平面六连杆机构的运动分析Matlab代码（精选9篇）
平面六连杆机构的运动分析Matlab代码 第1篇
第4章平面连杆机构运动分析
习题
4-1．求出下列机构中所有速度瞬心
（a）
（b）
(c)
(d)
图4-1
4-2．在图4-2所示摆动导杆机构中，BAC90,lAB60mm,lAC120mm,曲柄AB的等角速度130rad/s,求构件3的角速度3和角加速度3。
4-3．在图4-3所示机构中，已知145,1100rad/s,方向为逆时针方向，lAB4m,60。求构件2的角速度2和构件3的速度v3。
图4-2
图4-3
平面六连杆机构的运动分析Matlab代码 第2篇
题目: 基于UG的平面四连杆机构设计及运动仿真
专业名称 学生姓名 指导教师 毕业时间
机电设备维修与管理
李小军 季祥 2011年7月
毕业设计任务书
指导教师：季祥
一、设计题目用
基于UG的空间四连杆机构设计及运动仿真
二、设计的目的
1）掌握UG的基本使用方法。
2）掌握四连杆机构的特点及虚拟装配的方法。3）掌握UG中运动仿真的方法。
三、设计要求
1）平面四连杆机构的三维造型。2）平面四连杆机构的虚拟装配
3）UG中平面四连杆机构的运动仿真。4）仿真结果的分析
四、完成的任务
要求说明详细，字迹工整，原理正确，图纸规范，图形清晰，符号标准，线条均匀。
（1）设计与绘制平面四连杆机构，建立运动仿真的模型。（2）毕业设计说明书（8000以上）1）设计题目
2）四连杆机构原理说明
3）四连杆机构的三维造型设计及虚拟装配 4）UG的四连杆运动仿真 5）设计总结及改进意见 6）主要参考资料
五、参考文献
机械设计
高等教育出版社 主编
濮良贵 纪名刚 机械原理
高等教育出版社 主编
孙恒 陈作模
UG NX5.0中文版从入门到精通
机械工业出版社 主编
胡仁喜、康士廷、刘昌丽
目录
摘要..........................................................................................................4 第1章 绪论............................................................................................5
1.1 UG NX5的功能模块.............................................................5
1.1.1 UG NX5用户界面......................................................5 1.1.2主要功能.........................................................................6 1.2 UG NX5的工作环境.............................................................9 1.3 产品设计的一般过程...........................................................12 1.4 三维造型设计步骤...............................................................13 第二章平面连杆机构..........................................................................15
2.1 平面四杆机构的基本形式...................................................15 2.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件.......................................16 2.3 铰链四杆机构的演化.............................................................17 第三章平面四杆机构的基本特性......................................................20
3.1 四杆机构的极位...................................................................20 3.2 四杆机构从动件的急回特性...............................................20 3.3 平面连杆机构的传力特性...................................................20 3.4 死点位置...............................................................................21 第四章 四连杆的三维造型..................................................................22
4.1 机架的三维造型...................................................................22 4.2 连架杆1的三维造型...........................................................26 4.3 连架杆2的三维造型...........................................................28 4.4 连杆的三维造型...................................................................28 第五章 四连杆的虚拟装配..................................................................31
5.1 进入装配模块.......................................................................31
5.2 添加组件机架.......................................................................31 5.3 装配连架杆1........................................................................32 5.4 装配连架杆2........................................................................34 5.5 装配连杆...............................................................................35 第六章
平面四连杆机构的运动仿真................................................40
6.1 新建仿真...............................................................................40 6.2 新建连杆...............................................................................41 6.3 创建运动副...........................................................................43 第七章
平面四连杆的运动仿真分析................................................46
7.1 运动副图表分析...................................................................46 7.2 死点位置...............................................................................49 结
论....................................................................................................51 致
