四连杆机构设计

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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。

液压支架四连杆机构设计及运动学分析

液压支架四连杆机构设计及运动学分析
01 引言
03 参考内容
目录
02 机构设计
引言
液压支架是煤矿井下综采工作面的重要设备之一，用于支撑顶板和护帮，以保证作业安全。四连杆机构是液压支架的重要组成部分，对支架的支撑力和稳定性有着重要影响。本次演示将介绍液压支架四连杆机构的设计及运动学分析，旨在为优化支架性能提供理论支持。
在仿生机器人的研究领域中，四足仿生马机器人是一种非常经典的案例。四足动物，尤其是马，具有非常优异的运动性能和适应能力，因此模仿其运动特征的机器人具有广泛的应用前景。本次演示将介绍一种凸轮连杆组合机构驱动的四足仿生马机器人的构型设计与运动学建模分析。
该仿生马机器人主要由凸轮连杆组合机构、驱动装置和四肢关节等组成。其中，凸轮连杆组合机构是机器人的核心组成部分，其作用是模拟马腿部的运动特征，包括马腿的伸展和收缩。驱动装置则是控制凸轮连杆组合机构运动的关键部件，其作用是提供动力，使机器人可以自主运动。四肢关节则是连接凸轮连杆组合机构和驱动装置的枢纽，其作用是传递运动和动力。
1、降低摩擦损失：减少活塞、连杆和曲轴之间的摩擦是提高内燃机效率的重要途径。我们可以采用低摩擦材料和润滑技术来降低摩擦损失。
2、优化结构布局：通过改变活塞、连杆和曲轴的结构布局，可以改善力的传递路径，提高机构的稳定性和效率。例如，可以改变活塞形状、连杆长度和曲轴半径等参数来优化结构布局。
3、精确控制燃烧过程：燃烧过程是内燃机工作的核心过程之一。通过精确控制燃烧过程，可以优化燃烧效率，减少废气排放。例如，可以通过精确控制燃油喷射、点火时间和进气流量等参数来优化燃烧过程。
4、优化冷却系统：内燃机的冷却系统对于保证其正常运行和延长使用寿命具有重要意义。通过优化冷却系统的设计，可以降低内燃机的温度，减少热损失，提高效率。例如，可以通过优化散热器、冷却风扇和循环管道等部件的设计来优化冷却系统。

给定位置设计四连杆机构的方法

给定位置设计四连杆机构的方法
设计四连杆机构的方法可以有多种，以下是其中一种常见的方法：
1. 定义机构的要求和运动轨迹：首先确定机构所需完成的任务和要求，例如运动的轨迹、速度、加速度等。

