基于MATLAB的叉车曲柄滑块式转向机构的优化设计

【78】第32卷第12期

2010-12(上)

Optimum design of fork truck steering mechanism with

crank slid based on MATLAB

农琪，谢业东

NONG Qi, XIE Y e-dong

（广西工业职业技术学院，南宁 530001）

摘要：叉车转向机构的设计应使叉车外轮实际转角与理论转角的偏差最大值最小，并作为目标函数，

进一步确定约束条件，用MATLAB自身提供的优化算法，进行叉车曲柄滑块式转向机构的优化设计。

关键词：MATLAB；转向机构；优化设计

中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2010)12(上)-0078-02Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.12(上).27

0 引言

叉车作为机动工业车辆的典型机种，结构紧凑，机动性好，广泛用于港口仓库、货场、货舱内堆码、拆垛作业。与汽车不同，叉车的作业特点是直线行驶较少而转向频率较高。频繁的转向造成轮胎的寿命大大缩短，因此，叉车整体设计注重转向系统和轮胎的寿命，对降低叉车的使用成本，提高叉车的利用率有着深远的意义[1]。

叉车曲柄滑块式转向机构是一种新型转向机构，又称横置液压缸式转向机构，如图1所示。由于其具有转向机构性能优良，转向桥结构紧凑等特点，近年来在叉车设计中得到了广泛的应用。

图1 叉车曲柄滑块式转向机构

叉车曲柄滑块式转向机构的技术特点有【2】1）液压缸横置机构紧凑，零件较少；转向桥独立，液压缸只通过软管与液压系统连接，布置方便；不会发生纵置液压缸那种由于转向桥摆动和差动液压缸活塞杆细而使活塞杆头部容易断裂的问题；主销没有内倾角。

2）机构参数少只有4个独立参数（如图1所示

），容易设计。3）机构特性好转角误差小（

），有利于减小转向阻力，减轻轮胎磨损；传动角大，可达300左右，机构的力学特性好；容易达到较大的

最大内轮转角，可达800以上，有利于减小叉车的最小转弯半径。若维持原来的转弯半径不变，则有可能增大轴距，方便整车布置，提高行驶时的平顺性。

4）左、右转向一致液压缸两边活塞杆联动工作，无差动现象，左、右转向灵敏度完全相同。

5）液压缸结构特殊双作用，双活塞杆；由于受横向力作用，活塞杆应比较粗，液压缸安装应比较牢固；可以通过调整液压缸的安装距离（增减垫片）来调整机构特性。

1 叉车曲柄滑块式转向机构的设计

1.1 理论内外转角理论关系式[1]

叉车转向机构一般为后置式，车辆转向时，要求所有车轮轴线都能相交于一点（见图2中0点），此交点称车辆转向中心。这样才能保证各车轮在转向时均作纯滚动，避免车辆在转向时轮胎与地面滑动而增大阻力和加快轮胎磨损。

图2 叉车内外转向车轮偏转角之间的关系

由图2所示的几何关系可知，车辆转向时内转向轮转角a i ，大于外转向轮理论转角βi 。两车轮转

角的关系式为

收稿日期：2010-08-31

作者简介：农琪（1969 -），女，广西龙州人，高级工程师，学士学位，研究方向为机械设计与制造。

第32卷第12期 2010-12(上)

【79】

式中a

i ——内转向轮转角, （

）；βi ——与a

i 对应的外转向轮理论转角，机构设计确定后，βi 与a i 一一对应；

M——主销中心距；L——前后轮轴距。

则

这就是车轮纯滚动的条件，否则车轮将一边转向，一边被横向拖动着滑移，既造成轮胎磨损，又增大行驶阻力。

当叉车内转向轮实际转角为a i 时，通过转向机构所能获得的外转向轮（或转向节臂）实际转角为βi '，如图1所示。现在以叉车后置转向机构为例推导实际转角βi '的函数关系式[3,4]。

设计参数：

R——转向节臂长，R=(0.11～0.15)M； θ——转向节臂初始角，θ=80°～95° ； Τ0——基距，Τ0=(0.8～1.4)M；

e——液压缸偏距，e=(0.04～0.08)R 。 βi '=f(θ,e,R,Τ0)

式中ι——拉杆长度；

叉车转向机构的外转向轮实际转角和理论转角的偏差为

{

1.2 最小传动角

最小传动角是指转向节臂与拉杆所夹的最小锐角，此角过小会使杆件的作用力臂短而且受力过大，还会使杆件接近转动的死点（传动角等于0），进而影响机构的正常使用。

在机械传动过程中，传动角的大小是变化的，为了保证机构传动良好，最小传动角应该作为主要的设计约束，根据叉车设计经验,最小传动角应不小于250

1.3 叉车转向机构优化设计的数学模型

综上所述，叉车转向机构的优化设计的数学

模型为

设计变量

目标函数轮实际转角和理论转角偏差的最大值最小

约束条件

2 案例分析

已知叉车轴距M =808m

m ，前后轮轴距[]

