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
89。0000
15.2696
103.5928
-0。9530
3.6267
6。3478
6。1596
90。0000
15.0944
104。2757
-0.9324
3.6464
6。2155
5。9165
91.0000
14。9195
104。9614
-0.9122
3.6655
6.0895
5.6793
92.0000
14。7501
105。6495
-0.8923
3.6837
5。9704
5.4478
93.0000
14.5844
106。3418
-0.8729
3.7012
5。8576
5。2225
94。0000
14.4224
107.0370
-0.8538
3.7179
5.7510
5.0023
95。0000
14.2636
107.7414
-0.8354
3。7340
5.6496
4.7894
96.0000
14.1085
108.4440
-0.8170
3.7493
5.5548
4。5794
97.0000
13.9568
109.1493
-0.7990
3。7640
5.4657
4.3739
98.0000
13。8084
109。8574
-0.7812
3。7780
5。3823
4.1724
99.0000
13。6634
110.5680
—0.7637
3.7914
5.3045
3.9746
100.0000
13。5216
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-0。7464
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121.0000
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—0.4097
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122.0000
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-0.3933
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—0.189
5
123.0000
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-0.3768
3。9322
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—0。3827
124.0000
11。0359
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—0。3601
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-0.5796
125.0000
10。9707
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-0。3431
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—0.7805
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10.9090
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—0。9859
127.0000
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-0。3084
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—1.1962
128.0000
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—0。2910
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129.0000
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-1.6306
130。0000
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131。0000
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-2.0911
132.0000
10.5960
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-2。3316
133.0000
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—2.8358
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1.9668
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17。7430
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-13.5628
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0.3562
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-11.6739
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—10.8283
210。0000
32.5572
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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
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—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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