谢....................................................................................................52 参考文献................................................................................................53
摘要
UG NX是集CADCAECAM于一体的三维参数化软件，也是当今世界最先进的设计软件，它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械电子等工程领域。还有在系统创新、工业设计造型、无约束设计、装配设计、钣金设计、工程图设计等方面的功能。
平面四连杆机构是由低副（转动副）联接而成的机构，其主要特点是：由于低副为面接触，压强低、磨损量少，而且构成运动副的表面是圆柱面或平面，制造方便，容易获得较高精度；又由于这类机构容易实现常见的转动、移动及其转换，所以获得广泛应用。
本课题详细的介绍了UG NX的功能模块、工作环境、产品设计的一般过程、三维造型设计步骤；平面四杆机构的基本形式、铰链四杆机构中曲柄存在的条件、铰链四杆机构的演化、平面四杆机构的基本特性，以及使用UG对平面四连杆机构进行三维造型、虚拟装配及运动仿真的方法。
关键字：
UG 四连杆
装配
仿真
第1章 绪论
UG NX是Unigraphics Solutions公司推出的CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、通用机械及电子工业等工程设计领域得到了大规模的应用。
1.1 UG NX5的功能模块
1.1.1 UG NX5用户界面
图 1-1 UG的用户界面
图 1-2 建模工作窗口
1.1.2主要功能
UG NX5软件是由多个模块组成的，主要包括CAD、CAM、CAE、注塑模、钣金件、Web、管路应用、质量工程应用、逆向工程等应用模块，其中每个功能模块都以Gateway环境为基础，它们之间既有联系又相互独立。
UG/Gateway UG/Gateway为所有UG NX产品提供了一个一致的、基于Motif的进入捷径，是用户打开NX进入的第一个应用模块。Gateway是执行其他交互应用模块的先决条件，该模块为UG NX5的其他模块运行提供了底层统一的数据库支持和一个图形交互环境。它支持打开已保存的部件文件、建立新的部件文件、绘制工程图以及输入输出不同格式的文件等操作，也提供图层控制、视图定义和屏幕布局、表达式和特征查询、对 6
象信息和分析、显示控制和隐藏/再现对象等操作。
CAD模块 1．实体建模
实体建模是集成了基于约束的特征建模和显性几何建模两种方法，提供符合建模的方案，使用户能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、布尔运算及其表达式。实体建模是特征建模和自由形状建模的必要基础。
2．特征建模
UG特征建模模块提供了对建立和编辑标准设计特征的支持，常用的特征建模方法包括圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等。为了基于尺寸和位置的尺寸驱动编辑、参数化定义特征，特征可以相对于任何其他特征或对象定位，也可以被引用复制，以建立特征的相关集。
3．自由形状建模
UG自由形状建模拥有设计高级的自由形状外形、支持复杂曲面和实体模型的创建。它是实体建模和曲面建模技术功能的合并，包括沿曲线的扫描，用一般二次曲线创建二次曲面体，在两个或更多的实体间用桥接的方法建立光滑曲面。还可以采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，或通过引入数学方程控制、编辑模型。
4．工程制图
UG工程制图模块是以实体模型自动生成平面工程图，也可以利用曲线功能绘制平面工程图。在模型改变时，工程图将被自动更新。制图模块提供自动的视图布局（包括基本视图、剖视图、向视图和细节视图等），可以自动、手动尺寸标注，自动绘制剖面线、形位公差和表面粗糙
度标注等。利用装配模块创建的装配信息可以方便地建立装配图，包括快速地建立装配图剖视、爆炸图等。
5．装配建模
UG装配建模是用于产品的模拟装配，支持“由底向上”和“由顶向下”的装配方法。装配建模的主模型可以在总装配的上下文中设计和编辑，组件以逻辑对齐、贴合和偏移等方式被灵活地配对或定位，改进了性能和减少存储的需求。参数化的装配建模提供为描述组件间配对关系和为规定共同创建的紧固件组和共享，使产品开发并行工作。
MoldWizard模块
MoldWizard是UGS公司提供的运行在Unigraphics NX软件基础上的一个智能化、参数化的注塑模具设计模块。MoldWizard为产品的分型、型腔、型芯、滑块、嵌件、推杆、镶块、复杂型芯或型腔轮廓创建电火花加工的电极及模具的模架、浇注系统和冷却系统等提供了方便的设计途径，最终可以生成与产品参数相关的、可用于数控加工的三维模具模型。
CAM模块
UG/CAM模块是UG NX的计算机辅助制造模块，该模块提供了对NC加工的CLSFS建立与编辑，提供了包括铣、多轴铣、车、线切割、钣金等加工方法的交互操作，还具有图形后置处理和机床数据文件生成器的支持。同时又提供了制造资源管理系统、切削仿真、图形刀轨编辑器、机床仿真等加工或辅助加工。
产品分析模块
UG产品分析模块集成了有限元分析的功能，可用于对产品模型进行受力、受热后的变形分析，可以建立有限元模型、对模型进行分析和对分析后的结果进行处理。提供线性静力、线性屈服分析、模拟分析和
稳态分析。运动分析模块用于对简化的产品模型进行运动分析。可以进行机构连接设计和机构综合，建立产品的仿真，利用交互式运动模式同时控制5个运动副，设计出包含任意关于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析，以多种格式表达分析结果。注塑模流动分析模块用于注塑模中对熔化的塑料进行流动分析。具有前处理、解算和后处理的能力，提供强大的在线求解器和完整的材料数据库。
1.2 UG NX5的工作环境
在初始界面中，单击【标准】工具栏中的【新建】按钮，或者选择【文件】/【新建】选项，系统将弹出如图1-1所示的【文件新建】对话框。
图1-3 【文件新建】对话框
该对话框提供了3个选项卡：模型、图纸和仿真。用户可以根据需要选择对应的模板。首先选择“模型”选项卡中的“模型”模板，然后在“新文件名”组框中的“名称”文本框中输入新文件名（UG NX5要求存盘目录和文件名必须是英文字符），在“文件夹”文本框中选择文件保存目录，最后单击【确定】按钮，系统将弹出如图1-2所示的NX5基
本界面。
图1-4 UG的基本界面
NX5基本界面主要由标题栏、菜单栏、工具栏、绘图区、坐标系图标、提示栏、状态栏和资源导航器等部分组成。
1．标题栏
标题栏位于UG NX5用户界面的最上方，用来显示软件名称及版本号，以及当前的模块和文件名等信息，如果对部件已经做了修改，但还没进行保存，其后面还会显示“修改的”提示信息。
2．菜单栏
菜单栏位于标题栏的下方，包括了该软件的主要功能，每一项对应一个UG NX5的功能类别。它们分别是文件、编辑、视图、插入、格式、工具、装配、信息、分析、首选项、窗口和帮助。每个菜单标题提供一个下拉式选项菜单，菜单中会显示所有与该功能有关的命令选项。
3．工具栏
UG NX5有很多工具栏的选择，当启动默认设置时，系统只显示其中的几个，工具栏是一行图符，每个图符代表一个功能。工具栏与下拉菜单中的菜单项相对应，执行相同的功能，可以使用户避免在菜单栏中
查找命令的繁琐，方便操作。UG各功能模块提供了许多使用方便的工具栏，用户还可以根据自己的需要及显示屏的大小对工具栏图标进行设置。
4．提示栏
提示栏主要用于提示用户如何操作，是用户与计算机信息交互的主要窗口之一。在执行每个命令时，系统都会在提示栏中显示用户必须执行的动作，或者提示用户的下一个动作。
5．状态栏
状态栏位于提示栏的右方，显示有关当前选项的消息或最近完成的功能信息，这些信息不需要回应。
6．对话框轨道及其轨道夹
在UG NX5中，几乎所有对话框都打开在对话框轨道的预定义位置上，用户可拖动对话框轨道将轨道夹放置在所需的目标位置上，也可单击轨道夹临时隐藏一个打开的对话框。另外，可以单击轨道夹中的松开按钮松开对话框，让它们浮在屏幕上，反之单击夹住，使其锁紧在轨道夹位置处。
7．绘图区
绘图区是UG创建、显示和编辑图形的区域，也是进行结果分析和模拟仿真的窗口，相当于工程人员平时使用的绘图板。当光标进入绘图区后，指针就会显示为选择球。
8．坐标系图标
在UG NX5的窗口左下角新增了绝对坐标系图标。在绘图区中央有一个坐标系图标，该坐标系称为工作坐标系WCS，它反映了当前所使用的坐标系形式和坐标方向。
9．资源导航器
资源导航器用于浏览编辑创建的草图、基准平面、特征和历史记录等。在默认情况下，资源导航器位于窗口的左侧。通过选择资源导航器上的图标可以调用装配导航器、部件导航器、操作导航器、Internet、帮助和历史记录等。
1.3 产品设计的一般过程
