四连杆机构运动学分析——张海涛
《汽车常见四杆机构》课件
空间四连杆机构
连杆在不同平面内运动的四连 杆机构，适用于复杂的空间运 动要求。
四连杆机构的应用
1
内燃机
汽车引擎中的连杆机构是四连杆机构的一种应用，用于将活塞运动转化为轴的旋 转运动。
2
工业机械
四连杆机构广泛应用于工业机械中，如压力机、切割机和冲机构可用于设计各种传动系统，如连杆传动、减速器和驱动机构等。
2 高效率
四连杆机构的传动效率通 常较高，可以实现较小的 能量损失。
3 可靠性强
四连杆机构的设计相对简 单，零件数量较少，因此 具有较高的可靠性。
四连杆机构的种类
双曲四连杆机构
由两个双曲线形成的四连杆机 构，具有独特的运动轨迹和传 动特性。
平面四连杆机构
所有连杆都在同一平面内运动 的四连杆机构，适用于平面运 动的场景。
四连杆机构的优缺点
优点
结构简单、可靠性高、传动效率较高。
缺点
局限于特定的运动轨迹和传动比，设计复杂度 较大。
四连杆机构的改进
为了克服四连杆机构的某些局限性，研究人员提出了一些改进方案，如使用可变长度连杆和曲线连杆等。 这些改进方案可以让四连杆机构具备更广泛的运动特性和传动能力。
总结和要点
• 四连杆机构是一种常见的运动机构，由四根连杆组成。 • 它具有高精度、高效率和高可靠性的特点。 • 四连杆机构可用于各种应用场景，如内燃机和工业机械。 • 它的优点包括结构简单、传动效率高，缺点是设计复杂度较大。 • 改进方案可以扩展其运动特性和传动能力。
《汽车常见四杆机构》 PPT课件
在汽车工程中，四连杆机构是一种常见的运动机构，它是由四根连杆连接而 成的。
四连杆机构的定义
四连杆机构是由四根连杆组成的机构，其形态和运动特性由连杆的长度和连 接方式决定。 通过适当的调节和布置连杆长度，可以实现不同的运动轨迹和传动比。
基于AMAMS 四连杆机构运动学分析
摘要利用计算机对机械设计的必然趋势。
该文简述利用机构设计与分析软件ADAMS对曲柄连杆进行设计与分析。
仿真得到的机构运动学特性，与理论计算结果吻合较好，可为曲轴连杆的优化和改进设计提供依据。
关键词：机构分析、曲柄连杆、ADAMS软件目录摘要 (1)一、工程背景 (3)1.1研究对象简介 (3)1.2ADMAS软件 (3)二、四连杆机构原理 (5)2.1基本概念 (5)2.2 平面四杆机构的基本特性 (5)2.2.1曲柄存在条件 (5)2.2.2急回特性及行程速比系数K (6)2.2.3压力角和传动角 (8)2.2.4 死点 (9)三、ADAMS求解动力学基本原理 (10)3.1AMAMS求解原理 (10)3.2仿真计算过程 (11)四、仿真模型建立 (13)五、仿真结果与分析 (15)参考文献 (20)一、工程背景1.1研究对象简介四连杆机构在通用机械、纺织、食品、印刷等工业领域有着广泛的应用，是机构运动弹性动力学的一个主要研究对象。
连杆机构高速运行时，在外力与惯性力作用下，构件会发生不可忽略的振动。
为提高轨迹精度，减小振动，使机构能够准确、高效的工作，必须对这种有害的振动响应加以控制。
目前基于四连杆机构振动特性分析的机构运动弹性动力学研究正日趋完善，但如何改善机构的动态特性，有效地抑制弹性机构的有害振动，是机构学界面临的一个重要的研究课题。
1.2ADMAS软件ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc。
)开发的虚拟样机分析软件。
目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。
根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元，占据了51%的份额。
ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库，约束库，力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学，运动学和动力学分析，输出位移，速度，加速度和反作用力曲线。
契贝谢夫四连杆机构的优化设计与应用
契贝谢夫四连杆机构的优化设计与应用
契贝谢夫四连杆机构是一种常用的机构，其由四根连杆和一个滑块组成。
契贝谢夫四连杆机构的优化设计和应用可以涉及以下方面：
1. 运动学分析和优化设计：可以通过对契贝谢夫四连杆机构的运动学特性进行分析和优化设计，以提高机构的性能。
通过优化连杆的长度和角度，可以实现所需的运动轨迹和位移，并最小化驱动力和摩擦损失。
2. 动力学分析和优化设计：可以通过对契贝谢夫四连杆机构的动力学特性进行分析和优化设计，以实现所需的力学性能。
通过优化连杆的惯量和刚度，可以提高机构的响应速度和精度，并最大限度地减小振动和动态载荷。
3. 结构强度分析和优化设计：可以通过对契贝谢夫四连杆机构的结构强度进行分析和优化设计，以确保机构在工作过程中的安全和可靠性。
通过优化连杆的剖面和材料，可以提高机构的承载能力和抗疲劳性，以应对不同工况和环境的要求。
4. 仿真和测试分析：可以通过使用计算机辅助设计和仿真软件，对契贝谢夫四连杆机构进行仿真分析，并验证优化设计的有效性。
同时，可以进行实际测试和试验，以验证优化设计参数和模型的准确性和可行性。
契贝谢夫四连杆机构在工程上有广泛的应用，例如在机械工程中可以应用于机器人、汽车发动机、传输机器和减速器等领域。
在机械设计和制造过程中，优化设计和应用契贝谢夫四连杆机构可以提高机械系统的性能、效率和可靠性。
此外，契贝谢夫四连杆机构也可以应用于模拟和教学实验，用于解决实际问题和培养学生的设计和创新能力。
四连杆机构运动学分析——张海涛
四连杆机构运动学分析——张海涛四连杆机构运动学分析使用ADAMS 建立如图1所示的四连杆机构，二杆长150mm ，三杆长500mm ，四杆长450mm ，二杆的转动速度为πrad/s ，二杆初始角度为90度。
用Matlab 建立该系统的运动约束方程，计算结果，并与ADAMS 仿真结果进行对比。
图1 四杆机构一、位置分析1、由地面约束得到：{R x 1=0R y 1=0θ1=02、由O 点约束得：{ R x 2?l 22cos θ2=0R y 2?l 22sin θ2=0 二杆三杆四杆O 点A 点B 点C 点3、由A 点约束得：{ R x 2+l 22cos θ2?R x 3+l 32cos θ3=0R y 2+l 22sin θ2?R y 3+l 32sin θ3=0 4、由B 点约束得：{ R x 3+l 32cos θ3?R x 4+l 42cos θ4=0R y 3+l 32sin θ3?R y 4+l 42sin θ4=0 5、由C 点约束得：{ R x 4+l 4cos θ4?l 5cos θ1=0R y 4+l 42sin θ4?l 5sin θ1=0 6、由二杆驱动约束得：θ2?ω2=0积分得：θ2?θ02?