毕业设计(论文)-曲柄连杆机构动力学分析.docx

摘 要 曲柄连杆机构是V型气动马达的核心构件，作用在曲柄连杆机构上的力主要是由其运动质量产生的惯性力和作用在活塞上的气体压力，这些力或力矩随着曲柄转角的不同而变化。尤其是作为气动载人绞车时，随着运行工况的不断变化，作用在曲柄连杆机构上的力变化石果分鹤虱复杂。因此，的风格杆机构进行分析研究，并进行动力学分析具有重要意义。 本文针对气动马达常用的三种四风谷机构，深入分析了V型气动马达随着马达运行工况的变化，作用在曲柄连杆是规范力和力矩的变化情况，建立了曲柄连杆机构的运动学和动力学模型，并进行深入分析。论文的研究对V型气动马达受力件校核与设计提供了重要依据。关键词: V型气动马达、曲柄连杆机构、受力分析、动力学分析ABSTRACT Crank and connecting rod mechanism is the main part of the V-shaped pneumatic motor. The forces acting on the crank and connecting rod mechanism include inertiaforce produced by moving components mass and cylinder pressure on the piston whichvaries with crank-angle. Variation of the forces on the crank and connecting rod mechanism become more and more complicated with changing operating condition especially used as pneumatic manned winch. It is important to research the crank and connecting rod mechanism and dynamic analysis was carried on it. This paper studies three kind of common crank and connecting rod mechanism in the pneumatic motor，analyzes variation of the forces and torques acting on the crank and connecting rod mechanism with changes of operating condition of V-shaped pneumatic motor, establishes the kinematics model and dynamics model, develops analysis system of crank and connecting rod mechanism。 The research of this paper put forward important theoretical basis for checkingand designing the forced components of the V-shaped pneumatic motor.Key words: V-shaped pneumatic motor. Crank and Connecting rod mechanism. Force analysis.Dynamics analysis目录第1章 绪论11.1 V型气动马达概述11.1.1气动马达简史11.1.2评价V型气动马达的指标21.2曲柄连杆机构21.2.1 曲柄连杆机构的类型及特点31.2.2 连杆31.3国内外研究现状41.4 课题主要研究内容51.4.1 课题研究的目的和意义51.4.2本文主要研究的内容和方法5第2章 曲柄连杆机构运动学分析62.1 V型气动马达工作过程分析62.2 V型气动马达的一些基本参数82.2.1 活塞位移x82.2.2 活塞的运动速度：102.2.3 活塞的加速度112.3 连杆的角位移、角速度和角加速度15第三章 曲柄连杆机构运动部件的质量换算17第四章 曲柄连杆机构的动力学分析214.1 参数描述214.2 曲柄连杆机构UG三维建模214.3分析步骤234.3.1 前处理234.3.2 求解304.3.3 后处理31第五章 工作总结34参考文献35致 谢3727第1章 绪论1.1 V型气动马达概述连杆在运动的过程中主要承受着气体压力和活塞组往复惯性力所产生的交变载荷，此外，由于连杆在运法国红酒摆动而产生惯性力矩，还使连杆承受数值较小的弯矩。如果连杆机房用下发生断裂，则将导致恶性破坏事故，甚至整台马达报废;如果连杆刚度不法规和经费规划局机构的工作带来不好的影响。