四连杆机运动学分析

来源:教师资格 发布时间:2020-12-14 点击:

 栏杆机四杆机构运动学分析

 1 1

 四杆机构运动学分析 1.1 机构运动分析的任务、目的和方法 曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构,它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。

 对四杆机构进行运动分析的意义是:在机构尺寸参数已知的情况下,假定主动件(曲柄)做匀速转动,撇开力的作用,仅从运动几何关系上分析从动件(连杆、摇杆)的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。上述这些内容,无论是设计新的机械,还是为了了解现有机械的运动性能,都是十分必要的,而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据。

 机构运动分析的方法很多,主要有图解法和解析法。当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时,采用图解法比较方便,而且精度也能满足实际问题的要求.而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时,采用解析法并借助计算机,不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果,并能绘制机构相应的运动线图,同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来,以便于机构的优化设计。

 1.2 机构的工作原理 在平面四杆机构中,其具有曲柄的条件为: a.各杆的长度应满足杆长条件,即: 最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和. b。组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆,且其最短杆为连架杆或机架(当最短杆为连架杆时,四杆机构为曲柄摇杆机构;当最短杆为机架时,则为双曲柄机构)。

 三台设备测绘数据分别如下:

 第一组2 (2 代一套)四杆机构 L1 =1 1 25 5 .3 6m m, L2 = 73 . 4mm ,

 L L 3 =1 03 3 。4 4 mm m ,L L 4 =1 0 3. 5 2mm 最短杆长度+ + 最长杆长度( ( 12 2 5。

 36 +7 7 3 .4)

 〈 其余两杆长度之和 ( 103.4+103.52) 最短杆为 连架杆,四杆机构 为曲柄摇杆机构

  图 1-1

  II-1型栏杆机机构测绘及其运动位置图

 第二组2 (2 代二套) ) 四杆机构 L1=1 2 5. 36 6 mm, L2=50 。1m m m ,L3=109 。8 mm,L4=72 。85 5m mm m 最短杆长度+ + 最长杆长度( ( 125。

 36+ 50 0 。1 1 )

 < < 其余两杆长度之和 ( 10 9 .8+72 。8 8 5)

 最短杆为 连架杆, , 四杆机构为曲柄摇杆机构

 图 1-2

  II—2 型栏杆机机构测绘及其运动位置图

  第三组( ( 3代) ) 四杆机构L1= = 163 3 . 2mm,L 2 =6 4 .25 m m, L 3=15 0 mm ,L 4= 90 0 。

 1mm 最短杆长度+ + 最长杆长度 (163 。2 2 +64 .25 )

 〈 其余两杆长度之和 ( 150+90 。

 1) 最短杆为 连架杆,四杆机构为曲柄摇杆机构

 图 1—3

  III 型栏杆机机构测绘及其运动位置图

 在如下图 1 所示的曲柄摇杆机构中,构件 AB 为曲柄,则 B 点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。

 曲柄摇杆机构 死点情况分析: :

  在曲柄摇杆机构中, 一般两连架杆一为主动件,一为从动件, 我们知道, 当从动件连架杆与连杆处于共线( 拉直共线或重叠共线) 位置时, 机构的传动角为 0, 即机构处于死点位置, 机构在死点位置上无法启动且具有运动不确定性, 因而我们有必要对其进行详细研究.摇杆 主动时曲柄摇杆机构有两个死点位置, 而对曲柄主动时, 有否死点位置的问题, 基本没有涉及。

 有的资料上则直接说, 曲柄主动时无死点位置. 本文对此问题进行了分析研究, 发现:曲柄主动时, 最短杆长度+最长杆长度<其余两杆长度之和,此时无死点位置。

  图1—4 曲柄摇杆机构 表 1 曲柄摇杆机构的死点个数及位置情况表

 1。3 机构的数学模型的建立

 图 1-5

 曲柄摇杆机构数学模型简图

 1 1 .31 .1 建立机构的闭环矢量位置方程

  在用矢量法建立机构的位置方程时,需将构件用矢量来表示,并作出机构的封闭矢量多边形。如图1所示,先建立一直角坐标系。设各构件的长度分别为 L1 、L2 、L3 、L4 ,其方位角为 、

 、 、

 。以各杆矢量组成一个封闭矢量多边形,即 ABCDA。其个矢量之和必等于零。即:

  式1 式 1 为图 1 所示四杆机构的封闭矢量位置方程式。对于一个特定的四杆机构,其各构件的长度和原动件2 的运动规律,即

 为已知,而

 =0,故由此矢量方程可求得未知方位角

 、

 . 角位移方程的分量形式为:

  式 2 闭环矢量方程分量形式对时间求一阶导数(角速度方程)为:

 式3 其矩阵形式为: 2 2 22 2 2434 4 3 34 4 3 3cossincos cossin sin    LLL LL L

  式 4 联立式 3 两公式可求得:

 式 5

 式 6 闭环矢量方程分量形式对时间求二阶导数(角加速度方程)矩阵形式为:    424 4 323 3 222 2222 2 3233 424 4sin sin sincos cos cos434 cos 4 3 cos 34 sin 4 3 sin 3            L L LL L LL LL L

  式7 由式 7 可求得加速度:

 式 8

  式 9

 注:式 1~式9中,Li(i=1,2,3,4)分别表示机架1、曲柄2、连杆 3、摇杆 4 的长度; (i=1,2,3,4)是各杆与 x 轴的正向夹角,逆时针为正,顺时针为负,单位为 rad; 是各杆的角速度,