ω2t =0由上面九个方程组成此机构的运动约束方程，用Matlab 表示为：fx=@(x)([x(1);x(2);x(3);x(4)-l2/2*cos(x(6));x(5)-l2/2*sin(x(6));x(4)+l2/2*cos(x(6))-x(7)+l3/2*cos(x(9));x(5)+l2/2*sin(x(6))-x(8)+l3/2*sin(x(9));x(7)+l3/2*cos(x(9))-x(10)+l4/2*cos(x(12));x(8)+l3/2*sin(x(9))-x(11)+l4/2*sin(x(12));x(10)+l4/2*cos(x(12))-x(1)-l5;x(11)+l4/2*sin(x(12))-x(2);x(6)-w*i-zhj0;]);x(1) x(2) x(3) x(4) x(5) x(6) x(7) x(8) x(9) x(10) x(11) x(12)分别表示R x 1、R y 1、θ1、R x 2、R y 2、θ2、R x 3、R y 3、θ3、R x 4、R y 4、θ4。
四连杆机构原理
四连杆机构原理
四连杆机构是一种常见的机械结构，由四个连杆组成，其中两个为主动连杆，两个为从动连杆。
四连杆机构的原理和应用十分广泛，下面将对其原理进行详细介绍。
首先，四连杆机构的结构特点是由四个连杆组成的闭合链条，其中两个连杆被固定，另外两个连杆能够相对运动。
这种结构使得四连杆机构具有较为灵活的运动特性，可以用于各种机械装置中。
其次，四连杆机构的运动原理是通过主动连杆的运动来驱动从动连杆的运动。
主动连杆通过外部力或驱动装置进行运动，从而带动从动连杆做相应的运动。
这种结构使得四连杆机构能够实现复杂的运动轨迹和运动规律，可以用于各种需要复杂运动的机械装置中。
四连杆机构的运动规律可以通过运动分析和动力学分析来进行研究。
通过对各个连杆的长度、角度和速度等参数进行分析，可以得到四连杆机构的运动规律和特性。
这对于设计和优化四连杆机构具有重要意义，可以使得机构的运动更加稳定和高效。
在实际应用中，四连杆机构被广泛应用于各种机械装置中，如发动机、机械手臂、输送装置等。
其灵活的运动特性和复杂的运动规律使得四连杆机构能够满足各种复杂的工程需求，成为机械设计中常用的重要元件之一。
总之，四连杆机构是一种常见的机械结构，具有灵活的运动特性和复杂的运动规律。
通过对其结构和运动原理的深入研究，可以更好地应用于各种机械装置中，为工程设计和制造提供重要的支持和帮助。
四连杆抽油机传动机构的运动学及动力学分析
伐 （ ７ ）
‘ ０ １ 麓 Ｉ‘ ｉ ０ ｃ３ 。 ） ｃ ＋０ ｌ １（ 厶 ＝ ４】 ３ 曲＋ ｏ口 ｓ ㈤
ｌ ｉ０ ３ｎ ｓ ｃ 。 ０ ｓ －，ｉ ｔｓ ０ ｎ
又可求得各构件的角加速度ｃ 、伐 、０ 、 。 ｘ ｃ ，
１ ． ２动力 学分 析 由于在 四根 杆 中，Ａ 杆受 载较 大 ，且ＡＦ Ｆ 杆为
１１３加 速 度 分 析 ．．
再对 （ ） 、 （ ） 中各 式分 别两边 求 导 ： ５ ６
ｆｏ “ 一 ？。 。 ２ Ｊ ｃ
∞
－
ｓ０ ｌｏ ２ ＝ ／ｎ ＋ｃ ０ ４ｃ ｜ ２ ２ ｓ０ －ｓ０ Ｉ ｓ（＋ ｎ ∞ ０ｃ ｌ ４ ｔ ｃ ２ ｉ ｏ ｘ
’
｛ Ｏ ｌ＋Ｙ ｉ Ｙ ４＋ Ｙ ∞＋ ｒ十 ｓ＋：ｃ ｃ ＝ｎ ｓ０ ０Ｘ ， ｃｎ ２ ：ｏ ｃｉ ‘ ＝ｓ ０
｛ １ ， ３ 。 －ｃＯ ｃ － ｏ３ ， ｌ ｓ ｌ ，
ｔ 。＝｝ｓｎ ｙ ｙ ｌｉ Ｏ ＝！ｓｎ ３÷ Ｙ ｔｉ０ ｙ
（ ４）
并根 据 图中 几何 、角 度 关系 求得 各 角 度 ０ 、
０２ 、 ０ ３ ０４ 、 。
１１ 速 度 分析 ．． ２
对 （ ）、 （ ）中各式分 别两 边求 导 ： ３ ４
１ 建立连 杆机构 的数学模型
１１ ． 运动 学 分析
１１１ 置分析 ． 位 ．
｛ ０ｚ—‘曲０ ｆｓｏ ‘ ｉ０ 】 ，ｎ ２２ ０ ２ ｃ ｓ ４ １ｅ ｃ 咄 ｃ ｎ ４ ｏ ｓ ｉ