在进行产品设计时，应该养成一种良好的产品设计习惯，这样可以节省设计时间，降低设计成本，提高产品的市场响应能力。在使用UG NX5软件进行产品设计时，需要了解产品的设计过程。
1．准备工作
（1）阅读相关设计的文档资料，了解设计目标和设计资源。（2）搜集可以被重复使用的设计数据。（3）定义关键参数和结构草图。（4）了解产品装配结构的定义。（5）编写设计细节说明书。
（6）建立文件目录，确定层次结构。
（7）将相关设计数据和设计说明书存入相应的项目目录中。2．设计步骤
（1）建立主要的产品装配结构。用自上而下的设计方法建立产品装配结构树。如果有些以前的设计可以沿用，可以使用结构编辑器将其纳入产品装配树中。其他的一些标准零件，可以在设计阶段后期加入到装配树中。因为大部分这类零件需要在主结构完成后才能定形、定位。
（2）在装配设计的顶层定义产品设计的主要控制参数和主要设计结构描述（如草图、曲线和实体模型等），这些模型数据将被下属零件所引用，以进行零件细节设计。同时这些数据也将用于最终产品的控制和修 12
改。
（3）根据参数和结构描述数据，建立零件内部尺寸关联和部件间的特征关联。
（4）用户对不同的子部件和零件进行细节设计。
（5）在零件细节设计过程中，应该随时进行装配层上的检查，如装配干涉、重量和关键尺寸等。
此外，也可以在设计过程中，在装配顶层随时增加一些主体参数，然后再将其分配到各个子部件或零件设计中。
1.4 三维造型设计步骤
1．理解设计模型
了解主要的设计参数、关键的设计结构和设计约束等设计情况。2．主体结构造型
建立模型的关键结构，如主要轮廓，关键定位孔确定关键的结构对于建模过程起到关键作用。
对于复杂的模型，模型分解也是建模的关键。如果一个结构不能直接用三维特征完成，则需要找到结构的某个二维轮廓特征。然后用拉伸旋转扫描的方法，或者自由形状特征去建立模型。
UG允许用户在一个实体设计上使用多个根特征，这样，就可以分别建立多个主结构，然后在设计后期对它们进行布尔运算。对于能够确定的设计部分，先造型，不确定的部分放在造型的后期完成。
设计基准（Datum）通常决定用户的设计思路，好的设计基准将会帮助简化造型过程并方便后期设计的修改。通常，大部分的造型过程都是从设计基准开始的。
3．零件相关设计
UG允许用户在模型完成之后再建立零件的参数关系，但更加直接的方法是在造型过程中直接引用相关参数。
困难的造型特征尽可能早实现。如果遇到一些造型特征实现较困难，尽可能将其放在前期实现，这样可以尽早发现问题，并寻找替代方案。一般来说，这些特征会出现在hollow、thicken、complex blending„„特征上。
4．细节特征造型
细节特征造型放在造型的后期阶段，一般不要在造型早期阶段进行这些细节设计，否则会大大加长用户的设计周期。
第二章平面连杆机构
2.1 平面四杆机构的基本形式
铰链四杆机构
所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架链接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能，两构件的相对回转角为360 º的转动副称为整转副。整转副的存在是曲柄存在的必要条件，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为三种基本形式，即曲柄摇杆机构，双曲柄机构和双摇杆机构。
曲柄摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆中若一个为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。
图 2-1 铰链四杆机构
(2)双曲柄机构
铰链四杆机构的两个连架杆若都是曲柄，则为双曲柄机构。在双曲柄机构中，常见的还有正平行四边形机构（又称正平行双曲柄机构）和反平行四边形机构（又称反平行双曲柄机构）。双曲柄机构的功能是：将等速转动转换为等速同向、不等速同向、不等速反向等多种转动。
图2-2 平行四边形机构
图 2-3 双摇杆机构 双摇杆机构
铰链四杆机构的两个连架杆都是摇杆，则称为双摇杆机构。双摇杆机构的功能是：将一种摆动转换为另一种摆动。
图 2-4 双摇杆机构
图2-5 鹤式起重机
2.2 铰链四杆机构中曲柄存在的条件
在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能。两构件的相对回转角为360º的转动副为整转副。整转副的存在条件是曲柄存 16
在的必要条件，而铰链四杆机构三种基本形式的区别在于机构中是否存在曲柄和有几个曲柄，为此，需要明确整转副和曲柄存在的条件。
（1）整转副存在的条件——长度条件
铰链四杆机构中有四个转动副，其能否做整周转动，取决于四构件的相对长度。在铰链四杆机构中，若最长构件长度lmax与最短构件长度lmin之和小于或等于其余两构件长度之和（其余两构件长度分别为l1、l2）,则该机构中必存在整转副，且最短构件两端的转动副为整转副。即整转副存在的长度条件为
lmax+lmin<=l1+l2 反之，若lmax+lmin>l1+l2，则机构中没有整转副。（2）曲柄存在的条件
最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和。连架杆与机架两构件中必有一个是四构件中的最短杆。铰链四杆机构基本类型的判别方法
在铰链四杆机构中最短构件与最长构件长度之和小于或等于其余两构件长度之和时：
a．取最短构件相邻的构件作为机架，则该构件为曲柄摇杆机构； b．若取最短构件作为机架，则该机构为双曲柄机构；
c．若取对短构件对面的构件作为机架，则该机构为双摇杆机构。②当对短构件与最长构件长度之和大于其余两构件长度之和时，则不论取那个构件作为机架，机构均为双摇杆机构。
2.3 铰链四杆机构的演化
在实际应用中还广泛采用者滑块四杆机构，它是由铰链四杆机构演化而来的，含有移动副的四杆机构，称为滑块四杆机构，常用的有曲柄 17
滑块机构，导杆机构，摇块机构和定块机构几种形式。
（1）曲柄滑块机构
在如图所示的曲柄摇杆机构中，当曲柄1绕轴A转动时，铰链C将往复摆动。设将摇杆3做成滑块形式，并使其沿原话导轨往复移动，显然其运动性质并未发生改变；但此时铰链四杆机构已演化为曲线导轨的曲柄滑块机构。于是铰链四杆机构将变为常见的曲柄滑块机构。
曲柄转动中心至滑块导路的距离e，称为偏距，若e=0则将其称为对心曲柄滑块机构；若e≠0则将其称为偏心曲柄滑块机构。
设构件AB的长度为l1,构件BC的长度为l2，则保证杆AB杆成为曲柄的条件是：l1+e≤l2。
曲柄滑块机构用于转动与往复移动之间的运动转换，广泛应用于内燃机、空气压缩机、冲床和自动送料机等机械设备中。
曲柄滑块机构中，若取不同构件作为机架，则该机构将演化为定块机构、摇块机构或导杆机构等。
图 2-6 四连杆机构的演化
（a）曲柄摇杆机构；（b）曲柄滑块机构；（c）导杆机构
（2）定块机构
在图所示曲柄滑块机构中，如果将滑块作为机架，则曲柄滑块机构便演化为定块机构。
（3）摇块机构，如图所示曲柄滑块机构中若取2为固定构件，则可得摇块机构，这种机构广泛用于液压驱动装置中。
（4）导杆机构
如图所示曲柄滑块机构中，若取构件1作为机架，则曲柄滑块机构便演化为导杆机构。机构中构件4称为导杆，滑块3相对导杆滑动，并和导杆一起绕A点转动，一般取连杆2为原动件。当l1＜l2时，构件2和构件4都能做整周转动，此机构称为转动导杆机构。
当l1＞l2时，构件2能做整周转动，构件4只能在某一角度内摆动，则该机构成为摆动导杆机构。
连杆机构机传动特点
1.连杆机构中的运动副一般均为低副，因为低副两元素为面接触，故在传递同样载荷的条件下，两元素间的压强较小，可以承受较大的载荷，而且几何形状简单便于加工制造。
2.在连杆机构中，但原动件以同样的运动规律运动时，如果改变各构件的相对长度关系，便可使从动件得到不同的运动规律。
3.在连杆机构中，连杆上不同点的轨迹是不同形状的曲线（特称为连杆曲线），而且随着各构件相对长度关系的改变，这些连杆曲线的形状也将改变，从而可以得到各种不同形状的曲线，可以利用这些曲线来满足不同轨迹的要求。
4．连杆机构还可以方便的用来达到增力、扩大行程和实现较远距离的传动等目的。
第三章平面四杆机构的基本特性
3.1 四杆机构的极位
曲柄摇杆机构、摆动导杆机构和曲柄滑块机构中，当曲柄为原动件作整周连续转动时，从动件做往复摆动或往复移动的左右两个极限位置称为极位。
3.2 四杆机构从动件的急回特性
如图示,四杆机构从动件的回程所用时间小于工作行程所用的时间，称为该机构急回特性。
图 3-1 曲柄摇杆机构的急回特性
急回特性用行程速比系数K表示极位夹角θ—— 从动摇杆位于两极限位置时，原动件两位置所夹锐角。θ越大，K越大，急回特性越明显。急回特性能满足某些机械的工作要求，如牛头刨床和插床，工作行程要求速度慢而均匀以提高加工质量，空回行程要求速度快以缩短非工作时间，提高工作效率。