 ,单位为 rad/s; 为各杆的角加速度,单位为 。

 1 1 。2 3.2 求解方法 (1)求导中应用了下列公式:

 式 10 (2)在角位移方程分量形式(式 2)中,由于假定机架为参考系,矢量 1 与 x 轴重合, =0,则有非线性超越方程组:

 式11 可以借助牛顿—辛普森数值解法或 Matlab 自带的 fsolve 函数求出连杆3的角位移和摇杆4的角位移。

 (3)求解具有n个未知量 (i=1,2,…,n)的线性方程组:

  式 12 式中,系列矩阵 是一个 阶方阵:

 式 13 的逆矩阵为 ;常数项 b 是一个n维矢量:

 式14 因此,线性方程组解的矢量为:

  式 15 式 11 是求解连杆3和摇杆 4 角速度和角加速度的依据.

  1.4

  基于 MATL AB B 程序设计

 四连杆机构的解析法同样可以用MATLAB 的计算工具来求值,并结合 MATLAB 的可视化手段,把各点的计算值拟合成曲线,得到四连杆机构的运动仿真轨迹.

 1 1 。4。

 1

 程序流程图

 图1-6

 Matlab 运动分析程序流程

 1。4.2

  M M 文件编写 首先创建函数 FoutBarPosition,函数 fsolve 通过他确定 。

 function t=fourbarposition(th)

 %求解其他两杆的 θ_3, θ_4

 L1=163。2mm;L2=64.25mm;L3=150mm;L4=90.1mm;

  %给定已知量,各杆长 L1,L2,L3,L4 global th21

  %给定初始 θ_2

  t(1)= L2*cos(th21)+L3*cos(th(1))-L4*cos(th(2))-L1; t(2)=L2*sin(th21)+L3*sin(th(1))—L4*sin(th(2)); 主程序如下: :

 disp ’ * * * * * * 平面四杆机构的运动分析 * * * * * *' L1=0.1632;L2=0.06425;L3=0。150;L4=0.091;

  %各杆长度 global th21

  %θ_2

  h= 30;

 %给出转角步长 30 度

 th2=[ 0 :

 h :

 36 0 ] * p i/180;

  %曲柄输入角度从0至 360 度,步长为 pi/6 th34=zeros(length(th2),2);

 %建 立 一 个 N 行 2 列 的 零 矩 阵 , 第 一 列 存 放 opt i ons=optimset ( "disp l ay’,’off');

 %θ_3,第二列存放 θ_4 for m=1: l e ngth(th2)

  %建立for 循环,求解 θ_3,θ_4 th21= th2(m); y3=fsolve(’fourbarposition",[1 1]); %的非线性超越方程,结果保存在th34中 th34(m,:)=y3; end

 y=L2*sin(th2)+L3*sin(th34(:,1)');

  %连杆 3 的 C 端点 Y 坐标值 x=L2*cos (th2)+L3*cos(th34(:,1)’);

  %连杆 3 的 C 端点 X 坐标值 x x = [ L2 * cos(th2)];

 %连杆 3 的 B 端点X坐标值

 yy=[L2*si n(th2)];

 %连杆 3 的B端点 Y 坐标值 figure(1)

 plot([x;xx],[y;yy],’k",[0 L1],[0 0], ’k--^’, x,y,'ko’, xx,yy,"ks’)

 %绘制连杆 3 的几个位置点 title("连杆 3 的几个位置点’) xlabel("水平方向(m)') ylabel('垂直方向(m)') a xi s equal

 %XY坐标均衡

 h=

 5;

 %重新细分曲柄输入角度 θ_2,步长为5度 th2=[0:h:360] *pi/180;

 th34=zeros(length(th2),2); options=optimset(’display’,"off’); for m=1:length(th2)

 %建立 for 循环,求解 θ_3,θ_4 th21= th2(m); y3=fsolve(’fourbarposition’,[1 1]); th34(m,:)=y3; end

 figure(2) %plot(th2*180/pi,th34(:,1),th2*180/pi,th34(:,2))

 %绘制连杆3的角位移关于曲柄 2 的角位移图 plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi)

  %绘制摇杆4的角位移关于曲柄 2 的角位移图 ax i s ([ 0

 3 60 0 170])

  %确定 XY 边界值 grid

 %图形加网格 xlabel(’主动件转角\theta_2(度)’)

  %横坐标标题 ylabel("从动件角位移(度)’)

  %纵坐标标题 title("角位移线图")

 text(120,120,"摇杆4角位移")

 %设定显示范围 text(150,40,"连杆 3 角位移’)

 w 2 = 5 . 23599;

  %设定曲柄角速度 for i=1:length(th2)

 A=[-L3*sin(th34(i,1)),L4*sin(th34(i,2));L3*cos(th34(i,1)),-L4*cos(th34(i,2))]; B=[w2*L2*sin(th2(i)); -w2*L2*cos(th2(i))]; w=inv(A)*B; w3(i)=w(1);

 %求解杆 3 角速度 w4(i)=w(2);

 %求解杆 4 角速度 %w3(i)=(w2*L2*sin(th34(i,2)—th2(i)))/(L3*sin(th34(i,1)—th34(i,2))); %w4(i)=(w2*L2*sin(th2(i)

