機械原理課程設計說明書

機械原理課程設計說明書設計題目：平面六桿機構學院：機械工程學院姓名：林立班級：機英101同組人員：劉建業(yè)張浩指導老師：王淑芬題目二：平面六桿機構題目三：平面六桿機構原始數(shù)據(jù)：方案nirpmambmLir.tm5ml4mm2kgm4kgm$kgLbS2mLcS4mJ$2kgm2JS4kgm2PrKNI900.350.30.080.40.20.5524400.20.30.010.252000II800.360.320.10I'0.430.220.52625450：220.310.020.282100ni600380.340.12/厶??■0.440.240.556.526500.240.320.030.32200一.機構簡介此平面六桿機構主要由一個四桿機構，和一個曲柄滑塊機構構成，其中四桿機構是由1桿，2桿，3桿和機架構成的曲柄搖桿機構，1桿為主動件，轉速為90rpm，勻速轉動。其中滑塊機構由3桿，4桿，滑塊5和機架構成，以四桿機構的搖桿為主動件設計要求：各項原始數(shù)據(jù)如圖所示，要求對機構的指定位置進行運動分析和動態(tài)靜力分析，計算出從動件的位移，速度（角速度），加速度（角加速度）和主動件的平衡力偶M，進行機構運動分析，建立數(shù)學模型。之后進行動態(tài)靜力分析,建立數(shù)學模型，必須注意，工作行程和返回行程阻力的大小,方向，主動件處于何位置時有力突變，需要計算兩次。二.機構運動分析： 111可列（1-1）首先分析錦，2■桿$桿和機架組成詁四可列（1-1）復數(shù)矢量方程ef0=cos0+isin0應用歐拉公式將實部和虛部分應用歐拉公式離得/cos0/cos0=b+/cos01 1+ 2 2 3 3/sin0/sin0=a+/sin01 1+ 2 2 3 3把以上兩式消元整理得Asin03+BcOs03+C=0其中A=2llsin0一21aTOC\o"1-5"\h\z3 1 3B=2llcos0一2lb3 1 3C=l2一12一l2一a2一b2+2l(bcos0+asin0)1 3 1、 1 r解之可得tan(03/2)=[A土(A2+B2-C2)i/2]/(B-C)速度分析將式(1-1)對時間t求導，可得lwcos0+1wcos0=lwcos01 1 1 2 2 2 3 3 3lwsin0+1wsin0=lwsin01 1 1 2 2 2 33 3聯(lián)解以上兩式可求得兩個未知角速度，3桿和2桿的角速度w3和w2w=wlsin(0-0)/[lsin(0-0)]w=-wlsin(0-0)/[lsin(0-0)]TOC\o"1-5"\h\z11 '1y2 '2 3/加速度分析將式(1-1)對時間t兩次求導。可得lw2co0+1asii0+1w2co0=lasii0+1w2co01 1 1 2 2 2 22 2 33 3 33 3-1w2sin)1aco0-1w2sii0=1aco0-1w2sin)1 1 1+2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3

加速度a3和^2加速度a3和^2w21coS0-0a=i2i?3 21cosG(-0)33 '3 2/2丿)+w21-wfsin2|-0)TOC\o"1-5"\h\z3 2小—w21coS0—0)—w21coS0—0)+w21a=1211732222y3232 1sinq-0)\o"CurrentDocument"2 3分析由3桿，4桿，滑塊5和機架構成的對心曲柄滑塊機構可列復數(shù)矢量方程，其中17為滑塊的位移13ei03+14ei04=17 (2-2)將實部和虛部分離得1sin0+1sin0=03 3 4 41cos0+1cos0=13 3 4 4 7(1)速度分析將式（2-2）對時間t求導，可得滑塊的速度VV=—1w3 3 3 4 4 4四桿的角速度ww4w4=—1wcos0—Fcos03（2）加速度分析將式（2-2）對時間t兩次求導，可得滑塊的加速度Cc=-alsin0一lw2cos。