平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）報(bào)告（論文）題目：平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析作者所在系部：機(jī)械工程系作者所在專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化作者所在班級(jí)：B07115作者姓名：作者學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師姓名：完成時(shí)間：2011年6月北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處摘要平面連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)全部采用低副連接，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，結(jié)實(shí)耐用，不易磨損，適于高速重載；運(yùn)動(dòng)低副具有良好的匣形結(jié)構(gòu)，無(wú)需保養(yǎng)，適于極度污染或腐蝕而易出現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)器中；平面連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不一定隨所需完成的運(yùn)動(dòng)規(guī)律性的復(fù)雜程度而增加；平面連桿機(jī)構(gòu)還具有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，就是可調(diào)性，即通過(guò)改變機(jī)

2、構(gòu)中各桿件長(zhǎng)度，從而方便地改變了原機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和性能。連桿機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)在各種機(jī)械行業(yè)中被廣泛的采用。通過(guò)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足預(yù)定的位置要求和滿足預(yù)定的軌跡要求。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析的目的是分析各個(gè)構(gòu)件的位移、角加速度以及受力，分析構(gòu)件上某點(diǎn)的位置、軌跡、速度和加速度等。這種方法能給出各運(yùn)動(dòng)參數(shù)與機(jī)構(gòu)尺寸間的解析關(guān)系及寫出機(jī)構(gòu)某些點(diǎn)的軌跡方程式，能幫助我們合理地選擇機(jī)構(gòu)的尺寸，從而對(duì)某一機(jī)構(gòu)作深入的系統(tǒng)研究。平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析，就是以連桿機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，對(duì)其各個(gè)運(yùn)動(dòng)件之間的關(guān)系公式進(jìn)行推導(dǎo)，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究，探

3、索掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，討論重要參數(shù)間的關(guān)系。關(guān)鍵詞：平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能仿真運(yùn)動(dòng)規(guī)律AbstractPlanarlinkagemechanismsareusedwidely.Planarlinkagemechanismstaketheuseoflowerpairconnection,soitsstructureiseasytomanufacture,durableandresistant,especiallysuitableforhigh-speedandheavy-duty;lowerpairsportshasagoodbox-shapedstructure,withoutmaintenance

4、,whichisfitformachinesworkinginextremecontaminationoroftencomingwithproblemsbecauseofcorrosion;planarlinkagemechanismnotonlycanachieveavarietyofcomplexmovement,butalsothemorecomplexmovemntdoesn'tgowithmorecomplexstructure;whatgiveslinkageauniqueadvantageisthatthemotiverulesandperformanceoftheori

5、ginalmechanismwillchangewiththelengthofthebar.Asaresult,linkagemechanismsarewidelyusedinmechanicalindustries.Bychangingthedesignoflinkagemechanisms,itcanachievedifferentmotiverulesinordertomoveastheintendedlocationandtrajectory.TheanalysisofmechanisMsmotionandpowerisaimedateachlinkagemechanisMslocat

6、ion,speed,angleaccelerationandpower,eventhoseofsomepointoflinkagemechanisms.Thismethodcangivethemotionparametersandbodysizebetweentheanalyticrelationshipandtrajectoryequationsofsomepointinthebar,whichcanhelpuschooseareasonablechoiceofmechanismssize,andthustohavefurtherstudyaboutthesystemofsomemechan

7、isms.Theresearchofsimulationofplanarlinkagemechanismsistoinferrelativeformersabouteverymotivebarbystudyingthelinkagemechanisms.Goingfurtherstudyandanalyze,byapplyingmoderndesigntheorymethodandrelevantprofessionalknowledgeistoobtainmotiverulesofit,discusstherelationshipofimportantparameters.KeyWords:

8、PlanarLinkageMechanismsKinematicalPerformanceSimulationComputerAidedDesign目錄摘要Abstract第1章緒論1.1 本課題的選題背景1.2 目前國(guó)內(nèi)外研究概況1.3 連桿機(jī)構(gòu)1.3.1 連桿機(jī)構(gòu)的卞S念及特點(diǎn)1.3.2 連桿機(jī)構(gòu)的地位和作用1.3.3 連桿機(jī)構(gòu)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.4 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析1.4.2平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容1.5.1 課題的提出1.5.2 研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容1.5.3 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題1.6 本章小節(jié)第2章連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.1 研究連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的2.2

9、運(yùn)動(dòng)參數(shù)公式的推導(dǎo)2.2.1 位置公式的推導(dǎo)2.2.2 速度公式的推導(dǎo)2.2.3 加速度公式的推導(dǎo)2.3 運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析2.3.1 位置關(guān)系曲線2.3.2 角速度關(guān)系曲線2.3.3 角加速度關(guān)系曲線2.4 運(yùn)動(dòng)結(jié)果分析2.5 本章小結(jié)第3章連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析3.1 研究連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力規(guī)律的目的3.2 動(dòng)力參數(shù)公式的推導(dǎo)3.2.1 運(yùn)動(dòng)副中反力的推導(dǎo)3.2.2 曲柄上平衡力矩的推導(dǎo) 3.3 動(dòng)力關(guān)系的分析3.3.1 運(yùn)動(dòng)副中反力曲線3.3.2 曲柄平衡力矩關(guān)系曲線2.4 動(dòng)力結(jié)果分析2.5 本章小結(jié)第4章總結(jié)4.1 總結(jié)4.2 展望致謝參考文獻(xiàn)第1章緒論1.1 本課題的選題背景平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛

10、性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減?。恢圃旆奖?，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需用彈簧等力封閉來(lái)保持接觸；連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的作用，若接長(zhǎng)連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動(dòng)作10所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或復(fù)雜時(shí)，

