高效曲柄摇杆机构的简易设计法
曲柄摇杆机构设计方法
曲柄摇杆机构设计方法曲柄摇杆机构设计方法文档范本一、引言在机械设计领域中，曲柄摇杆机构是一种常见且重要的机构，它能够将旋转运动转换为往复运动。
本文档旨在提供一种详细的曲柄摇杆机构设计方法，以帮助工程师们更好地理解和应用该机构。
二、机构构成与功能1：曲柄：曲柄是机构的旋转部分，它通过旋转运动带动摇杆的往复运动。
2：摇杆：摇杆是机构的往复部分，其运动轨迹由曲柄的旋转和摇杆长度决定。
3：小端杆：小端杆连接曲柄与摇杆，使二者能够实现相对运动。
4：大端杆：大端杆连接摇杆与其他部件，传递摇杆的运动到所需位置。
三、设计步骤和考虑因素1：确定工作要求：根据实际应用，确定曲柄摇杆机构所需完成的工作和要求。
2：设计曲柄和摇杆的运动路径：根据工作要求和机构构型，确定曲柄和摇杆的运动路径，并绘制相应的示意图。
3：计算曲柄和摇杆的长度：根据运动路径以及机构的几何结构，计算曲柄和摇杆的长度，确保其能够满足工作要求。
4：确定杆长度：根据曲柄和摇杆的长度，确定小端杆和大端杆的长度，保证牢固可靠。
5：进行材料选择：根据机构的工作环境和所需承受的载荷，选择合适的材料以确保机构的强度和耐久性。
6：进行摩擦和润滑剂的选择：考虑摇杆与杆以及曲柄的接触情况，选择适当的润滑剂以减小摩擦，提高机构的效率和寿命。
7：进行强度计算：对机构的各个关键部位进行强度计算，以确保其在工作过程中不会发生破坏或变形。
8：进行运动分析和优化：利用运动学原理和模拟软件对机构的运动过程进行分析和优化，以确保其满足工作要求。
四、附件1：设计图纸：附上设计过程中所绘制的曲柄摇杆机构的设计图纸。
2：强度计算报告：附上对机构各个部件进行强度计算的报告。
五、法律名词及注释1：版权：指对于创作出来的文学、艺术和科学作品的拥有权，包括复制、分发、翻译等权利。
2：专利：指为新的技术、产品或产品的制造方法等发明所授予的专有权。
3：商标：指用于区别某个商品或服务来源的标识，具有独立性、显著性和可辨识性等特点。
图解法设计曲柄摇杆机构
． ．
／ ＿ＡＣｌ ＝ １ ０。 一 ／ Ｃ１ Ｅ ８ ＡＥ 一 ／ Ｃ１ ＥＡ
： １０ 一（０ ８ 。一 ９ 。一 ０）＝９ 。 ０ 一０
ｏ ｏ
［ 责任 编辑 ： 赵
伟］
／ Ｃ，
＝ ／ ＡＣ， Ｅ
（ 摩擦因数与相对滑动速度 的关系
２ ９
维普资讯
．
．
／Ｃ ０ Ｃ 所 对 应 的在 圆 １ 的 刷 角 为 １０ 一０ ｚ 上 ８。
．
．
ＡＣ１ ＝ ＡＥ
根据三角形 内角和等于 １０ ８。
．
故 ： 正是 曲柄摇杆 机构在 极位 时所 具 有的尺 寸 此
关系， 此设计 满足全部题设要求 。
［］ １ 李学雷主编． 机械设计基础 ［ ． Ｍ］ 北京 ： 学 出 科 版社 ， ０ ． ２ ４ ０ ［］ ２ 孙桓 ， 陈作模主编． 机械原理 ［ ． Ｍ］ 北京： 高等教 育出版社 ， ０ ． ２ ４ ０
．
：８一 。号＝ 。０ １。９一 ９一 ０ ０ ０
又’ ． ’在 ＡＡ Ｃ 中 ／ＣＡ ：０ Ｅ ｌ ｌＥ
由弹性接 触状 态逐 渐演 变为弹塑 性接触 状态 ， 擦因 摩 数 随 比压增 大而缓慢 降低并趋 于稳定 。
图 ２ 覃 攥 副 在 冷 却 油 中 工 作 时 摩 擦 因 数 与 温厦 的 关 系
２２ 摩擦副相对滑 动速度 的影 响 ． 工程机械制 动时一般 需要 强大 的制动 力矩 ， 这意
４ 基本 结论
／ ０， ２ ： ／ ０， Ｃ１ ： Ｃ１ Ｃ Ｃ２ ０
．
．