 — th34(i,1)))/(L4*sin(th34(i,2)—th34(i,1))); end

 figure(3)

 plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4);

  %绘制角速度线图 a x i s ( [ 0 360 —5 5])

 text(50,4.2,’摇杆 4 角速度(\omega_4)") text(220,3,'连杆 3 角速度(\omega_3)') grid xlabel(’主动件转角\theta_2(度)") ylabel(’从动件角速度(rad\cdot s^{-1})’) title(’角速度线图")

 for i=1:length(th2) C=[L3*sin(th34(i,1)),-L4*sin(th34(i,2));L3*cos(th34(i,1)),-L4*cos(th34(i,2))]; D=[w4(i)^2*L4*cos(th34(i,2))-w3(i)^2*L3*cos(th34(i,1))-w2^2*L2*cos(th2(i));w2^2*L2*sin(th2 (i))+w3(i)^2*L3*sin(th34(i,1))—w4(i)^2*L4*sin(th34(i,2))]; a=inv(C)*D; %s43=th34(:,2)-th34(:,1); %s23= th2’-th34(:,1); %a3=(-L2*w2^2。*cos(s23)-w3。^2*L3。*cos(—s43)+ L4。*w4.^2)。/(L4.*sin(s43)); %a4=(L2*w2^2.*cos(s23)-w4.^2*L4.*cos(s43)+L3.*w3.^2)。/(L4.*sin(s43)); a3(i)=a(1);

  %求解杆3角加速度 a4(i)=a(2);

 %求解杆4角加速度 end

 figure(4)

 plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4);

  %绘制角加速度线图 axis([0 360 —30 60]) text(30,18,’摇杆4角加速度(\alpha_4)’)

 text(180,7,"连杆 3 角加速度(\alpha_3)’) grid xlabel('主动件转角\theta_2(度)") ylabel('从动件角加速度(rad\cdot s^{—2})") title("角加速度线图") disp '曲柄转角连杆转角-摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度—连杆加速度—摇杆加速度’

 ydcs=[th2’*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th34(:,2)*180/pi,w3’,w4",a3",a4’]; disp(ydcs)

 %

 重新细分曲柄输入角度 θ_ 2,步长为 1 1 度 度

 h=1;

  %重新细分曲柄输入角度 θ_2,步长为 0.1度 th2=[20:h:210] *pi/180;

 th34=zeros(length(th2),2); options=optimset("display’,"off"); for m=1:length(th2)

 %建立 for 循环,求解 θ_3,θ_4 th21= th2(m); y3=fsolve(’fourbarposition",[1 1]); th34(m,:)=y3; end

 figure(2)

 %plot(th2*180/pi,th34(:,1),th2*180/pi,th34(:,2))

 %绘制连杆 3 的角位移关于曲柄 2 的角位移图 plot(th2*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th2*180/pi,th34(:,2)*180/pi)

  %绘制摇杆4的角位移关于曲柄 2 的角位移图 a xi s ( [ 20 2 10 0 180])

  %确定 XY 边界值 g r id

 %图形加网格 xlabel("主动件转角\theta_2(度)')

  %横坐标标题 ylabel("从动件角位移(度)’)

  %纵坐标标题 title('角位移线图") text(120,120,'摇杆 4 角位移')

 %设定显示范围 text(150,40,'连杆 3 角位移")

 w2=5 . 23599;

  %设定曲柄角速度 for i=1:length(th2)

 A=[—L3*sin(th34(i,1)),L4*sin(th34(i,2));L3*cos(th34 (i,1)),—L4*cos(th34(i,2))]; B=[w2*L2*sin(th2(i)); —w2*L2*cos(th2(i))]; w=inv(A)*B; w3(i)=w(1);

 %求解杆3角速度 w4(i)=w(2);

 %求解杆 4 角速度 %w3(i)=(w2*L2*sin(th34(i,2)—th2(i)))/(L3*sin(th34(i,1)-th34(i,2))); %w4(i)=(w2*L2*sin(th2(i) - th34(i,1)))/(L4*sin(th34(i,2)—th34(i,1))); end

 figure(3)

 plot(th2*180/pi,w3,th2*180/pi,w4);

  %绘制角速度线图 axis ( [2 0

 2 1 0

 —3 5])

 text(50,2.5,’摇杆 4 角速度(\omega_4)')

 text(100,—1,’连杆 3 角速度(\omega_3)') grid xlabel("主动件转角\theta_2(度)')

 ylabel("从动件角速度(rad\cdot s^{—1})")

 title("角速度线图')

 for i=1:length(th2)

 C=[L3*sin(th34(i,1)),-L4*sin(th34(i,2));L3*cos(th34(i,1)),—L4*cos(th34(i,2))]; D=[w4(i)^2*L4*cos(th34(i,2))-w3(i)^2*L3*cos(th34(i,1))-w2^2*L2*cos(th2(i));w2^2*L2*sin(th2 (i))+w3(i)^2*L3*sin(th34(i,1))—w4(i)^2*L4*sin(th34(i,2))]; a=inv(C)*D; %s43=th34(:,2)—th34(:,1); %s23= th2'—th34(:,1); %a3=(-L2*w2^2.*cos(s23)-w3.^2*L3.*cos(—s43)+ L4.*w4。^2)./(L4。*sin(s43)); %a4=(L2*w2^2.*cos(s23)-w4.^2*L4。*cos(s43)+L3.*w3.^2)。/(L4。*sin(s43)); a3(i)=a(1);

