1、 学士学位论文1平面六杆机构的运动分析摘要：本论文首先对平面四杆机构进行运动分析，再对平面六杆机构进行运动分析，进而分析了平面六杆机构的动力性能，最后运用运动仿真软件 Visual Basic6.0 对平面四杆机构和平面六杆机构进行运动模拟仿真。我们通过对平面四杆机构和平面六杆机构连杆的运动进行系统地深入分析，从而获得平面连杆机构运动性能，进而达到对平面连杆机构的动力性能分析的目的。为了使研究结果更加形象生动，我们运用 Visual Basic6.0 来模拟平面四杆机构和平面六杆机构的运动的过程，并且得出连杆的运动曲线图及其它相关结果。本文的主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言
2、 Visual Basic 编程来模拟平面四杆机构和六杆机构平面连杆机构的运动学分析的过程，包括建立运动约束方程和解方程两部分。模拟的原理是借助于连杆机构设计的解析法，利用时钟控件来循环改变直线或圆的坐标，实现动画仿真功能，同时我们可以进一步分析和检查平面连杆机构的位移、速度和加速度等运动特性的正确性。通过这些我们便可以得到平面连杆机构的力学性能，从而达到本文的目的。 关键词：连杆机构 运动分析 动力性能 Visual Basic 仿真 学士学位论文2The Dynamic Behavior Analysis of Planar LinkageAbstract: This paper anal
3、yzes the motion of planar four-bar linkage at first, then it analyzes the motion of planar six-bar linkage. After that ,it does analysis of the dynamic performance of plane six-bar linkage. Finally, it simulates the campaign of planar four-bar linkage and plane six-bar agencies, using a simulation s
4、oftware - visual basic 6.0.After systematically and analyzed plane four-bar and plane six-bar linkage in depth, we obtained the campaign performance of planar linkage mechanism. By this we achieved the purpose of analyzing the dynamic behavior of planar linkage mechanism. In order to make the study
5、results more vivid and to obtain the linkages campaign curves and other related results ,we use visual basic 6.0 to simulate the campaign process of plane four-bar and plane six-bar linkage mechanism. The main special features in each design progress lieutenant general and will apply deluxe language
6、 Microsoft Visual Basic of calculator in great quantities, to imitate planar four-bar linkage mechanism and planar six-bar linkage mechanism to get analytical process of the kinetics of the linkage mechanism, include the establishment move control formula and reach agreement formula two parts. Princ
7、iple of imitate is ask for help from linkage mechanism design of resolution method, make use of clock to control a piece to come to circulating change straight line or sit a mark roundly, carry out an animation to imitate true function。 Meanwhile, we can further analyze and examine the correctness o