-alsin0TOC\o"1-5"\h\z33 333 3 44 4-1wcos04 4四桿的角加速度。-1wsin0+1wsin0-a1cos04lc3Os03z34三?動態(tài)靜力分析首先分析滑塊5,其受重力G,支持力，支座反力F45,阻力Pr=2000KN，慣性力FI5—m5a5 由滑塊的力平衡方程可得到F45廣m5a5+pr。分析桿4,使用靜待換則m4c=24X0.2/0.5=9.6Kg，C點有支座反力F24和F34,慣性力F[4t= 42a4，F(xiàn)i4n—m4cw4214，E處有支座反力F54，對E點取矩可列平衡方程TOC\o"1-5"\h\z(F+F)1sin0-(F +F)1cos0-m1 =024x 34x4 4'24y 34j4 4 4c4 4力平衡方程F+F一mw21cos0一m1asin0=F24x 34x 4c44 4 4c44 4 45x由此可得F=F+F=F+mw21cos0+m1asin02434x 24x 34x 45x 4c44 4 4c44 4F=F+F2434y 24F=F+F2434y 24y 34yTOC\o"1-5"\h\z4c424'24x 34x4 4-1COS0 4 43.分析桿3,C點處有支座反力F43和F23，因桿3質量忽略，故無慣性力，對D點取矩可列平衡方程(F -F)1sin0+(F-F)1cos0=0'23x 34x3 3 '23y 34/3 34.分析桿2,C處有支座反力F32和F42，慣性力F=m1?F=mw2112Ct 2c22 12CN 2c22對B點取矩?？闪衅胶夥匠?-F-F)1sin0+(-F -F)1cos0-m12a=0TOC\o"1-5"\h\z23x 24x2 2 ' 23y 24j2 2 2c2 2根據(jù)以上所列方程可解得-m1a1sin0-F 11sin0sin0-F 11co￡sin0F= 2c2223 3 2434x23 2 3 2軸23 3 22324y 11cos0sin0-11cosjsin023 2 3 23 3 2Flsin0一F lcos0+F lcos0F2324x2434x3 3 23廣§；3]0 F2324x3 3繼續(xù)分析桿2,B處有支座反力F12，慣性力F[2BN=m2BW1211，可列力的平衡方程F12x"2324x+m2! 2 2"2U12^^2-加2b^11COS01F12y=F2324y+m2!92 02-m2U12 02-m2片11 01分析桿1,由于桿1質量忽略，故無慣性力，在B處有支座反力f12，和加在桿上的力偶矩M,對A點取矩，可列力的平衡方程得M=一Flsin0+Flcos。12x1 1 12y1 1四?用matlab進行計算并得出滑塊的位移、速度、加速度以及作用在主動件的平衡力偶的圖像1.滑塊位移圖像滑塊速度圖像涓塊速度圖像5-10 .2 4 6 8 10朋柄轉動的角度(rad)V2O5-10 .2 4 6 8 10朋柄轉動的角度(rad)V2O5LI-窯至y鏗敕E孫班-1.514滑塊加速度曲線滑塊加速度圖像104 6 8 10曲柄轉動的角度(rad)O-5O4 6 8 10曲柄轉動的角度(rad)O-5O1—-4.平衡力偶圖像曲柄轉動的角度（陶腫五?機構運動簡圖1.起始位置2.任意位置六?設計結果分析與設計心得1.結果分析：經過使用復數(shù)矢量法建立數(shù)學模型，并通過Matlab的計算與繪圖可知，滑塊的位移圖像為余弦函數(shù),當曲柄的轉動角度為（0.377+2K兀）rad時，有最大值0.6638m，當曲柄的角度為［0.377+（2K+1）兀］rad時，有最小位移為0.4502m?；瑝K的速度圖像為余弦函數(shù)，滑塊的最大速度為0.8868m/s，最小速度為0m/s.滑塊的加速度圖像近似于余弦函數(shù)，最大加速度為7.7421m/s*s,最小加速度為-20.2257m/s*s.加在曲柄上的平衡力矩圖像也同樣為余弦函數(shù)，最大力矩為227.6055KN*m.最小力矩為-342.7158.2.