平面连杆机构的优化设计
《平面连杆机构》课件
减小机构的整体尺寸，使其更 加紧凑。
重量优化
降低机构的重量，以实现轻量 化设计。
成本优化
通过优化设计降低制造成本。
优化方法
数学建模
建立平面连杆机构的数学模型，以便进行数 值分析。
优化算法
采用遗传算法、粒子群算法等智能优化算法 对机构进行优化。
有限元分析
利用有限元方法对机构进行应力、应变和振 动分析。
实例二：搅拌机
总结词
搅拌机利用平面连杆机构实现搅拌叶片的周期性摆动，促进物料在容器内均匀混 合。
详细描述
搅拌机中的四连杆机构将原动件的运动传递到搅拌叶片，使叶片在容器内做周期 性的摆动，通过调整连杆的长度和角度，可以改变搅拌叶片的摆动幅度和频率， 以满足不同的搅拌需求。
实例三：飞机起落架
总结词
飞机起落架中的收放机构采用了平面连杆机构，通过连杆的 传动实现起落架的收放功能。
。
设计步骤
概念设计
根据需求，构思连杆机构的大 致结构。
仿真与优化
利用计算机仿真技术对设计进 行验证和优化。
需求分析
明确机构需要实现的功能，分 析输入和输出参数。
详细设计
对连杆机构进行详细的尺寸和 运动学分析，确定各部件的精 确尺寸。
制造与测试
制造出样机，进行实际测试， 根据测试结果进行必要的修改 。
实验验证
通过实验验证优化结果的可行性和有效性。
优化实例
曲柄摇杆机构优化
通过调整曲柄长度和摇杆摆角，实现 机构的优化设计。
双曲柄机构优化
通过改变双曲柄的相对长度和转动顺 序，提高机构的运动性能。
平面四杆机构优化
通过调整四根杆的长度和连接方式， 实现机构的轻量化和高性能。
机械原理课件8平面连杆机构与设计说明
切向分力:
法向分力:
FFco sFsin FFcos
n
▲切向分力F ′越大,机构的传力
性能越好,法向分力 F″越大,机
构的传力性能越差
B
结论：
A
为保证机构的传力
F″
t
C γα F
F′ t
F ″ T′
D
F′
性能，压力角α不能
过大，传动角γ不能过小。
设计时要求:γmin≥50°
γmin出现的位置：
当 最小或最大时，都有可能出现
§8－2平面四杆机构的类型和应用
一. 平面四杆机构的基本形式 铰链四杆机构
双曲柄机构
曲柄摇杆机构
双摇杆机构
各铰部链名四称杆及机运构动形式 机是构架平的面基固四本定杆形的机式构件 连架杆 直接与机架相连接的杆件
连杆
B
铰曲链柄曲四柄能杆摇整机杆周构机转的构动三的种构基件本形式连为架：杆
A
摇杆 只双能曲做柄非机整构周摆动的连架杆
A
4
B
A1
2 3 C 导杆机构,动画
4
转动导杆机构 摆动导杆机构
曲柄滑块机构演化实例
B 1
A
2 3
4
C
曲柄摇块机构〔连杆作机架
B 1 A
4
2
C 3
DC
B A
自卸卡车举升机构
移动导杆机构
B BBB 11 1
222
A AA A
3333 CCC 444
B 1
A
2 3
4
C
曲柄滑块机构
B 1
A
手摇唧筒
2 3
F’ E’
C’
D’
G’
契贝谢夫四连杆机构的优化设计与应用
பைடு நூலகம்
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ＆ ｃ ｉｅｙ ｓｇ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆｃｕ ｅ ６ ３
２ １ 年 ９月 ０１
文 章 编号 ：０ １ ３９ （０ １０ — ０ ３ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）９ ０ ６ － ２
