第五章平面连杆机构动力分析
西工大教材-机械原理各章习题及答案
电动机所需的功率为
p = ρ • v /η = 5500 ×1.2 ×10−3 / 0.822 = 8.029(KW )
5-8 在图示斜面机构中，设已知摩擦面间的摩擦系数 f=0.2。求在 G 力作用下（反行程），此斜面 机构的临界自锁条件和在此条件下正行程（在 F 力作用下）的效率。 解 1）反行程的自锁条件 在外行程（图 a），根据滑块的平衡条件：
解 1 ） 取 比 例 尺 μ 1 ＝ 1mm/mm 绘 制 机 构 运 动 简 图 （ 图 b ）
(a)
2 ）计算该机构的自由度
n=7
pι=9
ph=2（算齿轮副，因为凸轮与齿轮为一体） p’=
F’= F=3n-2pe-ph
=3x7-2x8-2 =1
G7
D 64 C
EF
3
9
B
2
8
A
ω1
b)
2-6 试计算如图所示各机构的自由度。图 a、d 为齿轮一连杆组合机构；图 b 为凸轮一连杆组合 机构（图中在 D 处为铰连在一起的两个滑块）；图 c 为一精压机机构。并问在图 d 所示机构中， 齿轮 3 与 5 和齿条 7 与齿轮 5 的啮合高副所提供的约束数目是否相同？为什么？
C3 重合点继续求解。
解 1）速度分析（图 b）取重合点 B2 与 B3，有
方向 大小 ？
v vv vB3 = vB2 + vB3B2 ⊥ BD ⊥ AB // CD ω1lAB ?
D
C
3 d3
ω3
4
ω3 90°
2
B（B1、B2、B3）
ω1
A1 ϕ = 90°
机械设计基础第5章
5.4 螺 旋 机 构
5.4.1 螺纹的参数、类型和应用 1.螺旋线、螺纹的形成 在直径为d2的圆柱面上，绕一底边长为πd2的 直角三角形，底边与圆柱体的底面重合，则斜边 在圆柱表面上将形成一条螺旋线，如图5.18（a） 所示。取一平面图形(如图5.18（b）所示)，使其 一边与圆柱体的母线贴合，并沿螺旋线移动，移 动时保持此平面图形始终通过圆柱体的轴线，此 平面图形在空间形成的轨迹构成螺纹。
按从动件的间歇运动方式分类，它又有以下 几种形式。 (1) 单向间歇转动如图5.1、图5.2所示，从动 件均作单向间歇转动。 （2) 单向间歇移动如图5.3所示，当主动件1 往复摆动时，棘爪2推动棘齿条3作单向间 歇移动。 （3) 双动式棘轮机构如图5.4所示，主动摇杆 1上装有主动棘爪2和2′，摇杆1绕O1轴来回 摆动都能使棘轮3沿同一方向间歇转动，摇 杆往复摆动一次，棘轮间歇转动两次。
2. 棘轮机构的类型 根据工作原理，棘轮机构可分为齿式棘 轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。 1) 齿式棘轮机构 齿式棘轮机构的工作原理为啮合原理。 按啮合方式分类，它有外啮合(如图5.1所示) 和内啮合(如图5.2所示)两种型式。内啮合棘 轮机构由轴1、驱动棘爪2与止回棘爪4、棘 轮3以及弹簧5组成。
2) 摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构的工作原理为摩擦原理。在 图5.6所示的机构中，当摇杆往复摆动时， 主动棘爪2靠摩擦力驱动棘轮3作逆时针单 向间歇转动，止回棘爪4靠摩擦力阻止棘轮 反转。由于棘轮的廓面是光滑的，所以又 称为无棘齿棘轮机构。该类机构棘轮的转 角可以无级调节，噪声小，但棘爪与棘轮 的接触面间容易发生相对滑动，故运动的 可靠性和准确性较差。
1. 间歇式送进 图5.8所示为浇注流水线的送进装置，棘轮与带轮固连 在同一根轴上，当活塞1在汽缸内往复移动时，输送带2间 歇移动，输送带静止时进行自动浇注。 2. 超越运动 图5.9所示为自行车后轴上的内啮合棘轮机构，飞轮1 即是内齿棘轮，它用滚动轴承支承在后轮轮毂2上，两者 可相对转动。轮毂2上铰接着两个棘爪4，棘爪用弹簧丝压 在棘轮的内齿上。当链轮比后轮转的快时(顺时针)，棘轮 通过棘爪带动后轮同步转动，即脚蹬得快，后轮就转得快。 当链轮比后轮转的慢时，如自行车下坡或脚不蹬时，后轮 由于惯性仍按原转向转动，此时，棘爪4将沿棘轮齿背滑 过，后轮与飞轮脱开，从而实现了从动件转速超越主动件 转速的作用。按此原理工作的离合器称为超越离合器。
机械基础(第5单元)
a）机构结构图
b）机构运动简图
1—曲柄 2—连杆 3—摇杆 4—机架
第二节 平面四杆机构
• 1．铰链四杆机构的类型 • 在铰链四杆机构中，根据两连架杆的运动形式进行分类，可分为曲柄
摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构三种基本形式，如下图所示。
图5-14 铰链四杆机构的三种基本形式
第二节 平面四杆机构
第一节 平面机构的组成
• 如果构件中转动副的间距较大时，通常将构件制成杆状，而且杆状构 件应尽量制成直杆；如果要求构件与机械的其他部分在运动时不发生 干涉（如碰撞），可将构件制成特殊的形状。如下图所示是具有转动 副的不同形状和横截面的杆状构件。
第一节 平面机构的组成
• 对于绕定轴转动的构件，常将构件制成盘状。有时在盘状构件上安装 轴销，以便与其他构件组成另一转动副。如果两个转动副间距很小时 ，难以设置相距很近的轴销（或轴孔），可将另一转动副尺寸扩大而 制成偏心轮，如图a所示。如果构件承受较大载荷时，采用偏心轮结 构庞大，则可以采用曲轴结构，如图b所示。偏心轮和曲轴常用于回 转运动与直线运动相互变换的机构中。
图a 电风扇摇头机构运动简图 图b 鹤式起重机机构运动简图
第二节 平面四杆机构
• 2．铰链四杆机构的类型判定
• 在铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构中各构件长度之间的关 系。