在 油 田开 采 中 ，抽 油 机 使 用 量 大 ，市 场 前 景 广 阔 。但 抽 油 机 是 油 田最 大 的 耗 能 设备 ， 能源 浪 费 问题 严 重 。现 用 新 型抽 油 机 大 多 仅仅 通 过优 化 四连 杆机 构 的 参 数 ， 效 率提 高 幅度 不大 。 通 过 改 变 结 构 ，设 计 新 型 抽 油机 来 提 高 其 效 率 ， 达 到 节 能 目的具 有 远 大 发 展 前 景 ［。本 文 以新 型 节 能 四 １ 】 连 杆抽 油 机 （ 利 号 ：Ｚ ２ ０ ２ １ １ ４ ．）的传 专 Ｌ ０ ８ ０ ９ ３ ２６ 动 机 构 为 研 究 对 象 ， 旨在 为 该 机 构 的进 一 步 研 究 提 供 基 础 。该 四连 杆 变 形 比例 机 构 是 新 型 节 能 抽 油 机 的核 心 部 件 ，文 中通 过 对 该 四连 杆 变 形 比例 机 构 的解 析 ， 以牛 顿 力 学 为 基 础 ，建 立 机 构 运 动 学 、动 力 学 方 程 ，并 在 此 基 础 上 ，对 该 传 动 机 构 进 行 实 例 验 证 ，充 分 肯 定 了该 机 构 原 理 正 确 ，体 现 了其 自身 的节 能优 势 ，研 究 该 种 新 型 节 能 抽 油 机 的传 动机 构 ，有重 大 的现 实意 义 。
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析摘要：本文利用ADAMS软件对机械四连杆机构进行了运动仿真分析，通过对其运动性能、力学特性等方面的研究，为机械设计提供了理论基础和技术支持。
1.引言机械四连杆机构是一种常用的传动机构，在机械设计中起着重要作用。
其特点是结构简单、运动稳定、传动精度高，被广泛应用于各种机械装置中。
为了提高机械产品的设计效率和性能，需要对四连杆机构的运动特性进行充分分析和优化。
ADAMS软件是一种专业的运动仿真分析工具，可以对机械系统的运动行为进行较为精确的模拟和分析，具有很高的应用价值。
本文将利用ADAMS软件对机械四连杆机构进行运动仿真分析，以期为机械设计提供理论基础和技术支持。
2.机械四连杆机构的结构和原理机械四连杆机构是一种由四个连杆组成的传动机构，其结构简单，由四个连杆和四个铰链连接而成。
四连杆机构可以将输入运动转换为输出运动，并且通过连杆长度的设计可以调节输出运动的幅度和速度，具有广泛的应用价值。
机械四连杆机构的原理是通过各个连杆的相对运动，使得输出连杆实现期望的运动轨迹，并且不同的连杆长度和铰链布置可以实现不同的运动方式。
3.ADAMS软件的运动仿真分析ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）软件是由美国麻省理工学院研发的一款专业的机械系统运动仿真分析工具，具有较高的精度和可靠性。
其建模简便，求解速度快，可以对机械系统的运动行为进行较为真实的模拟和分析。
利用ADAMS 软件可以实现对机械系统的运动学和动力学分析，可以得到系统的速度、加速度、力学特性等参数，为机械设计提供重要参考依据。
4.基于ADAMS的机械四连杆机构建模在ADAMS软件中建模机械四连杆机构，首先需要对其结构进行建模，包括连杆、铰链的参数化等。
其次对各个连杆和铰链的连接关系进行建立，可以根据实际情况进行参数化调整。
最后对系统施加输入运动条件，并设置输出参数，以便进行仿真分析。
转向四连杆机构的参数分析及优化设计
分析表明，机构底角变化 1°，可影响横拉杆作 用力的 5%，而转向臂长度对此影响较小，在 100～ 200 mm 变化，只相当于底角变化 1°时的影响。
5总结
在转向四连杆机构设计中，最小传动角对横拉 杆的作用力影响大，若不考虑此约束，可能引起横 拉杆的早期损坏。机构底角、转向臂长度影响转向 时间，因此在优化目标相差不大的情况下，应优先 选择转向时间短的设计参数。机构底角存在误差对 转向性能影响很大，所以在装配过程中要减小机构 底角的安装误差。