11、需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合2。以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)者所期望的多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程通常也是十分艱難的3。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)的載荷與速度不斷提高，對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。因此,如何設(shè)計(jì)可滿足各種工程要

12、求的平面連桿機(jī)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的重要課題。近年來(lái)，隨著新技術(shù)的發(fā)展以及一些新興學(xué)科的出現(xiàn)，許多專家在原有的機(jī)構(gòu)分析方法上，綜合這些新的知識(shí)，將一些新的思想融入機(jī)構(gòu)的研究中，而無(wú)論是傳統(tǒng)還是新提出的研究方法，一個(gè)共同的特點(diǎn)就是完成一次計(jì)算的工作量較大，因此，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的研究就成了連桿機(jī)構(gòu)研究的主要方向401.2 目前國(guó)內(nèi)外研究概況機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的一個(gè)分支，即已知機(jī)構(gòu)主動(dòng)輸入，構(gòu)件尺度及構(gòu)件裝配構(gòu)形，確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（包括奇異位形問(wèn)題及運(yùn)動(dòng)誤差問(wèn)題）；或已知機(jī)構(gòu)主動(dòng)輸入和構(gòu)件尺度，確定所有裝配構(gòu)形并從中選優(yōu)，然后確定從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，就是對(duì)機(jī)構(gòu)的位移、速度和加

13、速度進(jìn)行分析。有了這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)，才能分析、評(píng)價(jià)現(xiàn)有機(jī)械的工作性能，同時(shí)它也是優(yōu)化綜合新機(jī)械的基本依據(jù)。通過(guò)位移的分析，可以確定某些構(gòu)件運(yùn)動(dòng)所需的空間或判斷它們運(yùn)動(dòng)時(shí)是否發(fā)生相互干涉；還可以確定從動(dòng)件的行程；考察構(gòu)件或構(gòu)件上某點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定位置變化的要求。通過(guò)對(duì)速度的分析，可以確定機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的速度變化是否滿足工作要求。同時(shí)速度分析也是機(jī)構(gòu)的加速度分析和受力分析的基礎(chǔ)。機(jī)構(gòu)的加速度分析，是計(jì)算慣性力不可缺少的前提條件。在高速機(jī)械中，要對(duì)其動(dòng)強(qiáng)度、振動(dòng)等動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算，這些都與動(dòng)載荷或慣性力的大小和變化有關(guān)。因此，對(duì)于高速機(jī)械，加速度分析不能忽略。平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法有很多，主要有圖解法

14、、解析法和實(shí)驗(yàn)法。當(dāng)需要簡(jiǎn)捷直觀地了解機(jī)構(gòu)的某個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)特性時(shí)，采用圖解法比較直觀、方便，但其缺點(diǎn)是精度不高，而且當(dāng)對(duì)機(jī)構(gòu)一系列位置進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，需要反復(fù)作圖，工作繁瑣。圖解法包括速度瞬心法和相對(duì)速度圖解法。當(dāng)需要確切地知道或要了解機(jī)構(gòu)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特性時(shí)，采用解析法并借助計(jì)算機(jī)，不僅可獲得很高的計(jì)算精度及一系列位置的分析結(jié)果，并能繪出機(jī)構(gòu)相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)曲線圖50國(guó)外CADJ域中關(guān)于機(jī)構(gòu)分析和仿真技術(shù)的研究開(kāi)展的較早，美國(guó)CADS等專業(yè)公司的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真軟件DADSADAMS早已商品化。UG/PRO/ENGINEERt型的CAD/CAM/CAE件都有自己的機(jī)構(gòu)分析模塊。機(jī)

15、構(gòu)分析與仿真軟件在全球的內(nèi)燃機(jī)、飛機(jī)、汽車、工程機(jī)械、冶金機(jī)械、石油鉆采機(jī)械、紡織機(jī)械、輕工機(jī)械等行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)關(guān)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和仿真技術(shù)的研究也發(fā)展的較早，但對(duì)相關(guān)軟件的研究起步卻較晚。這類軟件可分為三類：第一類用于教學(xué)目的，使用V母軟件工具開(kāi)發(fā)一些常見(jiàn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)畫演示；第二類是出于某一工程實(shí)際應(yīng)用需要所編寫的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件，這些軟件一般能相應(yīng)解決某一類機(jī)構(gòu)的問(wèn)題，而通用性受到限制；第三類是一些高校自主研發(fā)的比較通用的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析軟件，比如大連理工大學(xué)研發(fā)的平面連桿機(jī)構(gòu)分析與仿真專家系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在一些機(jī)構(gòu)分析及仿真論文中也有類似研究。參考文獻(xiàn)6利用了特征

16、歸納的作用，即從各種具體零件中總結(jié)出共性的信息進(jìn)行描述，以利于設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化及過(guò)程簡(jiǎn)單化，根據(jù)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立其特征庫(kù)。然后開(kāi)發(fā)基于VC+利Pro/TOOLKIT勺系統(tǒng)主程序與人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)Pro/E進(jìn)行控制與參數(shù)傳遞，從而最終建立完整的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)7采用VisualC+6.0,并用消息并行處理技術(shù)、位圖技術(shù)和控件信息提示技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，給出了運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)控制的程序段和運(yùn)動(dòng)平滑處理等方法。在參考文獻(xiàn)8中研究了在三維機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)SolidWorks平臺(tái)上進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真的方法，基于SolidWorks平臺(tái)，以API為應(yīng)用程序接口，以類型轉(zhuǎn)化及廣義轉(zhuǎn)化