2. 确定关键点和固定点：根据所需运动轨迹，确定关键点和固定点。

关键点是机构中需要移动的点，固定点是机构中位置固定不动的点。

3. 选择连杆比例：根据机构的要求和运动轨迹，选择合适的连杆比例。

连杆比例是各连杆长度的比值，可以通过解析几何或者图解法确定。

4. 绘制初始示意图：根据选择的连杆比例和关键点，画出初始的机构示意图。

示意图可以是用平面图或者3D模型表示。

5. 进行运动分析：使用运动分析方法，如连杆运动分析、速度分析、加速度分析等，来分析机构的运动特性，确保机构满足要求。

6. 进行校核和优化：对机构的各部件进行校核和优化，确保满足强度、刚度、耐久性等方面的要求。

7. 进行机构仿真：使用计算机辅助设计软件进行机构的虚拟仿真，验证机构的运动性能和可行性。

8. 进行实物制造和测试：根据设计结果，进行实物制造和测试，检验机构的实际性能和可靠性。

以上是一个基本的设计过程，具体设计方法还会因应用领域和要求的不同而有所差异。

设计四连杆机构需要结合工程设计知识和实践经验，综合考虑运动学、动力学、材料力学等多个方面的问题。

机械原理——平面四连杆结构的设计

双曲柄机构曲柄摇杆机构
规格严格
功夫到家
34
3-3 平面四杆机构有曲柄的条件及几个基本概念
2、曲柄滑块机构有曲柄的条件
B1
B
a1
b
A 2
B2
3
C
e
C1
C2
构件1能通过AB1位置的条件是： aeb 构件1能通过AB2位置的条件是： a-e b
规格严格
曲柄滑块机构有曲柄的条件是：
aeb35规格严格功夫 Nhomakorabea家6
3-1 概述
·实现多种运动规律和轨迹要求
规格严格
功夫到家
7
3-1 概述
三、连杆机构的缺点
·惯性力不易平衡 ·不易精确实现各种运动规律和轨迹要求
惯性力不易平衡
规格严格
功夫到家
8
3-1 概述
规格严格
功夫到家
9
3-1 概述
不易精确实现各种运动规律
实现预定运动规律 f ( )
选不同构件作机架
人们认为所有的四杆机构都是由四杆机构的基本形式演化来的。
规格严格功夫到家
22
3-2 平面四杆机构的基本类型及其演化
1、曲柄摇杆机构的演化
C 3
B
1
2
C
3
A
D
4
改变运动副类型转 B 动副变成移动副
1
2
4
A
D
∞
改变构件相对尺寸
B
1
2
C
改变构件相对尺寸e＝0
C
B
1
3
4
2
D
e
A
4
机械原理
第三章连杆机构分析与设计

四连杆式门座起重机工作机构设计

题目介绍、要求以及数据设计题目：四连杆式门座起重机工作机构设计一、设计题目简介四连杆门座起重机是通用式门座起重机,广泛应用于港口装卸、修造船厂、钢铁公司,主要由钢结构、起升机构、变幅机构、回转机构、大车运行机构、吊具装置（抓斗、简易集装箱吊具、吊钩）、电气设备及其它必要的安全和辅助设备组成。

通过四连杆控制在吊臂前后运动的时候）起吊节点保持水平高度不变。

二、设计数据与要求题号起重量t工作幅度（米）起升高度（米）工作速度m/min 装机容量KW L2 L1 H1 H2 起升变幅回转运行C 10 25 8 15 9 50 50 1.5 25 330三、设计任务1、依据设计参数绘出机构运动简图，并进行运动分析，确定实现起吊点轨迹的机构类型2、依据提供的设计数据对四连杆起吊机构进行尺度综合，确定满足使用要求的构件尺寸和运动副位置；3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。

4、编写说明书，其中应包括设计思路、计算及运动模型建立过程以及效果分析等。

5、在机械基础实验室应用机构综合实验装置验证设计方案的可行性。

第一章、概述第一节、四连杆门座式起重机的参数起重机的主要参数有：起重量、幅度、起升高度、各机构的工作速度、工作级别及生产率。

此外，轨距、基距、外形尺寸、最大轮压、自重等也是重要参数。

1.1起重量起重量是指起重机安全工作时所允许的最大起吊货物的质量，单位为“kg”或“t”，用“Q”表示。

起重量不包括吊钩、吊环之类吊具的质量，但包括抓斗、料斗、料罐、工属具之类吊具的质量。

起重量较大的称为主起升机构或主钩，起重量较小的称为副起升机构或副钩。

副钩的起升速度较快，可以提高轻货的吊运效率。

主、副钩的起重量用一个分数来表示。

例如15/3t，表示主钩的起重量为15t，副钩的起重量为3t。

16t门座起重机的标注：16/10－9～22/30。

抽油机四连杆机构综合设计法

摘要：针对抽油机四杆机构采用传统设计方法求解困难的问题，根据平面四连杆机构的设计经验，
将常用的图解法和解析法相结合，进行抽油机四连杆机构设计，克服了图解法比较直观但不精确而
解析法精确但又很复杂的缺陷。该综合设计法可以避免设计结果不能满足设计参数要求的情况。关键词：抽油机；平面四连杆机构；图解法；解析法
中图分类号：ＴＥ９３３．１０２文献标识码：Ａ
ＡＳｙｎｔｈｅｓｉｓＭｅｔｈｏｄｆｏｒＰｌａｎａｒＭｅｃｈａｎｉｓｍｓＤｅｓｉｇｎ
ＪＩＡＴａｎ，ＬＩＵＪｉｎ — ｒｏｎｇ，ＣＨＥＮＸｉ — ｊｕａｎ。，ＬＩＡｉ — ｘｉａｎ，
ｍｅｔｈｏｄ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ．Ｇｒａｐｈｉｃｍｅｔｈｏｄｉｓｍｏｒｅｉｎｔｕｉｔｉｖｅｂｕｔｉｎａｃｃｕ —
Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ；３．ＭａｃｈｉｎｅｒｙＭａｎｕｃｔｕｒｉｎｇＰｌａｎｔ，ＪｉｌｉｎＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙ，
Ｓｏｎｇｙｕａｎ１３８０００，Ｃｈｉｎａ；４．ＸｉａｎＷｏｒｋｅｒｓＴｅｃｈｎｉｃａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，Ｘｉａｎ７１００７７，Ｃｈｉｎａ；５．ＮｉｎｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ１６ｔｈＲｅｓｅａｒｃｈＳｅｃｔｉｏｎ，ＴｈｅＣｈｉｎａＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐ，Ｘｉａｎ７１０１００，Ｃｈｉｎａ；６．ＨａｏｊｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈａａｎｘｉ

(整理)四连杆

2.2.5 平面四杆机构的设计连杆机构的设计方法有作图法、解析法及实验法三种；其中作图法是重点。

用作图法设计四杆机构是根据设计要求及各铰链之间相对运动的几何关系，通过作图来确定四个铰链的位置。

根据不同的设计要求，作图法设计四杆机构可分为三种类型：1）按预定的连杆位置设计四杆机构。

①已知连杆 BC 的三个预定位置B 1 C 1、B 2 C 2、B 3 C 3，设计此四杆机构的实质是求固定铰链中心的位置。

此类问题可用求圆心法来解决，即作铰链 B 的各位置点连线B 1B 2、B 2B 3的中垂线，两中垂线的交点即固定铰链A 的中心。

同样，作铰链C 的各位置点连线C 1C 2、C 2 C 3的中垂线，两中垂线的交点即固定铰链 D 的中心。

若仅给定连杆 BC 的两个预定位置则设计的四杆机构有无穷多解。

②若给定固定铰链中心A 、D 的位置及连杆上标线EF 的三个预定位置，设计此四杆机构的实质是求活动铰链中心B 、C 的位置。

此类问题要用反转法求解，即把机构转化为以原连杆第一位置 E 1 F 1为机架，原机架 AD 为相对连杆，再仿上求得活动铰链 A 的三个相应位置A 、A 2’、A 3’，它们所在圆的圆心就是其相对固定铰链（实际活动铰链）B 的位置B 1，可用前述求圆心法求得。

2）按预定的两连架杆对应位置设计四杆机构。

如已知两连架杆的三组对应位置及机架长度l AD 、原动件长度l AB ，设计此四杆机构的实质是求活动铰链C 的位置。

此问题可用反转法求解，即把从动杆CD 的第一位置C 1D 看做机架，原动件AB 看做连干，求得活动铰链B 的三个相应位置B 、B 2´、B 3´，他们所在圆的圆心就是其相对固定铰链C 的位置C 1，若仅给定两连架杆的两组对应为止，则设计的四杆机构有无穷多解。

3）按给定的行程速比系数K 设计四杆机构已知行程速比系数K 及某些其他条件（如曲柄摇杆机构CD 的长度l CD 、摇杆摆角φ），设计此四杆机构的实质问题是确定曲柄的固定铰链中心A 的位置，进而定出其余三杆长度。

图解法设计平面四杆机构

图解法设计平面四杆机构-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN图解法设计平面四杆机构3.4.1按连杆位置设计四杆机构1.给定连杆的三个位置给定连杆的三个位置设计四杆机构时，往往是已知连杆B C的长度L B C和连杆的三个位置B1C1和B2C2和B3C3时，怎样设计四杆机构呐图解过程。

：：1：：2.给定连杆的两个位置给定连杆的两个位置B1C1和B2C2时与给定连杆的三个位置相似，设计四杆机构图解过程如下。

①选定长度比例尺绘出连杆的两个位置B1C1、B2C2。

②连接B1B2、C1C2，分别作线段B1B2和C1C2的垂直平分线B12和C12，分别在B12和C12上任意取A，D两点，A，D两点即是两个连架杆的固定铰链中心。

连接A B1、C1D、B1C1、A D，A B1C1D即为所求的四杆机构。

③测量A B1、C1D、A D计算l A B、L C D L A D的长度,由于A点可任意选取，所以有无穷解。

在实际设计中可根据其他辅助条件，例如限制最小传动角或者A、D的安装位置来确定铰链A、D的安装位置。

例设计一振实造型机的反转机构，要求反转台8位于位置Ⅰ（实线位置）时，在砂箱7内填砂造型振实，反转台8反转至位置Ⅱ（虚线线位置）时起模，已知连杆B C长和两个位置B1C1、B2C2.。