3.3 平面连杆机构的传力特性
传动角与压力角：如图示在机构处于某一定位置时，从动件上作用力与作用点绝对速度方向所夹的锐角α称为压力角。压力角的余角γ（γ=90 º-α）作为机构的传力特性参数，故称为传动角。
在四杆机构运动过程中，压力角和传动角是变化的，为使机构具有良好的传力特性应使压力角越小越好，传动角越大越好。
通常规定：
αmax ≤ [α] —— 许用压力角
或
γmin ≤ [γ] —— 许用传动角
最小传动角γmin 出现的位置： 曲柄与机架的两个共线位置，如图示同理，曲柄滑块机构最小传动角出现在曲柄与导路垂直位置。
图 3-2 平面连杆机构的传力特性 3.4 死点位置
当机构在运动过程中，出现传动角为零时（或压力角为90°），由于Pt = 0，则无论P力多大，均不能驱动从动件运动。这种“顶死”的现象称为机构的死点位置。死点出现在两类机构中:(1)曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构和曲柄导杆机构中，作往复运动的构件为主动件时，曲柄与连杆共线位置会出现死点。
(2)平行四边形机构中,当主动曲柄与机架共线时，连杆也与输出曲柄与机架重合，从动件曲柄上传动角等于零，它将可能朝两个方向转动，也称为死点位置。
第四章 四连杆的三维造型
4.1 机架的三维造型
打开UG5.0，新建文件。点击新建按钮，系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称jijia；单击确定，进入建模环境。
图 4-1 新建对话框
单击长方体按钮输入长度10，宽度288，高度20。
图 4-2 特征工具栏
图4-3 长方体对话框
图4-4 新建长方体
选择边倒圆按钮，输入半径10，在长方体两边倒圆。
图 4-5 特征操作工具栏
图 4-6 边倒圆对话框
图 4-7边倒圆后的长方体
选择圆柱体按钮，在长方体两边建立两个圆柱凸台，输入高度5，圆的直径20 24
图 4-8 圆柱对话框
图 4-9 在两端加圆柱体凸台
选择圆柱体按钮，在凸台上建立两个圆形孔。
图 4-10 机架
4.2 连架杆1的三维造型
新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。
图 4-11 新建对话框
单击长方体按钮，输入长度10，宽度200，高度20，单击确定按钮。
图 4-12 长方体对话框
单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。
图 4-13 边倒圆后的长方体
在一端建立凸台，高度20，直径10。如图4-14
图 4-14在一端建立凸台
在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。
图 4-15建立凸台
图4-16 连架杆1 4.3 连架杆2的三维造型
1、新建文件系统弹出文件新建对话框。在名称文本框中输入文件名称lianjiagan；单击确定，进入建模环境。
2、单击长方体按钮，输入长度10，宽度112，高度20，单击确定按钮。
3、单击边倒圆按钮，在长方体两边倒圆，半径输入10。
4、在一端建立凸台，高度20，直径10。
在另一端建立一个直径20高度为5的圆柱体，在圆柱体上面建立凸台，直径10，高度15。
图 4-17 连架杆2 4.4 连杆的三维造型
新建文件，系统弹出文件新建对话框，在名称文本框中输入名称liangan，单击确定，进入建模环境。
图 4-18 新建对话框
单击长方体按钮，输入长度10，宽度208，高度20，单击确定。
图 4-19 长方体对话框
选择边倒圆按钮，在两边倒圆，输入半径10。
图 4-20 边倒圆后的长方体
在两边建立两个直径10的孔。
图 4-21 连杆
第五章 四连杆的虚拟装配
5.1 进入装配模块
1．启动UG NX，新建一个文件。2．单击【标准】工具栏中的选择【装配】命令，进入装配模块。
按钮，在弹出的下拉菜单中5.2 添加组件机架
在菜单栏中选择【装配】【组件】【添加组件】命令，或者单击装配工具栏中的按钮，弹出【添加组件】对话框，如图所示。单击按钮，弹出【部件名】对话框，根据组件的存放路径选择组件机架jijia.prt，单击单击按钮，返回到【添加组件】对话框设置定位为“绝对原点”，按钮，将实体定位于原点，结果如图所示。
图 5-1 添加组件对话框
图5-2 添加机架
5.3 装配连架杆1 以“配对”的定位方式打开连架杆1组件lianjiagan1.prt，单击按钮进入配对条件对话框。
图5-3 配对条件对话框
单击配对按钮选择如图5-4所示红色的面，再选中如图5-5所示红色的面，单击确定按钮。
单击 按钮选择图5-6所示的红色的面，再选中如图5-7所示的红
色的面，单击确定按钮，最后得到如图5-8所示
图 5-4装配关系
图 5-5装配关系
图 5-6装配关系
图 5-7装配关系
图 5-8 装配连架杆1 5.4 装配连架杆2 同装配连架杆1，以“配对”方式打开连架杆2组件lianjiagan2.prt，单击按钮，装配结果如图5-9所示。
图 5-9 装配连架杆2 5.5 装配连杆
同装配连架杆（1）/(2)一样以“配对”方式打开连杆组件liangan.prt，单击配对按钮，进入配对条件对话框如图所示，单击配对类型里面的按钮，选择如图5-11所示的红色的面，再选中如图5-12所示的按钮，再单击中心
按钮，选择如图5-13所示
按钮，再单红色的面，单击的红色的面，再选中如图5-14所示的红色的面，单击击按钮，选择如图5-15所示红色的面，再选中如图5-16所示红色的按钮，再单击
按钮，得到最终装配图如图5-17所面单击示。
图 5-10 “配对条件”对话框
图 5-11装配关系
图 5-12装配关系
图 5-13装配关系
图 5-14装配关系
图 5-15装配关系
图 5-16装配关系
图 5-17 完成的装配图
第六章
平面四连杆机构的运动仿真
平面四连杆机构的运动分析，就是对机构上的某点的位移、轨迹、速度、加速度进行分析，根据原动件的运动规律，求解出从动件的运动规律。平面四连杆机构的运动设计方法有很多，传统的有图解法、解析法和实验法。
通过UG NX软件，对平面四连杆机构进行三维建模，通过预先给定尺，之后建立相应的连杆、运动副及运动驱动，对建立的运动模型进行运动学分析，给出构件上某点的运动轨迹及速度和加速度变化的规律曲线，用图形和动画来模拟机构的实际运动过程，这是传统的分析方法所不能比拟的。
运动仿真是基于时间的一种运动形式，即在指定的时间段中运动，UG的仿真分析过程分3个阶段进行：前处理(创建连杆、运动副和定义运动驱动)；求解(生成内部数据文件)；后处理(分析处理数据，并转化成电影文件、图表和报表文件)。
6.1 新建仿真
打开运动导航器，在文件名上右击新建仿真，选择动力学，单击确定按钮
图 6-1 运动导航器
图 6-2 环境对话框
6.2 新建连杆
单击按钮，打开新建连杆对话框，如图所示
图 6-3连杆对话框
选中连杆1，点击创建连杆loo1，再选中连杆2点击创建连杆loo2，再选中连杆3点击击
创建连杆loo3，再选中连杆4点创建连杆loo4，最后单击取消。打开运动导航器
在运动导航器里面可以看到新建的四个连杆，在连杆4上面右击选择固定连杆，把连杆4设置成固定的。如图所示
图 6-4 运动导航器中显示的连杆
图 6-5 固定连杆loo4
6.3 创建运动副
考虑到连杆与连杆之间考旋转副连接均作，将建立4个运动副，其中有2个运动副固定，为了使4个连杆的运动有连贯性，必须在创建运动副时，在各连杆之间建立联系，使各部件运动结成一个整体。
单击打开创建运动副对话框，如图所示，选择连杆1，创建旋
按钮创建旋转副。转副指定驱动类型为恒定初速度为10单击 43
图 6-6 运动副对话框
图 6-7 设置驱动类型
选择连杆2，在咬合连杆上打上勾，让其咬合连杆1，如图所示。单击按钮创建第二个运动副。
图6-8 创建运动副对话框
选中连杆3，在咬合连杆上打上勾，让你咬合连杆2。单击钮，创建第三个运动副。
按选中连杆3，在连杆3和连杆4咬合的中心建立旋转副，如图所示。单击按钮，创建第四个运动副。
图 6-9 运动副对话框
图 6-10 解算方案对话框
单击下的通过按按钮进行解算，设置时间为100，步数为100，勾选步数进行解算，点击确定进行解算。
经过解算，可对平面四杆机构进行运动仿真显示及其相关的后处理，通过动画可以观察机构的运动过程，并可以随时暂停、倒退，选择动画中的轨迹选项，可以观察机构的运动过程，还可以生成指定标记点的位移、速度、加速度等规律曲线。
第七章
平面四连杆的运动仿真分析
我们知道，连杆上转动副为周转副的条件是：最短杆长度+最长杆长度之和≤其余两杆长度之和：组成该周转副的两杆中必有一杆位最短杆。
分析：由预先给定的连杆长度数据，连杆1长度+机架长度≤其余两杆长度之和；所以转动副连杆1和机架之间的转动副为周转副，连杆1为曲柄，所以该机构应该为曲柄摇杆机构。点击运动仿真可以看到连杆正如分析的一样周转起来，确实是个曲柄。
