摆动导杆机构运动特性分析_陶军

机械原理课程设计摆动式运输机运动分析与动态静力分析院校：************班级:设计者: ***指导教师: ***时间:目录一、设计条件二、设计要求三、运动分析以及动态静力分析四、源程序五、计算结果六、心得体会前言：该运动学分析的任务是：找出角的位置, 驱动杆的角速度和角加速度或位置, 直线运动速度和线性加速度在驱动杆上的点,并找到了驱动力t，根据输入参数驱动线和各个方面各个环节.六杆系统输入数据表方案N1 a b L1L2L3L4L CE M3M4M5L DS3L ES4J s3J s44Pr单位rpm m m m m m m m kg kg kg m m Kgm2Kgm2KNI 460 0.19 0.1 0.12 0. 4 0.44 0.6 0.12 12 26 90 0.08 0.32 0.03 3 2.2一、设计条件1、按照知道教师布置的机构类型和设计参数进行机构分析。

2、已知机构的工作阻力Pr，从动件的工作摆角（舍），主动件角速度W1连杆和滑块的质心位置已知。

主动杆件不考虑惯性力的影响，各杆件的几何尺寸已知。

二、设计要求1、整理说明书一份（主要内容：题目、设计条件及要求、机构运动简图。

数据模型，列出矢量方程，程序流程图，计算结果分析及评估，要求：步骤清楚，叙述简明，文字通顺，书写端正。

）2、画机构运动起始位置简图（在说明书中简单说）。

3、打印结果一份：对应主动件处各位置时，从动件的位移，速度（角速度），加速度（角加速度）和主动件的平衡力偶M（平衡力F）。

4、打印位移S，速度V，加速度A曲线。

三．运动分析以及动态静力分析数学模型计算连杆2 , 3 , 4的角度和滑杆的位置:L1+L2=L3+L ADL1* cosθ1+L2* cosθ2=L3* cosθ3+L ED* cosθ 3L1* sinθ1+L2* sinθ2=L3* sinθ3+L ED* sinθ3θ4=arcsin((b-L3* sinθ3)/L4)从上式可得：θ 2 ，θ3，θ4计算杆和角速度和滑块的速度，对以上的函数求导即可得：ω3=(L1*sin(θ1-θ2)*ω1)/(L3-L ce)*sin(θ3-θ2)ω2=(ω3*(L3-L ce)*sin(θ3)-ω1*L1*sin(θ1))/(L2*sin(θ2))ω4=-(ω3*L3*cos(θ3))/(L4*cos(θ4))v f=-ω3*L3*sin(θ3)-ω4*L4*sin(θ4)对上面的函数求导计算连杆的角加速度和滑块的加速度：ε3=(D*cos(θ2)-E*sin(θ2))/((L3-Lce)*sin(θ2-θ3))ε2=(D+(L3-L ce)* ε3*sin(θ3))/(L2*sin(θ2))ε4=(L4*ω4*ω4*cos(θ4)-L3*(ε3*cos(θ3)-ω3*ω3*sin(θ3)))/(L4*cos(θ4))a f=-L3*(ε3*sin(θ3)+ω3*ω3*cos(θ3))-L4*(ε4*sin(θ4)+ω4*ω4*cos(θ4))D=(L3-L ce)*ω3*ω3*cos(θ3)-L1*(ε1*sin(θ1)+ω1*ω1*cos(θ1))-L2*ω2*ω2*cos(θ2); E=-(L3-L ce)*ω3*ω3*sin(θ3)-L1*(ε1*cos(θ1)-ω1*ω1*sin(θ1))+L2*ω2*ω2*sin(θ2);极限位置图力分析受力图构件1：构件2构件3构件4构件51 如图建立直角坐标系。

