connecting rod. It is determined that the failure of the connecting rod is caused by insufficient fatigue strength. Finally, the response surface methodology is used to optimize the design of the connecting rod. The objective of the optimization is to minimize the mass of the connecting rod, and the optimized constraint is that the fatigue strength of the connecting rod meets the standard. This optimization design determines the appropriate transition fillet radius, thin end ring thickness and shaft width. The maximum tensile load equivalent stress of the optimized connecting rod is reduced by 58.7%, and the fatigue life is increased by 1.4 times. The optimized connecting rod meets the operation requirements.Key words Connecting rod Crank-slider mechanism Kineto-static analysis Finite element analy⁃sis Response surface optimization design0 引言广东顺德创新设计研究院为某公司研制了一款高通量研磨仪用于毛发研磨[1]。

曲柄滑块机构改进方案引言曲柄滑块机构是一种常见的机械传动装置，由曲柄、滑块和连杆等组成，广泛应用于各种工业设备中。

然而，在实际应用过程中，曲柄滑块机构存在一些问题，如机械传动效率低、振动和噪音大等。

因此，本文将提出一种曲柄滑块机构的改进方案，旨在提升其工作效率和稳定性。

问题分析在传统的曲柄滑块机构中，机械传动效率低主要是由于以下几个原因造成的：1.摩擦损失：滑块和导向轨道之间产生的摩擦会导致能量损失，从而降低机械传动效率。

2.惯性力：当滑块运动速度较快时，惯性力会增加机械传动过程中的能量损失。

3.振动和噪音：由于曲柄滑块机构中存在较大的力孔削减、连杆倾斜等问题，会引起振动和噪音，进一步降低了机械传动效率。

改进方案为了解决以上问题，我们提出了以下的改进方案：1. 采用润滑剂减少摩擦损失在滑块和导向轨道之间增加适量的润滑剂，可以有效减少摩擦损失，提高机械传动效率。

润滑剂的选择应考虑其耐磨性和粘度，以保证长时间的使用效果。

2. 优化曲柄的设计通过优化曲柄的结构和材料选择，可以减少曲柄运动过程中产生的惯性力。

例如，采用轻质高强度的材料，减少曲柄质量，并设计合理的几何形状来减小惯性力的产生。

3. 使用支撑装置减小振动和噪音在滑块和连杆之间增加支撑装置，可以减小振动和噪音。

支撑装置的设计应考虑到滑块和连杆的相对运动，以稳定滑块的运动轨迹，减少振动和噪音产生。

4. 优化连杆的设计通过优化连杆的长度和角度，可以减小力孔削减和连杆倾斜对机械传动效率的影响。

合理的连杆设计可以使得力的传递更加稳定，减少能量损失。

实施计划1.设计和制造改进方案所需的新零部件，如新型润滑装置、优化结构的曲柄和连杆等。

2.进行实验和测试，验证改进方案的效果。

实验可以包括摩擦损失测试、振动和噪音测试等。

3.根据实验结果对改进方案进行优化和调整。

4.将优化后的改进方案应用于实际工业设备中，观察和记录其效果和性能。

5.不断改进和优化方案，实现更高的机械传动效率和稳定性。

机械动力学期末复习题及答案1、判断1.机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合,或动力学设计;答案:正确2.优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解;答案:错误3.惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的;答案:正确4.等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关;答案:正确5.作用于等效构件上的等效力或等效力矩所作的功等于作用于系统上的外力所作的功;答案:错误6.