  %求解杆 3 角加速度 a4(i)=a(2);

 %求解杆 4 角加速度 end

 figure(4) plot(th2*180/pi,a3,th2*180/pi,a4);

  %绘制角加速度线图 axis([20 210 —25 40]) text(45,20,"摇杆 4 角加速度(\alpha_4)") text(160,5,'连杆 3 角加速度(\alpha_3)") grid xlabel(’从动件角加速度") ylabel("从动件角加速度(rad\cdot s^{—2})") title("角加速度线图')

 disp "曲柄转角-连杆转角-摇杆转角—连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度—摇杆加速度’

 ydcs=[th2"*180/pi,th34(:,1)*180/pi,th34(:,2)*180/pi,w3",w4",a3',a4’]; disp(ydcs)

 %RRR杆组各点约束力(动力学分析)

 Rbcd=zeros(length(th2),6);

  for m=1:length(th2)

 %求bcd三点约束反力 M(1)=th34(m,1); M(2)=th34(m,2); M(3)= w3(m); M(4)= w4(m); M(5)= a3(m); M(6)= a4(m); M(7)=-L2*w2*w2*cos(th2(m)); M(8)= -L2*w2*w2*sin(th2(m)); M(9)=0; M(10)=0; M(11)=—100; Y1=RRRdy(M); Rbcd(m,:)=Y1; end

 %主动杆组各点约束力和力矩

 Ram=zeros(length(th2),3); for m=1:length(th2)

 N(1)=th2(m); N(2)=10; N(3)= 0; N(4)= Rbcd(m,1); N(5)= Rbcd(m,2); Y1=crankdy(N); Ram(m,:)=Y1; end

 plot(th2*180/pi, Ram(:,3));

  %绘制曲柄力矩线图 axis([0 360 -50 50]) grid xlabel("曲柄角度")

 ylabel(’曲柄力矩(N*m)")

 title(’曲柄力矩线图’)

 plot(th2*180/pi, Ram(:,1));

  %绘制 A 点约束力水平分力 axis([0 360 —250 250])

 grid xlabel(’曲柄角度’) ylabel('A 点水平分力(N)") title('A 点约束力水平分力’)

  2 栏杆机各机型的分析结果 2 2 .2 1

 2 代 代 1 1 机构尺寸参数

  各构件的尺寸为 r1=73.4mm,r2=103.4mm, r3=103.52mm, r4=125。36mm; 质心为 rc1=

  mm,rc2=

 mm.rc3=

 mm 质量为 m1= kg,m2= kg.m3= kg; 转动惯量为 J1= kg• m2,J2=

 kg• m2,J3=

 kg• m2, 构件 3 的工作阻力矩 M3=

 N• m.顺时针方向, 其他构件所受外力和外力矩(弹簧拉力大小及位置)

 构件 1 以等角速度5.326 rad/s 逆时针方向回转

 2 代 1 型运动时间0.6s 曲柄角速度  t * 180 /12 θ 12 为曲柄两极限点的转角范围1 . 35 2 . 218 12   =183.1 θ 31 为摇杆两极限点转角范围θ 31 =169.6412-79。2815=90.36 下表为曲柄转动一周,各参数变化量,角度间隔5度 曲柄转角- 连杆转角-摇杆转角—连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度