荆楚理工学院课程设计成果学院:___________机械工程学院____ 班级: 机制三班学生姓名: 余航学号: 2009403010326 设计地点（单位）______________A2301 ____________设计题目:_____________牛头刨床__________________________ 完成日期：2011年 6 月25 日成绩(五级记分制):_____ _ __________教师签名:__________ _______________年月日荆楚理工学院课程设计任务书设计题目：牛头刨床教研室主任：指导教师：年月日目录设计数据 (2)1、概述1.1 牛头刨床简介 (4)1.2 运动方案分析与选择 (5)2、导杆机构的运动分析2.1 位置2的速度分析 (6)2.4 位置2的加速度分析 (7)2.3 位置4的速度分析 (10)2.4 位置4的加速度分析 (11)3、导杆机构的动态静力分析3.1 位置2的惯性力计算 (12)3.2 杆组5,6的动态静力分析 (12)3.3 杆组3.4的动态静力分析 (13)3.4 平衡力矩的计算 (14)4、飞轮计算4.1 驱动力矩................................................... (15)4.2 等效转动惯量Je (15)4.3 飞轮转动惯量 (16)5、凸轮机构设计5.1 从动件运动规律 (16)5.2 最小基圆半径确定 (16)5.3 凸轮轮廓确定…………………………………………... ..196、总结................................................... .. (21)7、参考文献................................................... (22)8、附图................................................... .. (25)1.概述一、机构机械原理课程设计的目的：机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节。

机械原理课程设计任务书（十）姓名 专业 液压传动与控制 班级 液压 学号一、设计题目：插床导杆机构的设计及运动分析 二、系统简图：三、工作条件3O B位置，曲柄每分钟转数1n 。