• 1）如果铰链四杆机构中最长杆与最短杆长度之和，小于或等于其余 两杆长度之和（杆长和条件），则该机构可能存在曲柄，但还要看选 取哪一个杆件作为机架，才能确定是否存在曲柄。如果以最短杆作为 连架杆，以最短杆的相邻杆为机架，则该机构一定是曲柄摇杆机构， 而且最短杆为曲柄，如图a所示；如果以最短杆作为机架，则相邻两 杆均为曲柄，该机构一定是双曲柄机构，如图b所示；如果以最短杆 作连杆，最短杆的对面杆作为机架，则该机构为双摇杆机构，如图c 所示。
第五章-活塞式压缩机动力计算1
12
摩擦力
摩擦力的计算比较复杂，通常按经验统计的摩擦功率
往复摩擦功率占总摩擦功率的60％～70％，旋转摩擦功率占总摩擦功率 的40％～30％，因此可得往复摩擦力和旋转摩擦力分别为
F f ( 0 .6 ~ 0 .7 ) Pi (1 / m 1 ) 6 0 2 Sn
Sn 摩擦力的方向与运动部件的运动方向相反。向轴行程的往复摩擦力始终沿气 缸中心线方向指向盖侧，并规定为正值；向盖行程中的往复摩接力是沿气缸 中心线方向指向轴侧，视其为负；令止点处的往复摩擦力为零值。旋转摩擦 力的方向是与曲轴旋转方向相反，是曲轴旋转的阻力，并视其为正值。
2 2
x r [( 1 co s )
1
(1
1 sin )]
2 2
4
通常认为压缩机的转速n是不变的
d dt
n
30
所以活塞的速度
v dx dt r (sin
2
sin 2 1 sin
2 2
)
活塞的加速度
a dv dt
2
活塞式压缩机动力计算
2009
活塞力
动力计算的主要任务： 1、确定压缩机的各种作用力（气体力、惯性力及摩擦 力）； 2、确定飞轮矩； 3、解决惯性力及惯性力矩的平衡。
2
曲柄连杆机构的运动分析
曲柄连杆机构的类型及几何关系
3
由几何关系：
即连杆在摆动平面内偏离气缸中心线
的夹角，并规定在 0 180 范围内
180 360 范围内
在 OBC 和 ABC
x AO CO l r ( l cos r cos )
第05章构件的受力分析与计算
分类
平衡：物体相对于惯性参考系（如地面）静止或作匀速 直线运动状态．处于平衡状态的力系为平衡力系。
二. 静力学公理 公理1（二力平衡公理）
作用于刚体上的二力平衡的必要和充分条件是，此二力 大小相等，方向相反，且沿同一直线。 但对于非 刚体，这 个条件是 不充分的， （软绳受 压就不平 衡。 刚体
uv uu v F1 F2
解得：FNC Fc cos F2 cos 将以上解得代入，则 F F FL FNC cos ctg 2 sin 2 2h
滑块C给工件的力与工件给滑块的力等值反向。
51
总结平面汇交力系平衡问题解析法的解题方法和步骤 如下： 1.选取研究对象。 2.画受力图。这两步骤与几何方法相同，所不同的是 需先假定未知约束反力的方向。 3.选取适当的坐标，列平衡方程。（坐标尽可能与未 知量垂直。 4.求解方程。求得的力绝对值表示力大小，正负号分 别表示与假设方向相同或相反。
52
5.3 力对点的矩和平面力偶系的合成与平衡
一. 力对点的矩
力矩作用面，O称 为矩心，O到力的 作用线的垂直距离 h称为力臂 两个要素： 1.大小：力F与力臂的乘积
22
画受力图时需要注意事项：
1.除重力等主动力外，物体之间只有彼此接触才有力存在。
2.约束反力应画在解除约束的地方，并且必须根据约束的类
型确定，而不能凭主动力推测；
3.若是二力杆，不是拉力就是压力。 4.做物体系统整体的受力图时，各物体间相互作用的力就变
成内力不必画出；
5.物体系内各物体之间的作用力和反作用力，其中一个力的
3、光滑铰链约束（径向轴承、圆柱铰链、固 定铰链支座等） （1） 径向轴承（向心轴承）
RRP平面连杆机构的动态仿真
RRP平面连杆机构的动态仿真摘要：机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移，角速度和角加速度，以及某些点的轨迹，速度和加速度。
机构的动力分析，主要是在运动学的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力，为选择和设计轴承，零件强度的计算及选择原动机提供原理。
本文以机构的组成原理为出发点，主要以RRPⅡ组连杆机构为分析对象，用复数向量推导出曲柄，RRPⅡ级杆组的矩阵数学模型，并编制了用于MATLAB/Simulink仿真的函数，这样以MATLAB/Simulink为平面连杆机构运动分析和动力分析的平台，可以搭建RRPⅡ级杆组组成的平面连杆机构的运动学和动力学的仿真模型并进行仿真，并观察参数是如何变化的。
关键词：运动学动力学 RRP 仿真 MATLAB/Simulink指导老师签名：Dynamic Simulation of RRP Planar LinkageAbstract:Analyzing the movement of institutions, mainly obtain displacement, velocity and Angle acceleration, and some points trajectory, speed and acceleration in some institutions of displacement。