7.1 运动副图表分析
曲柄（连杆1）为原动件，在其转动一周后，有两次与连杆2共线，如图所示。
这时摇杆（连杆3）分别处于两个被称为极位的位置，当曲柄以等角速转动一周时，摇杆将在两个极位之间摆动，而且较明显地看到从一个极位到另一个极位要用的时间长，这就是摇杆的急回特性。
摆杆角速度变化
为了用UG定量地说明摇杆的急回特性，可以用UG中的Graphing功能，选定连杆2与连杆3构成的旋转副，Y轴属性请求选择速度，分量选择角度幅值，即表示角速度，接着点击确定输出图标，即可得出如图7-3所示图标。从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。
图 7-3摆杆角速度变化曲线
运动副1的分析
因为机架是固定不动的，所以运动副1的角速度应该为0，如图所示
图 7-4 机架的角速度的变化曲线
运动副2的分析
运动副2设置的是恒定角速度为10度/秒，由图7-5所示可以看出其
角速度为10度/秒
图 7-5 曲柄的角速度变化曲线
运动副3的分析
图 7-6 连杆的角速度变化曲线
运动副5的分析
图 7-7 摆杆角速度变化曲线
从表可以知道，摆杆从曲柄和连杆重合位置到曲柄和连杆共线位置需要20s，从曲柄和连杆共线到曲柄和连杆重合需要16s，从时间上说明了摆杆的急回特性。
7.2 死点位置
平面连杆机构的运动分析 第3篇
平面连杆机构是现代机械中应用的最为广泛的一种典型机构。平面连杆机构的典型应用包括牛头刨床机构、缝纫机、颚式破碎机等。在研究平面连杆机构的过程中对机构上某个特定点的研究是必不可少的。然而在传统的研究方法中, 手工计算不仅计算量大, 而且极易出错。随着计算机技术的广泛普及, 计算机逐渐成为分析研究典型机械结构的有力工具。因此本文力求通过C语言编程技术来对牛头刨床机构来进行简单运动分析。
2 牛头刨床机构运动分析
图1所示的为一牛头刨床。假设已知各构件的尺寸如表1所示, 原动件1以匀角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转, 试求各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨头C点的位移、速度的变化情况。
2.1 位置分析
首先建立封闭矢量多边形, 由图可知θ2=θ3, 故未知量有θ3、θ4、S3、S5, 其中S3、S5分别表示B点相对于D点的位移和C点相对于G点的位移。利用两个封闭图形ABDEA和EDCGE, 列写出如下的方程组:
根据以上式子可求得θ3, θ4, s3, s5。
2.2 速度分析
由 (式1) 对θ求一次导数得:
矩阵式:
采用高斯消去法可解出 (式3) 亦解得角速度ω3, ω4。
3 C语言源程序
4 运动线图及运动分析
(1) 从θ3-θ1, θ4-θ1曲线图可知, 3杆为摆动导杆, 4杆为摇杆;
(2) 从ω3-θ1、ω4-θ1容易看出:在θ1为0°~200°之间, 3杆角速度变化较为平缓, 保证刨头慢速、稳定工作;在220°~340°之间为回程阶段, 角速度变化较快, 以提高效率;4杆有4个角速度为0点, 即4杆的速度方向改变了四次。
C点的位移、速度分析:在0°~200°范围内, C点位移曲线斜率的绝对值变化较小, 说明此时C点速度及加速度的变化量不大, 且保持在较小值。200°~260°范围内C点的速度变化量明显增大, 由速度图像可以推知加速度在220°左右达到最大值后快速减小, 并使其速度在260°左右达到最大, 而后加速度反向缓慢增大, 速度持续减小到零以后又开始反向增大。
(1) 工作行程为θ1:0°~220°, 回程为θ1:220°~340°;工作行程角度大于回程角度, 工作效率较高;
(2) 工作行程阶段, 刨头C点位移的变化较为平稳, 速度可以近似看为匀速, 而加速度变化不大, 刨头受力比较稳定, 满足可靠性要求;
(3) 回程阶段不带负载, 刨头C点位移的变化较快但平稳, 允许较大的速度变化值, 可以推知没有刚性冲击, 也没有柔性冲击, 受力方向及大小改变较大的位置为回程的初始部分, 这也体现了牛头刨床急回慢进的特点。
摘要：以典型平面连杆机构 (牛头刨床机构) 为研究对象, 首先进行机构的运动分析, 并列出相应方程, 然后采用计算机C语言编程的方法, 计算出机构中选定点的位移、速度, 并绘出相关数据图像。
关键词：连杆机构,位移,速度,计算机编程
参考文献
[1]陈作模, 葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2013.
[2]濮良贵, 纪名刚、陈国定.机械设计[M].北京:高等教育出版社, 2013.
[3]王淑仁.机械原理课程设计[M].北京:科学出版社, 2009.
平面六连杆机构的运动分析Matlab代码 第4篇
【摘 要】建立了RRPSR机构分析模型，运用矢量回转法确定了空间连杆机构任一动点的轨迹方程，通过将轨迹方程对时间进行微分和再微分，找到动点的速度和加速度。建立了空间连杆机构的连杆曲面方程，为空间连杆机构的推广使用提供理论基础。
【关键字】空间机构 运动分析 应用
【中图分类号】O311 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0009-01
所谓空间连杆机构是指各构件间的相对运动包含有空间运动的连杆机构。空间连杆机构在生产生活中有大量的应用实例，因此，对此机构进行运动分析和应用探讨是十分重要的。应用矢量回转法，能够分析动点的运动特性，建立空间连杆机构的动点轨迹方程，并进行图形表达。
1对空间连杆机构中任一动点的运动分析
1.1建立动点的运动轨迹方程
设空间连杆机构中任一动点为Q，基于RRPSR机构分析模型（如图1）。图1 RRPSR机构分析模型
设转动副为A、B、E，移动副为C，球面副为D。建立静坐标系E？ijk，取杆5为机架，杆1为主动件。所以，杆3上任一动点Q的运动轨迹方程为：
rQ=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+aef+seg
其中：
l1、l2、l5分别为各杆长度；
e1、e2、e3、e5分别为沿杆长方向的单位矢量；
ea、eb、ec 分别为沿副长方向的单位矢量；
sa、sb、sc、s 分别为运动副副长；
a为公垂线长度；
b为CF的长度；
单位矢量eg由e3绕ef转γ角后得到，即eg=R（ef，γ）e3；
单位矢量ef是由ec绕e3转β角后所得，即ef=R（e3，β）ec。
1.2对动点Q的轨迹、速度及加速度分析
由动点Q的轨迹方程对时间进行两次微分后，既得到点Q的加速度方程。同时，由于主动件是匀速转动，角速度ω恒定，即转角θ1=ωt，取ω=1，则有 s=vt=vθ1。所以，直接对转角θ1进行两次微分即能得到加速度。
对于图1 RRPSR机构，假设动点Q的相对运动为匀速，取相对速度v=25/π mm/s，根据轨迹方程，可得到轨迹如下图。
曲线S2为Q点运动曲线。对动点轨迹数值微分得到Q点的绝对速度和加速度。
2空间连杆机构曲面分析
2.1连杆结构中任意直线的轨迹曲面分析
在图1RRPSR机构中，取变量为h，在E？ijk坐标系上，选取曲线坐标θ1、h，则连杆机构中任意直线m运动轨迹方程为：
Rm=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+aef+heg
2.2连杆结构中任意曲线的轨迹曲面分析
在图1RRPSR机构中，把直线m换成平面曲线n，取n为直径是d的圆，取变量？，在E？ijk坐标系上，选取曲线坐标θ1、？，则连杆机构中曲线n运动轨迹方程为：
Rn=l5e5+saea+l1e1+sbeb+l2e2+scec+be3+（a+dcos2 ？）ef+dcos ？sin ？ eg
3 空间连杆机构的应用探讨
与平面机构相比较而言，空间连杆机构的构件数较少，结构相对简单、紧凑，传动准确可靠，尤其是表现在实现构件的空间运动方面，运动形式较平面机构更加多元化。因此，在轻工、制鞋、制革、针织、缝纫、钻探等机械中广泛使用空间连杆机构；在各种控制装置以及各种机械设备，诸如农机设备、化工设备、仪器仪表、交通工具等均有很多的应用实例；在高科技产品、机器人、机械手等应用中，空间连杆机构也是占据着主导地位。
但是，空间连杆机构的运动复杂，具有较多的运动副形式，并且难以想象构思和用直观的方法进行设计，这为空间连杆机构的发展和推广带来了较多影响，因此机构的运动分析及计算设计必须和机构的结构设计要结合起来。
4结束语
对于空间连杆机构的运动规律，在研究中还可加强空间连杆机构的可视化分析，利用MATLAB与ADAMS软件强大的功能，可以更直观的了解数据信息，更有效的探索运动规律。研究的目的在于应用，设计人员要按照不同的需要，合理的选择参数来满足设计要求，以便更好地推广应用。
【参考文献】
[1]祝毓琥，刘行远.空间连杆机构的分析与综合[M].北京：高等教育出版社，1986.
