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1、,第四章 平面连杆机构的动力分析 与平衡,概述,通常需要确定运动副中的约束力、加在输入或输出构件上的平衡力矩或平衡力，以及机构施于机架上的振摆力和振摆力矩。,机构的动力分析，是在运动分析的基础上，进而研究机构的运动与作用力之间的关系。,在做机构的动力分析时，一般是将惯性力作为虚拟外力加在有加速度的构件上，进行所谓动态静力分析。其具体方法有图解法和解析法两种，前者需以杆组为单元进行，而后者则是对每个构件列出力平衡方程式并通过各构件间的联立线性方程组求解。,概述,连杆机构的平衡问题，是动力分析与动力综合的重要问题。由于连杆在工作过程中存在着非匀速运动构件，尤其是平面运动构件，它们产生的惯性力最终都
2、将通过有关运动副传到机架上，形成振摆力和振摆力矩。,所谓振摆力是指机构由于惯性力作用而传给机架的总合力。而振摆力矩则是指机构由于惯性力作用而传给机架的合力矩。它们直接反映了机构惯性在机架上的作用，是造成机架摇摆和振动的主要原因。,4.1 平面连杆机构动态静力分析的解析法,分别以曲柄摇杆机构和曲柄摇块机构为例，介绍连杆机构动态静力分析的解析法。 4.1.1 曲柄摇杆机构,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法
3、,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法,4.1.1 曲柄摇杆机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,4.1.2 曲柄摇块机构动态静力分析的解析法,摆振力：,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,机构通过固定铰链作用在机架上的振摆力，仅与各构件产生的惯性力有关，亦即仅与机构自身的尺寸及
4、质量分布特点有关。机构振摆力的大小为各活动构件惯性力的总和，可用公式表示为,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,对于作周期性运动的机构来讲，要完全消除其惯性力影响使振摆力完全平衡的条件可表示为,式中，c为一常矢量。上式表明，机构振摆力完全平衡的条件是整个机构总质心静止不动。为此，通常可以在一些机构上加配重或在机构上附加杆组来实现。它们的实质都是改变机构的质量及其分布，使总质心保持静止不动。,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,结合具体机构的振摆力平衡来讨论“加配重平衡振摆力”的方法。,当机构的每一活动构件至机架都存在着一条由转动副组成的运动链时，可用加配重即调整机构质量再分布的方法实现振摆
5、力的完全平衡。,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,现设该机构活动构件的总质量为M，活动构件的总质心为S，总质心在xAy坐标系中的位置矢量为rs，各活动构件在xAy坐标系中的位置矢量为rsi，则,而各活动构件的质心矢量为,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,整理后得,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,这说明欲使四杆机构达到总质心静止不动的目的，在三个活动构件中，一个活动构件的质量和质心位置可以是任意的（或者说维持预先已定质量和质心位置不变），而其余两个活动构件的质量和质心位置则需经过调整 确定。,4.2 平面连杆机构振摆力的完全平衡,当连杆2的质量和质心位置按既定值不变时，分别求出曲柄1 和摇杆3应具有的质径积m1r1、m3r3及其方位角1、 3。这在机构尺寸和结构一定的情况下，只有将曲柄1和摇杆3分别加上合适的配重才能实现。 对于一般平面四杆机构而言，通常都以两连架杆作为平衡即加配重的对象。,构件1、3未加配重前的质径积为：,构件1、3加配重后的质径积和方位角为：,