四、原始数据五、要求：1）设计导杆机构； 2）显示机构两个位置；3）作滑块的运动线图（编程设计）； 4）编写说明书。

指导教师：开始日期： 2011 年 6 月 26 日 完成日期： 2011 年 6 月 30 日目录1．设计任务及要求2．数学模型的建立3．程序框图4．程序清单及运算结果5．总结和目的6. 参考文献1数学模型急位夹角60°,θA 2=75mm,a=b=100mm1.()55θt ωt =2.5655tx sin θθarctan x cos θ= ()0556xωωcos θθy=-3.θ1=θ6-180.()()()2655655656561εx εcos θθx ωsin θθωωsin θθy⎡⎤=---+-⎣⎦4.连杆的角位移方案15a sin θc θarcsin b -⎛⎫= ⎪⎝⎭5.滑块5的位移方程(ε5=0) 11asin θc d acos θbcos arcsin b -⎡⎤⎛⎫=- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦6.BC 杆角速度6122a ωcos θωb cos θ=7.滑块速度方程()12c 62sin θθv a ωcos θ-=8.2251612222a εcos θa ωcos θb ωsin θεbcos θ-+=9.2kc 22226161a b εsin θb ωcos θa εsin θa ωcos θ=+--2.程序框图3.程序清单及运算结果（1）程序清单#include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#include<conio.h>#include<graphics.h>#define pi 3.1415926#define N 600void init_graph(void);void initview();void draw();void cur();double weit1[N],weit2[N],weit3[N];double sita1[N],sita2[N],sita3[N];double omigar1[N],omigar2[N],omigar3[N];double a=75.0,d=150.0,e=93.0,f=50.0,g=50.0.0,w1=6.3031852;main(){int i;double alf=0, detat=0,theta1=0;double weit=0,w3=0,ekq3=0,b=0,va=0; double theta2=0,w4=0,ekq4=0;double s=0,vc=0,ac=0;double q=0,j=0,u=0;detat=2*pi/(N*w1);for(i=0;i<N;i++){alf=w1*detat*i;weit=atan((a*sin(alf)-d)/(a*cos(alf))); if(weit<0)weit=weit+2*pi;elseif(0<weit<pi)weit=weit+pi;/*****计算杆件3的角速度、角加速度*****/ theta1=weit-pi;b=sqrt(a*a+d*d-2*a*d*sin(alf));w3=a*w1*cos(alf-weit)/b;va=-a*w1*sin(alf-weit);ekq3=(-a*w1*w1*sin(alf-weit)-2*va*w3)/b;/*****计算滑块5的位移、速度、加速度*****/theta2=asin((f*sin(theta1)-e)/g);q=-2*f*cos(theta1);j=f*f+e*e-g*g-2*f*e*sin(theta1);u=q*q-4*j;s=(-q+sqrt(u))/2;w4=f*w3*cos(theta1)/(g*cos(theta2));vc=f*w3*sin(theta1-theta2)/cos(theta2);ekq4=f*(ekq3*cos(theta1)-w3*w3*sin(theta1)+w4*w4*sin (theta2))/(g*cos(theta2));ac=g*ekq4*sin(theta2)+g*w4*w4*cos(theta2)-f*ekq3*sin (theta1)-f*w3*w3*cos(theta1);/******计算结果存入数组*****/weit1[i]=weit;weit2[i]=w3;weit3[i]=ekq3;sita1[i]=s;sita2[i]=vc;sita3[i]=ac;omigar1[i]=theta2;omigar2[i]=w4;omigar3[i]=ekq4;}/*****输出计算结果*****/for(i=0;i<N;i++){printf("i=%d \n weit1[i]=%lf \t weit2[i]=%lf \t weit3[i]=%lf \t",i,weit1[i],weit2[i],weit3[i]);printf("\n stia1[i]=%lf \t stia2[i]=%lf \t stia3[i]=%lf \t",sita1[i],sita2[i],sita3[i]);printf("\n omigar1[i]=%lf \t omigar2[i]=%lf \t omigar3[i]=%lf\n\n",omigar1[i],omigar2[i],omigar3[i]);}cur();}/*****速度、加速度、位移曲线图函数******/void cur(){int i;double alf=0, detat=0,theta1=0;double weit=0,w3=0,ekq3=0,b=0,va=0;double theta2=0,w4=0,ekq4=0;double s=0,vc=0,ac=0;double q=0,j=0,u=0;doublea=75,d=150,e=93,f=100,g=100,w1=6.2831852;int gd=DETECT, gmode,n;initgraph(&gd,&gmode,"c:\\turboc2");clrscr();for(i=0;i<N;i++){detat=2*pi/(N*w1);alf=w1*detat*i;weit=atan((a*sin(alf)-d)/(a*cos(alf)));if(weit<0)weit=weit+2*pi;elseif(0<weit<pi)weit=weit+pi;theta1=weit-pi;b=sqrt(a*a+d*d-2*a*d*sin(alf));w3=a*w1*cos(alf-weit)/b;va=-a*w1*sin(alf-weit);ekq3=(-a*w1*w1*sin(alf-weit)-2*va*w3)/b;theta2=asin((f*sin(theta1)-e)/g);q=-2*f*cos(theta1);j=f*f+e*e-g*g-2*f*e*sin(theta1);u=q*q-4*j;s=(-q+sqrt(u))/2;w4=f*w3*cos(theta1)/(g*cos(theta2));vc=f*w3*sin(theta1-theta2)/cos(theta2);ekq4=f*(ekq3*cos(theta1)-w3*w3*sin(theta1)+w4*w4*sin (theta2))/(g*cos(theta2));ac=g*ekq4*sin(theta2)+g*w4*w4*cos(theta2)-f*ekq3*sin (theta1)-f*w3*w3*cos(theta1);line(100,200,500,200);setcolor(5);line(492,201,500,200);line(492,199,500,200);line(100,10,100,350);setcolor(5);line(99,18,100,10);line(101,18,100,10);putpixel(100+alf*180/pi,200-s/5,1);/*绘制位移曲线*/putpixel(100+alf*180/pi,200-vc/100,2);/*绘制速度曲线*/putpixel(100+alf*180/pi,200-ac/100,4)/*绘制加速度曲线*/}setcolor(10);settextjustify(CENTER_TEXT,0);outtextxy(300,300,"RED___JIASUDU");outtextxy(300,330,"GREEN___SUDU");outtextxy(300,360,"BLUE___WEIYI");/* outtextxy(300,50,"SUDU JIASUDU WEIYI GUAN XI QU XIAN TU");*/outtextxy(300,50,"SUDU JIASUDU WEIYI GUAN XI QU XIAN TU");getch();closegraph();}（2）该程序运算结果4.总结和目的随着假期的到来，课程设计也接近了尾声。