17、法為運(yùn)動(dòng)分析的理論基礎(chǔ)，通過(guò)機(jī)構(gòu)的配合特征和裝配體中各零件幾何信息的提取與轉(zhuǎn)換，利用面向?qū)ο蟮腣C+錯(cuò)言實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)三維實(shí)體的運(yùn)動(dòng)仿真。參考文獻(xiàn)9以八桿機(jī)構(gòu)為例，將由機(jī)構(gòu)創(chuàng)意性定向發(fā)散得到的每一個(gè)機(jī)構(gòu)型作為基本運(yùn)動(dòng)分析對(duì)象，以桁架理論和基本桿組理論對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，采用面向?qū)ο蟮腣C+編程技術(shù)對(duì)其封裝，應(yīng)用雅格比矩陣辨識(shí)機(jī)構(gòu)和傳遞機(jī)構(gòu)幾何特征信息，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的自動(dòng)化。參考文獻(xiàn)10運(yùn)用圖論理論，建立了靜定桁架分析方法與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析方法的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將桁架分析中的通路法拓展到平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，提出了連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的廣義回路法。建立了桁架節(jié)點(diǎn)位移方程與機(jī)構(gòu)速度方程的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將桁架有限元分析直

18、接應(yīng)用于機(jī)構(gòu)速度計(jì)算，運(yùn)用通路法和桁架有限元法建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程，方法通用，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，且只與構(gòu)件中桿件的方位有關(guān)，與機(jī)構(gòu)中各桿件的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。參考文獻(xiàn)11對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的各類方法進(jìn)行了分析比較，完善了用于簡(jiǎn)單平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的矢量三角形法理論，并引入約束條件逼近思想，即用矢量三角形環(huán)路構(gòu)成復(fù)雜連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的基本環(huán)路，通過(guò)把未知數(shù)較多的回路中的某個(gè)未知參數(shù)虛擬為已知量15,而將后續(xù)回路中的已知參數(shù)作為約束條件進(jìn)行逼近，使復(fù)雜機(jī)構(gòu)的分析問(wèn)題變?yōu)橐痪S搜索問(wèn)題。連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法有：圖解法和解析法和實(shí)驗(yàn)法。這幾種設(shè)計(jì)方法各有特點(diǎn)。圖解法直觀、清晰，對(duì)不太精密的機(jī)械比較簡(jiǎn)單可行，但作圖誤

19、差大，且誤差難以事先計(jì)算和控制.實(shí)驗(yàn)法也有類似之處，而且工作比較煩瑣，工作量大。但隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和普及，解析法的煩瑣之處已不再困難。通過(guò)解析法設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)可以得到精確的機(jī)構(gòu)位置和軌跡。而且還可在此基礎(chǔ)上對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和繪制動(dòng)態(tài)圖。直接在計(jì)算機(jī)上觀察所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行情況，用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能分析。從前面發(fā)展現(xiàn)狀的分析可以看出，對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究越來(lái)越多，但從解決工程中的實(shí)際問(wèn)題的要求來(lái)看，還是存在著一些問(wèn)題：一是所采用的解析法在內(nèi)容和方法上有些局限性，缺乏系統(tǒng)性，而且有的方法比較復(fù)雜，不容易被一般工程技術(shù)人員所掌握；二是解析法的初始解的確定未得到很好解決，

20、因?yàn)槌跏冀庵苯佑绊懙浇獾氖諗啃?，故有時(shí)需要借助于實(shí)驗(yàn)法和圖解法來(lái)確定。因而不僅煩瑣、費(fèi)事，而且所能解決的問(wèn)題也有限.三是由于解析法的直觀性能較差，所以計(jì)算結(jié)果的驗(yàn)證和一些項(xiàng)目的檢驗(yàn)同樣要用圖解法和實(shí)驗(yàn)法來(lái)完成。由于上述原因，這些軟件在實(shí)際使用中往往很麻煩，費(fèi)時(shí)間，欲收到滿意的精確也也很困難。因此，平面連桿的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)向著實(shí)用、簡(jiǎn)明精確和人工智能化的方向發(fā)展，仍是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)學(xué)者致力研究的目標(biāo)之一12。1.3 連桿機(jī)構(gòu)1.3.1 連桿機(jī)構(gòu)的概念及特點(diǎn)平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)

21、，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減?。恢圃旆奖?，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需用彈簧等力封閉來(lái)保持接觸：連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程的作用，若接長(zhǎng)連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動(dòng)作。所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝

22、誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)者所期望的多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程通常也是十分艱難的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)的載荷與速度不斷提高，對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高2。因此，如何設(shè)計(jì)可滿足各種工程要求的平面連桿機(jī)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的重要課題。1.3.2 連桿機(jī)構(gòu)的地位和作用現(xiàn)代機(jī)械主要特征之一是用機(jī)器代替精密的、高難度的、

23、手工勞動(dòng).這樣既提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，又減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；現(xiàn)代機(jī)械的另一個(gè)主要特征是機(jī)構(gòu)復(fù)雜.特別是由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度越來(lái)越高，為了保證各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的精確配合，對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性的要求也越來(lái)越高。由此可見(jiàn)，實(shí)現(xiàn)高速度、高精度的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)制造精巧的機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)己成為機(jī)器設(shè)計(jì)的核心和首要環(huán)節(jié).機(jī)構(gòu)有連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)等等，其中連桿機(jī)構(gòu)是其它機(jī)構(gòu)的理論結(jié)構(gòu)原型，是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)理論的主要研究對(duì)象，而且在各種機(jī)構(gòu)中，它表現(xiàn)為具有多種多樣的結(jié)構(gòu)相多種多樣的特性，因此對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的研究正方興未艾。連桿機(jī)構(gòu)全部采用低副連接，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，結(jié)實(shí)耐用，不易磨損，適于高速