又 ・ Ｃ Ｅ ： ／ Ｃ Ｃ ： ／ Ｃｌ ２ ： ． ・／ １ Ｆ ＿Ｆ ２ １ ＿０， Ｃ ０
曲柄摇杆机构的解析法设计
曲柄摇杆机构的解析法设计
曲柄摇杆机构是机械传动中非常重要的一种机构，广泛应用于各种机械设备中。
本文将介绍曲柄摇杆机构的解析法设计。
首先，曲柄摇杆机构的结构可以简单地概括为由曲柄、摇杆和连杆组成的三连杆机构。
其工作原理是曲柄通过旋转带动连杆，从而使摇杆做往复运动。
曲柄的旋转角度和连杆的长度是决定摇杆运动轨迹的关键因素。
其次，曲柄摇杆机构的设计需要考虑以下因素：工作负载、运动速度、尺寸限制、运动轨迹等。
在设计时，需要根据实际需求选择合适的材料、尺寸和运动参数。
解析法设计是一种基于运动学和静力学原理的设计方法。
它通过解析曲柄摇杆机构的运动学和静力学方程，确定摇杆的运动轨迹及其相应的力学参数。
具体步骤如下：
1. 确定曲柄的旋转角度及其速度。
2. 根据曲柄长度和连杆长度确定摇杆的最大和最小位置。
3. 计算摇杆的运动轨迹，包括摇杆的角度、速度和加速度。
4. 根据摇杆的运动轨迹计算其承受的力学参数，如最大力、最大扭矩等。
5. 根据摇杆的力学参数确定材料、尺寸和结构参数。
解析法设计具有精度高、可靠性强的优点，但需要较为深入的机械原理和数学知识，并需要使用专业的计算工具。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的设计方法。
总之，曲柄摇杆机构是一种重要的机械传动机构，其设计需要考虑多种因素。
解析法设计是一种有效的设计方法，可以确定摇杆的运动轨迹及其力学参数，从而保证机构的稳定性和可靠性。
曲柄摇杆机构的最优设计
曲柄摇杆机构的最优设计[摘要] 图解法设计曲柄摇杆机构时为了满足传力性能,往往需要重复进行,结果也不唯一。
本文采用0.618法,在给定行程速比系数k、摇杆摆角φ、长度l4等前提下,采用机械最优设计,使γmin最大,得到了设计最优解。
并讨论了行程速比系数k、摇杆摆角φ的取值范围。
[关键词] 曲柄摇杆机构机械最优设计0.618法1 引言机械最优设计是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的性态、几何尺寸关系或其他因素的限制范围内,选取设计变量,建立目标函数并使其获得最优值的一种新的设计方法。
设计变量、目标函数和约束条件这三者在设计空间(以设计变量为坐标轴组成的实空间)的几何表示中构成设计问题[1]。
最优设计是保证设计合理性、提高设计效率的一种有效方法。
曲柄摇杆机构中,传动角γ越大,对机构的传力愈有利,故常用传动角的大小及变化情况来衡量机构传力性能的好坏。
考虑到机构运动过程中传动角γ是变化的,为了保证机构传力性能良好,必须使最小传动角γmin≥[γ]。
传统的图解设计方法往往需要重复进行,结果也不唯一。
本文采用0.618法,在给定行程速比系数k、摇杆摆角φ、长度l4等前提下,运用机械最优设计,使γmin最大,得到了设计最优解。
并讨论了行程速比系数k、摇杆摆角φ的取值范围。
在实现过程中,本文采用C 语言实现优化过程编程,从而使结果更加精确、直观。
2 曲柄摇杆机构的最优设计(1)寻优目标函数的确定曲柄摇杆机构γmin出现在主动曲柄与机架共线的两位置之一处[2]。
以γmin 最大为寻优目标函数,即:maxf(x)=γmin=(γ1, γ3)min其中,γ1=arccosγ2= arccos(2)设计变量的选择如图1所示,考虑到一旦曲柄支点A确定,则机架l1=AD,其他设计参数l2、l3也随之确定。