分为n=85等分, 即

MATLAB优化设计工具箱中约束非线性优化命令进行优化。优化结果为

θ=90° e=48mm R=92mm Τ0=85mm 3 结论

1）利用优化设计理论和计算机快速运算的优势，根据机构分析和解析法编写设计程序，确定目标函数和约束条件，对叉车曲柄滑块式转向机构进行优化设计，既保证了机构设计的精度，又提高了机构设计的效率。

2）通过对叉车曲柄滑块式转向机构进行优化设计，最小传动角，叉车外轮实际转角和理论转角偏差的最大值可最小化为，可有效缓解车辆在转向时轮胎与地面滑动现象，减小摩擦阻力和轮胎磨损。参考文献:

[1] 陈宝强.叉车转向系统设计与轮压对轮胎寿命的影响[J].

叉车技术,2007,8(3):25-28．

[1] 陶元芳,卫良保.叉车构造与设计.北京:机械工业出版社,2010.[3] 曾红,张志华等.基于ADAMS的横置液压缸式叉车转向系

统参数化建模与仿真[J].起重运输机械,2008(4):44-46.[4] 曾红.叉车转向系统CAD系统的研究[J].机械设计与制造,

2001(5):28-29,

曲柄滑块机构运动分析

曲柄滑块机构运动分析一、相关参数在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为mm l 1001=,mm l 3002=,s rad /101=ω,试确定连杆2和滑块3的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。图1 曲柄滑块机构二、数学模型的建立 1、位置分析为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。将各矢量分别向X 轴和Y 轴进行投影，得 0sin sin cos cos 22112211=+=+θθθθl l S l l C (1) 由式（1）得 2、速度分析将式（1）对时间t 求导，得速度关系 C v l l l l =--=+222111222111sin sin 0 cos cos θωθωθωθω （2）将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示 ??? ???-=??? ?????? ???-1111122222cos sin . 0 cos 1 sin θθωωθθl l v l l C （3） 3、加速度分析将（2）对时间t 求导，得加速度关系三、计算程序 1、主程序 %1.输入已知数据 clear; l1=; l2=; e=0; hd=pi/180; du=180/pi; omega1=10; alpha1=0;

%2.曲柄滑块机构运动计算 for n1=1:721 theta1(n1)=(n1-1)*hd; %调用函数slider_crank计算曲柄滑块机构位移、速度、加速度 [theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)]=slider_crank(theta1(n1),omega1,alpha1,l1,l2,e); end figure(1); n1=0:720; subplot(2,3,1) plot(n1,theta2*du); title('连杆转角位移线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角位移/\circ'); grid on subplot(2,3,2) plot(n1,omega2); title('连杆角速度运动线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角速度/rad\cdots^{-1}'); grid on subplot(2,3,3) plot(n1,alpha2); title('连杆角加速度运动线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角加速度/rad\cdots^{-2}'); grid on subplot(2,3,4) plot(n1,s3); title('滑块位移线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('滑块位移/\m'); grid on

偏置曲柄滑块机构

具有最优传力性能的曲柄滑块机构的设计宁海霞1董萍摘要：在曲柄滑块机构的设计中，将x作为设计变量，求出已知滑块行程H，行程速比系数K时机构传力性能最优的x值，使得最小传动角γ 为最大，从 min 而设计出此机构。关键词：最优传力性能；曲柄滑块机构；行程速比系数；最小传动角机器种类很多，但它们都是由各种机构组成的，曲柄滑块机构就是常用机构之一。它有一个重要特点是具有急回特性。故按行程速比系数K设计具有最优传力性能的曲柄滑块机构是设计中常遇到的问题。本文将x作为设计变量，给出了解决问题的方法。

在曲柄与滑块导路垂直的位置，其值为： )(cos 1min b e a +=-γ （1） 2．X 和最小传动角γmin 的关系设计一曲柄滑块机构，已知：滑块行程H ，行程速比系数K ，待定设计参数为a 、b 和e 。 e 也就确定。下在△AC 1C 2中 θcos ))((2)()(222a b a b a b a b H +--++-= 因为 x a b =- 所以 θcos )2(2)2(222a x x a x x H +-++=