24、重載；運(yùn)動(dòng)低副具有良好的匣形結(jié)構(gòu)，無(wú)需保養(yǎng)；適于極度污染或腐蝕而易出現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)器中。例如農(nóng)業(yè)、礦山、化工設(shè)備中；連桿機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)多種多樣復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性不一定隨所需完成的運(yùn)動(dòng)規(guī)律性的復(fù)雜程度而增加；連桿機(jī)構(gòu)還具有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，就是可調(diào)性，即通過(guò)改變機(jī)構(gòu)中各桿件長(zhǎng)度，從而方便地改變了原機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和性能。連桿機(jī)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)在各種機(jī)械行業(yè)中被廣泛的采用3。通過(guò)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，滿足預(yù)定的位置要求和滿足預(yù)定的軌跡要求。1.3.3 連桿機(jī)構(gòu)的發(fā)展及現(xiàn)狀在各種機(jī)構(gòu)型式中，連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)表現(xiàn)為具有多種多樣的特性.僅就平面連桿而言，即使其構(gòu)件數(shù)被限制在極少的

25、情況下，大量白各種可能的結(jié)構(gòu)型式在今天難以估計(jì).它們的特性在每一方面是多種多樣的，以致只能將其視為最一般形式的機(jī)械系統(tǒng)。所以，數(shù)學(xué)家、自然科學(xué)家、工程師已經(jīng)將連桿機(jī)構(gòu)作為值得研究的對(duì)象而對(duì)其進(jìn)行理論研究。集合論、圖論、數(shù)值數(shù)學(xué)中一些專門的分支、幾何學(xué)、工程力學(xué)、設(shè)計(jì)科學(xué)等都將連桿機(jī)構(gòu)選作為例子加以研究和討論.過(guò)去大多數(shù)研究都沒(méi)有明確地服從于把連桿機(jī)構(gòu)作為機(jī)械制造有效組成部分進(jìn)行設(shè)計(jì)這一目的，因而不難理解，連桿機(jī)構(gòu)比賦予它們的實(shí)際意義以更多的關(guān)注，就能肯定地說(shuō)，還未對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的所有特性都進(jìn)行了研究或者說(shuō)還未全部加以應(yīng)用。在古代和在中世紀(jì)許多實(shí)際應(yīng)用方面的發(fā)明中就有連桿機(jī)構(gòu)，例如列澳多.達(dá).芬奇所

26、描述的橢圓在削裝置。在工業(yè)革命時(shí)代，就有了諸如天才的斯特芬機(jī)構(gòu)和其它機(jī)車制造中的機(jī)構(gòu)或詹姆士.瓦特機(jī)構(gòu)，詹姆士.瓦特甚至把齒輪機(jī)構(gòu)和連桿機(jī)構(gòu)組合為齒輪連桿機(jī)構(gòu)，這樣不僅避開(kāi)了特殊處理的曲柄軸，而且使分輪轉(zhuǎn)速增加了一倍。連桿機(jī)構(gòu)在蒸汽機(jī)技術(shù)中的應(yīng)用，如瓦特根據(jù)經(jīng)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)的直線導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，推動(dòng)了對(duì)連桿機(jī)構(gòu)特性作為全面和科學(xué)的分析。其中受到普遍重視的是最簡(jiǎn)單的連桿機(jī)構(gòu)，即四連桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)時(shí)也稱三桿機(jī)構(gòu)。布爾梅斯特沒(méi)有僅局限于分析，而是研究了機(jī)構(gòu)綜合的基礎(chǔ)理論，布爾梅斯特理論（位置幾何學(xué)）概括了阿爾特的理論，并因此而用圖解法為確定連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸開(kāi)辟了一個(gè)廣闊的領(lǐng)域4。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè)計(jì)軟件

27、的開(kāi)發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)精度有了較大的提高，而且在滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的同時(shí)，還可考慮到動(dòng)力學(xué)特性。尤其是微電子技術(shù)及自動(dòng)控制技術(shù)的引入，多自由度連桿機(jī)構(gòu)的采用，使連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)大為簡(jiǎn)化，使用范圍更為廣泛。從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，通常包括選型和運(yùn)動(dòng)尺寸設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，前者是確定連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，包括構(gòu)件數(shù)目以及運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)目，后者是確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的參數(shù)，包括轉(zhuǎn)動(dòng)副中心之間的距離、移動(dòng)副位置尺寸以及描繪連桿曲線的點(diǎn)的位置尺寸等。對(duì)設(shè)計(jì)方法而言，有圖解法、實(shí)驗(yàn)法、解析法等。近年，利用計(jì)算機(jī)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助研究的方法越來(lái)越多，無(wú)論那種方法，其目的是對(duì)機(jī)構(gòu)分析與綜合進(jìn)行優(yōu)化，使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果

28、更科學(xué)更精確，同時(shí)也可減輕人的體力和腦力勞動(dòng)。1.4 連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析1.4.1 運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析需完成的工作對(duì)于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析就是利用高數(shù)及理論力學(xué)相關(guān)知識(shí)推算連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間的關(guān)系，通過(guò)編程確定連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)件和節(jié)點(diǎn)的位置，繪制連桿機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，利用速度、加速度公式輸出各運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)參數(shù)，得到負(fù)載和驅(qū)動(dòng)力間的關(guān)系。1.4.2 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析用MATLAB統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析，MATLAB集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體的高性能數(shù)學(xué)軟件，它在國(guó)內(nèi)外高校和科研部門正扮演著越來(lái)越重要的角色，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，將其強(qiáng)大的計(jì)算功能與VEe圖形用戶界面開(kāi)發(fā)方面的優(yōu)