两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的;答案:错误7.对于不存在多余约束和多个自由度的机构,动态静力分析是一个静定问题;答案:错误8.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化;答案:错误9.机构摆动力完全平衡的条件是：机构运动时,其总质心作变速直线运动;答案:错误10.等效质量和等效转动惯量与质量有关;答案:错误11.平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计;答案:错误12.在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力;答案:正确13.当取直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力;答案:正确14.摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化;答案:错误15.机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构;答案:错误16.质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换,使这些代换质量与原有质量在运动学上等效答案:正确17.弹性动力分析考虑构件的弹性变形;答案:正确18.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数;答案:错误19.拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法;答案:正确20.在不含有变速比传动而仅含定速比传动的系统中,传动比为常数;答案:正确21.平衡分析着眼于全部消除或部分消除引起震动的激振力;答案:正确22.通路定理是用来判断能否实现摆动力完全平衡的理论;答案:错误23.无论如何,等效力与机械驱动构件的真实速度无关;答案:正确24.综合平衡不仅考虑机构在机座上的平衡,同时也考虑运动副动压力的平衡和输入转矩的平衡;答案:正确25.速度越快,系统的固有频率越大;答案:错误26.平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除惯性载荷;答案:正确27.优化综合平衡是一个多目标的优化问题,是一种部分平衡;答案:正确28.机构摆动力完全平衡的条件为机构的质量矩为常数 ;答案:正确29.当以电动机为原动机时,驱动力矩是速度的函数;答案:错误30.为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致,要将全部外力等效地折算到该机构上这一折算是依据功能原理进行的;答案:正确2、单选1.动力学反问题是已知机构的 ,求解输入转矩和各运动副反力及其变化规律;A.运动状态B.运动状态和工作阻力C.工作阻力D.运动状态或工作阻力答案:B2.平衡的实质就是采用构件质量再分配等手段完全地或部分地消除 ;A.加速度B.角加速度C.惯性载荷D.重力答案: C3.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的 ;A.简单化B.轻量化C.复杂化D.大型化答案: C4.输入功大于输出功,其差值是C ;A.盈功B.亏功C.正功D.负功答案: C5.在含有连杆机构或凸轮机构等变速比传动的系统中,传动比仅与机构的有关;A.速度B.角速度C.加速度D.位置答案: D6.在研究摆动力的平衡时,不涉及惯性力矩,可以采用 ;A.静代换B.动代换C.静力代换D.摆动力代换答案: A7.以下几种方法中,不是机械刚体动力学研究的分析方法的是 ;A.静力分析B.动态静力分析C.动力分析D.弹性动力分析答案: D8.机构摆动力完全平衡的条件为：机构运动时机构的动量矩为 ;A.0B.关于速度的函数C.关于质量的函数D.常数答案: D9.摆动力完全平衡的缺点有 ;A.减少振动B.减小摩擦C.使机械结构复杂化D.使机械体积增加答案: C10.描述等效构件运动的方程式形式有 ;A.能量形式B.动量形式C.加速度形式D.平衡力形式答案: A11.动态静力分析应用于 ;A.动力学正问题B.运动学正问题C.动力学反问题D.运动学反问题答案:C12.长期以来人们用加配重使摆动力部分被平衡的方法来减小 ;A.速度B.体积C.摩擦D.振动答案:D13.当取定轴转动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到 ;A.等效质量B.等效转动惯量C.等效力D.等效力矩答案:B14.在以下所有方法中,概念最清晰、易于理解的是 ;A.广义质量代换法B.