2sin )1(cos 222θ θx H x a -+-= (2) 又因为 x e a x C AC b a H /2)sin(sin 21+= ∠+=θ 所以 H a x e /)2(sin 22+=θ (3) 将 a x b += 代入 (1) )( cos 1min a x a e ++=-γ （4）将式（2）、（3）代入式（4），γmin 仅为 x 的函数，则可求得γ min 的值。二、设计最优传力性能的曲柄滑块机构设计变量 x 的取值范围。寻优区间起点在C 1处： x min =0 寻优区间终点在M 点： θ tg H x = max 在 x 的取值范围内根据式（2）、（3）和（4）可求得x 一一对应的γmin 值。利用一维寻优最优化技术黄金分割法，来求γmin 取极大值时的x 值。将γ min 最大时的x 值代入（2）、（3）求出a 、e ，由b=x+a 求出b 值。三、设计实例试设计一曲柄滑块机构，已知滑块行程H=50mm ，行程速比系数K=1.5。求传力性能最优的曲柄滑块机构。 x 的取值范围为0～68.819mm ，x=19.104mm 时，γmin 的最大值为 27.458°。曲柄a=22.537mm 连杆 b=41.641mm 偏心距 e=14.413 四、结论本文结合图解法和解析法把x 作为设计变量，给出了根据行程速比系数K

曲柄滑块机构

曲柄滑块机构运动分析

曲柄滑块机构运动分析一、相关参数在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为mm l 1001=,mm l 3002=,s rad /101 =ω ,试确定连杆2和滑块3的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。图1 曲柄滑块机构二、数学模型的建立 1、位置分析为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。 C S l l =+21 将各矢量分别向X 轴和Y 轴进行投影，得 sin sin cos cos 22112211=+=+θθθθl l S l l C (1) 由式（1）得 ??? ? ??-=2112sin arcsin l l θθ 2211cos cos θθl l S C += 2、速度分析将式（1）对时间t 求导，得速度关系

C v l l l l =--=+222111222111sin sin 0 cos cos θωθωθωθω （2）将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示 ??????-=????????????-11 11122222cos sin . 0 cos 1 sin θθωωθθl l v l l C （3） 3、加速度分析将（2）对时间t 求导，得加速度关系 ??????--=????????????+????????????-11 11111222222222222sin cos 0 sin 0 cos 0 cos 1 sin θωθωωωθωθωαθθl l v l l a l l C C 三、计算程序 1、主程序 %1.输入已知数据 clear; l1=0.1; l2=0.3; e=0; hd=pi/180; du=180/pi; omega1=10; alpha1=0; %2.曲柄滑块机构运动计算 for n1=1:721

曲柄滑块机构的运动分析及应用

机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：泽陆(11071182) 柯宇 (11071177) 熊宇飞(11071174) 保开 (11071183) 班级： 110717 2013年6月10日

摘要 (3) 曲柄滑块机构简介 (4) 曲柄滑块机构定义 (4) 曲柄滑块机构的特性及应用 (4) 曲柄滑块机构的分类 (8) 偏心轮机构简介 (9) 曲柄滑块的动力学特性 (10) 曲柄滑块的运动学特性 (11) 曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14) 参考文献 (15) 组员分工 (15)

摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性 ABSTRACT The paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.

物理-曲柄滑块机构的运动分析-matlab

子函数 %子函数slider_crank文件 function[theta2,s3,omega2,v3,alpha2,a3]=slider_crank(theta1,omega 1,alpha1,l1,l2,e) %计算连杆2的角位移和滑块3的线位移 theta2=asin((e-l1*sin(theta1))/l2); s3=l1*cos(theta1)+l2*cos(theta2); %计算连杆2的角为速度和滑块的线速度 A=[-l1*sin(theta1),1;-2*cos(theta2),0]; B=[-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1)]; omega=A\(omega1*B); omega2=omega(1); v3=omega(2); %计算连杆2的角加速度和滑块3的线加速度 At=[omega2*l2*cos(theta2),0; omega2*l2*sin(theta2),0]; Bt=[-omega1*l1*cos(theta1); -omega1*l1*sin(theta1)]; alpha=A\(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt); alpha2=alpha(1); a3=alpha(2); 主函数 %住程序slider_crank_main文件 %输入已经知道的数据 clear; l1=100; l2=300; e=0; hd=pi/180; du=180/pi; omega1=10; alpha1=0; %调用子函数slider_ank计算曲柄滑块机构位移，速度，加速度 for n1=1:720 theta1(n1)=(n1-1)*hd; [theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)]=slider_cr ank...

可调行程的曲柄滑块机构的设计与制作

东南大学机械工程院 “机械设计与制造综合实践”工作报告可调行程的曲柄滑块机构的设计与制作项目组成员： 02007635 陈逸民 02007620 龚威豪日期：2011年1月18日