要求固定铰链中心A、D在同一水平线上并且A D=B C。

自己可以试着在纸上按比例作出图形，再求出各杆长度。

若想对答案请点击例题祥解3.4.2 按行程速度变化系数设计四杆机构1.设计曲柄摇杆机构按行程速度变化系数K设计曲柄摇杆机构往往是已知曲柄机构摇杆L3的长度及摇杆摆角ψ和速度变化系数K。

怎样用作图法设计曲柄摇杆机构？2.设计曲柄摆动导杆机构已知机架长度l4和速度变化系数K，设计曲柄导杆机构。

①求出极位夹角②根据导杆摆角ψ等于曲柄极位夹角θ，任选一点C后可找出导杆两极限C m、C n。

③作∠M C N的角评分线，取C A＝，得到A点，过A点作C m和C n的垂线B1和B2两点，A B1（或A B2）即为曲柄。

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Iter F-count 0 4 point 1 8 2 12 twice 3 16
Infeasible start
2.82 0.669 Hessian modified 2.75 Hessian modified
4 5 6 twice 7 8 9 10 11 12 13 14
20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60
Optimized design for four bar linkage mechanism of crushing machine based on MATLAB
Jason Zhang (Shantou University, Engineering College)
[Abstract] Analyze the model of four bar linkage mechanism and try to satisfy the movement locus that we excepted. With the strong functions of MATLAB, we can calculate and get the best result quickly. Then write a program to simulate the movement locus of the output and examine whether it satisfy our requirement. [Key Words] Linkage, Movement locus , Optimized Design, MATLAB
则偏差为
,
4. 确定约束条件
不等式约束曲柄摇杆机构各机构的长度应大于零，曲柄a的长度最短，故设计变量的边界约束为
g1 ( x) 1 0 ;
m 1, n 1, l 1
g 2 ( x) 1 l n m 0 ;
g 3 ( x) 1 m l n 0 ;
( xm x0 ) / m 1 / 60 0
( ym y0 ) / m 0.301/ 900
3)设取结点总数m=3
i 1 2 3
xi
1.067 1.500 1.933
y i log xi
0.0283 0.1761 0.2862
i ( xi x0 ) /
2 arctan[(A A2 B 2 C 2 ) /(B C )] 0 ;
期望函数所求得的动件转角为：
, [ l o g x0 ( ) y0 ] / ;
式中:
A sin( 0 ); B cos( 0 ) n ;
C (1 m 2 n 2 l 2 ) /(2m) n c o s( 0 ) / m ;
4.020
30.0 0
( yi y0 ) /
8.430
52.650
55.980
பைடு நூலகம்85.57 0
4)试取初始角 3. 建立目标函数
0 860 , 0 23.50
本问题中，要求输出角实现预定函数关系，我们可以取实际输出角于期望输出角的偏差值之和来作为目标函数，使其达到最小值。其中；
有志，有恒，有识，有为
基于 MATLAB 的四连杆机构的优化设计
张笑谭（汕头大学，工学院）
[摘要] 对平面四连杆机构进行数学建模，要求实现预期的传递函数运动轨迹。利用 MATLAB 强大的运算功能，快速精确地计算出优化结果。再利用 MATLAB 编写程序检验得出的运动轨迹是否达到期望目标。 [关键词] 连杆、轨迹、优化设计、MATLAB。
g 3 ( x) 1 x3 0 ; g 4 ( x) 1 x1 x2 x3 0 ; g 5 ( x) 1 x2 x1 x3 0 ;
g 6 ( x) 1 x3 x2 x3 0 ;
6. 优化结果
我们将用于求解优化设计数学模型的方法或寻优的方法称为优化计算方法。对于机械优化设计问题，求解常常需要经过多步迭代，最终收敛得到最优解。利用 MATLAB 进行优化设计，编写目标函数、约束函数，再利用 MATLAB 的优化工具箱编写命令文件进行优化设计。再利用优化结果计算实际运动轨迹（输出角-输入角曲线），来验证优化结果。经过matlab进行优化后： End diagnostic information Max Line search Directional First-order f(x) constraint steplength derivative optimality Procedure 986.75 17.5 974.667 975.011 973.091 1.01 0.3404 1.335 1 1 1 -9.82 1.3 -0.359