线性独立矢量法C.质量矩替代法D.有限位置法答案:B15.当以电动机为原动机时,驱动力矩是的函数;A.加速度B.角加速度C.速度D.角速度答案:D16.在研究摆动力矩的平衡时,则必须采用 ;A.静代换B.动代换C.静力代换D.摆动力代换答案:B17.不是现代机械设计的特征是 ;A.大型化C.高速化D.轻量化答案:A18.无法实现摆动力完全平衡的方法有 ;A.加配重B.合理布置机构C.设置附加机构D.减小体积答案:D19.以下选项中,不能归为阻尼的是 ;A.物体的内力B.物体表面间的摩擦力C.周围介质的阻力D.材料的内摩擦答案:A20.为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致,不能将等效地折算到该机构上;A.全部外力B.所有质量C.所有转动惯量D.全部内力答案:B21.设机构中的活动构件数位6,含低副数目为2,含高副数目为3,则构件的自由度数为 ;A.10B.11C.12D.13答案:B22.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的为常数;A.质量矩B.动量矩C.转动惯量D.惯性矩答案:B23.等效质量和等效转动惯量与有关;A.传动比B.质量D.等效力答案:A24.优化平衡就是采用优化的方法获得一个 ;A.绝对最佳解B.相对最佳解C.实际解D.理论解答案:B25.机器本身是振源,将其与地基隔离开来,以减少其对周围的影响,称为 ;A.隔振B.减振C.被动隔振D.主动隔振答案:D26.机构运转中产生的惯性载荷造成的影响有 ;A.提高机械的精度B.提高机械的可靠性C.加剧磨损D.提高机械效率答案:C27.机构的总质心为零的是 ;A.总质心作匀速直线运动B.总质心作变速直线运动C.总质心作圆周运动D.总质心作减速运动答案:A28.可以引起机构在机座上的振动的是 ;A.速度的变化B.摆动力C.速度的周期变化D.加速度的变化答案:B29.飞轮有的作用;A.平衡器B.储能器C.加大系统加速度D.减小系统惯性答案:B30.当取直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部折算到该构件上得到等效质量;A.全部外力B.质量和转动惯量C.转动惯量D.全部内力答案:B3、多选1.描述等效构件运动的方程式有;A.能量形式B.动量形式C.力矩形式D.平衡力形式答案:AC2.机构的总质心为零,有这些可能;A.总质心作匀速直线运动B.总质心作变速直线运动C.总质心作圆周运动D.总质心静止不动答案:AD3.作用在机械上的力有;A.驱动力B.重力C.摩擦力D.生产阻力答案:ABCD4.工业机器人通常由组成;A.执行机构B.驱动装置C.控制系统D.传感系统答案:ABCD5.以下选项中,与等效力有关的是;A.外力B.传动比C.ωj/vD. v k/v答案:ABCD6.假定构件为刚体,且忽略构件的弹性变形的分析方法有 ;A.静力分析B.动态静力分析C.弹性动力分析D.动力分析答案:ABD7.以下选项中,可以引起机构在机座上的振动的有 ;A.速度的变化B.摆动力C.摆动力矩的周期变化D.加速度的变化答案:BC8.当取直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部折算到该构件上得到等效质量;A.全部外力B.质量C.转动惯量D.全部内力答案:CB9.机械系统运转的全过程可分为这几个阶段;A.急停阶段B.启动阶段C.稳定运转阶段D、停车阶段答案:BCD10.计算轴的横向振动固有频率时,建立有限元模型的步骤是 ;A.划分单元,建立广义坐标B.单元动力学矩阵的计算C.系统动力学矩阵的组集D.支承条件的处理答案:ABCD11.根据惯性载荷造成的危害,机构的平衡可分为以下几种 ;A、机构在机座上的平衡B、机构输入转矩的平衡C、机构滑动副中动压力的平衡D、运动副中动压力的平衡答案:ABD12.以下选项中,以动态静力分析方法为基础计算出来的是 ;A、运动副反力B、平衡力矩C、摆动力矩D、摆动力答案:ABCD13.在动力分析中,主要涉及的力是 ;A、驱动力B、重力C、摩擦力D、生产阻力答案:AD14.以下选项中,可归为阻尼的有 ;A、物体的内力B、物体表面间的摩擦力C、周围介质的阻力D、材料的内摩擦答案:BCD4、填空1.从惯性载荷被平衡的程度看,平衡可分为、和;答案:部分平衡、完全平衡、优化综合平衡2.用质量再分配实现摆动力的完全平衡,其分析方法主要有、、和;答案:广义质量代换、线性独立矢量法、质量矩替代法、有限位置法3.针对机构运转中产生的惯性载荷所造成的三种危害,机构的平衡可分为、和;答案:机构在机座上的平衡、机构输入转矩的平衡、运动副中动压力的平衡4.机械动力学的分析方法按功能分类可分为和;答案:动力学反问题、动力学正问题5.