 0

  75.5848

 104。6713

  -7。5236

  -7.5236

 -25。3108

  24。8495

  5。0000

  68。4098

  97.8795

  -7.6753

  —6。8642

 6。3108

  54。5234

 10.0000

  61.3226

  91.9131

  —7.3554

  -5。7931

  31.0584

  74.1181

 15。0000

  54。6988

  87。0702

  -6。7185

  -4.5053

  44。8287

  81。0936

 20。0000

  48.7519

  83.4619

  —5.9400

  -3.1901

  48。8450

  78.1681

 25.0000

  43.5472

  81.0433

  —5.1519

  —1.9734

  46.6674

  69.8029

 30.0000

  39.0594

  79。7077

  -4.4270

  -0.9128

  41。5358

  59.5704

 35.0000

  35.2068

  79.2817

  —3。7948

  —0。0196

  35.5971

  49。5924

 40.0000

  31.9033

  79.6218

  —3。2588

 0。7189

  29.9221

  40。7819

 45.0000

  29。0609

  80.5907

  -2。8104

 1.3246

  24。9470

  33。3840

 50。0000

  26。6033

  82.0747

  -2.4369

 1.8202

  20.7706

  27。3268

 55。0000

  24。4662

  83。9805

  -2。1257

 2.2263

  17.3423

  22.4222

 60。0000

  22。5964

  86。2323

  —1.8651

 2.5601

  14.5596

  18.4614

 65。0000

  20.9514

  88。7691

  -1.6456

 2.8354

  12.3129

  15.2547

 70.0000

  19。4961

  91。5410

  -1.4592

 3。0633

  10.5032

  12.6422

 75.0000

  18.2032

  94。5085

  -1.2995

 3。2523

 9.0478

  10。4950

 80.0000

  17。0495

  97.6375

  -1.1612

 3.4092

 7.8803

 8。7099

  85。0000

  16.0175

 100。9010

  -1。0400

 3.5392

 6。9493

 7.2055

 90.0000

  15。0944

 104.2757

  —0.9324

 3.6464

 6。2155

 5。9165

 95。0000

  14.2636

 107.7414

  -0。8354

 3。7340

 5.6496

 4.7894

  100。0000

  13。5216

 111。2810

  -0.7464

 3.8041

 5.2322

 3.7803

  105。0000

  12.8604

 114.8789

  -0.6632

 3.8583

 4.9509

 2。8507

  110.0000

  12.2755

 118.5206

  —0.5835

 3。8977

 4.8006

 1.9651

  115。0000

  11.7649

 122.1925

  -0。5051

 3。9227

 4.7838

 1.0893

  120.0000

  11。3290

 125.8805

  -0.4259

 3.9332

 4.9106

 0.1874

  125。0000

  10。9707

 129.5701

  -0.3431

 3.9284

 5.2001

  —0.7805

  130。0000

  10.6845

 133.2524

  —0。2545

 3.9071

 5.6785

  -1.8576

  135。0000

  10。4909

 136.9030

  -0。1560

 3.8668

 6.3887

  —3。1004

  140.0000

  10.3959

 140.5056

  -0.0436

 3。8043

 7。3807

  -4.5706

  145.0000

  10.4151

 144。0373

 0.0877

 3。7154

 8。7141

  —6。3372

  150。0000

  10.5692

 147.4707

 0.2442

 3.5946

  10。4457

  -8。4653

  155。0000

  10.8856

 150.7723

 0.4326

 3.4356

  12。6044

 —10.9906

  160。0000

  11。3985

 153。9022

 0.6598

 3。2321

  15.1436

 -13.8728

  165.0000

  12。1482

 156。8147

 0。9307

 2.9795

  17。8735

 —16.9274

  170.0000

  13.1770

 159.4627

 1。2457

 2.6777

  20。4079

 -19。7739

  175.0000

  14。4826

 161.8447

 1.5954

 2.3353

  22.2580

 -21。9279

  180.0000

  16。1540

 163.8652

 1.9668

 1.9668

  22.8382

 -22.8095

  185。0000

  18.1748

 165.5368

 2。3358

 1。5959

  21.9557

 -22。2299

  190.0000

  20。5317

 166.8680

 2.6795

 1.2452

  19.8252

 -20.4078

  195.0000

  23.1926

 167.8863

 2.9814

 0。9311

  16.9590

 -17.8590

  200。0000

  26.1140

 168.6301

 3。2342

 0。6609

  13.8946

 -15。1251

  205.0000

  29。2494

 169.1410

 3。4378

 0.4343

  11。0082

 -12。5867

  210.0000

  32。5572

 169.4551

 3.5967

 0.2466

 8.4812

 —10。4303

  215.0000

  35.9957

 169.6081

 3。7176

 0。0906

 6。3528

  -8.7011

  220.0000

  39.5282

 169.6315

 3.8068

  —0.0407

 4。5849

  -7.3684

  225。0000

  43。1306

 169.5427

 3。8697

  —0。1531

 3.1133

  -6.3

 758

  230.0000

  46.7855

 169。3498

 3。9102

  -0。2513

 1。8710

  -5.6662

  235。0000

  50。4677

 169.0718

 3.9318

  -0.3399

 0.7931

  -5.1863

  240.0000

  54.1623

 168。7135

 3。9368

  -0.4223

  -0.1734

  -4.8968

  245。0000

  57.8545

 168。2795

 3.9265

  —0。5013

  -1.0742

  -4.7692

  250.0000

  61.5301

 167。7717

 3.9017

  -0。5793

  -1。9487

  —4。7848

  255.0000

  65。1757

 167.1898

 3.8626

  —0.6588

  —2.8327

  -4.9334

  260。0000

  68。7770

 166.5364

 3.8087

  -0.7418

  -3.7604

  —5.2123

  265。0000

  72.3211

 165.7989

 3.7390

  -0。8304

  -4.7670

  -5.6272

  270.0000

  75.7918

 164.9748

 3.6519

  —0。9270

  -5.8909

  -6。1899

  275.0000

  79.1712

 164.0502

 3.5450

  -1.0342

  —7.1774

  —6.9211

  280.0000

  82.4408

 163.0288

 3。4155

  -1.1548

  -8。6769

  -7。8473

  285。0000

  85.5761

 161。8815

 3。2592

  -1.2926

 -10。4571

  -9.0099

  290.0000

  88.5513

 160.5954

 3.0709

  -1.4516

 —12。5983

 -10。4596

  295。0000

  91.3303

 159。1477

 2。8438

  -1.6372

 —15.2043

 -12。2627

  300.0000

  93。8751

 157.5109

 2。5694

  -1。8559

 -18。4036

 -14.5019

  305。0000

  96.1360

 155.6503

 2。2366

  -2.1154

 —22。3560

 —17。2762

  310。0000

  98。0518

 153.5231

 1.8316

  -2。4255

 -27。2520

 —20。6958

  315.0000

  99。5509

 151.0775

 1.3374

  -2。7976

 —33.3012

 -24。8657

  320.0000

 100.5281

 148。2467

 0.7330

  -3.2448

 —40.6936

 —29.8337

  325.0000

 100.8810

 144.9549

  —0。0043

  -3。7794

 —49。5076

 -35。5113

  330.0000

 100。4718

 141。1201

  -0。8959

  —4。4101

 —59.4967

 —41.4622

  335.0000

  99.1467

 136.6474

  -1。9555

  —5.1338

 -69.7558

 —46。6184

  340.0000

  96.7510

 131.4609

  -3.1721

  —5.9221

 -78。2019

 -48.8788

  345。0000

  93.1610

 125.5320

  -4.4886

  -6。7020

 —81。2411

 -44.9772

  350。0000

  88。3300

 118.9204

  —5.7801

  -7。3424

 -74.4027

 -31。3430

  355。0000

  82.3729

 111。8423

  -6.8570

  —7。6681

 -54。9328

  -6.7198

  360.0000

  75.5848

 104.6713

  —7.5236

  -7。5236

 —25.3108

  24.8495

 下表为曲柄转动工作区间 30 — 225 5 度,各参数变化量,角度间隔 1 1 度 度 曲柄转角- 连杆转角—摇杆转角-连杆角速度-摇杆角速度-连杆加速度-摇杆加速度