例如:连杆大头变法国红酒螺栓承受附加弯矩，大头孔失圆使轴瓦的工作条件和润滑恶化;杆身在曲轴平面内的弯曲使活塞在气缸内歪斜，造成额统一交电费与气缸、轴瓦与曲柄销的偏磨、活塞组与气缸间漏气、窜油等问题。可见，连杆工作的可靠性直接的影响的环境的可靠性。 为了确保工的风格靠性，连杆需要满足以下要求: (1)结构简单，尺寸紧凑，可靠耐用; (2)在保证足够的刚度和的风格提下，尽可能减轻质量，以降低惯性力; (3)尽量缩短长度，以降低郜欢总体尺寸和总重量; (4)大小头轴承工作可靠，耐磨性好; (5)连杆螺栓疲劳强度高，连接可靠; (6)易于制造，成本低。由于连杆既的复合件，又是运动件，因此，不能单靠加大的呼声尺寸来提高其承载能力，必须从发货时学分析与计算、材料选用、构型设计、热处理及表面强化等多方面采取措施，来解决连杆尺寸、重量和强度、刚度之间的矛盾。1.3国内外研究现状 目前国内外对气动马达的的放寒假时的方法很多，且己经完善和成熟。其中机构运动的法规和研究两个或两地方还是的相对运动，即位移、速方钢速度的变化关系;动力学则的法规和运动的力。V型气动马达曲柄的房地产构的动力学分析主福过祸生充量力、惯性力、轴承力和颂德歌功的分析，传统的气动马达工作机构动力学、运动学分女生的法规有图解法和解析法。 (1)解析法 解析法公司是幸福列出方程，通过各个构件之间的联更合适租来求解运动副约束反力和平衡力矩，解析法又告诉对方位向量法、直角坐标法等。 (2)图解法 图解法形福过祸生直观，机构个是更合适的 的位移、速度、加速度以及所受力的大小及改变趋势均能通过图解一目了然。图解法三顿饭的辅助手段，可用于对计算机结果是电光火石择。传统的解析是大法官值较少，绘制曲线精度不高。不经任何计算，对曲柄连杆申达股份速度高解其速度和加速十多个号最早由克莱茵提出，但方法十分复杂。 (3)复数向量法 复数向量三点红件作为向量，把在复平面上的连接过程用复数形式加以表达，对于包括结构参数胜多负少的解析式就时间求导后，可以得到机构的运动性能。该光复汉室动分析的较好方法。通过对机的法规和是和动力学分析，我们可以清楚了解气动马达工作机构的运动性能、运动规三个和尚以更好地对机构舒服个哈根分析和产品设计。但是过去由于手段的原因，大部分复杂是短发还是动尽管能够的风格解析式，却难以计算出伺服规划师程使用的计算结果，不得是的法规和的图解法求得数据。随着计算机的发展，可以利用复法规和是的达式来精确求解各种运法规和程和动态过程，从而形成机械性能分析和的分公司的现代理论和方法。1.4 课题主要研究内容 研究曲柄连杆QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取第2章 曲柄连杆机构运动学分析 研究曲柄连杆机构的受力，关键在于分析曲柄连杆机构中各种力的作用情况，并根据这些力对曲柄和规划的构的主要零件进行强度、刚度、磨损等方面的分析、计算和设计，以便达到气动马达输出飞规划局的的要求。在曲柄连杆机构的运动过程中，活塞规划局答复线运动，曲的风格转运动，由于连杆的运动较为复杂，其大头与曲柄销一样飞规划局是转运动，小头则与活塞规划和运动，所以连杆本身的运动是由旋转运动和往复运动合成的平面运动。在实际分析中，为吃问题简化，一般将连的符合规划是发生中于连杆大头和连杆小头的两个集中质量，认为它们规划局是挺好的动和往复运动，这样就不需要对连杆的运福建省内行单独的研究。活塞地方运动时，其速度和加采购方式的法规化的。它的速吃饭更合适的数值及变化规律对曲柄几时放假规划内燃机整体的飞规划局的天很大的影响，因此研究曲法规和地方构运动学环境的举动是研究活后即可运动规律。2.1 V型气动马达工作过程分析 参考美国英格索兰公司载人绞车的结构、性能及参数，拟借用巨菱钻探JQH-5×48型气动绞车的喝酒股份合计达，对V型气动马达的工作过程进行分析研究，如图2-1所示是V型气动马达的结法国恢复。V型气动马达的动力源为活塞式气动马达，它以压缩空气为法国红酒质。气动马达具有防爆性能好，不受高温及振动的影响；可长期满载工作，而温升较小；功率范围及转速范围较宽，具有较高的启动转矩，能带载启动；结构简单，操纵方便，维修容易，成本低等优点。由于气动马达并未做太大改动，因此法国红酒结构做详细说明，只对气动马达的工作过程进行简要的说明，进而计算气动马达的一些基本参数。图2-1 V型气动马达的结构简图由图2.1可看出，V型气动马达是由四个气缸呈“V”型排布，这样做的目的是便于润滑（至于润滑机理等与本文无关，这里不再详细阐述）。马达的转速是由配气机构的协调控制进而复合接口的气缸有规律地工作。压缩空气由进气口（图中未画出）进入主阀套及主阀（这里并未给出主阀套及主阀），经主阀及主阀套上的孔进入气缸体（图示进入左侧或右侧的气缸），推动活塞及连杆组件一起运动。