2. 确定设计变量在进行曲柄摇杆四连杆机构设计时，首先要确定支架的设计变量。有机械原理可以知道，四连杆机构的独立变量只有 4 杆的杆长，各杆的长度的相对比例确定，运动规律也就确定。故设计变量应
为各构件的相对长度，取 a/a=1,b/a=l,c/a=m,d/a=n. 所以此设计只有三个设计变量。分别为l,m,n. 1）根据已知条件 x0 1, xm 2 ,可知得 y0 0, ym 0.301 。 2）根据经验或通过试算，试取主、从动件的转角范围分别为 600 ,m 900 ，则自变量和函数与转角之间的比例尺分别为
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
3.14 -0.932 -0.719 3.25 2.68 1.99 1.85 0.454 0.212 0.192 0.000538
2.21 Hessian modified 1.34 4.59 Hessian modified 0.852 0.468 0.148 0.0634 0.00521 0.00024 Hessian modified 1.6e-006 Hessian modified 3.17e-006 Hessian modified
参考文献 [1] 孙靖民,梁迎春. 机械优化设计. 北京:机械工业出版社,2006. [2] 濮良贵,纪名刚. 机械设计. 8 版. 北京:高等教育出版社,2006. [3] 孙桓,陈作模,葛文杰. 机械原理. 7 版. 北京:高等教育出版社,2006. [4] 李涛,贺勇军,刘志俭. MATLAB 工具箱应用指南—应用数学篇[M].北京:电子工业出版社,2000. 附件：
No active inequalities. x= 1.3936 3.1460 0.8011 fvag = 973.1598 exitflag = 5 最终得到 x1 1.3936 , x2 3.1460 , x3 0.8011 所以 l 1.3936, m 3.1460, n 0.8011 7. 优化结构分析通过按连杆三位置进行四杆分析 ,设计完成。
g 4 (4) 1 n l m 0 ;
5. 写出优化数学模型
min f ( x) i (i i ) 2
3
,
X [ x1 , x2 , x3 ]' [l , m, n]' ;
g1 ( x) 1 x1 0 ; g 2 ( x) 1 x2 0 ;
Matlab 程序
function f=myfun2(x) x1=x(1,1); x2=x(2,1); x3=x(3,1); f=2*arctan(((sin1)+sqrt((sin(1.57))^2+((cos(1.57)-(x3))^2-((1+(x2)^2+(x3)^2(x1)^2)/(2*x2)-x3*cos(1.57)/(x2))^2))/(cos(1.57)-(x3)+(1+(x2)^2+(x3)^2-(x1)^ 2)/(2*x2)-x3*cos(1.57)/(x2)))-(0.41)-(log(1+(0.9549)*(0.07)))/(0.1916)+2*arc tan((sin(2.0235)+sqrt((sin(2.0235))^2+((cos(2.0235)-(x3))^2-((1+(x2)^2+(x3)^ 2-(x1)^2)/(2*x2)-x3*cos(2.0235)/(x2))^2))/(cos(2.0235)-(x3)+(1+(x2)^2+(x3)^2 -(x1)^2)/(2*x2)-x3*cos(2.0235)/(x2)))-(0.41)-(log(1+(0.9549)*(0.5235)))/(0.1 916)+2*arctan((sin(2.477)+sqrt((sin(2.477))^2+((cos(2.477)-(x3))^2-((1+(x2)^ 2+(x3)^2-(x1)^2)/(2*x2)-x3*cos(2.477)/(x2))^2))/(cos2-(x3)+(1+(x2)^2+(x3)^2(x1)^2)/(2*x2)-x3*cos(2.477)/(x2)))-(0.41)-(log(1+(0.9549)*(0.977)))/(0.1916 ); function [c,ceq] = mycon2(x) x1=x(1,1); x2=x(2,1); x3=x(3,1); c(1)=1+x1-x2-x3; c(2)=1+x2-x3-x1; c(3)=1+x3-x2-x1; ceq=[]; clc clear x0=[2,1,1.5]'; lb=[-inf;-inf;-inf]; up=[inf;inf;inf]; options = optimset('LargeScale','off','Display','iter','MaxIter',4000,'TolX',1e-12,'To lFun',1e-10,'MaxFunEval',50000,'DerivativeCheck','on','GoalsExactAchieve',1, 'LineSearchType','cubicpoly','Jacobian','on','Diagnostics','on','GradConstr' ,'off','MaxPCGIter',1,'MinAbsMax',0); [x,fvag,exitflag,output,lambda,grad,hessian]=fmincon(@myfun2,x0,[],[],[],[], lb,up,@mycon2,options)