  30.0000

  39。0594

  79。7077

  -4.4270

  —0.9128

  41。5358

  59.5704

 31。0000

  38。2409

  79。5545

  —4.2928

  —0.7210

  40.3665

  57.5123

 32。0000

  37.4461

  79.4348

  —4.1623

  -0.5358

  39.1799

  55.4778

 33.0000

  36.6765

  79.3513

  -4.0359

  —0。3572

  37.9834

  53.4751

 34.0000

  35.9316

  79.3021

  -3.9135

  —0。1854

  36.7868

  51。5122

 35。0000

  35.2068

  79.2817

  —3.7948

  —0.0196

  35。5971

  49。5924

 36.0000

  34。5052

  79。2933

  -3.6801

 0。1398

  34.4200

  47.7221

 37.0000

  33.8247

  79.3341

  —3。5692

 0.2932

  33。2604

  45.9039

 38.0000

  33。1647

  79.4032

  -3。4621

 0。4407

  32.1222

  44.1401

 39.0000

  32.5245

  79。4995

  -3.3587

 0.5826

  31。0086

  42。4325

 40.0000

  31。9033

  79.6218

  —3.2588

 0.7189

  29.9221

  40.7819

 41。0000

  31.3006

  79.7692

  —3.1625

 0.8499

  28。8646

  39.1887

 42。0000

  30.7156

  79.9408

  —3.0696

 0.9758

  27。8376

  37。6529

 43.0000

  30。1477

  80.1354

  —2.9800

 1。0967

  26.8419

  36.1741

 44。0000

  29。5964

  80.3524

  -2.8937

 1。2129

  25。8783

  34.7515

 45.0000

  29.0609

  80.5907

  -2。8104

 1。3246

  24。9470

  33。3840

 46.0000

  28.5417

  80.8501

  —2.7302

 1.4317

  24.0486

  32.0712

 47.0000

  28。0356

  81。1281

  -2。6528

 1.5348

  23。1815

  30。8096

 48.0000

  27.5446

  81。4257

  -2.5782

 1.6338

  22.3467

  29。5997

 49.0000

  27。0673

  81.7414

  —2。5063

 1.7289

  21.5432

  28.4393

 50。0000

  26.6033

  82。0747

  -2。4369

 1。8202

  20.7706

  27.3268

 51.0000

  26.1525

  82。4250

  -2。3701

 1.9080

  20。0282

  26.2608

 52.0000

  25.7135

  82.7912

  -2.3057

 1。9923

  19.3149

  25.2387

 53.0000

  25.2861

  83。1727

  —2.2435

 2.0735

  18。6299

  24。2592

 54.0000

  24。8706

  83.5694

  -2.1835

 2。1514

  17.9727

  23。3210

 55.0000

  24。4662

  83.9805

  -2.1257

 2.2263

  17。3423

  22.4222

 56.0000

  24.0722

  84。4053

  -2。0698

 2。2984

  16.7376

  21.5609

 57.0000

  23.6888

  84。8434

  -2。0159

 2。3677

  16.1580

  20。7359

 58.0000

  23.3151

  85.2942

  -1.9639

 2。4343

  15.6023

  19.9452

 59。0000

  22。9511

  85.7573

  -1.9137

 2.4985

  15。0698

  19.1875

  60.0000

  22.5964

  86。2323

  -1.8651

 2.5601

  14.5596

  18.4614

 61.0000

  22.2506

  86。7186

  —1.8182

 2。6195

  14.0708

  17.7653

 62.0000

  21.9134

  87。2156

  -1。7729

 2.6766

  13.6025

  17。0978

 63.0000

  21。5848

  87.7236

  -1.7290

 2.7316

  13。1540

  16.4578

 64.0000

  21.2642

  88。2415

  —1。6866

 2.7845

  12.7243

  15。8438

 65。0000

  20.9514

  88.7691

  -1.6456

 2。8354

  12。3129

  15。2547

 66.0000

  20。6460

  89。3058

  -1。6059

 2.8845

  11。9189

  14.6891

 67。0000

  20.3482

  89.8521

  -1。5675

 2.9317

  11。5416

  14.1463

 68.0000

  20.0573

  90.4067

  -1。5303

 2.9772

  11。1803

  13。6247

 69.0000

  19。7735

  90.9700

  —1.4942

 3。0211

  10。8344

  13.1238

 70。0000

  19.4961

  91.5410

  -1.4592

 3.0633

  10.5032

  12.6422

 71。0000

  19.2253

  92.1200

  -1.4253

 3.1039

  10.1861

  12。1791

 72。0000

  18。9609

  92.7067

  —1。3925

 3.1431

 9。8826

  11。7338

 73。0000

  18.7025

  93。3004

  -1.3606

 3。1809

 9.5920

  11。3052

 74。0000

  18。4500