設計心得:這次第一次做課程設計，我們小組遇到了挺大的挑戰(zhàn)。我們從一開始自學matlab到重新學課本上并沒有掌握很好的知識。我們花了很多精力和時間。許多看似簡單的問題，但當我們真正下手去解決時發(fā)現(xiàn)，我們之前想的太簡單了。我們不得不從最基本的重新來做。我們在這次設計中學會了腳踏實地，也學會了互相合作。這些對我們日后的生活，學習，工作都有很多的益處。我們也學會了不輕視任何一個簡單的問題。七.matlab設計源程序clc;clearw1=3*pi;a=0.36;b=0.32;11=0.10;12=0.43;13=0.22;14=0.52;m2=6;m4=25;m5=45;m4c=9.6;m2c=2.8;m2b=2.8;Js2=0.02;Js4=0.28;pr=2100;t=0.3770:2*pi/50:4*pi+0.3770;fori=1:1ength(t);x1=t(i);A=-2*l1*l3*sin(x1)+2*l3*a;B=—2*l1*l3*cos(x1)+2*l3*b;C=—l2入2+11入2+13入2+a入2+b入2—2*l1*(b*cos(x1)+a*sin(x1));y=(A-sqrt(A^2+B^2-C^2))/(B-C);x3=2*atan(y);x2=asin((13*sin(x3)-11*sin(x1)/12));x4=asin((13*sin(x3))/14);w2=(-w1*11*sin(x1-x3))/(12*sin(x2-x3));w3=(w1*11*sin(x1-x2))/(13*sin(x3-x2));w4=-(13*w3*cos(x3))/(14*cos(x4));c2=-(w1入2*11*cos(x1-x3)-w2入2*12*cos(x2-x3)+w3入2*13)/(13*sin(x2-x3c3=(w1入2*11*cos(x1-x2)+w2入2*12-w3入2*13*cos(x3-x2))/(13*sin(x3-x2))；c4=(14*w4入2*sin(x4)+13*w3入2*sin(x3)—c3*13*cos(x3))/(14*cos(x4));v=-13*w3*sin(x3)-14*w4*sin(x4);s=13*cos(x3)+14*(sqrt(1-(13/14*sin(x3))入2));c=-c3*13*sin(x3)-13*w3^2*cos(x3)-c4*14*sin(x4)-14*w4入2*cos(x4);F45x=m5*c+pr*1000;F2434x=F45x+m4c*w4入2*14*cos(x4)+m4c*14*c4*sin(x4);F2434y=(m4c*14入2*c4—F2434x*14*sin(x4))/(—14*cos(x4));F2324y=(—m2c*12入2*c2*13*sin(x3)—F2434x*12*13*sin(x2)*sin(x3)—F2434y*12*13*cos(x3)*sin(x2))/(12*13*cos(x2)*sin(x3)-12*13*cos(x3)*sin(x2));F2324x=(F2434x*13*sin(x3)-F2324y*13*cos(x3)+F2434y*13*cos(x3))/(13*sin(x3));F21x=-F2324x-m2c*12*c2*sin(x2)+m2c*w2入2*12*cos(x2)-m2b*w1入2*11;F21y=-F2324y-m2c*12*c2*cos(x2)+m2c*w2入2*12*sin(x2)+m2b*w1入2*11*sin(x1);M=(F21x*11*sin(x1)—F21y*11*cos(x1))/1000;p(i)=s;q(i)=v;o(i)=c;u(i)=M;end%plot(t,p)%xlabel('曲柄轉動的角度(rad)')%ylabel(滑塊的位移(m)')%title(滑塊位移圖像')%plot（t,q）%xlabel（'曲柄轉動的角度（rad）'）%ylabel（滑塊的速度（m/s）'）%title（滑塊