第1章选题分析 (4) 1.1应用背景： (4) 1.2 预期实现功能： (4) 第2章实现的原理与方案 (4) 2.1 驱动部分 (4) 2.2. 曲柄滑块机构 (4) 2.3 后续分工 (5) 第3章执行系统设计 (5) 3.1 功能要求 (6) 3.2 执行机构的形式设计 (6) 3.3机构的尺度设计 (6) 第5章加工工艺设计与数控加工编程 (7) 5.1加工工艺设计 (7) 5.2对加工的零件进行分类 (8) 5.2.1 连杆的加工路线 (8) 5.2.2 导槽的加工路线 (8) 5.2.3 连接件的加工路线 (8) 5.2.4 底座的加工路线 (8) 5.3 数控加工编程 (8) 5.3.1 数控车床部分 (8) 5.3.2 数控铣床部分 (9) 第6章装配与调试 (10) 参考文献 (14) 附录C：数控加工程序 (24)

摘要：曲柄滑块机构是一种应用非常广泛的机械结构。我们所设计可调行程的曲柄滑块机构在原来的基础上给它增加了一个可调导槽，通过改变该导槽的安装角度，间接地改变连杆的实际长度，从而达到改变滑块行程的目的。我们通过对普通的曲柄滑块机构的分析，了解了其滑块行程的算法，但是由于可变行程的该机构的极限位置是变化的，且我们能力有限，因此须在制造出实物后运行方能给出。在设计的过程中，我们体会到了连杆机构的设计方法，并对制造学有了稍微的了解。关键字：曲柄滑块机构可调行程 Abstract:Slider-crank mechanism is a very extensive mechanical structure. We are design adjustable trip slider-crank mechanism in the original basis to give it adds an adjustable guide groove, changes in this guide groove installation Angle indirectly change the actual length o f the connecting rod, so as to achieve the purpose of changing the slider trip. We through for ordinary slider-crank mechanism analysis, understand the slider trip, but due to the algorithm of the agency's variable travel limit position is changed and our ability is limited, so must create real after operation can give. In the design process, we realized the linkage mechanism design methods, and learn to have a slightly to manufacture of understanding. Keywords：Slider-crank mechanism，adjustable itinerary

曲柄滑块机构的运动分析及应用修订版

曲柄滑块机构的运动分析及应用修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】

机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆(11071182) 陈柯宇 (11071177) 熊宇飞(11071174) 张保开 (11071183) 班级： 110717 2013年6月10日摘要 (3) 曲柄滑块机构简介 (4) 曲柄滑块机构定义 (4) 曲柄滑块机构的特性及应用 (4) 曲柄滑块机构的分类 (8) 偏心轮机构简介 (9)

曲柄滑块的动力学特性 (10) 曲柄滑块的运动学特性 (11) 曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14) 参考文献 (15) 组员分工 (15) 摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性 ABSTRACT The paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.

基于MATLAB的曲柄滑块机构运动的仿真

摘要：本文在曲柄滑块机构运动简图的基础上，对其数学运动模型进行分析，用解析法计算曲柄的转角和角速度，及滑块的位移和速度，并用MATLAB 软件进行仿真。 1 引言在机械传动系统中，曲柄滑块机构是一种常用的机械机构，它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。这里用解析法，并用MATLAB 对其进行仿真。 2 曲柄滑块机构的解析法求解曲柄滑块机构的运动简图如图1所示，在图1中，1L 、2L 和e 分别为曲柄滑块的曲柄、连杆和偏差，1?、2?分别为曲柄和连杆的转角，1?? 、2?? 分别为曲柄和连杆的角速度，S 为滑块的位移。图1 曲柄滑块机构运动简图设已知已知1L 、2L 、e 、1?和1?? ，求连杆的角位移2?和角速度2?? ，以及滑块的位移S 和速度S ? 。 2.1 位移分析按图1 中四边形ABCD 的矢量方向有： AB CD → → = 将上式转化成幅值乘以角度的形式，得到如下等式： 1 2 12i i L e L e S ie ??+=+ (1) 分别取上式的虚部和实部，并在e 前面乘N ，N 取值1或－1，用以表示滑块在x 轴的上方或者下方，得到下面两式：

1122cos cos L L S ??+= (2) 1122sin sin L L Nb ??+= (3) 整理上面两个公式得到S 和2?的计算公式： 1122cos cos S L L ??=+ (4) 11 22 sin arcsin Ne L L ??-= (5) 2.2 速度分析将（1）式两边对时间求导得（6）式 1 2 1212i i L ie L ie S ????? ? ? += (6) 取（6）式的实部和虚部，整理得S ? 和2?? 的计算公式： 1211 2 sin() cos S L ?????? -=- (7) 111 222 cos cos L L ????? ? =- (8) 根据（7）式和（8）式即可得到滑块的速度及连杆的角速度。 2.3 实例分析及其MATLAB 仿真 2.3.1 实例分析下面对图2所示的曲柄滑块机构做具体分析。图2 曲柄滑块机构简图例中：1236,140r mm r mm ==，160/sec d ω=，求2?，2ω，S 和S ? 。