图 6 优化结果
0
10.0
20.0
角度/(°)
30.0
40.0
图 3 横拉杆的作用力
Fig.3 forces on tie-rod
（3）转向时间分析 可以看出，在转向臂长度不变的情况下，随着 机构底角的增加，转向时间增长；而增大转向臂长 度，可以缩短转向时间，但是影响不显著。
4 转向四连杆机构的优化设计
基于上述分析，应用 ADAMS 软件对转向四连 杆机构进行优化设计。设计变量为转向臂长度及底 角，优化目标为：转向过程中，外侧车轮理论转角
收稿日期：2006-04-08 基金项目：天津市自然科学基金资助项目（07JCYBJC04700） 作者简介：孙奇涵（1961-），河北 邯郸人，教授，硕士，主要从事计算机仿真与机械动力学研究，E-mail: sqh3009@。本文编校：焦丽
第2期
孙奇函，等：矿用汽车转向四连杆机构的参数分析及优化设计
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z(2);
z(3);
z(4)+z(6)*l2/2*sin(x(6))+y(6)^2*l2/2*cos(x(6));
z(5)-z(6)*l2/2*cos(x(6))+y(6)^2*l2/2*sin(x(6));
z(4)-z(6)*l2/2*sin(x(6))-y(6)^2*l2/2*cos(x(6))-z(7)-z(9)*l3/2*sin(x(9))-y(9)^2*l3/2*cos(x(9));
3、由A点约束得：
4、由B点约束得：
5、由C点约束得：
6、由二杆驱动约束得：
积分得：
由上面九个方程组成此机构的运动约束方程，用Matlab表示为：
fx=@(x)([x(1);
x(2);
x(3);
x(4)-l2/2*cos(x(6));
x(5)-l2/2*sin(x(6));
x(4)+l2/2*cos(x(6))-x(7)+l3/2*cos(x(9));
clc
clear
l2=150;
l3=500;
lБайду номын сангаас=450;
l5=400;
w=pi;
zhj0=pi/2;
四连杆机构运动学分析
使用ADAMS建立如图1所示的四连杆机构，二杆长150mm，三杆长500mm，四杆长450mm，二杆的转动速度为πrad/s，二杆初始角度为90度。用Matlab建立该系统的运动约束方程，计算结果，并与ADAMS仿真结果进行对比。
图1四杆机构
一、位置分析
1、由地面约束得到：
2、由O点约束得：
-y(1)+y(10)-y(12)*l4/2*sin(x(12));
-y(2)+y(11)+y(12)*l4/2*cos(x(12));
y(6)-w;]);
y=fsolve(fy,x0,opt);
q_v(:,n)=y;
三、加速度分析
进一步对 的微分方程组关于q求偏导，进行加速度分析，约束方程为：
用Matlab求解关于 的微分方程组，程序为：
3、由于在ADAMS中只能由三个点测角度，三杆的角度无法测量。所以再建立两个辅助杆，用于测量三杆的角度，如下图3辅助杆1和辅助杆2。再就可以测量由E、F、G点组成的角度作为三杆的角度。
4、Matlab解非线性方程组的初始值非常重要，如果设定不正确，可能造成四连杆机构开始的各杆位置不正确。
5、由ADAMS仿真结果导出为tab文件必须去掉前几行的英文说明，否则Matlab无法读取。
z(8)+z(9)*l3/2*cos(x(9))-y(9)^2*l3/2*sin(x(9))-z(11)+z(12)*l4/2*cos(x(12))-y(12)^2*l4/2*sin(x(12));