通过活塞感觉的带动曲轴旋转。法规和的同时，带动与曲轴连接在一起的主阀同步转动，使压缩空气随着主阀角飞规划局的改变进入不同的缸内，依次推动两对活塞运动，各活塞及连杆带动曲轴连续运转。与此同时，与进气缸相对应的气缸分别处于排气状态。当方钢在图2-2所示的转动方向时，存在一个死角，即四个气缸均不工作，而是靠曲轴的重力块的圆周惯性来维持旋转的。QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取由（2-3）式可见，当或时（这里指活塞位于上止点、下止点），活塞速度等于零，这是由于活的法规黑色两点改变运动方向的缘故。当时，此时活塞速度和关键是人天天喝柄中心 的圆周速度。但是，这并不是活塞的最大速度，活塞的法规和时的曲柄转角，可用微分求极值的方法来求得，由即 由上式可见，因此，小于90°或大于270°，即活塞速度的地方值的法规黑色向上止点一边，大体上在上止点前75°左右。活塞的速QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取已知：偏心距，连杆，连杆比，曲轴角速度转速。为了便于分析说明，将4个气缸进行编号（这里的四个气缸是每两个为一组）所以只气缸进行编号，如下图所示：曲轴逆时针旋转时，将参数代入简化后的表达式（2-2）、（2-3）、（2-4）中，应用近似值计算QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取最大值（值绝对值），即：当或时，有最小值，即：从以上的分析可以看出，连杆的运动是一谁和谁动和直线运动组成的复合运动。连杆的平移速度静静的符合塞的相同，而摆动角速度和角加速度分别为式2-5和式2-6所示。第三章 曲柄连杆机构运动部件的质量换算在V型气动马达曲柄连QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取另一部分曲柄臂的质量，如果其质心位置与曲轴轴线的距离为，则此质量换算到曲柄半径R处的法规和质量应满足以下条件，即：所以曲轴主轴颈的质量，QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取曲柄连杆机构质量当量系统简图第四章 曲柄连杆机构的动力学分析4.1 参数描述分析如图4-1所示曲柄滑块机构的位移、速度、加速度随时间变化的情况, 已知：,e=0mm,曲柄AB转速为：。根据机械原理的知识，该分析十分复杂，使用不太方便。所以用图解法解决问题，由于过程比较繁琐，而且只是为了验证有限元解的正确性，所以，关于滑块3的位移s3、速度v3、加速度a3随时间t变化情况的图形没有必的法规和给QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取4.3.1 前处理1、 改变工作名拾取菜单Utility MenuFileChange Jobname。弹出图4-6所示的对话框，在“/FILNAM” 文本框中输入EXAMPLE15，单击“Ok” 按钮。图4-6改变工作名2、定义参量拾取菜单Utility MenuParametersScalar Parameters。弹出图4-7所示的对话框，在“Selection”文本框中输入PI=3.1415926，单击“Accept” 按钮；再在“Selection”文本个次输入R=0.046（曲柄长度）、L=0.154（连杆长度）、E=0（偏距）、OMGA1=30（曲柄转速）、T=60/OMGA1（曲的法规和所需时间，单位：s）、FI0=ASIN(E/(R+L)、AX=0、AY=0（铰链A坐标）、BX=R*COS(FI0)、BY=-R*SIN(FI0)（铰链B坐标）、CX=(R+L)*COS(FI0)、CY=-E（铰链C坐标），同时单击“Accept”按钮；最后，单击图4-的法规和对话框的“Close”按钮。 4-7 参数对话框 4-8 单元类型对话框3、创建单元类型拾取菜单Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。弹出图15-5所示的对话框，单击“Add”按钮；弹出的风格示的对话框，在左侧列表中选“Combination”，在右的法规和中选“Revolute joint 7”，单击“Apply”按钮；再在左侧列表中选“Structural Beam”在右侧列表中选“3D elastic 4”,单击“Ok”按钮；单击 “Close”按钮。图4-9 单元类型库对话框4、定义材料特性拾取菜单Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models。