曲柄滑块机构的设计页完整版

曲柄滑块机构的设计页 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

本篇再考察一道曲柄滑块机构的设计。同样是给定行程速比系数来确定杆长。设计一偏置曲柄滑块机构，已知滑块的行程速比系数为，滑块的行程50 ，导路的偏距20 ，求曲柄和连杆长度，并求其最大压力角。问题分析首先设计机构，然后再求最大压力角。机构的设计。先计算出行程速比系数如下那么根据题意，最后的结果应当如下图。滑块的两个极位之间距离是50mm，而固定铰链A在与CD平行20mm的直线上，而且A点到C,D的夹角是36度。图解总是从已知条件开始，然后逐步确定未知因素。本问题中知道三个数字：50mm,20mm,36度。而这个36度时与DC的距离相关的，所以图解时先画出滑块的两个极限位置，然后确定铰链A 所在的水平线，接着就是根据36度这个条件最终确定A的位置。（1）确定滑块的极位及固定铰链A所在的直线先绘制水平线段C2C1，使得其距离为50mm. 然后在其上方20mm的地方绘制一条水平直线I.那么铰链A就应该在这条直线上。（2）根据极位夹角确定铰链A所在的圆下面要根据极位夹角来确定A所在的曲线，这样，该曲线与上述曲线相交就可以唯一确定A点的位置。 A点到C1，C2形成的夹角是36度。那么所有与C1，C2形成夹角为36度的点有什么特征呢？---圆周角具有这种特征。

从几何知道，在一个圆上面，对应于同一个圆弧的圆周角都相等。基于这一点，过C2做直线垂直于C2C1，而作射线C1E与C2C1夹角为90-36=54度，二者交于点E,则C2EC1这个角度就是36度。现在以C1E为直径做一个圆，则在该圆上任意取一点，该点与C2C1连线的夹角就都是36度，从而A点必然在该圆上面。根据上述规则做出的上图发现，该圆与水平线I并不相交。这意味着作图有问题。实际上，刚才作的C1E在C2C1之下，所以导致不相交。因此改变策略，在C2C1之上作C1E,使得它与C2C1的夹角为54度。然后以C1E为直径作出一个圆。该圆与直线I有两个交点：A1和A2。这样，该问题有两组解。但是观察下图可以发现，取A1或者A2，实际上结果是一样的，只是关于C2C1的中垂线对称而已。所以这里只取A1这个点，它就是固定铰支座A。（3）测量曲柄和连杆的尺寸量取A1C1，A1C2如下图。则可以推知曲柄和连杆的长度到此为止，连杆机构设计完毕。（4）得到最大的压力角从图中可以发现，当滑块在最左边时，有最大的压力角（滑块受到的推力与滑块速度方向的夹角），测量得到角度为53度。至此，该曲柄滑块机构的设计和分析结束。

基于MATLAB曲柄滑块机构运动仿真

基于MATLAB曲柄滑块机构运动仿真 1.题目描述题目：对如图1所示的曲柄滑块机构的运动过程进行仿真，并用动画的方式显示曲柄滑块机构的运动过程，位移曲线、速度曲线和加速度曲线。图中，AB长R2，BC长R3mm，A点为坐标原点。图1 曲柄滑块机构示意图 2.实现方法利用GUI界面设计来对曲柄滑块机构的运动过程进行仿真，并用动画的方式显示曲柄滑块机构的运动过程。 3.界面设计 1. Gui 设计 1）新建GUI：菜单-新建-gui，并保存为test5

2）界面设计：拖拽左侧图标到绘图区，创建GUI界面拖拽左侧图标值绘图区

设置如下的按钮最终的仿真界面如图所示 3）代码添加：

进入代码界面 4.代码编程 %模型求解 a1=str2double(get(handles.edit1,'String')); a2=str2double(get(handles.edit2,'String')); a3=str2double(get(handles.edit3,'String')); a4=str2double(get(handles.edit4,'String')); a5=str2double(get(handles.edit5,'String')); a=a1*((1-cos(a4*a5))+0.25*(a1/a2)*(1-cos(2*a4*a5))); set(handles.edit6,'String',a); a0=(a4*a1)*(sin(a4*a5)+0.5*(a1/a2)*sin(2*a4*a5)); set(handles.edit7,'String',a0); a6=(a4*a4*a1)*(cos(a4*a5)+(a1/a2)*cos(a4*a5));