-z(1)+z(10)-z(12)*l4/2*sin(x(12))-y(12)^2*l4/2*cos(x(12));
z(5)-z(6)*l2/2*cos(x(6))-y(6)^2*l2/2*sin(x(6))-z(8)+z(9)*l3/2*cos(x(9))-y(9)^2*l3/2*sin(x(9));
z(7)-z(9)*l3/2*sin(x(9))-y(9)^2*l3/2*cos(x(9))-z(10)-z(12)*l4/2*sin(x(12))-y(12)^2*l4/2*cos(x(12));
x(11)+l4/2*sin(x(12))-x(2);
x(6)-w*i-zhj0;]);
x(1) x(2) x(3) x(4) x(5) x(6) x(7) x(8) x(9) x(10) x(11) x(12)分别表示 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 。
二、速度分析
由Matlab求该系统的雅克比矩阵如图2所示。
-z(2)+z(11)+z(12)*l4/2*cos(x(12))-y(12)^2*l4/2*sin(x(12));
z(6);]);
z=fsolve(fz,x0,opt);
q_ac(:,n)=z;
由Matlab建立四杆机构的模型，进行仿真，仿真时间为6秒，步数为600步。并输出各杆的位置、速度和加速度曲线，将ADAMS仿真结果导出为tab格式，再导入Matlab中。与Matlab的曲线进行对比，得到如图4-12的曲线。
图3辅助测量杆
五、Matlab程序
求雅克比矩阵的Matlab程序在附录一中，运动学分析程序在的附录二中。
六、Matlab与ADAMS曲线对比
图4二杆位置曲线
图5三杆位置曲线
图6四杆位置曲线
图7二杆速度曲线
图8三杆速度曲线
图9四杆速度曲线
图10二杆加速度曲线
图11三杆加速度曲线
图12四杆加速度曲线
附录一：求雅克比矩阵的Matlab程序
图2系统雅克比矩阵
速度约束方程组为：
用Matlab求解关于 的微分方程组，程序为：
fy=@(y)([y(1);
y(2);
y(3);
y(4)+y(6)*l2/2*sin(x(6));
y(5)-y(6)*l2/2*cos(x(6));
y(4)-y(6)*l2/2*sin(x(6))-y(7)-y(9)*l3/2*sin(x(9));
y(5)+y(6)*l2/2*cos(x(6))-y(8)+y(9)*l3/2*cos(x(9));
y(7)-y(9)*l3/2*sin(x(9))-y(10)-y(12)*l4/2*sin(x(12));
y(8)+y(9)*l3/2*cos(x(9))-y(11)+y(12)*l4/2*cos(x(12));
四、说明
1、由于ADAMS测量的初始角小于180度，为90度，而四杆的初始角度为270度。为了比较结果，将Matlab计算得到的四杆角度减去180度，再与ADAMS结果对比。程序为：plot(t,q(12,:)-pi,'-*')。
2、下面图10得到的二杆的角加速度曲线，波动非常大。但是波动振幅非常小，小于 ，是由ADAMS仿真的精确度造成的，误差在允许的范围内。
x(5)+l2/2*sin(x(6))-x(8)+l3/2*sin(x(9));
x(7)+l3/2*cos(x(9))-x(10)+l4/2*cos(x(12));
x(8)+l3/2*sin(x(9))-x(11)+l4/2*sin(x(12));
x(10)+l4/2*cos(x(12))-x(1)-l5;