契 贝谢 夫 四连 杆机 构 的优 化 设计 与应 用 术
ｌ低功耗、 低成本、 易控制的腿式行走机器人提供设计依据， 方法实用可行。 ２
； ｌ
关键词 ： 契贝谢夫四杆机构 ； 优化设计 ； 腿式机器人 ；ｄ ｍ Ａａ ｓ ｛ 【 ｂｔ ｃ】Ｃ ｅｙｈｖｆｕ ＿ ｌ ｋ ｅｈｓｂｅ ｐｉｉ ｄ ｉｔ ， ｓｄ ｏ ｎｌ ｉ ｌ ｅ ｏ ， ｉ Ａ ｓ ａｔ ｈｂｓｅ ｏｒ ６ ｉ ａ ａ ｅｎ ｏｔ ｚ ￣ ｒｌ ｂ ｅ ｎ ａａ ｔａ ｍ ｔ ｄ ｒ ｎｇ ｍ ｅ Ｆ ｓｙ ａ ｙｃ ｈ
（ ｏｌ ｅ ｆ ｎ ｆｃｕｉ ｃ ｎ ｅ ｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓｕｈ ｅｔ ｎｖｒｉ ｆ ｃｅ ｃ ｎ ｌ ｇ ｕａ ｔｒ ｇＳ ｉ ｃ ｄＥ ｇｎ ｅｉ ，ｏ ｔｗ ｓ Ｕ ｉｅｓ ｙ ｉｎ ｅ ｄ Ｃ ｅ ｏ Ｍａ ｎ ｅ ａ ｎ ｔｏ Ｓ ａ
Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｍｉ ｙ ｎ ２ ０ ０ Ｃ ｉａ ｅ ｈ ｏｏ ， ａ ａ ｇ６ １ １ ，ｈｎ ） ｇ ｎ
， ． ｔ ～ 、 Ｎ ＋ 十 十 十 嘶 ｔ 十 十 ｔ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ 、 ． ＇ Ｎ — 、 、 毫一 ｌ 、斤 Ｎ 套 ＂ ” 、 §斤 Ｎ Ｎ ＾＂ ＂ ¨ ＂
；
【 要】 摘 优化了契贝 谢夫平面四 杆机构。 首先， 利用解析法， 建立了契贝 谢夫平面四 杆机构的 ｛ 数
ｌｉ ， ｅ ｈ ｉ ，ｎｒ ｎｉｓ ｄｂｃ ｅｕ ｔｎａ ｅ ｔｍ ｅＳ ｏ ｛ ｏ ｃ＂ ｏｔ ，ｃ ｓ ｃ ｔ ｆ ｃ ｎａ 。ｅｉ ｎｉ ｙｂｎ ｅｒｉｄｅ ， ｔ １ｅ ｈ ｎ １ｆ １ ） ｎ ａ ｍ 。 ｆｕ ｔ ｊｔ ｆ ｃ。ｈ ｅ ｅｄｅ ｎ￣ｃｄ ｓ 。ｎ ｖ
平面连杆机构优化设计及运动仿真
｛ ＝ 一 （ 卢 一 ∞
： ＋一
芏
：
一 咖 ５
‘ 一 ‘ 。 。 妒 （ １３ ）
．
将 已 知 数 据 代 入 优 化 设 计 的数 学 模 型 表 示为 ：
ｒ —— —— — — —— —— —— 一
２ ‘ √ ＋ 等 一 ２ ‘ ｃ ０ ｓ 妒
ｍ ｉ ｎ ｆ （ ｘ ） ＝ 、 ／ ∑ 【 一 ｍ ） ＋ （ 一 ） ］
：
其中 ＝ ０ ＋ｒ ｐ ｆ ； ０ 为曲柄 １ 的起
（ ２ ．１ ）
始角，ｃ ｐ ｆ 为已 知量。
１ ． ３确定约 束条件 １ ． ３ ． １曲柄摇杆机构存在条件约束 为
岛（ ｘ ） ＝ ３ ０ Ｐ — ｙ ≤ ０ （ ２２ ）
．
ｇ １ （ ） ：／ １ ＋ ， ２ 一 一『 ４ ０ ｇ ： （ ） ＝ｆ ｌ ＋ ｆ ］ 一ｆ ２ 一ｆ ４ ０
ｇ ３ （ ） ＝ｆ ｌ ＋７ ４ 一ｆ ３ — １ ２ ０
ｇ ４ （ ） ＝一 ‘≤０
应 用技 术
平面连杆机构优化设计及运动仿真
邹 学敏 蒋 晓 峰
湖南省特 种设 备检 验检 测研 究院永州分院 湖南 永州 ４ ２ ５ ０ ０ ０
