平面四杆机构的运动分析

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1、南昌航空大学科技学院学士学位论文1序言连杆机构，是由许多刚性构件通过低副联结而成，也称低副机构。它是由机构原动件与从动件之间都要通过连杆联结和机架一起构成传动装置，因此称为连杆机构。低副面接触的结构使连杆机构具有以下一些优点：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，它不像凸轮机构有时需利用弹簧等力封闭来保持接触。同时，平面连杆机构也有以下缺点：一般情况下，只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运

2、动副个数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率降低，不仅发生自锁的可能性增加，而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中作复杂运动和作往复运动的构件所产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。以四杆机构为例，四杆机构根据其两个连架杆的运动形式的不同，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式，应用实例如下：[1]图1-1雷达天线调整机构图1-2汽车雨刮器图1-3搅拌机以上图1-1至3为曲柄摇杆机构；图1-4惯性筛工作机构图1-5起重机吊臂结构原理以上图1-4为双曲柄机构；图

3、1-5为双摇杆机构51南昌航空大学科技学院学士学位论文连杆机构根据不同的分类标准由不同的分类方法。（一）可根据各构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，将其分为平面连杆机构与空间连杆机构（单闭环的平面连杆机构的构件数至少为4，单闭环的空间连杆机构的构件数至少为3）；（二）可根据机构中构件数目的多少主要分为两大类：四杆机构，由五杆及五杆以上组成的多杆机构。连杆机构中最基本、应用最广泛的机构为平面四杆机构，它是构成和研究多杆机构（如六杆机构）的基础。连杆机构是常用的主要机构之一，它在一些机械的工作机构和操纵装置中得到了广泛的应用。连杆机构能够实现多

4、种运动形式的转换，例如它可把原动件的转动转换成从动件某种规律的往复移动或摆动，反之也可把往复移动或摆动转换成连续运动;此外，应用在连杆上点的轨迹可以完成工程上特殊的曲线运动要求.因此，选取连杆机构中平面四杆机构进行研究是有必要的。1.1选题的依据及意义：选题目的1．建立研究新机构，新机器发明创造的普遍规律及实用方法的实用基础理论。2．加速吸收发达工业化国家的先进技术，为本国新机构，新机器的二次设计，二次开发提供理论基础。3．提出在技术革新和设备改造中提出的新机构，新机器的独特结构和创新构思，是其成为成熟的先进技术。4．简介一些新机构，新机器实用

5、性结构及技术的应用实例，说明理论对实践的指导作用。5．为从事机械设计，制造的工程技术人员的知识，技术更新开阔视野提供参考资料。6．探索平面连杆机构研究的新方法，新思路。1.2平面连杆机构的运动学分析平面连杆机构运动分析的方法有很多，主要有图解法、解析法和实验法三种。其中，图解法包括速度瞬心法和相对速度图解法，形象直观，对构件少的简单的平面连杆机构，一般情况下用图解法比较简单。解析法直接用机构已知参数和要求的未知量建立的数学模型进行求解，也是一种比较好的方法。作图法和实验法工作量大，设计精度低，仅适用于对机构精度要求不高的场合。平面连杆机构的运动

6、学分析的过程包括建立运动约束方程和解方程两部分。平面连杆机构的运动学分析，就是对机构的位移、轨迹、速度、加速度进行分析。[3]51南昌航空大学科技学院学士学位论文这里研究的内容是不考虑机构的外力及构件的弹性变形等影响，仅仅研究在已知原动件的运动规律的条件下，分析机构中其余构件上各点的位移、轨迹、速度、加速度，有了这些运动参数，才能分析、评价现有机械的工作性能。1.3本论文所作的主要工作：此课题的主要目标是系统地对平面四杆机构进行研究，从而来获得连杆机构运动学性能和动力学性能，以便在实际中得到应用。主要特点是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级

7、语言编程来辅助设计和仿真平面四杆机构，主要体现在四个方面：1平面四杆机构连杆点的轨迹坐标2连杆轨迹曲线分类基准的确定3轨迹曲线的分类及运动领域识别4运动学仿真软件编制具体来说，在本论文中，将在第三章平面四杆机构的分类里主要是进行连杆基股上任意点的轨迹计算。在第四章连杆曲线的几何特征及其分类一章里，主要是对连杆曲线的几何特征（包括曲率、弧长、回转数、结点、变曲点等）进行分析，并根据分析结果对连杆曲线进行分类，建立机构数据库。在第五章平面连杆机构的运动仿真一章中，主要是运用矢量算法对连杆的速度和加速度进行计算，并根据结果对四杆机构进行VB运动模拟。

8、2平面四杆机构的类型2.1分类概念在平面机构的范畴，最简单的低配对机构是四连杆。四连杆包含四个杆件及四个接合配对，如图2.1。[4]图2.1.四连杆机