机械系统运转的全过程可分为、和这几个阶段答案: 启动阶段和、稳定运转阶段、停车阶段6.二自由度系统的等效转动惯量是系统的时间、、和的函数;答案: 惯性参数、几何参数、广义坐标7.动力学的分析方法按水平分类,可分为静力分析、、和弹性动力分析;答案:动态静力分析、动力分析8.机器人动力学是机器人、和的基础;答案:、操作机设计、控制器设计、动态性能分析9.实现摆动力完全平衡的方法有、和;答案:加配重、合理布置机构、设置附加机构10. 在建立各种机构和机械系统的动力学模型时应遵循的原则为：将连续系统简化为离散系统、和;答案:非线性系统的线性化、忽略次要因素5. 问答与计算题1、“机械动力学”主要研究哪些内容答案: 机械动力学是研究机械在力的作用下的运动和机械在运动中产生的力,并从力与运动的相互作用的角度进行机械设计和改进的科学;动力学主要研究内容概括起来有：共振分析；振动分析与动载荷计算；计算机与现代测试技术的运用；减震与隔振;2、在弹性运动假设下,有哪些弹性动力学建模方法及特点请解释“瞬时刚化”的概念答案:1弹性动力学模型有集中参数模型和有限元模型;集中参数模型建立起的运动方程为常微分方程,但是由于质量简化过多,模型粗糙,精度比较差；有限元建立的运动方程也为常微分方程,但相较集中参数模型精确,适应性广,可以模拟复杂形状的构件,运算模型统一; 2瞬时刚化：机构在运动到循环中的某一位置时,可将机构的形状和作用在其上的载荷瞬时冻结起来,从而可瞬时的将机构看做一个刚体结构;3、 机构动态静力分析主要研究哪些内容此分析在机器设计中是为了解决什么问题答案: 1根据达朗贝尔原理,将惯性力和惯性力矩计入静力平衡方程,求出为平衡静载荷和 动载荷而需要加在原动构件上施加的力或力矩,以及各运动副中的反作用力;这就是动态静力分析;2机构动态静力分析的基本步骤是：首先将所有的外力、外力矩包括惯性力和惯性力矩以及待求的平衡力和平衡力矩加到机构的相应构件上；然后将各构件逐一从机构中分离并加上约束反力后、写出一系列平衡方程式；最后通过联立求解这些平衡方程式,求出各运动副中的约束反力和需加于机构上的平衡力或平衡力矩;4、 在振动分析时,“叠加原理”是指什么答案: 线性系统受多个激励的作用时,总的响应等于各个激励产生的响应的叠加,这就是叠 加原理;5、 简述在刚性运动前提下,如何进行运动构件的真实运动分析求解,请列出步骤答案: 首先建立等效力学模型,将复杂的机械系统简化为一个构件,即等效构件,根据质点系动能定理,将作用于机械系统上的所有外力和外力矩、所有构件的质量和转动惯量,都向等效构件转化；其次计算等效构件上的等效量包括等效力矩,等效力,等效质量,等效转动惯量；再次建立等效构件的运动方程式,有两种形式,能量形式和力矩形式；最后通过方程式求出等效构件的角速度函数和角加速度函数,这样便可以求出机械系统的真实运动规律;6、 在振动分析时,“解耦”是指什么答案:解耦：将二自由度系统的两个振动方程经过一定的处理,使每个方程只含有一个广义坐标,这个过程就是方程的解耦;7、如图1所示为一对心曲柄滑块机构;曲柄以转速度1ω作等速回转运动,曲柄与水平方向夹角为1θ,曲柄长度为r ,质心与其回转中心A 重合;连杆长度l ,连杆与水平方向夹角为2θ,连杆质心2S 到铰链B 的距离2B L S =,连杆质量2m ,对其质心的转动惯量2J ;滑块质量3m ,其质心与铰链C 重合;1画出曲柄、连杆和滑块的受力分析图；2写出曲柄、连杆和滑块的平衡方程;图1对心曲柄滑块机构解：1各个构件的受力图如下所示： 曲柄连杆滑块各5分,共15分2根据受力图可以得到曲柄平衡方程如下： 各个构件的平衡方程分别为5分,共15分RB RA 1RBd F F 0P F M 0⎧-=⎪⎨⨯+=⎪⎩ 化为标量式为：RBX RAX RBy RAy B F F 0F F 0x 0RByB RBx d F y F M ⎧-=⎪-=⎨⎪-+=⎩其中：11x cos ,sin B B r y r θθ==根据受力图可以得到连杆平衡方程如下：RC RB 222222F F m RC RB S P F q F J θ⎧-=⎪⎨⨯-⨯=⎪⎩ 化为标量式为：222222RCx RBx 2RCy RBy 222F F F F ()()()()s s c s RCy c s RCx B s RBy B s RBx m x m y x x F y y F x x F y y F J θ⎧-=⎪⎪-=⎨⎪-----+-=⎪⎩ 其中：221212x cos cos ,sin sin s s r L y r L θθθθ=+=-12c x cos cos y 0c r l θθ=+=，根据受力图可以得到滑块平衡方程如下：RC 33F m S -=化为标量式为：33RCx 33F 0s RDyRCy s m x F F m y -=⎧⎪⎨-==⎪⎩ 其中：3312x cos cos ,0s c s c x r l y y θθ==+==。