机械系统中的运动学特性分析与优化设计随着科技的不断发展和人们对性能的要求越来越高，机械系统的设计和优化变得尤为重要。

在机械系统中，运动学特性是评价其性能的关键指标。

在本文中，我们将探讨机械系统的运动学特性分析与优化设计。

一、运动学特性分析机械系统的运动学特性是指系统在运动过程中的运动参数和规律。

在对机械系统进行运动学特性分析时，我们首先需要确定系统的约束条件和自由度。

通过建立数学模型，可以描述系统的位移、速度和加速度等运动参数。

通过分析这些参数的变化规律，我们可以了解系统的运动规律和特点。

例如，在机械臂的设计中，通过对其运动学特性的分析，可以确定关节的安装位置、连杆的长度和驱动器的选择等。

这样，我们可以确保机械臂在工作过程中能够准确而高效地完成任务。

二、运动学特性的优化设计机械系统的运动学特性与其性能直接相关。

因此，对机械系统的优化设计是非常重要的。

在进行优化设计时，我们可以采用多种方法来改善系统的性能。

1. 参数优化在机械系统中，各个参数的选择和调整对系统的运动学特性有着重要的影响。

通过优化参数的选择，可以使系统的运动学特性达到最优。

例如，在汽车悬挂系统的设计中，通过调整弹簧的刚度和减振器的阻尼系数等参数，可以使汽车在行驶过程中获得更好的悬挂舒适性和稳定性。

2. 结构优化机械系统的结构形式也对其运动学特性产生影响。

通过对结构进行优化设计，可以改善系统的运动学特性。

例如，在风力发电机的设计中，通过调整叶片的形状和数量等结构参数，可以提高风力发电机的转速和输出功率，从而提高其发电效率。

3. 控制策略优化机械系统的控制策略对其运动学特性有着重要的影响。

通过优化控制策略的选择和调整，可以改善系统的运动学特性。

例如，在机器人的控制系统中，通过优化运动规划算法和轨迹跟踪控制算法等控制策略，可以提高机器人的精度和速度，从而提高其工作效率。

三、结论机械系统的运动学特性对其性能和稳定性具有重要的影响。

通过对运动学特性的分析与优化设计，可以改善机械系统的性能，提高其工作效率和可靠性。

基于Comosmotion的牛头刨床摆动导杆机构运动分析孙永吉;董元辉;李宏洲【摘要】根据B6063型牛头刨床，建立了摆动导杆机构的数学模型和仿真模型，获得了速度及加速度方程；利用Comosmotion软件进行了仿真测试，得到了刨刀随时间变化的位移、速度、加速度曲线和动力情况，为牛头刨床的运行平稳性、结构和优化设计提供了参考。

%This paper has established mathematical model and simulation model of oscillating guard bar mechanism by B6063 shaping machine,and acquired velocity and acceleration equation. It has getted curves of displacement、velocity and accelera-tion with time using comosmotion software, in order to improve smooth movement and optimize the structure of shaping ma-chine.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】2页(P94-95)【关键词】牛头刨床;摆动导杆机构;运动仿真;Comosmotion【作者】孙永吉;董元辉;李宏洲【作者单位】兰州工业学院，甘肃兰州 730050;兰州工业学院，甘肃兰州730050;兰州工业学院，甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TH112牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。

电机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄和固结在其上的凸轮。

刨床工作时，由导杆机构带动刨头和刨刀做往复运动。

刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。

为此刨床采用有急回运动的摆动导杆机构。

一组摆杆滑块机构的相关问题探讨华东师范大学王萌赵亚男王慧摘要本文通过对一组摆杆滑块机构的相关问题进行分析，探讨在不同假设情况下摆动机构中各个构件的运动学特性，通过建立数学模型，主要解决以下几个问题：1、滑块P的位移x与曲柄摇杆OQ的摆角β的函数关系；2、曲柄摇杆OQ的摆角β的变化范围；3、滑块P的行程（即滑动的最大距离）；4、讨论滑块P的运动学特性。

在前三个问题中，我们推导出了三种假设情况下对应的不同的结果，在模型的求解过程中，我们运用C++语言进行编程调试（见附录〈一〉）；在第四个问题中，在前三个问题的基础之上，我们探讨了影响滑块P的运动速度的关键因素，并推导出具体的数学公式。

在模型的求解过程中，通过数学软件MATLAB等计算工具，编写相应的程序（见附录〈二〉），并用几何画板描绘图像，对建立的模型进行求解，得出了符合实际的结果。

论文的最后引申推广到现实生活中存在的物理机械模型——“牛头刨床”，因为本文中的模型实际上是通过曲柄摇杆的转动，带动滑块的滑动的过程，这在实际生活中，很类似于牛头刨床的工作原理。

关键词曲柄摇杆滑块机构位移极值点摆角变化范围运动学特性正文部分一、问题的重述及简要分析问题的重述：某种平面连杆摆动机构的结构和某时刻的位置如图1所示，摆杆OQ绕O点摆动，通过连杆PQ带动滑块P水平往复运动，设摆杆长OQ＝r，连杆长PQ＝l，摆角中心O到滑轨O’P的距离为h，且r<h<l+r.根据这个摆动机构使用的一般要求，作出适当的假设，解决以下问题：1）P的位移x与摆角β的函数关系；2）摆角β的变化范围；3）滑块P的行程（即滑动的最大距离）；4）讨论滑块P运动速度的均匀性。