偏置曲柄滑块机构的运动学分析

研究生课程论文科目：是否进修生？是□ 否■

偏置曲柄滑块机构的运动学分析摘要：综合利用函数法和矢量法，在ADAMS软件中对偏置式曲柄滑块机构进行了仿真和运动分析。首先，通过函数法对偏置式曲柄滑块机构的运动特性进行分析，根据矢量法建立机构的运动学矩阵方程。然后，介绍了ADAMS在偏置曲柄滑块机构运动学及动力学分析中的应用。通过对偏置曲柄滑块进行仿真和分析，得到其运动曲线。该方法的仿真形象直观，测量方便，在机械系统运动学特性分析中具有一定的应用价值。关键词：偏置曲柄滑块；ADAMS；仿真；运动学 Abstract: The article analyzes the simulation and kinetic characteristic of deflection slider-crank mechanism by the function and the vector method in ADAMS．The kinematic equation of the deflection slider-crank mechanism is established by vector method. The application of ADAMS in kinematics analysis of slider-crank mechanism is presented. The motion and dynamic curves of offset slider-crank by ADAMS/View is obtained. In the method, simulation is authentic, visualized and convenient in measurement. The result shows that the method is efficient and useful in the kinematic characteristics analysis of mechanism. Keyword: offset slider-crank mechanism ; ADAMS; simulation ; kinematic 0.引言平面连杆机构是由若干个构件用低副(转动副、移动副)连接组成的平而机构，它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用，还应用于人造卫星太阳能板的展开机构、机械手的传动机构等。曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式，对曲柄滑块机构进行运动学仿真意义重大[1]。机构运动分析是根据给定的原动件运动规律,求出机构中其它构件的运动。通过分析可以确定某些构件运动所需的空间,校验其运动是否干涉;速度分析可以确定机构从动件的速度是否合乎要求;加速度分析为惯性力计算提供加速度数据。运动分析是综合分析和力分析的基础。一般而言,机构设计的目标之一是能够实现某一预先设定的运动轨迹,因此在研究机构的运动特性时,利用运动学方程来获取一些重要的特定参数,并用数值方法进行计算机仿真求解是十分有益的。本文将采用三维仿真软件ADAMS对曲柄滑块机构进行运动学仿真，建立矢量方程表达式,进行数值求解,从而得到偏置曲柄滑块机构的运动曲线。该方法较手工计算或作图法效率高、精确,应用非常广泛。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等[2]。现主要研究ADAMS/View对机构的建模分析,从而得到偏置曲柄滑块机构的运动学曲线和动力学曲线。 1函数法分析偏置式曲柄滑块机构的运动特性偏置式曲柄滑块机构见图1，为了研究方便，建立如图 1 所示的坐标系。曲柄长度为r2，连杆长度为r3，偏距为r，曲柄转角为θ2，连杆转角为θ3。

对心曲柄滑块机构计算

1、对心曲柄滑块机构运动分析由图可得任意时刻滑块运行距离： )cos 1()cos 1(cos cos βαβα-+-=--+=L R L R L R S 且 αβsin sin R L = 所以 αλαβsin sin sin ==L R )(λ=L R 所以 αλββ222sin 1sin 1cos -=-= αλ22sin 211-≈ ))sin 211(sin 1sin 41(2222244αλαλαλ--内，分解为几乎为零，可带入因且

)2cos 1(21sin 2 αα-= 所以 )2cos 1(411cos 2αλβ--= 所以有滑块运行距离： ??????-+-=?? ????-+-=-+-=)2cos 1(41)cos 1()2cos 1(41)cos 1()2cos 1(4 1)cos 1(2αλααλλααλαR R L R L R S 滑块速度V 为： ??????+=??????+=?? ?????+=?==t 2sin 21t sin 2sin 21sin 2sin 241sin ωωωαλαωαλαωααL R R R R dt d d dS dt dS V 滑块加速度为： )t cos t (cos )2cos (cos 22ωωωαλαωααL R R R dt d d dV dt dV a +=+=?==

二、曲轴扭矩理论计算对曲柄滑块机构做受力分析，在任一时刻滑块、压杆受力情况如下图所示对滑块做力平衡分析有 βcos P P AB = 曲柄处转矩为 11m P M AB ?= 其中力臂 ()βα+=sin 1R m )sin(1βα+=R P M AB 所以得又 ) 2sin 2(sin cos sin sin 1sin sin cos cos sin )sin(22αλ αααλαλαβαβαβα+≈+-=+=+

基于MATLAB的曲柄滑块机构运动的仿真

基于MATLAB 的曲柄滑块机构运动的仿真姓名：夏小品学号：2100110114 班级：机械研10 摘要：本文在曲柄滑块机构运动简图的基础上，对其数学运动模型进行分析，用解析法计算曲柄的转角和角速度，及滑块的位移和速度，并用MATLAB 软件进行仿真。关键字：曲柄滑块机构；运动分析；MATLAB The Simulation of Crank Slider Mechanism Motion Based on MATLAB Abstract:This article analyses the motion mathematical model of crank slider mechanism based on its motion diagram. Use analytical method to calculate crank angle,crank angular velocity,slider position and slider velocity and do the simulation of the resultes witn MATLAB software. Key Words:Crank slider mechanism;Motion analysis;MATLAB 1 引言在机械传动系统中，曲柄滑块机构是一种常用的机械机构，它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。这里用解析法，并用MATLAB 对其进行仿真。 2 曲柄滑块机构的解析法求解曲柄滑块机构的运动简图如图1所示，在图1中，1L 、2L 和e 分别为曲柄滑块的曲柄、连杆和偏差，1?、2?分别为曲柄和连杆的转角，1?? 、2?? 分别为曲柄和连杆的角速度，S 为滑块的位移。图1 曲柄滑块机构运动简图