因此,只需取曲柄为设计变量即可,即x=l2。
图1设计参数间的几何关系(3)设计参数间的几何关系若已知曲柄x时,有:l3=l1=其中,C1C2=2l4sin(Φ/2)∠AC2D=90°-arcsin+Φ/2(4)设计变量的取值范围根据文献[3]所述,寻优区间起始点xmin= C1C2(1-cosθ)/2sinθ;寻优区间终点xmax= C1C2/2。
四杆机构设计
2021/10/10
12
借助惯性或采用机构错位排列的方法，使机构能顺 利通过死点位置而正常运转；而自锁是指机构在考 虑摩擦的情况下，当驱动力的作用方向满足一定的 几何条件时，虽然机构的自由度大于零，但机构仍 无法运动的现象。
④以O为圆心，C1O为半径作圆。
⑤作偏距线e，交圆弧于A，即为所求。
⑥以A为圆心，A C1为半径作弧交于E,得： l1 =EC2/ 2 l2 = A C2－EC2/ 2
2021/10/10
3
二、按预定连杆位置设计四杆机构
C1
a)给定连杆两组位置
C2
将铰链A、D分别 选在B1B2， C1C2连线的垂直平分线上任意 位置都能满足设计要求。
P
④作△P C1C2的外接圆，则A点必在此圆上。
⑤选定A，设Leabharlann 柄为l1 ，连杆为l2 ，则:A C1= l1+l2 ,A C2=l2- l1 => l1 =( A C1－A C2)/ 2
⑥以A为圆心，A C2为半径作弧交于E,得：
2021/1l01/1=0 EC1/ 2
l2 = A C1－EC1/ 2
7.一对心曲柄滑块机构，若以滑块为机架，则将演化
成___________机构。
8.曲柄为主动件的曲柄摇杆机构中，当从动摇杆处于
两极限位置时，________在该位置所夹的锐角，称
为极位夹角。
9.铰链四杆机构中，_____角越大，对机构的传动越
有利。
2021/10/10
22
10.死点是指不计摩擦时机构所处的特殊位置，可借 助_____或采用_____的方法使机构能顺利通过死点 位置而正常运转。
机械设计基础—曲柄摇杆
C
2-6. 设计一曲柄摇杆机构，已知摇杆长度l =100mm，摆角ψ=30°， 摇杆行程速度变化系数K=1.2。
（1）用图解法求出其余三杆的尺寸；
（2）确定机构的最小转角γmin （若γmin <35°则应重新选定铰链A的位置）。
解：
（1）由题知，摇杆行程速度变化系数K=1.2， 得极位夹角：
θ=180°K-1K+1 = 16.4° 90°-θ=72.6°则如图解析：
①任选固定铰链中心D的位置，由摇杆长度l 3和摆角ψ，做出摇杆两极限位置C 1D 和C ?D。
②连接C 1和C ?，并过C 1点做C 1C ?垂线。
③做∠C 2=90°-θ，与垂线相较于点P，有几何关系可知∠C 1PC ?=θ。
④做△C 1PC ?的外接圆，在此圆周上任意选取一点A作为曲柄的固定铰链中心；连接AC 1和AC ?,由几何关系得：∠C 1PC ?=∠C 1AC ?=θ。
⑤因极限位置处于曲柄与连杆共线，
故A C 1=l 2-l 1 AC 2=l 2+l 1，则l 1=（AC 2-AC 1）/2 =23.5mm l 2=（AC 2+AC 1）/2 =73.5mm l 3= 100mm l 4 = 96mm 则如图，ABCD即为所求机构一般位置简图。
cos∠BCD=(l ?2+l 32-l 12-l 42+2l 1l 4cos φ)/2l ?l 3 =0.649则由（2-6）′cos∠BCD < 90°γ=49.5°>35°
故最小传动角满足要求。
1.曲柄摇杆机构
平行四边形机构
带有辅助构件的平行四边形机构