8、f planar linkages displacement, velocity and acceleration and other characteristics. Through these above we can get the mechanical properties of planar linkage, and so as to achieve the purpose of this paper. Keywords: linkage motion analysis dynamic performance visual basic simulation 学士学位论文3第一章 前
9、言1.1 平面连杆机构概述连杆机构根据其构件之间的相对运动为平面运动或空间运动，可分为平面连杆机构和空间连杆机构。平面连杆机构又可根据机构中构件数目的多少分为四杆机构、五杆机构、六杆机构等;一般将五个或五个以上的构件组成的连杆机构称为多杆机构。单闭环的平面连杆机构的构件数至少为四，如图 1.1 所示。ABCD1243图 1.1 平面四杆机构平面四杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构，故又称平面低副机构。平面六杆机构，可分解为平面四杆机构和一个级杆组，如图 1.2 所示。YX 5 6aFEAO(D)CBG78 12304图 1.2 平面六杆机构学士学位论文4平面连杆机构运动形式多样，如
10、可实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而可用于实现己知运动规律和己知轨迹。此外，低副面接触的结构使平面连杆机构具有以下一些特点:运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损较小;制造，易获得较高的精度。因此平面连杆机构在机械制造的许多部门和仪器制造中得到广泛应用。然而，平面连杆机构也有其不足之处：平面连杆机构的运动综合较为繁难，一般情况下只能近似地实现给定的运动规律与运动轨迹的要求；由于连杆机构通常具有较长的运动链，加上运动副元素表面的磨损，因而将产生较大的运动累积误差；由于连杆机构的惯性力不能得到完全平衡，因而不宜用于高速传动中。1.2 平面连杆机构分析平面连杆机构分析分为两部分：
11、平面连杆机构运动分析和平面连杆机构动力性能分析。1.2 .1 平面连杆机构运动分析平面连杆机构运动分析是不考虑引起机构运动的外力的影响，而仅从几何角度出发，根据已知的原动件运动规律（通常假设为作匀速运动） ，确定其它构件上的各点的位移（轨迹） 、速度和加速度，或构件的角位移，角速度和角加速度等运动参数1。平面连杆机构运动分析的方法有图解法和解析法。图解法概念清晰、形象直观，但作图烦琐、精度较低。解析法将机构问题抽象为数学问题，将机构运动参数和结构参数之间的关系用数学解析式来描述，便于推理和对机构在整个运动循环过程中任意位置的运动和动力性能进行深入分析，分析精度也较高。随着计算机技术和数值方法的
12、发展，不仅解析法运算冗繁的困难得以解决，而且采用电算解析法体现出运算速度快，计算精度高的显著优势，因此解析法目前正在得以广泛运用 2。1.2 .2 平面连杆机构动力性能分析平面连杆机构动力性能分析有两个目的：第一，确定机构运动副中的约束反力。因为这些力的大小和性质决定各零件的强度以及机构运动副的摩擦磨损和机械效率。第二，确定机械上应加的平衡力，即为保证原动件按给定运动规律运动。这对确定机器工作时所需要的最驱动功率或所能承受的最大生产载荷都是必不可少的。平面连杆机构动力性能分析包括三个方面，即静力分析、动态静力分析和动力学响应分学士学位论文5析。静力分析和动态静力分析都是根据平面连杆机构的已知运
13、动状态确定作用在机构上的主动力和运动副约束反力。动力学响应分析则是根据作用在机构上的主动力以及机构的初始运动状态来确定机构随时间变化的规律。在设计机器时，通常要计算机器中各零件的强度，并计算机械的效率等，这些都要知道机械中各构件所受力的大小及性质。作用在机器上的力通常有动力、工作阻力、重力、惯性力等，由于这些力的作用，在运动副元素的接触处产生约束反力，对于一部机器来说，各运动副中的约束反力为内力，但对于一个构件来说，这些约束反力就是外力了。因此，机构受力分析的主要任务是：求出机构各运动副中的约束反力及原动件所受的平衡力或平衡力矩。对于低速轻型的机械，由于各机构的运动速度、加速度都不大，而且构件
14、的质量也较轻，可以不考虑惯性力的影响，应用静力学的方法进行受力分析。但是，对于高速或重型机械，不仅因其速度、加速度较大，而且各构件的质量也较大，此时就必须考虑其运动学和动力学的特点，把各构件在运动过程中所产生的惯性力或力矩，看成外力或力矩，并与其他外力一起看成静力平衡状态，采用静力学方法进行力分析，这中方法称为动态静力分析。总之，无论是分析研究现有机械的工作性能，还是优化综合新机械，平面连杆机构动力性能分析都是十分重要的。1.3 平面连杆机构的研究概况及发展趋势：平面连杆机构运动分析的方法有图解法和解析法。图解法概念清晰、形象直观，但作图烦琐、精度较低。解析法的特点是直接用机构已知参数和应求的
15、未知量建立的数学模型进行求解，从而获得精确的计算结果。随着计算机的发展，解析法的应用更加广泛 9。按照解析法所用的数学工具的不同分为：一，复数矢量法:针对不同机构建立适合该种机构的具体数模。此种方法编程简单，但通用性差。二，矩阵法:把机构视为一个质点系，对各运动副以杆长为约束建立非线性方程组，进行位置求解，而后再求解速度和加速度。该法通用性强，但程序大。三，矢量方程法:根据机构组成原理，机构由 I 级机构与基本杆组组成，当给定 I 级机构运动规律后，机构中各基本组的运动是确定的、可解的。因此机构的运动分析可以从 I 级机构开始，通过逐次求解各基本杆组来完成。这样把 I 级机构和各杆组看成各自独