第2章机构的结构分析随堂自测选择题（每小题5分，共100分）1.当机构的的原动件数目小于其自由度数时，该机构将（）确定的运动。

正确答案：CA.有B.没有C.不完全有2.当机构的的原动件数目大于其自由度数时，该机构将（）。

正确答案：CA.有确定的运动B.没有确定的运动C.最薄弱环节发生损坏3.在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（）。

正确答案：AA.虚约束B.局部自由度C.复合铰链。

4.机构具有确定运动的条件是（）。

正确答案：CA.机构自由度小于原动件数B.机构自由度大于原动件数C.机构自由度等于原动件数5.用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有（）个自由度。

正确答案：BA.3B.4C.5D.66.杆组是自由度等于（）的运动链。

正确答案：AA.0B.1C.原动件数7.一般平面运动副所提供的约束为（）。

正确答案：DA.1B.2C.3D.1或28.某机构为Ⅲ级机构,那么该机构应满足的必要充分条件是（）。

正确答案：DA.含有一个自由度B.至少含有一个基本杆组C.至少含有一个Ⅱ级杆组D.至少含有一个Ⅲ级杆组9.机构中只有一个（）。

正确答案：DA.闭式运动链B.运动件C.从动件D.机架10.具有确定运动的差动轮系中其原动件数目（）。

正确答案：AA.至少应有2个B.最多有2个C.只有2个D.不受限制11.机构作确定运动的基本条件是其自由度必须大于零。

（）正确答案：错对错12.任何机构都是自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上面构成的。

（）正确答案：对对错13.高副低代是为了对含有高副的平面机构进行分析和研究。

（）正确答案：对对错14.任何具有确定运动的机构的从动件系统的自由度都等于零。

（）正确答案：对对错15.在平面机构中一个高副将引入两个约束。

（）正确答案：错对错16.当机构的自由度F>0,且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。

（）正确答案：对对错17.运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目等于其自由度数。

第2章机构的结构分析随堂自测选择题（每小题5分，共100分）1.当机构的的原动件数目小于其自由度数时，该机构将（）确定的运动。

正确答案：CA.有B.没有C.不完全有2.当机构的的原动件数目大于其自由度数时，该机构将（）。

正确答案：CA.有确定的运动B.没有确定的运动C.最薄弱环节发生损坏3.在机构中，某些不影响机构运动传递的重复部分所带入的约束为（）。

正确答案：AA.虚约束B.局部自由度C.复合铰链。

4.机构具有确定运动的条件是（）。

正确答案：CA.机构自由度小于原动件数B.机构自由度大于原动件数C.机构自由度等于原动件数5.用一个平面低副联二个做平面运动的构件所形成的运动链共有（）个自由度。