摘要： 以四杆机构为例 ，根据其设计要求和特点 ， 建 立 了四杆机构 的优化设计数 学模型 ，在满足诸多影响 因素 的条件下 ，用计算机软件进行优化设 计 以获得 一个在各 方面均 较令人 满意的机构 设计方案；并对优化设计 的曲柄摇杆机构进行运 动仿真分 析。结果表 明： 采用优化设 计方法可以缩短设 计周期 、 提高设计质 量和设 计精度 ； 运动仿真起 到很好的反馈作用和验证作用。同时该方 法也为 多杆机构和其他机构 的优 化和仿真设计提供 了 借 鉴。 关键 词 ：平 面连杆机构 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 优化设计 运 动仿真
基于COSMOSMotion运动仿真的平面多连杆机构优化设计
ＣＵＩＬｉ ｉ ＧＯＮＧ ａ —ｊｅ ． Ｘｉｏ—ｐｎ ｚ ｉｇ
维普资讯
基 于 Ｃ Ｓ Ｓ ｔ ｎ运 动 仿真 的 平 面 Ｏ ＭＯ Ｍｏｉ ｏ 多连杆机构优化设计
崔利 杰 龚小 平 ， （． １ 空军工程 大学 工程 学 院 ， 西 西安 ７ ０ ３ ；． 陕 １ ０ ８ ２ 空军工程 大学理 学院 ， 西 西安 ７ ０ ５ ） 陕 １ ０ １
为机 构优化 设计提 供 了一 种 高效 、 直观 的仿 真手段 ， 提 高 了对 平面 多连 杆机 构 的分析 设 计 能 力 。 同时 ， 也为 其它机 构 的仿 真设 计提供 了借 鉴 。
０ 引 — 口 ． Ｌ
连杆机 构 由于能有 效地 实现 给定 的运 动规律 和 运动 轨迹 ， 很好 地完成 预定 的动作 ， 因而 在机械和 仪
Ａｉ Ｆｏ ｃ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉｅ ｓｔ ． ’ ｎ ７ ０ ５ ， ｉａ ｒ ｒ ｅ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ Ｘｉ ａ １ ０ １ Ｃｈ ｎ ）
摘要： 以一种 平 面八 连杆 机 构 为例 建 立 了平 面
多连杆机 构 的优化 数 学模 型 ， 用 Ｍａｌｂ软 件进 行 应 ｔ ａ 了优化设 计 ， 并在 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 软件 中建立 了装 配体 ｏｉ ｒ ｓ ｄ 模 型 ， 用 Ｃ ＭＯＳ ｔ ｎ软件 进 行 了机 构 仿 真 ， 应 ０Ｓ Ｍｏｉ ｏ
（ ． ｈｅＥｎｇ ｎ ｅ ｉ ｇ Ｉ ｓ ｉｕｔ Ａ ｉ ｒ ｅＥｎｇｉｅ ｒｎ Ｕ ｎｉｅ ｓｔ Ｘｉ ａ ０ 。 １Ｔ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｔｔ ｅ。 ｒＦｏ ｃ ｎ ｅ ｉｇ ｖ ｒ ｉｙ， ’ ｎ ７１ ０３ Ｃｈｉ ； ． ｈｅ Ｓ ｉｎｃ ｎｓ ｉｕ ｅ， ｎａ ２ Ｔ ｃｅ ｅＩ ｔｔ ｔ
基于matlab的平面连杆机构优化设计
基于matlab的平面连杆机构优化设计
基于Matlab的平面连杆机构优化设计是指利用Matlab软件平台，对平面连杆机构进行优化设计的过程。
平面连杆机构是一种常见的机械传动机构，广泛应用于各种机械系统中，如机械手、凸轮机构等。
优化设计是指通过数学建模、计算和分析，寻求满足一定性能要求的最优设计方案。
在基于Matlab的平面连杆机构优化设计中，通常需要建立机构的数学模型，包括几何模型和运动学模型。
几何模型描述机构的几何形状和尺寸，而运动学模型则描述机构的位置、速度和加速度等运动参数。
然后，利用Matlab 进行数值计算和分析，以确定最优的设计参数。
具体来说，基于Matlab的平面连杆机构优化设计可以分为以下几个步骤：1.建立数学模型：根据实际问题，建立平面连杆机构的几何模型和运动学模
型，将实际问题转化为数学问题。