一、平面连杆机构
对于两个曲柄转向相反的情况，即连杆与机架的长度相
等,两个曲柄长度相等所组成的转向相反的双曲柄机构称为 反平行四边形机构。
反平行四边形机构不具备
平行四边形机构前述两个运动
特征。 车门启闭机构就是反平行
反平行四边形机构
四边形机构的应用实例。
车门启闭机构
二、凸轮机构
连杆机构和凸轮机构对比：
平面连杆机构虽然应用广泛，但它只能近似地 实现给定的运动规律，且设计比较复杂。当从 动件须精确地按预定运动规律尤其是复杂运动 规律工作时，则常采用凸轮机构。
二、凸轮机构
分类
1. 按凸轮的形状分： 盘形、移动、圆柱
2. 按从动杆运动形式分: 移动（直动）、摆动
3. 按从动杆形状分： 尖顶、滚子、平底
第四章 常用机构
一、平面连杆机构
应用实例：
内燃机、鹤式吊、火车轮、牛头刨床、开窗户支撑、公共 汽车开关门、折叠伞、折叠床、 各种健身器材等。
定义：由低副（转动、移动）连接组成的平面机构。 优点：
1.采用低副。面接触、承载大、便于润滑、不易磨损。 2.构件接触面多为圆柱面或平面, 形状简单、易加工、容易获 得较高的制造精度。 3. 构件间接触自封闭, 不需外力保持构件间的接触。 4.改变杆的相对长度，从动件运动规律不同。 5.连杆曲线丰富。可满足不同要求。
安装辅助连杆； 几组机构错位安装。
B2 A
vB
B1
FB
脚
D
C2 踏板
C1 缝纫机主运动机构
一、平面连杆机构
一、平面连杆机构
一、平面连杆机构
一、平面连杆机构
一、平面连杆机构
优化设计-曲柄摇杆机构优化设计简版修正
优化设计-曲柄摇杆机构优化设计1. 引言曲柄摇杆机构被广泛应用于机械工程中，它具有转换旋转运动为往复直线运动的功能。
随着技术的发展，对曲柄摇杆机构的性能要求也越来越高。
为了满足这些要求，需要对曲柄摇杆机构进行优化设计，以提高其工作效率、减小体积和降低功耗。
本文将通过优化设计的方法，对曲柄摇杆机构进行改进，以期达到更好的性能。
2. 优化目标优化设计的目标是在保持曲柄摇杆机构原有功能的基础上，提高其工作效率、减小体积和降低功耗。
具体目标如下：1. 提高工作效率：通过优化设计，减小摩擦阻力和能量损失，提高能量传递效率。
2. 减小体积：通过优化结构，减小曲柄摇杆机构的整体体积，使其更适用于空间有限的应用场景。
3. 降低功耗：通过优化设计，减小机构的运动阻力，达到减少功耗的效果。
3. 优化方法为了实现上述优化目标，可以采用以下方法：优化材料选择：选择适合曲柄摇杆机构的高强度、低摩擦系数的材料，减小摩擦阻力和能量损失。
优化结构设计：通过对曲柄摇杆机构的结构进行改进，减小机构的摩擦面积和摩擦阻力，提高运动效率。
优化润滑方式：采用适当的润滑方式，减小曲柄摇杆机构的摩擦和磨损，以达到降低功耗的效果。
优化运动轨迹：通过对曲柄摇杆机构的运动轨迹进行优化设计，减小运动阻力和摩擦损失，提高能量传递效率。
优化配合间隙：适当调整曲柄摇杆机构的配合间隙，减小摩擦和磨损，提高工作效率。
4. 优化设计实施方案基于以上优化方法，可以实施以下具体的优化设计方案：1. 材料选择：选择高强度、低摩擦系数的材料，如高强度钢材和涂有低摩擦涂层的表面。
2. 结构设计：减小曲柄摇杆机构的摩擦面积，采用滚动轴承等减小摩擦阻力的结构设计。
3. 润滑方式：采用润滑油或固体润滑剂等适当的润滑方式，减小摩擦和磨损。
4. 运动轨迹优化：分析曲柄摇杆机构的运动特点，优化运动轨迹，减小摩擦阻力和能量损失。
5. 配合间隙优化：通过调整曲柄摇杆机构的配合间隙，减小摩擦和磨损，提高工作效率。