[2]肖丽萍，魏文军，宋建农，靳桂萍.空间机构连杆的运动分析[J].农机化研究，2006.
[3]谢可兵，茅及愚.空间连杆机构的研究和应用[J].新技术新工艺，2003.
平面连杆机构 第5篇
课程内容
2.1.1平面连杆机构的基本型式
连杆机构是由若干个刚性构件用低副联接所组成。
平面连杆机构 若各运动构件均在相互平行的平面内运动，则称为平面连杆机构。
空间连杆机构 若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。
平面连杆机构较空间连杆机构应用更为广泛，故着重介绍平面连杆机构。
在平面连杆机构中，结构最简单的且应用最广泛的是由4个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构可看成在此基础上依次增加杆组而组成。
●下面介绍平面四杆机构的基本型式及其演化。
铰链四杆机构 所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构。它是平面四杆机构的基本型式。
此机构中，包括以下几部分：
机架--构件4;连架杆--直接与机架相连的构件1，3;连杆--不直接与机架相连的构件2。
其中：连架杆1为曲柄? (能做整周回转的连架杆);连架杆3为摇杆? ( 仅能在某一角度范围内往复摆动的.连架杆)。转动副A、B为
，转动副C、D为
。
在铰链四杆机构中，按连架杆能否作整周转动，可将四杆机构分为3种基本型式。
●曲柄摇杆机构
定义 在铰链四杆机构中，若两连架杆中有一个为曲柄，另一个为摇杆，则称为曲柄摇杆机构。
实例
第一文库网(1)缝纫机踏板机构
(2)搅拌器机构
●双曲柄机构
定义? 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为曲柄，称为双曲柄机构。
传动特点? 当主动曲柄连续等速转动时，从动曲柄一般不等速转动。
实例
惯性筛机构
双曲柄机构中有两种特殊机构：平行四边形机构和反平行四边形机构
平行四边形机构
定义? 在双曲柄机构中，若两对边构件长度相等且平行，则称为平行四边形机构。
传动特点? 主动曲柄和从动曲柄均以相同角速度转动。
位置不确定问题
平行四边形机构有一个位置不确定问题，如图示。
解快方法：
(1)加惯性轮 利用惯性维持从动曲柄转向不变。
(2)加虚约束 通过虚约束保持平行四边形，如机车车轮联动的平行四边形机构。
反四边形机构
定义 两曲柄长度相同，而连杆与机架不平行的铰链四杆机构，称为反平行四边形机构。如图示。
汽车车门开闭机构即为其应用实例。
●双摇杆机构
定义 在铰链四杆机构中，若两连架杆均为摇杆，则称为双摇杆机构。
实例 鹤式起重机中的四杆机构即为双摇杆机构。
当主动摇杆摆动时，从动摇杆也随之摆动，位于连杆延长线上的重物悬挂点将沿近似水平直线移动。
双摇杆机构中有一种特殊机构：
等腰梯形机构?? 在双摇杆机构，如果两摇杆长度相等，则称为等腰梯形机构。
实例
平面六连杆机构的运动分析Matlab代码 第6篇
关键词：运动分析,MATLAB,四连杆
0 引言
四连杆机构因其结构方便灵活,能够传递动力并实现多种运动形式而被广泛应用于各个领域,因此对其进行运动分析具有重要的意义。传统的分析方法主要应用几何综合法和解析综合法,几何综合法简单直观,但是精确度较低;解析综合法精确度较高,但是计算工作量大。随着计算机辅助数值解法的发展,特别是MATLAB软件的引入,解析综合法已经得到了广泛的应用。MATLAB是一套功能十分强大的科学计算软件,被广泛应用于自动控制、机械设计、流体力学和数理统计等工程领域。利用其强大的科学计算和绘图功能, 工程技术人员可以高效求解复杂的工程问题, 并可轻松地实现计算结果的可视化。本文作者利用MATLAB对四杆机构进行了运动学分析,求得了连杆的位置、端部速度以及加速度。
1 机构运动的数学模型
图1为四连杆机构结构简图,其中,连杆AD的长度为L1,与水平方向初始夹角为θ1;连杆AB的长度为L2,与水平方向的初始夹角为θ2,角速度为ω1,端点B处的线速度为v1;连杆BC的长度为L3,与水平方向的初始夹角为θ3,角速度为ω2;连杆CD的长度为L4,与水平方向的初始夹角为θ4,角速度为ω3,端点C处的线速度为v2。
1.1 几何位置分析
如图1所示,当θ1、θ2给定时,θ3和θ4可由下式计算出:
L2cosθ2+L3cosθ3-L4cosθ4-L1cosθ1=0 。 (1)
L2sinθ2+L3sinθ3-L4sinθ4-L1sinθ1=0 。 (2)
1.2 速度分析
为了方便起见,令θ1=0。如果连杆AB的角速度ω1恒定,则连杆BC和连杆CD的角速度分别是:
undefined。 (3)
undefined。 (4)
连杆AB端部的线速度v1和连杆CD端部的线速度v2分别为:
v1=L2ω1 。 (5)
undefined。 (6)
1.3 加速度分析
连杆BC和CD的角加速度分别是:
undefined。 (7)
undefined。 (8)
其中,α2为连杆AB的角加速度。
2 MATLAB求解
用代数求解法和图解法可以直接求得式(1)～式(8)中的解,并获得相关的位置、速度、加速度图形,但是很繁琐。本文利用MATLAB中的fsolve函数对上述非线性方程组进行求解,并通过plot函数绘制出相关位置、速度以及加速度曲线。
2.1 函数简介
利用fsolve函数可以方便地进行非线性方程的求解,其基本形式为:
fsolve(@function,p0,optimset(fsolve))
其中,子程序function通过fsolve来确定θ3和θ4;p0为初始参数值。
利用plot函数绘制图形曲线时,其基本形式为:
Plot(u1,v1,c1,u2,v2,c2,)
其中,uj和vj分别是某点或一系列点的x和y坐标;cj是字符串,一个字符确定画线/点的颜色,另一个字符确定画线/点的类型,两个字符定义了线的特征。
2.2 程序M文件
本文中在L2=0.8,L3=2,L4=2,L1=3的情况下,要求绘出连杆BC的位置;速度比v2/v1;ω2=4rad/s及α2=5rad/s2时的加速度α4。以下是主程序和子程序的部分代码及程序注释:
3 求解结果
在MATLAB环境下运行上述程序可得到如图2～图4所示的结果。
由图2可知连杆BC随AB旋转时其位置的变化规律;通过图3可以得到v2/v1随θ2的变化规律;同理,由图4可以得到连杆CD的角加速度α4随θ2的变化规律。
4 结论
本文通过MATLAB的fsolve和plot函数对四连杆机构进行了运动分析,并绘制出相关位置、速度以及加速度的曲线图,相比其它方法更贴近解析法计算过程,能获得较高精度的仿真值和运动轨迹,符合实际工程要求;同时该方法比较直观、易学、方便,对实际设计具有一定的指导意义。
参考文献
[1]郭仁生.机械工程设计分析和MATLAB应用[M].北京:机械工业出版社,2006.
