平面连杆机构的动态静力分析.pdf
第 L 5 卷第 1 期 1 9 9 4 年3 月 郑州工学院学报 J o u r n of Zh e n g z h o u I n s t i t u t e o f Te c hn o l o g y V。Ll 5 No 1 M R I 1 9 9 4 平面连杆机构 的动态静力分析 f 一 b 熊滨生 (郑J州工学 院)T t 摘 要：本文由机构组成原理得出以基本杆姐l岳进行平面机构动态静力分析的方如并 路 出导杆机构力分析流程 图应上机运算蛄果 蓍 T H组。ll2平 衡 力 矩。平 面 熏 。：幻，动歪 静 力 方 中 图 分 类 号：彳 幻 孕 下 L：日 ，力 方 1 平面机构 的组成 由【1 中平面机构的 自由度计算公式(高副低代后)知，机构中的构件数和运动副数 必为整数，机构中不可再分的 自由度为零的运动链为机构的基本单元，或称为基本杆组，机构的结 构组合必然 为 n(活动 构件 数)1 3 5 P_ 1 d 7 (低 剐数)机构的基本杆组的组合为 n 基本杆组 中活动构件数)2 4 6 _ 3 6 9 (基本杆组 中低副数)任何机构均可看作 由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而构成 由此，对平 面连杆机构进行分 析时，除原动件和机架外，可按一定规则【1】将其分解为若干 I T 级组、级组或 I V级组(I v级以上基本杆组在生产实际中很少用到)在气动或液压机构中有 移动驱动源的杆组不属于上述零 自由度的基本杆组。生产实际中常见的基本杆组见表 1 收穑 日期：1 9 9 3-0 1 1 0 维普资讯 http:/ 5 2 郑州工学院学报 1 9 9 4矩 简 )、谫 _ _ E j 这蚋匐 艘 聊户 船 艘 P 尸 孝 。一【l3 H 1 d t 苎 这弘 脾 J I 足 斌 职 一 般 煦 钟 胛 震 卜双 p 笥 图 d蚋釉 跫 擀 敞 足 总 七 一 旯 尸 一 删 2 原动件及基本杆组 的动态静力分析 由上述可知，常用平面机构均可分解为表】中所列出的各种基本杆组。仅以牛头刨床 导杆机构为例，说明用基本卡 T 组法对半面机构进行动态静力分析的方法牛头刨床导杆机 构可分解为机架 原动件、导杆滑块基本组(RP R)连杆滑块基本组(R RP)t已知机 构原动件 的运动规律，用基本杆组法可求出该机构其它构件上任意点的运动学参数【1】由运动学分析结果，可得各构件质心加速度、各构件角加速度及各节点位置坐标 按达朗 伯原鲤，给各构件加上相应惯性力，列出各构件的动态静力平衡方程式受力分析先从远 离原动件之杆组开始，以后依次向原动件方 向进行，最后分析原动件 对上述导杆机构先 从连杆滑块杆组(图 1)进行力分析得 如下矢量方程 组 一+：m ，。+-。一+：m 一 c，+，=：，：维普资讯 http:/ 第 1期 熊滨生：基本杆组法研究平面连杆机构的组成殛动态静力分析 5 3 f 2 X U 0 式中 l，f，1 为约束反力 d为位置 矢量 _为外力矢量和 为外力矩之和 劝描述 方 向的单位失 量 m为 质量，为转动惯 量 G为重力 功质心加 速度 日 为角加 速度 人 f J一 崮1 图2 将上述矢量方程化成 x，y 坐标分量的标量方程，可解出 f j，f l y，f h，f 2 y，f 3 y 再对导杆滑块杆组进行力分析(图 2)得矢量方程组 一_、=m (刁 一 _+D-=,7 t 一-r 2+F 2+G 2=m 2 i i 一 x +x瓯+x =I =0 式 中符号意义同上。同理，将矢量方程化成标量方程后，可解出各约束反 力 f f，h、f 、f f 最 后，对原 动件 曲柄进行力分 析(图3)得矢量方 程组 一+=m 一 -r 1+d xF+T n=I O 1 维普资讯 http:/ 5 4 郑州工学院学报 1 9 9 4年 式 中，T O为平衡 力矩，其余符号 意义 同上。同理，将矢撞方程化成标量方程 后可解 出，及平 衡力矩 0 (图 3 因此，对一般平 面机构 中各 种形式的 基本杆组，均可用 上述方法列 出相 应 的矢 量方程组进行求解，此处不再一一赘述 3 动态 静力分析程序 由机构组成原理知任一平面机构都是 由若干基本 杆组及原 动件、机架 联接组 成，故按杆 组法对机 构进行动态静力分 析，给分析者带来极大方便分析时只需 像搭积木一样将各运动分析子程序、力分 析子 程 序及 解 线 性方 程 组 子 程 序 搭 接起 来编 写一个 主程序 即可求 解。对 上述导 杆机构编写动态静力分析主程序流程图如 4 实例 图 4 以上述 牛头刨床导 杆机 构为铡已知 图 5 曲柄 转 速 n 2=7 2 r mi n，导 杆重 量 G4=2 2 0 N，转 动惯 量 J s 4=1 2 k g m，刨 头 重 量 G6=6 2 0 N。工作行程切削阻力 P=8 0 0 0 N，各构件长度为 1 0 2 0 4 4 3 0 mm，10 2 l l O mm，10 B=8 1 0 mm，1 B c=2 9 1 6 mm，(图 4)。