29、勢(shì)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的無(wú)縫集成。本文利用MATLAB件繪制的特殊功能，利用速度、加速度等公式輸出各運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力規(guī)律，得到運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及負(fù)載和驅(qū)動(dòng)力間的關(guān)系。1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容1.5.1 課題的提出平面連桿機(jī)構(gòu)是由若干剛性構(gòu)件用低副聯(lián)接而成的平面機(jī)構(gòu)，故又稱平面低副機(jī)構(gòu)。平面連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)、移動(dòng)和平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。它的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減小；制造方便，易獲得較高的精度；兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的，它不像凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需用彈簧等力封閉來(lái)保持接觸：連桿機(jī)構(gòu)還能起增力或擴(kuò)大行程

30、的作用，若接長(zhǎng)連桿，則能控制較遠(yuǎn)距離的某些動(dòng)作。所以，平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電一體化產(chǎn)品中。但是它還存在著許多缺點(diǎn)：一般情況下只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡，且設(shè)計(jì)較為復(fù)雜；當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或復(fù)雜時(shí)，需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多，這樣就使機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、安裝誤差的敏感性增加；機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡，在高速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。以四桿機(jī)構(gòu)為代表的平面連桿機(jī)構(gòu)在工程機(jī)械中應(yīng)用非常廣泛，其優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)者所期望的多種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌

31、跡的要求，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，工作可靠。但欲使某簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程通常也是十分艱難的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，機(jī)構(gòu)的載荷與速度不斷提高，對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。因此，如何設(shè)計(jì)可滿足各種工程要求的平面連桿機(jī)構(gòu)，一直是該領(lǐng)域的重要課題。近年來(lái)，隨著新技術(shù)的發(fā)展以及一些新興學(xué)科的出現(xiàn)，許多專家在原有的機(jī)構(gòu)分析方法上，綜合這些新的知識(shí)，將一些新的思想融入機(jī)構(gòu)的研究中，而無(wú)論是傳統(tǒng)還是新提出的研究方法，一個(gè)共同的特點(diǎn)就是完成一次計(jì)算的工作量較大，因此，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法的研究就成了連桿機(jī)構(gòu)研究的主要方向。1.5.2 研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析的研究，就是

32、以連桿機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象，對(duì)其各個(gè)運(yùn)動(dòng)件之間的關(guān)系公式進(jìn)行推導(dǎo)，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論方法和有關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)深入地分析和研究,探索掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并用MATLAB件對(duì)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力情況進(jìn)行分析。本課題研究?jī)?nèi)容主要是：連桿機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)件間的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力變化情況。1.5.3 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：根據(jù)已獲得的相關(guān)數(shù)據(jù)，判斷連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力規(guī)律，通過(guò)MATLAB件對(duì)運(yùn)動(dòng)（包括：位置、角速度、角加速度）及動(dòng)力（靜態(tài)力及平衡力矩）分析。1.6 本章小節(jié)本章首先介紹了連桿機(jī)構(gòu)的基本概念和理論，連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)、地位及作用，回顧了連桿機(jī)構(gòu)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)外的研究、發(fā)展、應(yīng)用狀況，最后說(shuō)明了本課題所作

33、的主要研究工作，研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容以及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題。第2章連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律2.1 研究連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的目的本課題是利用MATLAB件對(duì)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力進(jìn)行分析，所以就要對(duì)各參數(shù)公式（包括位置公式、速度公式、加速度公式及受力公式）進(jìn)行分析，而要推導(dǎo)和掌握參數(shù)公式就必須要研究連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。掌握了連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律之后，才能利用數(shù)學(xué)和理論力學(xué)的方法對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究和推導(dǎo)公式。研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)應(yīng)要推導(dǎo)和掌握參數(shù)公式就必須要研究連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及動(dòng)力首先建立機(jī)構(gòu)的位置方程式，然后將位置方程式對(duì)時(shí)間求一次和二次倒數(shù)，即可求得機(jī)構(gòu)的速度和加速度方程，進(jìn)而解出所需位移、速度及加速度，完成

34、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。研究動(dòng)力時(shí)首先根據(jù)力的平衡條件列出各力之間的關(guān)系式后再求解。2.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)公式的推導(dǎo)1.1.1 桿機(jī)構(gòu)封閉矢量多邊形1.1.2 位置公式的推導(dǎo)如圖2-1所示，先建立一直角坐標(biāo)系。圖示中四桿機(jī)構(gòu)，以其原動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)副為0點(diǎn)建立坐標(biāo)系，設(shè)曲柄1的長(zhǎng)度為，其方位角為電，為曲柄1的桿矢量，即=。機(jī)構(gòu)中其余構(gòu)件均可表示為相應(yīng)的桿矢量，這樣就形成由各桿矢量組成的一個(gè)封閉矢量多邊形，即ABCDA在圖示這個(gè)封閉矢量多邊形中，其各矢量之和為零。即式中=0(2-1)曲柄1的長(zhǎng)度;連桿2的長(zhǎng)度;搖桿3的長(zhǎng)度;機(jī)架4的長(zhǎng)度。式(2-1)即為圖2-1所示四桿機(jī)構(gòu)的封閉矢量位置方程式。將式(2-1)寫成在兩

35、坐標(biāo)上的投影式，并改寫成方程左邊含未知量項(xiàng)的形式，即得(2-2)b2cos2-b3cos3=b4-b1cos1b2sin2-b3sin3-b1sin1式中*1曲柄1的方位角；%連桿2的方位角；%搖桿3的方位角。4*，A由于、及9均為已知，需求出外和外。式(2-2)可變形為(2-3)b2cos2=b3cos3b4-b1cos1b2sin2=b3sin3-bisin1將式(2-3)左右兩邊平方后相加得=b12b；b；2b3b4-2b1b3cos3cos1-2b1b3sin3sin1-2b1b4cos1(2-4)可將上式寫成簡(jiǎn)化形式A sin 3 B3cos 3 C3 = 0(2-5)式中A3=2b