图1简要分析：上述模型是典型的曲柄摇杆摆动机构的模型，主要是通过两杆（曲柄摇杆）的转动带动滑块的水平移动，而我们就是要在一定的假设条件下，研究该机构中各个构件的运动学特性。

我们下面对此模型作出必要的假设，从而对此进行分析求解。

4平面连杆机构及其设计第一篇：4平面连杆机构及其设计A0700004机械原理试卷一、是非题1.图示铰链四杆机构构。

ABCD中，可变长度的a杆在某种合适的长度下，它能获得曲柄摇杆机答案：错2.平面四杆机构的传动角在机构运动过程中是时刻变化的，为保证机构的动力性能，应限制其最小值答案：对3.曲柄摇杆机构只能将回转运动转换为往复摆动。

答案：错4.在曲柄摇杆机构中，若以曲柄为原动件时，最小传动角答案：对5.任何一种曲柄滑块机构，当曲柄为原动件时，它的行程速比系数K=1。

答案：错6.在铰链四杆机构中，如存在曲柄，则曲柄一定为最短杆。

答案：错可能出现在曲柄与机架两个共线位置之一处。

不小于某一许用值。

7.在偏置曲柄滑块机构中，若以曲柄为原动件时，最小传动角曲柄与机架（即滑块的导路）相平行的位置。

答案：错可能出现在8.在摆动导杆机构中，若取曲柄为原动件时，机构无死点位置；而取导杆为原动件时，则机构有两个死点位置。

答案：对9.在单缸内燃机中若不计运动副的摩擦，则活塞在任何位置均可驱动曲柄。

答案：错10.摆动导杆机构不存在急回特性。

答案：错11.在曲柄滑块机构中，只要原动件是滑块，就必然有死点存在。

答案：对12.当曲柄摇杆机构把往复摆动运动转变成旋转运动时，曲柄与连杆共线的位置，就是曲柄的“死点”位置。

答案：对13.增大构件的惯性，是机构通过死点位置的唯一办法。

答案：错14.在铰链四杆机构中，凡是双曲柄机构，其杆长关系必须满足：最短杆与最长杆杆长之和大于其它两杆杆长之和。

答案：错15.杆长不等的双曲柄机构无死点位置。

答案：对 16.平面连杆机构中，从动件同连杆两次共线的位置，出现最小传动角。

答案：错17.铰链四杆机构是由平面低副组成的四杆机构。

答案：对18.在转动导杆机构中，不论取曲柄或导杆为原动件，机构均无死点位置。

答案：对19.双摇杆机构不会出现死点位置。

答案：错20.任何平面四杆机构出现死点时，都是不利的，因此应设法避免。

青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：机械原理课程设计学院：机电工程系专业班级：机械113学号：20110201083学生：张三指导老师：李燕青岛理工大学教务处2013 年 12月 27日《机械原理课程设计》评阅书摘要选取方案三，利用图解法对1点和6电状态时牛头刨床导杆机构进行运动分析、动态静力分析，并汇总本方案所得各位置点的速度、加速度、机构受力数据绘制曲线图。

进行方案比较，确定最佳方案。

将一个班级分为 3 组，每组11人左右，一组选择一个备选方案进行如下分析工作：课程设计内容：牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析；（1）绘制机构运动简图（两个位置）；（2）速度分析、加速度分析；（3）机构受力分析（求平衡力矩）；（4）绘制运动线图。

（上述三项作在一张A1号图纸上）精选文档目录摘要 (I)1设计任务 (1)2导杆机构的基本尺寸确定 (2)3 导杆机构的运动分析 (4)3.1 速度分析 (4)3.2 加速度分析 (5)4导杆机构的动态静力分析 (8)4.1 运动副反作用力分析 (8)4.2 曲柄平衡力矩分析 (10)总结 (11)致谢 (12)参考文献 (13)1设计任务一、课程设计的性质、目的和任务机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。

其意义和目的在于：以机械系统运动方案设计为结合点，把机械原理课程设计的各章理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识；培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。

二、课程设计教学的内容和要求将一个班级进行分组，每组10人左右，一组选择一个备选方案进行如下分析工作：课程设计内容：牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析；（1）绘制机构运动简图；（2）速度分析、加速度分析；（1张1号图纸）（3）机构动态静力分析；（4）绘制运动线图。