  93.9011

  -1.3296

 3.2172

 9.3139

  10.8925

 75.0000

  18.2032

  94.5085

  -1.2995

 3.2523

 9.0478

  10.4950

 76.0000

  17.9619

  95。1223

  -1.2703

 3.2860

 8.7931

  10.1119

 77.0000

  17。7261

  95。7423

  -1。2419

 3.3186

 8。5494

 9.7425

 78.0000

  17。4955

  96.3684

  -1.2142

 3.3499

 8。3163

 9.3861

 79。0000

  17.2700

  97.0001

  —1.1873

 3。3801

 8。0934

 9.0421

 80.0000

  17.0495

  97.6375

  -1.1612

 3。4092

 7.8803

 8。7099

 81。0000

  16。8340

  98.2803

  —1.1357

 3.4372

 7.6766

 8.3889

 82。0000

  16.6230

  98.9282

  —1.1109

 3。4642

 7。4820

 8。0784

 83.0000

  16。4167

  99。5811

  -1.0866

 3.4901

 7。2961

 7。7781

 84.0000

  16.2150

 100.2388

  -1.0630

 3。5151

 7。1186

 7.4873

 85。0000

  16。0175

 100。9010

  -1.0400

 3。5392

 6。9493

 7.2055

 86.0000

  15.8244

 101.5678

  -1.0175

 3。5624

 6.7878

 6.9323

 87.0000

  15。6354

 102。2387

  -0.9955

 3。5847

 6。6339

 6。6672

 88.0000

  15.4505

 102.9138

  —0.9740

 3.6061

 6.4873

 6.4098

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 5

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 168。8601

 3.3213

 0.5653

  12.7045

 -14。0719

  203.0000

  27。9725

 168.9620

 3.3620

 0。5200

  12.1259

 -13.5628

  204.0000

  28.6074

 169.0556

 3。4008

 0.4764

  11。5601

 -13.0673

  205.0000

  29.2494

 169.1410

 3。4378

 0。4343

  11.0082

 -12。5867

  206。0000

  29.8982

 169。2188

 3.4730

 0.3939

  10.4712

 —12.1218

  207.0000

  30.5684

 169。2726

 3.5055

 0.3562

 9.9504

 -11.6739

  208.0000

  31.2273

 169。3384

 3.5374

 0。3184

 9.4450

 —11.2426

  209.0000

  31。8926

 169.3966

 3.5677

 0。2821

 8。9556

 —10.8283

  210。0000

  32.5572

 169.4551

 3.5967

 0。2466

 8。4812

 -10.4303

  211.0000

  33.2405

 169.4921

 3.6234

 0。2135

 8.0250

 —10。0514

  212.0000

  33。9223

 169。5301

 3。6491

 0。1811

 7。5837

  -

 9.6886

  213。0000

  34.6090

 169。5619

 3.6733

 0.1498

 7.1581

  -9.3429

  214.0000

  35.3002

 169.5878

 3。6961

 0。1197

 6.7479

  —9。0138

  215.0000

  35。9957

 169.6081

 3。7176

 0.0906

 6.3528

  -8.7011

  216.0000

  36.6952

 169.6229

 3.7378

 0.0626

 5.9721

  —8。4044

  217.0000

  37。3984

 169.6325

 3.7568

 0.0355

 5。6056

  —8。1233

  218.0000

  38。1051

 169.6370

 3.7746

 0。0093

 5.2525

  -7.8572

  219.0000

  38.8152

 169.6366

 3。7913

  -0。0161

 4.9125

  -7。6057

  220.0000

  39.5282

 169.6315

 3。8068

  -0.0407

 4.5849

  -7.3684

  221.0000

  40.2418

 169。6248

 3.8215

  —0.0647

 4.2684

  —7.1439

  222.0000

  40。9628

 169.6077

 3.8348

  -0.0875

 3.9649

  -6.9342

  223。0000

  41.6838

 169.5893

 3。8474

  -0。1099

 3。6713

  —6.7363

  224.0000

  42。4071

 169.5667

 3。8589

  —0.1317

 3.3878

  —6。5506

  225.0000

  43。1306

 169。5427

 3.8697

  —0.1531

 3。1133

  -6。3758

 -0.05 0 0.05 0.1 0.15-0.08-0.06-0.04-0.0200.020.040.060.080.1连 杆 3的 几 个 位 置 点水 平 方 向 (m)垂直方向(m) 图 2—1 连杆 3 的空间位置点

 0 50 100 150 200 250 300 350020406080100120140160摇杆4角位移连杆3角位移X: 205Y: 158.1X: 25Y: 68.33X: 305Y: 59.24X: 120Y: 8.546主动件转角  2 (度)从动件角位移(度)角位移线图

  40 60 80 100 120 140 160 180 200 220020406080100120140160180摇 杆 4角 位 移连 杆 3角 位 移X: 216Y: 169.6主 动 件 转 角  2 (度 )从动件角位移(度)角 位 移 线 图X: 35Y: 79.28