2.定义优化目标：根据设计要求，定义优化目标函数，如最小化某个性能参
数、最大程度满足某个约束条件等。
3.确定设计变量：选择影响优化目标的主要参数作为设计变量，如连杆长度、
角度等。
4.约束条件：根据实际应用需求和机构运动特性，定义约束条件，如角度范
围、位移范围等。
5.求解优化问题：利用Matlab的优化工具箱进行数值计算，求解优化问题，
得到最优设计方案。
6.结果分析和验证：对优化结果进行分析和验证，确保最优设计方案的有效
性和可行性。
总之，基于Matlab的平面连杆机构优化设计是一种通过数学建模和数值计算来寻求最优设计方案的方法。
它可以帮助设计师快速找到满足性能要求的设计方案，提高设计效率和产品质量。
平面连杆机构及其分析与设计
平面连杆机构及其分析与设计平面连杆机构是由连杆和连接点组成的机械结构，广泛应用于各种机械设备中。
它的功能是将输入的旋转运动转化为输出的直线运动或者将输入的直线运动转化为输出的旋转运动。
本文将对平面连杆机构的分析与设计进行介绍。
首先，对平面连杆机构进行分析。
平面连杆机构的主要组成部分是连杆和连接点。
连杆是连接点之间的刚性杆件，可以是直杆、曲杆或者具有其他特殊形状的杆件。
连接点是连杆的两个端点或者连杆与其他机构的连接点，可以是支点、铰链等。
平面连杆机构的运动可以分为三种基本类型：平动、转动和复动。
平动是指连杆的一端保持固定，另一端进行直线运动；转动是指连杆的一端保持固定，另一端进行旋转运动；复动是指连杆的一端进行直线运动，另一端同时进行旋转运动。
进行平面连杆机构的设计时，需要考虑以下几个要点。
首先，确定机构的类型和功能。
根据机构的动作要求和功能要求，选择适合的连杆类型和连接点类型。
其次，进行机构的运动分析。
根据机构的运动要求，确定连杆的长度和连接点的位置，使连杆能够实现所需的运动。
然后，进行机构的力学分析。
根据机构的受力情况，确定连杆的截面尺寸和材料，保证机构的刚度和强度。
最后，进行机构的优化设计。
考虑机构的性能要求和制造要求，对机构进行优化设计，提高机构的工作效率和使用寿命。
在平面连杆机构的设计中，还需要考虑机构的动力学问题。
机构的动力学分析包括静力学分析和动力学分析两个方面。
静力学分析是指在机构静止或静力平衡状态下，对机构受力和力矩进行分析。
动力学分析是指在机构进行运动时，对机构的加速度、速度和位移进行分析。
通过对机构的动力学分析，可以确定机构的惯性力和惯性矩，从而确定机构的动态特性和振动特性。
总之，平面连杆机构的分析与设计是一项复杂而重要的工作。
在进行分析与设计时，需要考虑机构的类型和功能，进行运动分析和力学分析，优化设计和动力学分析。
通过合理的分析与设计，可以使机构具有较好的工作性能和使用寿命，满足各种工程应用的要求。
一种用于运送机的平面连杆机构的优化设计
３
双摇杆机构。 为此需确定主动摇杆的摆角范围［ ｎ￣． 。 ｈ ， ～］ ｉＯ ｎ／ 根据机构布置关系 ，可以确定出 的最小摆角和最 ． 大摆角的表达式 ：
－
Ｌ２ ｉ ａ２ ２ｎ ｓ
０ ０
Ｌ４ ｉ ａ 一 １ｉ ａ 维普资讯
０ ｆ ｌＲ ㈨ … ’ ａｃ “
ｆ 研究 探讨
一
种用于运送机的平面连杆机构的优化设计
划伟 ｔ 王云鹏 戚开诚 。 ， ． 河北工业大学 机械工程学院 ． 天津 ３０ ３ ：２ 河北津西钢铁股份有限公司 ． ０１０ ． 河北 唐山 ０ ４ ０ ６ ３２
浚 机构 【 看作 是 一 个 心杆 机 构 Ａ Ｃ 与 ・ 五杆机 构 ｌ Ｉ ＢＤ 个 ｄ Ｆ Ｄ组 合 成 分析 ¨ Ｉ该机构 是 堆自由度机 构 ， ＢＦ ．