作该导杆机构工作状态下的动态静力分杯 用上述程序运算可得力分析结果见表 2 维普资讯 http:/ 第 1期 熊滨生：基本杆组法研究平面连杆机构 的组成及动态静力分析 5 5 表 2 导杆 机 构动 态静 力分 析结 果 曲柄转角 约束反力 平衡力矩 枉 7 ，I h ，I d (N)(NM)1 9 4 8 -1 5 4 79 _ 40 9 6 6 7 9 6 1 8 8 7 -7 3 6 1 3 4 1 6 5 4 1 0 1 68(无 P】9 7 2 2 3 6 7 5 4 9 1 7 6 3 4 3 4 5 8 1 醯【有 P)1 4 4 2 3 6 3 9 8 2 8 4 9 5 1 8 6 6 5 6 7 9 6 1 6 4 8 1 3 7 5 2 -3 2 1 0 6 5 3 2 6 5 31 9 2 3 -8 4 6 6 5 21 4 2 8 3 42 7 4 0 5 1 3 4 8 -1 2 8 1 4 2 -1 9 5 5 8 451 3 8 1 62 5 6 _ 8 2 5 5 8 -1 1 9 5 01 1 1 51 5 1 0 8 -1 2 1 9 4 2 63 9 8 41 0 4 8 9 7 1 -8 0 7 5 3 _4 2 7 2 7 7 3 1 3 1 4 7 9 0 l】9 9l-6 39 9 7 2 8 0 0 3 2 5 0 1 1 3l 9 1 7 4 8 -1 1 85 6 7 6 3 6 9 39 5 6 1 1 1 71 3 -7 9。t 5 -3 3 44 2 8 5 6 1 1 2 7 7 1 4 4 8 一l】84 8 9 1 8 21 5 41 4 2 2 2 1 4l-1 -7 7 51 6 -1 0 8 2 5l 1 8 1 0 6 0 9 1 4 8 -1 2 2 5 5 8 2 B 4 4 7 4 80l-6 一嚣 8 3 7 -7 5 3 6 9 1 9 3 9 81 3 9 6 4 7 4 l 3有 P 1 2 6 3 2 1 5 6 7 0 6 7 5 2 4 1 8 2 9 7 6 1 4 8 1 3无 P 9 5 6 4 3 6 7 8 4 7 9 6 0 6 6 4 6 j 一1 5 2 1 6 2 4 7 -4 2 9 9 7 3 3 8 1 3 9 7 7 5 8 1 -3 5 1 5 8 4 9 l-1 5 4 5 2 2 41 9 8 5 3 3 1 1 2 6 3 5 2 7 0 4 9 80 8 1 8 5 6 0l-5 1 4 7 j-7 5 2 1 5 9 6 9 -1 3 8 8 92 2 7 -1 6 8 5 7 3 2 0 5 6 4 0 5 1 6 5 9 9 0 4 0 3 1 6l-8 1 5 9 6 2 0 7 4 4 -1 0 5 2 -1 6 2 4 3 -1 4 4 5 9 4 1 5 5 2 9 -5 7 9 6 2 0 5 5 9 9 5 1 6 8 3 -1 3 5 2 -2 4 2 7 7 -5 3 7 4 1 2 5 7 3 31 2 -9 9 5 1 1 9 4 6 39 A 1 4 6 3 -1 6 5 2 -1 5 4 7 9 _ 40 9 6 6 7 96 1 8 8 7 -7 3 6 1 3 4 1 6 5 4 1 O O =1 6 8。、9 0。、1 3。、-9 0。时-表 2中给出为约束反力两分力之失量和-即 l 5 结论 由上述分析及实例计算，可得如下结论：对任一生产实际中应用的平面机构，均可分为原动件、机架及若干基本杆组，而用 基本杆组法对其进行动态静力分析，可给有关设计人员提供数据分析时只需编写主程序 而毋须重新编写子程序，这样极大地减少了设计工作量 由上述导 杆机构分 析实例，当刨头加 上切 削阻力瞬 时，平 衡力矩 发 生突变 由 4 5 8 Nm增大 到 6 7 9 6 Nm；当刨头去掉切剖阻力 瞬时，平衡力矩发生突变由 6 1 4 8 Nn l 减 本程序计算结果可为选择电机功率及飞轮设计提供可靠数据。维普资讯 http:/ 5 6 郑州工学琬学报 1 9 9 4拄 参 考 文 献 l 孙恒傅则绍主编机械原理高等教育 出版杜1 9 8 9年第四版 2 周 明溥曹志奎金盂浩编机械原理课程设计上海科学技术文献 出版社1 9 8 7年第一版 3 H H M a Ne,F Oc v i r kM e e h a n l s r m an d Dy n a mi c s of ma c hi n e r y Bl a c kb u r g,Vi r g i n i a，1 9 7 8 4 C H S e k C W Ra d c l i ff e Ki n e ma t i c s a n d me c h a n is ms d e s i g n,J Wi l e ys a n s，1 9 7 8 DY NA MI C E QUI L I B RI UM F ORC E A NA L Y S I S OF P LA N E L KAGE M ECH AN M S Xi on g Bi n s h e n g (Z h e n g z h o u l n s i fi t u t e o f Te c h m)l o g y)Ab s t r a c t F o r m t h e p e r f o r mi n g p r i n c i ple o f me c h a n i s ms,t h e me t h o d i s a bt a i n e d f o r t h e d y n a mi c e q u i-l i b r i u m f or c e a r y l y s i s o f t he p l an e l i n ka ge me c ha n is m 0n t he ba s i s o f b as ic l i n k a g e g r o u p s an d t h e flow d i ag r a m is g i v e n As t h e r e s u al t t h e c a l c u i-a t i on i s fin i s h e d wi t h t h e mpu t e r Kc y wor ds：b a s i c l i n ka g e g r ou p，ba l a nc e mo me n t ，i ，维普资讯 http:/