曲柄滑块机构运动分析

曲柄滑块机构运动分析 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

曲柄滑块机构运动分析一、相关参数在图1所示的曲柄滑块机构中，已知各构件的尺寸分别为 mm l 1001=,mm l 3002=,s rad /101=ω,试确定连杆2和滑块3的位移、速度和加速度，并绘制出运动线图。图1 曲柄滑块机构二、数学模型的建立 1、位置分析为了对机构进行运动分析，将各构件表示为矢量，可写出各杆矢所构成的封闭矢量方程。将各矢量分别向X 轴和Y 轴进行投影，得 0sin sin cos cos 22112211=+=+θθθθl l S l l C (1) 由式（1）得 2、速度分析将式（1）对时间t 求导，得速度关系 C v l l l l =--=+222111222111sin sin 0 cos cos θωθωθωθω （2）将（2）式用矩阵形式来表示，如下所示 ??????-=????????????-11 11122222cos sin . 0 cos 1 sin θθωωθθl l v l l C （3） 3、加速度分析将（2）对时间t 求导，得加速度关系三、计算程序 1、主程序 %1.输入已知数据 clear;

l1=; l2=; e=0; hd=pi/180; du=180/pi; omega1=10; alpha1=0; %2.曲柄滑块机构运动计算 for n1=1:721 theta1(n1)=(n1-1)*hd; %调用函数slider_crank计算曲柄滑块机构位移、速度、加速度 [theta2(n1),s3(n1),omega2(n1),v3(n1),alpha2(n1),a3(n1)]=slider_crank(theta1(n1),omega1,alpha1 ,l1,l2,e); end figure(1); n1=0:720; subplot(2,3,1) plot(n1,theta2*du); title('连杆转角位移线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角位移/\circ'); grid on subplot(2,3,2) plot(n1,omega2); title('连杆角速度运动线图'); xlabel('曲柄转角\theta_1/\circ'); ylabel('连杆角速度/rad\cdots^{-1}'); grid on

偏置滑块机构的设计

偏置滑块机构的设计由题目给定的数据L=100mm 行程速比系数K在1.2-1.5范围内选取可由曲柄滑块机构的极位夹角公式二“180 k+1 / k=1.2-1.5 .其极位夹角的取值范围为16.36：?36 在这范围内取极位夹角为 25 。滑块的行程题目给出S=100mm 偏置距离e选取40mm 用图解法求出各杆的长度如下：由已知滑块的工作行程为100mm，作BB '为100mm,过点B作BB '所在水平面的垂线BP,过点B'作直线作直线B'P交于点P,并使N BPB' = 25。然后过 B、B'、P三点作圆。因为已知偏距e=40mm所以作直线平行于直线BB向下平移40mm,与圆0'交于一点O,则O点为曲柄的支点，连接OB、OB', 则 OB-OB '2a OB+OB '2b 从图中量取得：AB=151.32mm AB '61.86mm 则可知曲柄滑块机构的：曲柄a=44.73mm 连杆b=106.59mm 由已知滑块的工作行程为100mm,作BB '为100mm,过点B作BB '所在水平面的垂线BP,过点B'作直线作直线B'交于点P,并使N BPB' = 25。然后过 B、B'、P三点作圆。因为已知偏距e=40mm所以作直线平行于直线BB向下平移40mm,与圆O'交于一点O,则O点为曲柄的支点，连接OB、OB', 则 OB-OB '2a OB+OB '2b

从图中量取得：AB=151.32mm AB '61.86mm 则可知曲柄滑块机构的：曲柄a=44.73mm连杆b=106.59mm因为题目要求推头回程向下的距离为30mm，因此从动件的行程h=30mm。 127H7H19TT 由选定条件近休止角为s' 推程角为o 回程角s 远休止角 90 18 90 o' ，h=30mm ,基圆半径r0 = 50 mm,从动杆长度为40mm，滚子半径r r = 5mm。 9 电动机的选定及传动系统方案的设计 1、电动机转速、功率的确定题目要求5-6s包装一个件，即要求曲柄和凸轮的转速为12r/min考虑到转速比较低，因此可选用低转速的电动机，查常用电动机规格，选用丫160L-8型电动机，其转速为720r/min,功率为7.5kW。 2、传动系统的设计 720 系统的输入输出传动比i=h i2 =5 12=60i 60，即要求设计出一 12 个传动比i =60的减速器，使输出能达到要求的转速。其传动系统设计如下图：电动机连接一个直径为10的皮带轮2,经过皮带的传动传到安装在二级减速器的输入段，这段皮带传动的传动比为h 二50=5，此时转速为-144r / min 。 10 5 从皮带轮1输入到一个二级减速器，为了带到要求的传动比，设计齿轮齿数为，乙=15,Z2 =60,Z3=15,Z4 =45。验算二级减速器其传动比i2二互厶二■6^岀=12 ZMZ3 1515 整个传动系统的传动比i* i^5 12=60 则电动机转速经过此传动系统减速后能满足题目要求推包机构主动件的转速。