[2]胡晓珍,陈忠维.基于MATLAB/fsolve函数的四连杆机构运动轨迹仿真[J].机械工程师,2007(7):44-45.
浅谈《平面连杆机构》的教学心得 第7篇
关键词：教学；心得；探讨
【分类号】G623.2
一、积极引导思维探索，锻炼学生的自主探究能力
现代教学理论认为，一个有意义的学习过程应该是学生以一种积极的心态，调动原有的知识和经验，解决新问题、消化新知识，并构建学生自己的认知结构的过程。这就要求教师在进行教学活动时，应十分重视学生自主探究能力的培养，使学生在自主探索的氛围中提高解决实际问题的能力。
教学过程中，不可以照本宣科，不能机械性地讲授，要注意与学生的交流互动，由于这部分教学内容很丰富，书上所列的例子也很多，但在学时有限的情况下，一定要注意精选，选择一、两个典型例子，帮助学生建立正确的概念，引导学生积极思维，诱导学生产生探究的兴趣。教材中介绍的众多机构型式及其名称，不可能也没有必要在课堂上—一予以介绍，可留给学生课后去阅读，并引导学生去注意观察生产和生活中的应用连杆机构的场合，以加深对所学内容的理解。
譬如，首先由平面连杆机构的定义推演到铰链四杆机构的定义；接着利用图片、自制的教具以及视频演示其运动等方式，讲授铰链四杆机构的组成，并用视频演示其运动变化过程，简介铰链四杆机构中曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构的运动特点，使学生对多种型式的四杆机构的内在联系有一个清晰的认识，加深对于事物发展内在联系的理解；而后以缝纫机踏板机构为例，介绍曲柄摇杆机构在缝纫机中运用位置，强调平面连杆机构中构件的形状是多种多样的，根据工作实际需要均可用等效的杆状构件替代；最后布置内容为“让同学们去寻找、去发现生活中对铰链四杆机构的运用实例，把观察到的应用通过测量画出简图，并制作简易模型”的课后作业。
二、合理安排实践活动，激发学生的学习兴趣
学习兴趣是学生对学习活动或学习对象的一种积极认识或意识倾向。在课堂教学中，重视培养学生的学习兴趣，创设轻松、愉快、生动、活泼的课堂气氛，是激发学生学习动力的关键。
实施教学时，根据技校学生活跃、好动、爱讲的特点，在学生感性认识形成以后，要充分发挥其主观能动性，组织同学们分组设计简易四杆机构，并把自制的简易模型拿到讲台上去做运动演示并讲解。学生们通过边设计、边思考、边演示，既巩固了理论知识，又提高了动手能力，从而实现感性知识上升为理性知识，达到理论与实践有效结合。
同学们在自制的四杆机构的运动演示过程中，发现连杆与从动件共线时，从动件无法转动，而且转向不能确定，学生自已就主动发现了死点位置。利用学生们的好奇，让他们演示结束后讨论如何避免死点。通过这种方法，不但解决了问题，而且激发了学生们自主学习的学习兴趣。
通过展示设计成果，学生心中普遍产生一种成就感，自然的心理倾向是学有所用，此时教师要善于捕捉学生心理，适时提问：自制的简易模型属于哪种类型的铰链四杆机构，其实际应用主要功能是什么？改变机架后又能变成什么类型的铰链四杆机构？课堂气氛再度活跃，既升华学生思维，又能增强学生们的理解能力，使学生们在很轻松的环境下就掌握了知识，达到探索创新的目的。
三、恰当使用多媒体辅助教学手段，有效提高教学效果
多媒体教学作为现代化教学的一种手段，在优化教学效果中起着重要的作用。在教学过程中，恰当利用多媒體课件中的动画演示，加上教师的详细讲解，使学生对一些抽象、模糊的机械运动、工作原理、内部结构有更清晰的感性认识，接受起来比较容易，从而提高教学效果。
譬如，在讲授铰链四杆机构的演化形式时，单纯的通过语言讲授来让学生理解摆动导杆机构和曲柄滑块机构的运动特点是一件比较困难的事情，但采用多媒体辅助教学，将书本上静态、枯燥的内容变成生动、形象、直观的动态形式，把抽象转化为具体，把复杂的知识分解为比较简单的知识，把陌生的知识化为熟悉的知识，声、像、文、图并茂的教学信息增强了教学的艺术效果，充分发挥了学生的观察力，促进了学生的求知欲，帮助学生建立了正确的概念，学生更容易理解掌握，从而提高了教学效果。
结束语
六连杆铰链机构的运动仿真分析 第8篇
1 运动仿真分析
1.1 建立仿真模型
在进行运动仿真之前, 首先要建立六连杆铰链机构的三维数模。因六根连杆都是运动构件, 彼此相对运动, 因此每根连杆必须为一个独立的模型。建模完成后, 将六连杆装配起来, 如图2所示。
切换到CATIA DMU运动机构模块, 对六连杆机构的7个转动销轴添加转动副[2]。由于支座AB与车身相连接, 因此对支座AB添加一个固定副, 由此来观察其余杆的运动特性。正常情况下, 六连杆机构运动的驱动外力是由锁付于G点的气弹簧提供。模拟时, 可把杆AC当成驱动构件, 因此对杆AC施加一个转动命令。至此, 仿真模型建立完成。因为仓门锁付于支座DF上, 与其相对静止, 运动状况一致, 因此仿真时对支座DF的运动状况进行分析并进行轨迹绘制。通常仓门的开启角度达到120度[3]时 (与铅垂面夹角) 即可满足存取货物的需求, 因此, 对支座DF在0到120时的运动状况进行仿真分析, 如图3所示。
1.2 运动分析
由图3所示的支座DF的轨迹可以看出六连杆机构输出的主要是两种运动的组合:即平移运动和翻转运动。而且, 刚开始阶段平移运动的幅度大于翻转运动, 然后渐渐的翻转幅度加大, 平移幅度减小。为了更深入地分析六连杆机构的运动特性, 可将机构进行简化。将六连杆机构的7个转动副轴心连接起来, 可得出两个四边形分别为四边形aboc及四边形odfe。如图4所示为支座DF分别在0度、60度、120度时, 铰链机构的运动情况, 及两个四边形的变化情况。可以将六连杆机构的运动分解为两个四边形的独立运动来分析。运动时, 四边形aboc主要输出的运动是o点的平移运动及边co、边bo的旋转运动。而边od及边oe分别与边co及边bo固结, 因此, 对于四边形odfe来说, 边od及边oe的旋转运动即为运动输入源, 而最终输出的是边df的旋转运动。所以, 六连杆机构的平移运动主要由四边形aboc产生, 旋转运动主要由四边形odfe产生。
2 结论验证及运用
初步分析完六连杆铰链机构的运动特性, 还需将铰链装配到整车环境下进行验证结论是否正确。以下举一案例来进行验证。
2.1 仓门运动校核
侧仓门的上边沿与车身侧围搭接处结构往往比较复杂, 如果铰链选用不当, 很容易在开启的过程中与密封胶条或者侧围辊压蒙皮产生干涉[4]。所以, 设计时需要对仓门进行运动校核[5]。如图5所示, 为我司某款车型的仓门上边沿断面图。将上述运动分析完的铰链装配到整车环境下。因为仓门开启运动过程中干涉部位主要是仓门的上边折角处, 所以仿真是重点观察此处的运动情况。绘制该处H点的运动轨迹。由H点的类似于“7”字形的轨迹可以看出, 仓门先经过一小段平移, 再进行翻转。因此, 基本符合1.2的分析结论。
如图6所示, 当仓门尚未全部开启时, 仓门上沿H点即与密封胶条干涉。因此, 需对铰链进行改善设计。
2.2 改善设计