 图 2—2 连杆 3 和摇杆4的角位移曲线

 图 2-3 工作区间内连杆 3 和摇杆 4 的角位移曲线 曲柄两极限点的转角范围1 . 35 2 . 218 12   =183 .1 摇杆两极限点转角范围θ 31 1 = = 16 6 9 .641 2- 79 。

 281 5=9 0.36

 0 50 100 150 200 250 300 350-5-4-3-2-1012345摇杆4角速度(  4 )连杆3角速度(  3 )X: 110Y: 3.757X: 25Y: 0.2244X: 330Y: -4.927X: 205Y: -0.08675主动件转角  2 (度)从动件角速度(rad 

 s -1 )角速度线图X: 230Y: 2.488

  40 60 80 100 120 140 160 180 200 220-5-4-3-2-1012345摇杆4角速度(  4 )连杆3角速度(  3 )X: 222Y: 3.835X: 121Y: 3.934X: 31Y: -0.721主动件转角  2 (度)从动件角速度 (rad 

 s -1 )角速度线图X: 31Y: -4.293 图 2—4 连杆 3 和摇杆 4 角速度曲线

 图 2-5 工作区间内连杆 3 和摇杆 4 角速度曲线

  工作区间内摇杆角速度最大值: : 曲柄转角 1 1 21 1 度,摇杆转角1 26 . 61 88 8 ,摇杆角速度 3 3 。9 335 工作区间内摇杆角速度最小值: : 曲柄转角 5 35 度,摇杆转角 79 。

 2817 ,摇杆角速度- - 0。01 19 96 6 角速度变化量:3 3 。

 9335+ 0. 0196=3 .9 9 53 31 1

  0 50 100 150 200 250 300 350-100-80-60-40-20020406080100摇杆4角加速度(  4 )连杆3角加速度(  3 )主动件转角  2 (度)从动件角加速度 (rad 

 s -2 )角加速度线图X: 15Y: 81.09 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220-40-20020406080摇杆4角加速度(  4 )连杆3角加速度(  3 )X: 31Y: 57.51从动件角加速度从动件角加速度(rad 

 s -2 )角加速度线图X: 180Y: -22.81 图 2-6 连杆3和摇杆 4 角加速度曲线

 图 2-7工作区间内连杆3和摇杆4角加速度曲线 工作区间内摇杆角加速度最大值:

 曲柄转角 3 3 5度,摇杆转角 79.2 81 7,摇杆角加速度 4 4 9 .5924 工作区间内摇杆角加速度最小值: : 曲柄转角 1 181 度, , 摇杆转角 164.2275, 摇杆角速度- - 22 。8 8 0 97 角速度变化量 :49. 59 24+22.8097 = 72 。

 4021 1 2 2 。2 2

 2 2 代 代 2 2 机构尺寸参数

  各构件的尺寸为 r1=50.1mm,r2=109。8mm,r3=72。85mm,r4=125。36mm; 质心为 rc1=

  mm,rc2=

 mm。rc3=

 mm 质量为 m1= kg,m2= kg.m3= kg; 转动惯量为 J1= kg• m2,J2=

 kg• m2,J3=

 kg• m2, 构件 3 的工作阻力矩 M3=

 N• m.顺时针方向, 其他构件所受外力和外力矩(弹簧拉力大小及位置) 构件 1 以等角速度3。38594 rad/s 逆时针方向回转 2 代 2 型运动时间 0。9s 曲柄角速度  t * 180 /12

 θ 12 为曲柄两极限点的转角范围4 . 26 201 12   =174.6 θ 31 为摇杆两极限点转角范围θ 31 =162.9068—75.5916=87.3152 下表为曲柄转动一周,各参数变化量,角度间隔 5 5 度 度 曲柄转角连杆转角—摇杆转角-连杆角速度—摇杆角速度—连杆加速度-摇杆加速度

 0

  36。0183

  75.7666

  —3.3998

  —3.3998

 7。4475

  40.3838

  5.0000

  32。8455

  72.8550

  -3。2311

  —2.6858

  12.5157

  44.7939

 10.0000

  29.8695

  70.6524

  -2。9929

  -1。9236

  15.7577

  46.1841

 15.0000

  27。1419

  69。1812

  -2.7158

  -1.1612

  17.2210

  44。9188

 20。0000

  24。6897

  68.4259

  —2.4269

  —0。4372

  17。2593

  41.7480

 25。0000

  22.5045

  68.3266

  —2.1457

 0.2244

  16。3426

  37。497

 5

 30。0000

  20。5834

  68。8286

  -1.8850

 0.8108

  14.9001

  32。8616

 35。0000

  18。8973

  69。8517

  —1。6502

 1.3202

  13.2554

  28.3115

 40。0000

  17.4224

  71.3262

  —1。4431

 1.7566

  11.6161

  24.1178

 45。0000

  16.1326

  73。1851

  -1。2623

 2.1268

  10。0969

  20。3984

 50.0000

  15。0037

  75.3695

  —1.1055

 2。4393

 8.7496

  17.1758

 55.0000

  14.0147

  77.8281

  -0.9696

 2。7020

 7。5879

  14。4200

 60.0000

  13.1461

  80。5162

  -0。8516

 2.9222

 6.6051

  12。0766

 65.0000

  12.3831

  83.3973

  -0.7485

 3.1065 ...

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