matlab曲柄滑块机构的运动学仿真

《系统仿真与matlab》综合试题题目：曲柄滑块机构的运动学仿真编号：21 难度系数：姓名班级学号联系方式成绩

《系统仿真与matlab》综合试题 (1) 一、引言 (3) 二、运动学分析 (3) １、实例题目 (3) ２、运动分析 (3) 三、MATLAB程序编写 (5) 四、使用指南和实例仿真 (8) 五、结语 (10)

一、引言曲柄滑块机构是指用曲柄和滑块来实现转动和移动相互转换的平面连杆机构，也称曲柄连杆机构。曲柄滑块机构广泛应用于往复活塞式发动机、压缩机、冲床等的主机构中，把往复移动转换为不整周或整周的回转运动；压缩机、冲床以曲柄为主动件，把整周转动转换为往复移动。这里使用运动学知识，对其运动进行解析，并用ＭＡＴＬＡＢ为其设计仿真模块。二、运动学分析１、实例题目对图示单缸四冲程发动机中常见的曲柄滑块机构进行运动学仿真。已知连杆长度：m r 1.02=，m r 4.03=，连杆的转速：22θω =，3 3θω =，设曲柄r 2以匀速旋转，s r / 502=ω。初始条件：032==θθ。仿真以2ω为输入，计算3ω和1r ，仿真时间0.5s 。２、运动分析建立封闭矢量方程：

r2+r3=r1 （9）将(9)式分解到x与y轴坐标上，得到： r2cosθ2+r3cosθ3=r1 r2sinθ2+r3sinθ3=0 (10) 可得： r1=r2cosθ2+r3cosθ3 θ3=-arcsin(r2/r3) (11) 对(10)式对时间求导得： -r2ω2sinθ2+ r3ω3sinθ3=v1 r2ω2cosθ2+ r3ω3cosθ3=0(12) 将上式用矩阵形式表示，令： A=[ r3sinθ3 1 -r3cosθ30] X=[ ω3 v1] B=[-r2ω2sinθ2 r2ω2cosθ2] 则(12)可表示为： AX=B。(13) 从而可解出ω3与v1。

基于MATLAB的曲柄滑块机构运动仿真

Abstract Slider-crank mechanism plays a significant role in the mechanical manufacturing areas. The slider crank mechanism is a particular four-bar mechanism that exhibits both linear and rotational motion simultaneously. It is also called four-bar linkage configurations and the analysis of four bar linkage configuration is very important. In this paper four configurations are taken into account to synthesis, simulate and analyse the offset slider crank mechanism. Mathematical formulae are derived for determining the lengths of the crank and connecting rod; the kinematic and dynamic analyses of the positions, velocities and accelerations of the links of the offset slider crank and the forces acting on them leading to sparse matrix equation to be solved using MATLAB m-function derived from the analysis; the simulation of the model in Simulink and finally, the simulation results analysis. This program solves for all the unknown parameters and displays those results in graphical forms. 曲柄滑块机构在机械制造领域发挥着重要的作用。曲柄滑块机构是一种特殊的四连杆机构，同时具有直线运动和旋转运动。它也被称为四连杆机构，对四杆机构的分析是非常重要的。本文综合考虑了四种构型对偏置曲柄滑块机构的综合、仿真和分析。数学公式推导出确定的曲柄长度和连杆；运动学和动力学分析的位置，速度和对偏置曲柄滑块的联系和作用于它们导致稀疏矩阵方程是利用MATLAB函数分析得出的解决力加速度；在Simulink模型，最后仿真，仿真结果分析。该程序解决所有未知参数，并以图形形式显示这些结果。 Conclusion In this simulation, simultaneous constraint method is employed. Equations derived from the kinematic and dynamic analyses are assembled into a system of twelve linear equations to obtain the sparse matrix. This is solved by the m-file function in the simulation process and the simulation results displayed in form of graphs. 在此仿真中，采用了同时约束法。由运动学和动力学分析导出的方程组被装配成十二个线性方程组，得到稀疏矩阵。这是在模拟过程中的M文件函数求解和图形的形式显示的仿真结果。这篇文章采用MATLAB 和SIMULINK 对曲柄滑块偏置的连杆机构进行求解，得到运动方程中的其他未知数。