正确答案：BA.3B.4C.5D.66.杆组是自由度等于（）的运动链。

正确答案：AA.0B.1C.原动件数7.一般平面运动副所提供的约束为（）。

正确答案：DA.1B.2C.3D.1或28.某机构为Ⅲ级机构,那么该机构应满足的必要充分条件是（）。

正确答案：DA.含有一个自由度B.至少含有一个基本杆组C.至少含有一个Ⅱ级杆组D.至少含有一个Ⅲ级杆组9.机构中只有一个（）。

正确答案：DA.闭式运动链B.运动件C.从动件D.机架10.具有确定运动的差动轮系中其原动件数目（）。

正确答案：AA.至少应有2个B.最多有2个C.只有2个D.不受限制11.机构作确定运动的基本条件是其自由度必须大于零。

（）正确答案：错对错12.任机构都是自由度为零的基本杆组依次连接到原动件和机架上面构成的。

（）正确答案：对对错13.高副低代是为了对含有高副的平面机构进行分析和研究。

（）正确答案：对对错14.任具有确定运动的机构的从动件系统的自由度都等于零。

（）正确答案：对对错15.在平面机构中一个高副将引入两个约束。

（）正确答案：错对错16.当机构的自由度F>0,且等于原动件数，则该机构即具有确定的相对运动。

（）正确答案：对对错17.运动链要成为机构，必须使运动链中原动件数目等于其自由度数。

曲柄滑块机构的注意事项
使用曲柄滑块机构时需要注意以下几点：
1. 曲柄滑块机构的运动过程中，滑块与导轨之间的摩擦会产生热量，因此在设计时要考虑热量的散发和滑块的散热问题。

2. 滑块与导轨之间的磨损会影响机构的精度和寿命，因此需要定期进行润滑和修理，以保证机构的正常运行。

3. 曲柄滑块机构在运动过程中会产生较大的惯性力和振动，因此需要在设计时考虑结构的刚度和稳定性，防止产生过大的振动和噪音。

4. 在使用过程中，要注意滑块与导轨之间的间隙，太大或太小的间隙都会影响机构的运行效果，应根据具体情况进行调整。

5. 曲柄滑块机构的曲柄长度和滑块行程之间的比例关系会影响机构的运动速度和力度，需要根据具体需求进行合理的设计和调整。

6. 滑块的尺寸和材质选择要根据机构的负载和使用环境进行合理的设计，以确保机构的工作效率和安全性。

7. 使用过程中要注意曲柄滑块机构的工作状态，如发现异常情况（如卡滞、振
动过大等），应及时检查和维护，以避免进一步的故障和损坏。

曲柄群驱动机构的惯性力平衡分析
吴垚;曹巨江;燕卫亮;郗文君
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2017(39)1
【摘要】针对曲柄群驱动机构平衡理论研究方法的不足,提出运用质量矩替代法将曲柄群驱动机构惯性力平衡问题等效为连枝构件(连杆桁架)在相邻曲柄的附加质量矩替代和所有曲柄(树枝构件)组成的二副杆树系统的惯性力完全平衡条件。

联立连杆桁架的质量矩替代公式与所有曲柄惯性力完全平衡公式可直接列出任意曲柄群机构惯性力平衡条件。

然后以四曲柄群机构为例运用该方法对机构惯性力平衡条件进行了简化。

最后,借助三维建模软件Pro/E和动力学仿真分析软件Adams对四曲柄群机构进行动态仿真,验证了质量矩替代法对此类机构惯性力平衡的适用性。

【总页数】8页(P92-99)
【关键词】曲柄群驱动机构;质量矩替代法;二副杆树系统;惯性力完全平衡;动态仿真【作者】吴垚;曹巨江;燕卫亮;郗文君
【作者单位】陕西科技大学机电工程学院;陕西科技大学轻工与能源学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH113
【相关文献】
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3.基于线性独立矢量法的曲柄群驱动机构摆动力平衡分析 [J], 吴垚;曹巨江;燕卫亮
4.曲柄滑块机构中往复惯性力的平衡方案分析及其应用 [J], 郑际发
5.基于Matlab曲柄群驱动机构平面内的动力优化平衡研究 [J], 燕卫亮
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