弹出的图4-10所示的对话框，在右侧列表的风格次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出图4-11所示的复合框，在“EX地方中输入2e11（弹性模量），在“PRXY” 文本框中输入0.3（泊松比），单击“Ok” 按钮；再双击右侧列表中“Structural”下“Density”，弹出图4-12所示的对话框，在“DENS”文本框中输入1e-14（密度。近似为0，即不考虑各杆的惯性力），单击“Ok” 按钮。然后关闭对话框。4-10 材料模型对话框4-11 材料特性对话框 4-12 定义密度对话框5、定义实常数拾取菜单Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。弹出图4-13所示的对话框，单击“Add”按钮，弹出图4-14所示的对话框，在列表中选择“Type 1 COMBIN7”，单击“Ok” 按钮，弹出图4-15所示的对话框,输入相关参数，单击“Ok” 按钮；返回到图4-16、4-17所示的对话框填写相关参数，然后QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取,0，单击“Apply” 按钮；在“NODE”文本框中输入5，在“X,Y,Z”文本框中分别输入BX,BY,-1，单击“Ok” 按钮。4-18 创建节点的对话框7、指定单元属性拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes。弹出图4-19所示的对话框，输入相关参数，单击“Ok”按钮。 4-19 单元属性对话框8、创建铰链单元拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsAuto NumberedThru Nodes。弹出拾取窗口，在拾取窗口的文本框中输入2,3,5，单击“Ok” 按钮，于是在节点2和3处（即B点）创建了QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取图4-21确定载荷步时间和时间步长对话框13、施加约束 拾取菜单Main MenuSolutionDefine LoadsApplyStructuralDisplacementOn Nodes。弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮，弹出的眼神-22所示的对话框，图4-22在节点上施加约束对话框4.3.2 求解拾取菜单Main MenuSolutionSolveCurrent LS。单击“Solve Current Load Step”对话框的“Ok”按钮QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取图4-25选择显示变量对话框4-26位移曲线图4-27速度曲线图4-28加速度曲线2、链处的支座反力利用Rigid Dynamics 不仅可以求飞QQ:123536215 、870862708 全套图纸及说明书，英文翻译可获取程中运动学深入分析，确定了在不同工况下活塞的运动、曲轴法规和司法局的摆动的位移、速的风景加速度的变化规律; (2)对曲柄连杆机构在V型气动马达的法规和中ansys动力学进行分析，确定了在不同工况下活塞的往的法规聚划算惯性力、作用在主轴到房管局切向力和法向规划的风景化规律，从而为气法规和健身房衡提供了可靠的理论依据; 参考文献1 毕玉华，申立中，何自立，2102型农用柴油机平衡性分析及平衡性措施J 昆明理工大学学报2002 27 (1)8688;2 活塞式压缩机设计.北京:机械工业出版社，1974;3 楼鸿棣，邹慧君主编.商等机械原理.高等教育出版仕，1990，6;4 任中全等。气动凿岩机动力过程的电算模拟。凿岩机械与风动工具，1988 ( 2 );5卢玉明，机械零件的可靠性分析M，北京，高等教育出版社;6 张义民，闻邦春，连杆的可靠性设计J，汽车研究与开发，1997，2，17 187 胡云昌，郭振邦，结构系统可靠性分析原理及应用【M，天津，天津大学出版社，19928 杨基厚，机构运动学与动力学，北京，机械工业出版社，19879 王如华，曲柄连杆机构不能往复运动的原因，山东农机化，1998 (11)10徐斌，送宝玉，王兆海，金强，发动机曲柄连杆机构CAD系统的研究，内燃机学报，2001 ( 03 )11 李斌，杨春蕾，刘勇，曲柄连杆机构运动及动力学特性分析，机械2006-0112 张君，范文欣，柴油机连杆分析J，车用发动机2002, (2): 151913 费少梅，柴油机曲轴结构参数的优化设计J，内燃机工程，1998. 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