Organization of the dynamic analysis of kinematics, mainly in, on the basis of the known by the work resistance, the motion pair constraint force and driving force for the selection and design of bearings, strength calculation, and select engine provide principle.This is Based on the principles of the institution as a starting point,with RRP Ⅱgroup of linkage mechanism mainly,use the plural vector derivation the Matrix mathematic model of Ⅱlevel. RRP pole ,crank.And prepare the Simulation of function of MATLAB/Simulink .So ,MATLAB/Simulink is used for platform of planar linkage mechanism.This can build RRP Ⅱ level rod group composed of planar linkage mechanism of the kinematics and dynamics simulation model and simulation.And observed how is the change of parameters.Keyword:kinematics dynamic RRP simulation MATLAB/SimulinkSignature of Supervisor:目录RRP平面连杆机构的动态仿真 ........................... 错误！未定义书签。
曲柄连杆机构动力学分析与计算
第一章绪论1.1内燃机概述汽车自19世纪诞生至今，已经有100多年的历史了。
汽车工业从无到有，以惊人的速度在发展着，汽车工业给人类的近代文明带来翻天覆地的变化，在人类的文明进程中写下了宏伟的篇章。
汽车工业是衡量一个国家是否强大的重要标准之一，而内燃机在汽车工业中始终占据核心的地位。
内燃机是将燃料中的化学能转变为机械能的一种机器。
由于内燃机的热效率高（是当今热效率最高的热力发动机）、功率范围广、适应性好、结构简单、移动方便、比质量（单位输出功率质量）轻、可以满足不同要求等特点，已经广泛的应用于工程机械、农业机械、交通运输（陆地、内河、海上和航空）和国防建设事业当中。
因此，内燃机工业的发展对整个国民经济和国防建设都有着十分重要的作用。
1.1.1世界内燃机简史内燃机的出现和发明可以追溯到1860年，来诺伊尔（J.J.E.Lenoir1822~1900年）首先发明了一种叫做大气压力式的内燃机，这种内燃机的大致工作过程是：空气和煤气在活塞的上半个行程被吸入气缸内，然后混合气体被火花点燃；后半个行程是膨胀行程，燃烧的煤气推动着活塞下行，然后膨胀做功；活塞上行时开始排气。
这种内燃机和现代主流的四冲程内燃机相比，在燃烧前没有压缩行程，但基本思想已经有了雏形。
这种内燃机的热效率低于5%，最大功率只有4.5KW，1860~1865年间，共生产了约5000台。
1867年奥拓（Nicolaus A.Otto，1832~1891年）和浪琴（Eugen Langen，1833~1895年）发明了一种更为成功的大气压力式内燃机。
这种内燃机是利用燃烧所产生的缸内压力，随着缸内压力的升高，在膨胀行程时加速一个自由活塞和齿条机构，他们的动量将使得缸内产生真空，然后大气压力推动活塞内行。
齿条则通过滚轮离合器和输出轴相啮合，然后输出功率。
这种发动机的热效率可以达到11%，共生产了近5000台。
由于煤气机必须使用气体燃料，而当时的气体燃料的来源非常困难，这从某种意义上讲就阻碍了煤气机的进一步发展。
RRR平面连杆机构的动态仿真
本科毕业设计（论文）通过答辩RRR平面连杆机构的动态仿真摘要：平面连杆机构的动态仿真分为机构的运动分析和动力分析两种。
机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，以及某些点的轨迹、速度和加速度，它是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段；机构的动力分析，主要是在运动学分析的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力（或力矩），为选择和设计轴承、零部件强度的计算及选择原动机提供理论依据。
本文用矢量和矩阵理论建立了适用于MATLAB／SIMULINK仿真的曲柄、RRRⅡ级杆组运动学和动力学数学模型，以该数学模型编制了M函数仿真模块，对给定的RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构进行了建模和仿真，通过仿真得到各转动副的反力及驱动力矩．其主要目的是以构成机构的基本杆组为仿真模块，搭建杆组MATLAB／SIMULINK 仿真模型，可以对不同类型平面连杆机构进行运动学和动力学仿真和分析。
关键词：连杆机构运动学动力学 MATLAB/SIMULINK 仿真指导老师签名：本科毕业设计（论文）通过答辩Dynamic Simulation of RRR Planar LinkageAbstract: Dynamic simulation of planar linkage is divided into two types of kinematic analysis and dynamic analysis. The Kinematic analysis, which is the basis of the mechanical design, evaluation of mechanical motion and the dynamic performance, and it is the basic of Analyze