如图6所示, 支座DF在翻转阶段的轨迹为类似于圆心在上的一段圆弧[6]。而仓门上沿H点的轨迹却与之相反。如果H点运动时能够得出类似图6所示的与支座DF弧度朝向一致的轨迹, 即可解决仓门干涉的问题。连接支座DF上端点D与仓门上沿H点, 并绘制轨迹如图7所示。由轨迹图可以得出DH在翻转阶段的旋转轴心O点。且由图可得, 当四边形abco输出。所以, 针对此案例, 铰链改善的方向应该是在支座AB、DF不变的情况下, 主要调整ac、bo、co的长度。从而使得六连杆机构在运动输出的过程中, 平移分量和旋转分量匹配合理, 以减小运动轨迹的曲率。D点、H点在圆心O点的同一侧时其运动轨迹方向一致, 如H'、H〃。因此, 为了得到如图6所示的H点的设想轨迹, 就必须使得H点与D点在O点的同一侧。如图7所示, 只要能将D点轨迹的曲率半径[7]DO放大到超出DH的长度时, 即可满足要求。
由1.2分析结论可知, D点轨迹是平移和旋转的组合运动, 而放大D点轨迹的曲率半径就是减小曲率, 就是在组合运动中加大平移运动的分量。而铰链的平移分量主要由四边形abco输出。所以, 针对此案例, 铰链改善的方向应该是在支座AB、DF不变的情况下, 主要调整ac、bo、co的长度。从而使得六连杆机构在运动输出的过程中, 平移分量和旋转分量匹配合理, 以减小运动轨迹的曲率。
2.3 改善效果
按照上述2.2的改善分析, 经过多次调整, 模拟调试。改善后的铰链及运动轨迹如图8所示。改善后的铰链平移及旋转分量匹配合理, 运动轨迹曲率较平缓。仓门上边沿H点轨迹与铰链输出的轨迹同向, 仓门全开后, H点与侧围辊压蒙皮间隙为17mm。因此, 铰链改善效果可以满足要求。
3 结束语
本文运用CATIA DMU模块对六连杆铰链机构进行三维的运动仿真。通过关键点的轨迹来分析六连杆机构的运动特性。并通过相关案例对分析结论进行验证, 以及运用分析结论对六连杆机构进行改善。
参考文献
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[6]熊南峰, 周福成.工程制图[M].武汉:华中科技大学出版社2012.
[7]同济大学数学系.高等数学[M].北京:高等教育出版社, 2007:6.
[8]陈文弟.客车制作工艺技术[M].北京:人民交通出版社, 2002.
[9]武清玺, 徐鉴.理论力学[M].北京:高教出版社, 2003.
平面连杆机构传动角的浅论 第9篇
[关键词] 机械原理 四杆机构 传动角
0 引言
机械原理这门课是培养学生具有机械基础知识及创新能力的技术基础课,在培养合格机械工程设计人才方面起着极其重要的作用。但是,学生普遍反映这门课比较难学。这主要是由于机械原理中概念众多而且复杂、抽象,因此理解起来比较困难。其中铰链四杆机构是平面连杆机构的基本形式,也是构成其他多杆机构的基础。学习平面连杆机构中铰链四杆机构知识是《机械原理》课程中让学生熟悉机械运动过程的最基本途径。因此,在教学中把铰链四杆机构的组成、工作原理、特点和其演化形式讲解清楚,对于学生了解机构的工作原理,运用其所学知识分析实际机构,提高其分析和解决问题的能力,提高对本课程的学习兴趣有着较大作用。其中铰链四杆机构的传力性能就是比较重要的概念之一,而传动角就是衡量传力性能的重要要参数之一,在此我们来探讨如何帮助学生更好的掌握这一特性。
1. 传动角的定义
要透彻的了解传动角,必须先清楚压力角的定义。关于机构的压力角,不仅在连杆机构中,而且在后面的凸轮机构和齿轮机构中都要用到这个概念,因此在一开始应准确地讲述清楚。
机构通常都具有传递和变换“力”的功能,由此功能显示出的特性称为传力特性。在工程应用中连杆机构除了要满足运动要求外,还应具有良好的传力性能,以减小结构尺寸和提高机械效率。力是通过构件和运动副传递的。下面在不计重力、惯性力和摩擦作用的前提下,分析曲柄摇杆机构的传力特性。如图1所示,主动曲柄的动力通过连杆作用于摇杆上的C点,驱动力F必然沿BC方向,将F分解为切线方向和径向方向两个分力和,切向分力与C点的运动方向同向。由图知:
或
或
图1 曲柄摇杆机构的压力角和传动角
角是与F的夹角,称为机构的压力角(pressure single),即驱动力F与C点的运动方向的夹角。α随机构的不同位置有不同的值。它表明了在驱动力F不变时,推动摇杆摆动的有效分力的变化规律,越小就越大。
压力角的余角是连杆与摇杆所夹锐角,称为传动角。由于更便于观察,所以通常用来检验机构的传力性能。当然,在有些连杆机构中,也有分析压力角比分析传动角更为方便的情况。总之,概念要清楚,应用要灵活。
介绍了压力角与传动角的概念之后,应指出从传力的观点来看,压力角愈大,有效驱动力愈小,传力性能愈差,故应限制;同理,传动角愈小愈差,故应限制。传动角随机构的不断运动而相应变化,为保证机构有较好的传力性能,应控制机构的最小传动角。一般可取,重载高速场合取。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的两个位置之一,如图1 所示的B1点或B2点位置。
2 .最小传动角的确定
还要指出机构的压力角与传动角当机构在不同位置时可以是不同的。至于机构出现最小传动角的位置,可以用解析法予以说明,使学生有一个较深的印象。
由图1可见,与机构的∠BCD有关。在ΔABD和ΔBCD中,由余弦定理得:
所以
讨论:
当时,,则,由公式可知,当时,有。
当时,,则,由公式可知,当时,有。
故机构的最小转动角是
其它常用机构的确定
偏置曲柄滑块机构,以曲柄为主动件,滑块为工作件,传动角γ为连杆与导路垂线所夹锐角,如图2所示。最小传动角γmin出现在曲柄垂直于导路时的位置,并且位于与偏距方向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构,即偏距e = 0 的情况,显然其最小传动角γmin出现在曲柄垂直于导路时的位置。
图2 曲柄滑块机构的传动角
对以曲柄为主动件的摆动导杆机构,因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆,其传动角恒为90°,即=90°,表明导杆机构具有最好的传力性能。
3. 结语
从传力性能来看,最小传动角越大越好,故教材上推荐对传力大的机构,但对一些不常使用的机械装置,当空间尺寸又受到限制时,最小传动角可以小一些,只要不自锁即可。在波音707飞机的仓门启闭机构中,有的最小传动角只有10°左右,就是一例。所以在设计时,一定要因地制宜地确定各设计参数,不要唯书本是从。
另外,近年来,随着连杆机构设计方法的发展,电子计算机的普及应用以及有关设计软件的开发,连杆机构的设计速度和设计精度有了较大的提高,优化设计是现代设计方法的发展方向,得到越来越广泛应用。它的主要特点就是通过寻优过程可以得到实现多目标、满足多约束条件和机构多方面性能要求的最佳方案。优化设计方案主要有两方面内容:建立优化设计模型和根据数学模型和选择合适的优化方法在计算机上求最优解。而最小传动角就是在建立数学模型时的最重要的约束条件之一。
参考文献:
[1] 孙桓、陈作漠主编. 机械原理[M]. 高等教育出版社。
[2] 濮良贵、纪名刚主编.机械设计[M]. 高等教育出版社出版。