36、1b3sin1B1B2=B4B3b3=2b3(b1cos1-b4)由式(2-5)可解得(2-6)1/3、(A3A2B32-C32)阿萬(wàn)廣(B3-C3)同理可求出23=2arctan(A3 ,A B'C"C3)2=2arctan(A2, 皿°)(2-7)(2-8)式中A3=2b1b2sin11.1.3 速度公式的推導(dǎo)=1b1 sin 1=- 1b1 cos 1(2-9)將式(2-2)對(duì)時(shí)間求一次導(dǎo)數(shù)，可得-b22sin2b33sinb22cos2-b33cos3式中曲柄1的角速度;2連桿2的角速度;03搖桿3的角速度解此方程組可求的02、03式(2-6)亦可寫成矩陣形

37、式-b2sin2b3sin32b1sin1=1b2cos巾2b3cose31M3_1b1cos%(2-10)由上式可求出1b1sin(1-3)b2sin(2-3)(2-11)1nsin(1-2)3-b3sin(3-2)(2-12)由于已知及，因此可同時(shí)求出B點(diǎn)及C點(diǎn)的速度即Vb=bi1(2-13)_1b1sin(1-2)vC一33一b3sin(3-2)(2-14)2.2.3加速度公式的推導(dǎo)將式(2-7)對(duì)時(shí)間取導(dǎo)，可得加速度關(guān)系-«2b2cos*263b3cos43L_®1b1sin*11二一.上二6"AI62b2sin%63b3Sin%-1blcos外一(2-1

38、5)式中連桿2的角加速度;f8桿3的角加速度。由上式可解得22.2.1b1cos(1-2)2b2-3b3cos(3-2)Q=b3sin(3-2)(2-16)Ctc-2=222.-1b1cos(1-3)-2b2cos(2-3)3b3b3sin(2-3)(2-17)如果求連桿上任一點(diǎn)E的位置、速度和加速度，設(shè)連桿上任意一點(diǎn)皿其上的位置矢量為m、n,由圖2-1可見(jiàn)，則可由下列各式直接求得:Xe=b1cos1mcos2yE=b1sin1msin2ncos(2)2產(chǎn)，工、nsin(2)(2-18)(2-19)jvpxi_xE1_lrb1sin*11vpy-)e_.1b1cos41-msin2-nsin(

39、2)2JTmcos2ncos(2)2lx一口.y1H1-i-b1sin*1msin%nsin(一十%)02- b1 cos®1b1 sin 網(wǎng)b1cos1mcos巾2+ncos(十巾2)L2一,ji,mcos%+nsin(一+42)2msin%+nsin(十%)(2-20)式中E點(diǎn)在x軸方向投影;E點(diǎn)在y軸方向投影;vPxE點(diǎn)在x軸方向速度；vPyE點(diǎn)在y軸方向速度；«PxE點(diǎn)在x軸方向加速度;«PyE點(diǎn)在y軸方向加速度。2.3運(yùn)動(dòng)關(guān)系的分析利用matlaBc件對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力進(jìn)行的分析，由軟件仿真出連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力關(guān)系曲線。由圖2-1所示，對(duì)此四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)

40、行運(yùn)動(dòng)分析。已知條件為四桿機(jī)構(gòu)各桿件的長(zhǎng)度b1=101.6mmb2=254mmb3=177.8mmb4=304.8mm對(duì)于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析即已知曲柄1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(即已知牝的變化規(guī)律)，由公式推導(dǎo)出連桿2和搖桿3中各參數(shù)與外的相互關(guān)系，以下即為應(yīng)用MATLA歆件仿真出的關(guān)系曲線圖。1.1.1 位置關(guān)系曲線由上述公式(2-7)和(2-8)可仿真出連桿位置及搖桿位置曲線如以下各圖所示：圖2-2連桿角度變化曲線圖2-3連桿角度變化曲線以上兩圖分別為連桿位置與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為連桿位置。圖2-2為曲柄由0-時(shí)連桿角度變化曲線圖，圖2-3為曲柄由0-時(shí)連桿角度變化曲線圖。圖2-4搖

41、桿角度變化曲線圖2-5搖桿角度變化曲線以上兩圖分別為搖桿位置與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為搖桿位置。圖2-4為曲柄由0-時(shí)搖桿角度變化曲線圖，圖2-5為曲柄由0-時(shí)搖桿角度變化曲線圖。1.1.2 角速度關(guān)系曲線由上述公式(2-11)和(2-12)可仿真出連桿角速度及搖桿角速度曲線如以下各圖所示：圖2-6連桿角速度變化曲線圖2-7連桿角速度變化曲線以上兩圖分別為連桿角速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為連桿角速度。圖2-6為曲柄由0-時(shí)連桿角速度變化曲線圖，圖2-7為曲柄由0-時(shí)連桿角速度變化曲線圖。圖2-8搖桿角速度變化曲線圖2-9搖桿角速度變化曲線以上兩圖分別為

42、搖桿角速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為搖桿角速度。圖2-8為曲柄由0-時(shí)搖桿角速度變化曲線圖，圖2-9為曲柄由0-時(shí)搖桿角速度變化曲線圖。1.1.3 角加速度關(guān)系曲線由上述公式(2-16)和(2-17)可仿真出連桿角加速度及搖桿角加速度曲線如以下各圖所示：圖2-10連桿角加速度變化曲線圖2-11連桿角加速度變化曲線以上兩圖分別為連桿角加速度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為連桿角加速度。圖2-10為曲柄由0-時(shí)連桿角加速度變化曲線圖，圖2-11為曲柄由0-時(shí)連桿角加速度變化曲線圖。圖2-12搖桿角加速度變化曲線圖2-13搖桿角加速度變化曲線以上兩圖分別為搖桿角加速