16、立的单元、分别建立运动分析的数模，然后再编成通用子程序。对其各运动参数进行求解。当对具体机构进行运动分析时，可以通过调用原动件和机构中所需的基本杆组的通用子程序来解决。这样，可快速求解出各杆件及其各点的运动参数，这种方法称杆组法 12。学士学位论文6解析法将机构问题抽象为数学问题，将机构运动参数和结构参数之间的关系用数学解析式来描述，便于推理和对机构在整个运动循环过程中任意位置的运动和动力性能进行深入分析，分析精度也较高。随着计算机技术和数值方法的发展，不仅解析法运算冗繁的困难得以解决，而且采用电算解析法体现出运算速度快，计算精度高的显著优势，因此解析法目前正在得以广泛运用。1.4 本文的研究
17、内容及设计方案：本文采用解析法进行平面四杆及六杆机构的运动和动力性能分析，分析平面六杆机构的受力并用软件编程实现平面六杆机构的运动仿真。1主要内容如下：1：平面连杆机构连杆点的轨迹坐标2：六杆机构的动力性能分析3：运动学仿真软件编制2设计方案：平面连杆机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。这里采用解析法进行分析。第二章 平面四杆机构的运动分析学士学位论文7平面四杆机构可分为以下三种类型：1.曲柄摇杆机构。铰链四杆机构的两连架杆中一个能作整周转动，另一个只能作往复摆动的机构。其作用是将曲柄的整周回转转变为摇杆的往复摆动。如雷达天线。2.双曲柄机构。铰链四杆机构的两连架杆均能作整周转动的机构。其
18、作用是将等速回转转变为等速或变速回转。应用实例：如叶片泵、惯性筛等。其特例是平行四边形机构。它的特征为两连架杆等长且平行，连杆作平动。3.双摇杆机构。铰链四杆机构中的两连架杆均不能作整周转动的机构。其特征是它有两个摇杆。应用举例：铸造翻箱机构、风扇摇头机构。平面四杆机构运动分析的主要任务是在已知机构的结构和几何尺寸的条件下，建立其各运动参数之间的关系式，在起始构件（原动件）的运动规律给定时，确定从动部分任一运动变量的变化规律。机构运动分析主要工作有建立运动（位移、速度、加速度）方程式和解方程两部分。由于机构是一个有固定件的闭式运动链，因而建立方程的依据是其封闭条件，即由机构的环方程导出需要的运
19、动方程式或利用封闭条件的其他表现形式（如杆长不变等）来推导。运动分析包括位移、速度、加速度分析，其中以位移分析最为关键，涉及非线性方程的求解，一般比较困难速度分析和加速度分析只是利用位移分析得到的位移方程式对时间求导，只需解线性方程，相对而言比较简单。2.1 平面四杆机构位移分析在如图 2.1 所示直角坐标系 O-xy 内，平面四杆机构 的机架 DA、原动件ABCDO(D)ABCK(x,y)xya 1 3 2024C图 2.1 平面四杆机构运动分析AB、连杆 BC 及从动件 CD 的长度分别为 、 、 和 ，原动件、连杆及从动0a123a学士学位论文8件的角位移分别为 、 和 。123此平面四
20、杆机构的环方程为： CBOA改写为两坐标轴的投影方程式为：（2.1）2310 cosscosaa（2.2）231 iniin由以上两式，利用 消去 ，得到 与输入变量 之间的关系式： coss22 31(2.3) CBA11in式中：3sin30cosaB3103122aaC为了用代数方法解式（2.3） ，设 ，按照三角学公式可以写出：)tn(1x231sin 231cosx代入式（2.3）后可化成如下的二次代数方程式：（2.4）0)(2)( CBAxCB因而由上式 的两个解可以得出：x（2.5）)(tan2t 12113 qxyxB式中： 110cosaxB学士学位论文91sinayB322
21、1xq212qyB由式（2.5）可以看出，给出起始构件转角 的一个值，可以解出 的两个值,这应13根据机构的初始安装情况和运动的连续性来选择一个作为解答。当机构的初始位置为 时，式（2.5）中应该取“+”号；当机构的初始位置为 时，式ABCD DABC/（2.5）中应该取“-”号。因此，C 点的坐标就可以表示为：（2.6）3cosaxC（2.7）3iny所以， 就可以表示为：2（2.8）)(tan12CBxy因此，K 点的矢径为：（2.9）)(432iieak所以连杆上任一点的坐标就可以表示为：（2.10）42cos()KCxa（2.11）iny2.2 平面四杆机构速度分析（2-1）可改写为：学士学位论文10，3120ii iaeae对时间取导数可得： 31 2ii idaeaettt令 ， ，1wt2t3wt则有： -（2.12）312iiiaeae为了消去 ，将（2.9）式每项各乘 得到：2w2i-（2.13）12322i iaeaewai取（2.12）式实部得： 3211sina同理，为了消去 ，将（2.9）式每项各乘 得到：1wie-（2.14）31211iiaieaw取（2.13）式实部得： 3122sina杆 上 K 点的速度 可通过将式（2.9）对时间取导数求得：4akw