Optimal Synthesis of new machinery of existing machinery. the main access to institutions of certain components of the displacement, angular velocity and angular acceleration, and some points of track, speed and acceleration. The Dynamic Analysis, which provides a theoretical basis for Selecting and designing of bearings, parts strength calculation and selection of the original motivation, Constraints derived anti-vice campaign and the drive force (or torque) based on the analysis of kinematics and the Working resistance.In this paper, using vector and matrix theory applicable to the MATLAB / SIMULINK simulation of the crank, RRR Ⅱ class bar group mathematical model of kinematics and dynamics, and using this mathematical model draw up M Function Simulation Module, a RRR four -bar linkage and a RRR-RRR six institutions were taken as example ,the procedures of modeling and simulating. Obtain the deputy of the anti-rotation force and driving torque through the simulation. Its main purpose is to constitute the body of the bar group Simulation Module, building the MATLAB / SIMULINK simulation model for the bar group, to do the kinematic and dynamic simulation and analysis for different types of planar linkage.Keyword: Linkage Kinematics Dynamics MATLAB/SIMULINK SimulationSignature of Supervisor:目录1 绪论1.1选题的依据及意义 (3)1.2国内外研究概况及发展趋势 (3)1.3研究内容及实验方案 (6)2 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB运动学仿真2.1用MATLAB实现牛顿-辛普森求解 (7)2.2用MATLAB进行速度分析 (6)2.3曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB运动学仿真模块 (7)2.4四杆机构的MATLAB运动学仿真 (12)2.5四杆机构MATLAB运动学仿真结果 (13)3 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB动力学仿真3.1曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB动力学仿真模块 (17)3.2四杆机构的MATLAB动力学仿真 (19)3.3四杆机构MATLAB仿真模型的初值确定 (23)3.4四杆机构MATLAB动力学仿真结果 (23)4 RRR-RRR六杆机构的MTALAB运动学仿真4.1 RRR-RRR六杆机构 (26)4.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 (26)4.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB真模块 (28)4.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 (29)4.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 (29)5 RRR-RRR六杆机构的MTALAB动力学仿真5.1 RRR-RRR六杆机构 (35)5.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 (35)5.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块 (37)5.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 (38)5.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 (38)总结 (41)参考文献 (43)致谢 (45)1 绪论1.1选题的依据及意义平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。