43、度與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為搖桿角加速度。圖2-12為曲柄由0-時(shí)搖桿角加速度變化曲線圖，圖2-13為曲柄由0-時(shí)搖桿角加速度變化曲線圖。2.4 運(yùn)動(dòng)結(jié)果分析對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，由以上2-22-13各圖所示：1. 由圖2-2和2-3可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，連桿的角度也相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，連桿的角度最??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí),連桿的角度相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為，連桿的角度最大；當(dāng)曲柄的變化由2時(shí)，連桿的角度也相應(yīng)的減小。2. 由圖2-4和2-5可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，搖桿的角度也相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，搖桿

44、的角度最??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，搖桿的角度相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為，搖桿的角度最大；當(dāng)曲柄的變化由2時(shí)，搖桿的角度也相應(yīng)的減小。3. 由圖2-6和2-7可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角速度的不斷增加，連桿的角速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，連桿的角速度最大；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，連桿的角速度相應(yīng)的減??；其中當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，曲柄角速度變化較小。4. 由圖2-8和2-9可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，搖桿的角速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，搖桿的角速度最大；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，搖桿的角速度相應(yīng)的減小。5. 由圖2-10和2-11可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角速度的不

45、斷增加，連桿的角加速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，連桿的角加速度最大；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，連桿的角加速度相應(yīng)的減?。划?dāng)曲柄的變化由時(shí)，連桿的角加速度變化較??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，連桿的角加速度相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，連桿的角加速度最小；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，連桿的角加速度相應(yīng)的增大。6. 由圖2-12和2-13可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，搖桿的角加速度也相應(yīng)的增加，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，搖桿的角加速度最大；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，搖桿的角加速度相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，搖桿的角加速度最?。划?dāng)曲柄的變化由時(shí)，搖桿的角加速度相應(yīng)的增大。2.5 本章小結(jié)本章概括闡述了掌握連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)

46、動(dòng)規(guī)律的目的，詳推導(dǎo)了通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄位置基本參數(shù)（*1）表示其他機(jī)構(gòu)（連桿和搖桿）位置參數(shù)的公式、連桿及搖桿的角速度參數(shù)公式、角加速度參數(shù)公式，為后續(xù)利用MATLAB件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析做了充足準(zhǔn)備。對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了分析，并應(yīng)用MATLAB件進(jìn)行了仿真，仿真出各運(yùn)動(dòng)關(guān)系曲線。第3章連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析3.1 研究連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力規(guī)律的目的連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析的主要目的是確定運(yùn)動(dòng)副中的反力和需加于機(jī)構(gòu)上的平衡力3.2 動(dòng)力參數(shù)公式的推導(dǎo)3.2.1 運(yùn)動(dòng)副中反力的推導(dǎo)將各運(yùn)動(dòng)副中的反力分解為沿兩坐標(biāo)軸的兩個(gè)分力示出，即(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)式中、A點(diǎn)受力；B點(diǎn)受力；C點(diǎn)受力；

47、D點(diǎn)受力o1)先取構(gòu)件3為分離體，并將該構(gòu)件上的諸力對(duì)D點(diǎn)取矩(規(guī)定力矩的方向逆時(shí)針者為正，順時(shí)針者為負(fù))，則根據(jù)，并應(yīng)用歐拉公式=+i,可得b3FR23x-Mri(y-3)=b3e2(Fr23xiFR23y)-Mr=-b3FR23xsin3-b3FR23yC0s3-Mri(b3FR23xC0s3-b3FR23ysin3)(3-5)式中Mr作用于搖桿機(jī)構(gòu)3上的生產(chǎn)阻力矩。式實(shí)?-b3FR23xsin3-4FR23yC0S3一Mr=0(3-6)同理，取構(gòu)件2為分離體，并將諸力對(duì)B點(diǎn)取矩，則根據(jù)ZMb=0,可得b2(-Fr23-Mr)(mtnt)Fi(三2)i(=，)i(二2)=b2e2(Fr23

48、xiFR23y)me2ne2卜0(3-7)式實(shí)?b2FR23xsin2b2FR23ycos2-mFsin(2f)-nFcos(2f)=(3-8)由式(3-6)及式(3-8)聯(lián)解可得1Mrcos2Fsin3FR23x=snT丁msin(2F)ncos(2F)(3-9)fd1(FR23y=sin(3-2)Mrcos2b3Fsinqmsin(2)ncos(2f)(3-10b22)由構(gòu)件3上的諸力平衡條件，£F=0,得(3-11)3)由構(gòu)件2上的諸力平衡條件，£F=0,得=FR12xiFR12y*R23x-Fr23yFeF(3-二(FR12x-FR23xFCOSf)i(FRi2y-

49、Fr23yFSF)=012)式中外力F與x軸夾角。由上式實(shí)部虛部均為零可得Fri2x=Fr23x一FCOSF(3-13)FR12y=FR23y一FsinF(3-14)而Fr12=Fr12x+iFR12y,根據(jù)構(gòu)件1力平衡條件，得(3-15)3.2.2 曲柄上平衡力矩的推導(dǎo)由于二b1(FR12xSin1FR12ycos1)-i(FR12xCOS1F嘮ySin1)(3-16)式中曲柄1上平衡力矩。由上式的等式兩端的實(shí)部相等可得Mb=，(FR12xSin1Frmcos1)(3-17)3.3動(dòng)力關(guān)系的分析利用MATLA歆件對(duì)連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力進(jìn)行的分析，由軟件仿真出連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力關(guān)系曲線。以上圖