．
杆为 瓶勒杆 如 闭 ２ 所尔 ． 执行 点 Ｇ需 要将 货物从 术端
点提 升到 ， 的高 度 ， 列 ， ． ｔ 再送 点处 要求 ： 【 ） ， 歼始 的水 运 送 阶段 ． ｎ从 点 Ｇ点位 移 尽量 保持
Ｄ ≤ Ｄ Ｄ ≤ Ｄｗ Ｄ Ｄ ｍ≤ ≤
将位移公式对时间求导 ， 并写成矩阵形式 ， 得到速度
的表达 式 ：
一
Ｌ２ ｉ ａ２ ｌｎ ｓ Ｌ２ ｏ ２ ｌ ｓ ｃ
－
３ｉａ３ ｓｎ
Ｌ３ｏ ３ ｃｓ
０ ０
一
０ ０
２
（） ２ 单独分析部分机构 Ａ Ｃ Ｂ Ｄ可知 ， 该部分机构为一
Ａｂｓ ｃ －ｌ・Ｉｉ ａｌ ｔｌ ｅ ｋ ｎ ｍａ ｉ ｎ ｌｓｓ ｏ ｈｓ ｉｅ ｈ Ｈ ｓ ｌｉ ｓｕ ｉ ｄ ａ ｅ ｎ ｔ ｉ ． ｎ ｐ ｉ ｌｄ ｓｇ ｔ ｏ ｓ ｔ ｔ ｂ ｓ ｐ ｌ ｈ ｉ ｅ ｌ：ａ ａｙ ｉ ｔｌ ｉ ￣ ｅ ａ ｉｒ ｓ ｔｄ ｅ ．ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｓ ｎ ｏ ｔｍａ ｅ ｉ ｎ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｒａ Ｔ ｅ ｔ ｌ ｒ ｄ ｖ ｌｐ ｄ Ｉ ｅ ｉ ｎ ｔ ｍ ｈ ｏ ｂ ｅ ｏ ｈ ｌｎ ｒｌ ｋ ｇ ｎ ｈ ｐ ｒ ｔ ｎ ｔ ｒｌｅ ｏ ｔ ｚ ｔｏ ． ｈ ｔ ｔ ａｉｎ ｏ ｈ ｅ ｅｏ ｅ ｌ ｌ ｌ ｍｉａ ｋ ｔ ｅ ｗ ｂ ｌ ｆｔ ｅ ｐａ ａ ｉ ａ ｅｄｕ ｉｇ ｔ ｅ ｏ ｅ ａｉ ．Ａｆ ｈ ｐ ｉ ａｉ ｎ ｔ ｅ￣ ｌ ｕ ｔ ｆｔｅ ｎ ｒ ｏ ｅ ｍｉ Ｕ ｏ
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
经分析后，只有三个变量为独立的：
x x1x2x3 T l2l3l4 T
2.目标函数的建立
目标函数可根据已知的运动规律与机构实际运动规律 之间的偏差最小为指标来建立，即
m
2
f x Ei i min
i1
3.约束条件的确定
1）曲柄摇杆机构满足曲柄存在的条件
2）曲柄摇杆机构的传动角应在 和 之间，可得
g7
x
arccos
l22
l32பைடு நூலகம் l1
2l2l3
l4 2
max
0
g8
x
min
arccos
l22
l32 l1
2l2l3
l4
2
0
小结
空间连杆机构
思考题
空间连杆机构应该 如何进行优化呢？
谢谢聆听
平面连杆机构的 优化设计
教学对象：本科三年级 教材：机械优化设计 第六版 哈尔滨工业大学
第四节 平面连杆机构的优化设计
一、曲柄摇杆机构再现已知运动规律的优化设计
1.设计变量的确定
决定机构尺寸的各杆长度，以及当摇杆按已知运动规律开始 运动时，曲柄所处的位置角φ0 为设计变量。
x x1x2x3x4x5 T l1l2l3l40 T
g1 x l1 l2 0 g2 x l1 l3 0 g3 x l1 l4 0 g4 x l1 l4 l3 l2 0 g5 x l1 l2 l3 l4 0 g6 x l1 l3 l2 l4 0
到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，因此在 计算时常取l1=1 ，而其他杆长按比例取为l1 的倍数。
0
arccos
l1
l2 2 l42 l32 2 l1 l2 l4
0
arccos
l1
l2 2 l4
2l3l4
l32