50、3-1所示機(jī)構(gòu)對(duì)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析。已知條件為四桿機(jī)構(gòu)各桿件的長(zhǎng)度b1=101.6mmb2=254mmb3=177.8mmb4=304.8mmm=150mmn=75mm作用于連桿2上的已知外力F=100N作用于搖桿機(jī)構(gòu)上的已知生產(chǎn)阻力矩=50N-m,外力與x軸夾角為咚=，對(duì)于機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析即已知曲柄1的運(yùn)動(dòng)規(guī)律(即已知外的變化規(guī)律)，推導(dǎo)出運(yùn)動(dòng)副中的反力曲柄1上的平衡力矩與重的相互關(guān)系。以下即為應(yīng)用MATLA顫件仿真出的關(guān)系曲線圖。3.3.1 運(yùn)動(dòng)副中反力曲線由上述公式（3-9）、（3-10）、（3-11）、（3-12）、（3-13）、（3-14）、（3-15）可仿真出各運(yùn)動(dòng)副中反力曲

51、線如以下各圖所示：圖3-2A點(diǎn)x向反力變化曲線圖3-3A點(diǎn)x向反力變化曲線以上兩圖分別為A點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為A點(diǎn)x向反力。圖3-2為曲柄由0-時(shí)A點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-3為曲柄由0-時(shí)A點(diǎn)x向反力變化曲線圖。圖3-4A點(diǎn)y向反力變化曲圖3-5A點(diǎn)y向反力變化曲以上兩圖分別為A點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為A點(diǎn)y向反力。圖3-4為曲柄由0-時(shí)A點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-5為曲柄由0-時(shí)A點(diǎn)y向反力變化曲線圖。圖3-6B點(diǎn)x向反力變化曲線圖3-7B點(diǎn)x向反力變化曲線以上兩圖分別為B點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位

52、置，y軸為B點(diǎn)x向反力。圖3-6為曲柄由0-時(shí)B點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-7為曲柄由0-時(shí)B點(diǎn)x向反力變化曲線圖。圖3-8B點(diǎn)y向反力變化曲線圖3-9B點(diǎn)y向反力變化曲線以上兩圖分別為B點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為B點(diǎn)y向反力。圖3-8為曲柄由0-時(shí)B點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-9為曲柄由0-時(shí)B點(diǎn)y向反力變化曲線圖。圖3-10C點(diǎn)x向反力變化曲線圖3-11C點(diǎn)x向反力變化曲線以上兩圖分別為C點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為C點(diǎn)x向反力。圖3-10為曲柄由0-時(shí)C點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-11為曲柄由0-時(shí)C點(diǎn)x向反力變化曲線圖。圖3-1

53、2C點(diǎn)y向反力變化曲線圖3-13C點(diǎn)y向反力變化曲線以上兩圖分別為C點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為C點(diǎn)y向反力。圖3-12為曲柄由0-時(shí)C點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-13為曲柄由0-時(shí)C點(diǎn)y向反力變化曲線圖。圖3-14D點(diǎn)x向反力變化曲線圖3-15D點(diǎn)x向反力變化曲線以上兩圖分別為D點(diǎn)x向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為D點(diǎn)x向反力。圖3-14為曲柄由0-時(shí)D點(diǎn)x向反力變化曲線圖，圖3-15為曲柄由0-時(shí)D點(diǎn)x向反力變化曲線圖。圖3-16D點(diǎn)y向反力變化曲線圖3-17D點(diǎn)y向反力變化曲線以上兩圖分別為D點(diǎn)y向反力與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置

54、，y軸為D點(diǎn)y向反力。圖3-16為曲柄由0-時(shí)D點(diǎn)y向反力變化曲線圖，圖3-17為曲柄由0-時(shí)D點(diǎn)y向反力變化曲線圖。3.3.2 曲柄平衡力矩關(guān)系曲線由上述公式（3-17）可仿真出曲柄平衡力矩曲線如以下各圖所示：圖3-18曲柄1上的平衡力矩變化曲線圖3-19曲柄1上的平衡力矩變化曲線以上兩圖分別為曲柄1上的平衡力矩與曲柄位置關(guān)系曲線，其中x軸為曲柄位置，y軸為曲柄1上的平衡力矩。圖3-18為曲柄由0-時(shí)曲柄1上的平衡力矩變化曲線圖，圖3-19為曲柄由0-時(shí)曲柄1上的平衡力矩變化曲線圖。2.4動(dòng)力結(jié)果分析對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力分析，由以上3-23-19各圖所示：1 .由圖3-2和圖3-3可知，當(dāng)曲柄

55、的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，A點(diǎn)在x軸方向上的反力不斷增大，其中當(dāng)曲柄的角度為，A點(diǎn)在x軸方向上的反力最大；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，A點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，A點(diǎn)在x軸方向上的反力最??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，A點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的增加。2 .由圖3-4和圖3-5可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，A點(diǎn)在y軸方向上的反力不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，A點(diǎn)在y軸方向上的反力最??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，A點(diǎn)在y軸方向上的反力相應(yīng)的增大，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，A點(diǎn)在y軸方向上的反力最大??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，A點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小。3 .由圖3-6和圖3-7可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，B點(diǎn)在x軸方向上的反力不斷增大，其中當(dāng)曲柄的角度為，B點(diǎn)在x軸方向上的反力最大；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，B點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的減小，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，B點(diǎn)在x軸方向上的反力最??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，B點(diǎn)在x軸方向上的反力相應(yīng)的增加。4 .由圖3-8和圖3-9可知，當(dāng)曲柄的變化由0時(shí)，隨著曲柄角度的不斷增加，B點(diǎn)在y軸方向上的反力不斷減小，其中當(dāng)曲柄的角度為，B點(diǎn)在y軸方向上的反力最??；當(dāng)曲柄的變化由時(shí)，B點(diǎn)在y軸方向上的反力相應(yīng)的增大，當(dāng)曲柄的角度為時(shí)，B點(diǎn)在y軸方向上的反力最大?。划?dāng)曲柄的變化由時(shí)，B點(diǎn)在