机械原理大作业连杆机构综述.docx
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机械原理大作业连杆机构综述
HarbinInstituteofTechnology
大作业设计说明书
课程名称:
机械原理
设计题目:
连杆机构设计
院系:
班级:
设计者:
学号:
指导教师:
设计时间:
2013-6-13
哈尔滨工业大学
1.连杆题目(16):
如图所示机构,已知机构各构件的尺寸为
,
,
,构件1的角速度为
,试求构件5的角位移、角速度和角加速度,并对计算结果进行分析。
1.1机构的运动分析
AB为原动件,AB转动通过转动导杆机构带动杆BCD转动,BCD转动通过转动导杆机构带动杆DE摆动。
1.2机构的结构分析
杆组可以划分为一个RRI级杆组(杆1)、RRPII级杆组(滑块2,杆3)、RPRII级杆组(滑块4,杆5)
1)RRI级杆组1:
2)RRPII级杆组2,3:
3)RPRII级杆组4,5:
1.3机构各杆组的运动分析数学模型
1)RRI级杆组1:
B点位移方程:
B点速度方程:
B点加速度方程:
2)RRPII级杆组2,3:
以A点为参考点
3)RPRII级杆组4,5:
1.4机构各杆组的编程
1)对RRI级杆组1:
:
xB=lab*Cos(fab)
yB=lab*Sin(fab)
vxB=-wab*lab*Sin(fab)
vyB=wab*lab*Cos(fab)
axB=-wab^2*lab*Cos(fab)-eab*lab*Sin(fab)
ayB=-wab^2*lab*Sin(fab)+eab*lab*Cos(fab)
1)对RRPII级杆组2,3:
A0=(xC-xA)*Sin(fab)-(yC-yA)*Cos(fab)
M0=0.5*Cos(fab)
fi=Atn(M0/Sqr(-M0*M0+1))+fab
xB=xC+lbc*Cos(fbc)
yB=yC+lbc*Sin(fbc)
s=(xB-xA)/Cos(fab)
Q1=vxA-vxC-wab*s*Sin(fab)
Q2=vyA-vyC+wab*s*Cos(fab)
Q3=lbc*Sin(fbc)*Sin(fab)+lbc*Cos(fbc)*Cos(fab)
wbc=(-Q1*Sin(fab)+Q2*Cos(fab))/Q3
vs=-(Q1*lbc*Cos(fbc)+Q2*lbc*Sin(fbc))/Q3
Q4=wbc^2*lbc*Cos(fbc)-wab^2*s*Cos(fab)-2*vs*wab*Sin(fab)
Q5=wbc^2*lbc*Sin(fbc)-wab^2*s*Sin(fab)+2*vs*wab*Cos(fab)
ebc=(-Q4*Sin(fab)+Q5*Cos(fab))
2)对RPRII级杆组4,5:
lde=Sqr((xD-xE)^2+(yD-yE)^2)
IfxD>xEAndyD>yEThen'第一象限
fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))
Else
EndIf
IfxD
fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))+pi
Else
EndIf
IfxD fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))+pi Else EndIf IfxD>xEAndyD<=yEThen'第四象限 fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))+2*pi Else EndIf IfxD=xEAndyD>yEThen'y轴正向 fde=0.5*pi Else EndIf IfxD=xEAndyD fde=1.5*pi Else EndIf wde=(vyD*Cos(fde)-vxD*Sin(fde))/lde ede=((ayD*Cos(fde)-axD*Sin(fde)-2*(vxd*Cos(fde)+vyd*Sin(fde))*wde)/lde 2.计算编程 以A为坐标原点,建立坐标系 计算编程,源代码如下: OptionExplicit'定义自变量 DimxAAsDouble'点A的坐标,速度,加速度 DimyAAsDouble DimvxAAsDouble DimvyAAsDouble DimaxAAsDouble DimayAAsDouble DimxBAsDouble'点B的坐标,速度,加速度 DimyBAsDouble DimvxBAsDouble DimvyBAsDouble DimaxBAsDouble DimayBAsDouble DimxCAsDouble'点C的坐标,速度,加速度 DimyCAsDouble DimvxCAsDouble DimvyCAsDouble DimaxCAsDouble DimayCAsDouble DimxDAsDouble'点D的坐标,速度,加速度 DimyDAsDouble DimvxDAsDouble DimvyDAsDouble DimaxDAsDouble DimayDAsDouble DimatdAsDouble DimadnAsDouble DimxEAsDouble'点E的坐标,速度,加速度 DimyEAsDouble DimvxEAsDouble DimvyEAsDouble DimaxEAsDouble DimayEAsDouble DimlbcAsDouble'杆BC的长度 DimlcdAsDouble'杆CD的长度 DimfabAsDouble'杆AB的角位移 DimfbcAsDouble'杆BC的角位移 DimfdeAsDouble'杆DE的角位移 Dimfj1AsDouble'循环变量 DimwabAsDouble'杆AB的角速度 DimwbcAsDouble'杆BC的角速度 DimwdeAsDouble'杆DE的角速度 DimeabAsDouble'杆AB的角加速度 DimebcAsDouble'杆BC的角加速度 DimedeAsDouble'杆DE的角加速度 DimlabAsDouble'AB的距离 DimldeAsDouble'DE的距离 DimsAsDouble's的长度 DimvsAsDouble's的速度 DimQ1AsDouble'RRP中的Q1 DimQ2AsDouble'RRP中的Q2 DimQ3AsDouble'RRP中的Q3 DimQ4AsDouble'RRP中的Q4 DimQ5AsDouble'RRP中的Q5 DimA0AsDouble'杆组的中间变量 DimM0AsDouble DimpiAsDouble'圆周率 DimpaAsDouble'角度与弧度转换的系数 DimiAsDouble'循环变量 PrivateSubForm_Load()'赋值 Form1.WindowState=2 lbc=200 lcd=200 wab=10 eab=0 xA=0 yA=0 vxA=0 vyA=0 axA=0 ayA=0 xC=0 yC=-100 vxC=0 vyC=0 axC=0 ayC=0 xE=0 yE=-200 vxE=0 vyE=0 axE=0 ayE=0 pi=4*Atn (1) pa=pi/180 fj1=0 EndSub PrivateSubCommand1_Click() SetPicture1.Picture=Nothing Picture1.Scale(-20,8)-(400,-2) Picture1.Line(-20,0)-(400,0)'X Picture1.Line(0,8)-(0,-2)'Y Fori=-20To400Step50'X轴坐标 Picture1.DrawStyle=2 Picture1.Line(i,8)-(i,-2) Picture1.CurrentX=i-10: Picture1.CurrentY=0 Picture1.Printi Nexti Fori=-2To8Step1'Y轴坐标 Picture1.DrawStyle=2 Picture1.Line(-20,i)-(400,i) Picture1.CurrentX=-10: Picture1.CurrentY=i Picture1.Printi Nexti Forfj1=0To360Step0.01 fab=fj1*pa CallRRP CallRPR Picture1.PSet(fj1,fde),vbRed Nextfj1 EndSub PrivateSubCommand2_Click() SetPicture2.Picture=Nothing Picture2.Scale(-20,30)-(400,-4) Picture2.Line(-20,0)-(400,0)'X Picture2.Line(0,30)-(0,-4)'Y Fori=0To360Step30'X轴坐标 Picture2.DrawStyle=2 Picture2.Line(i,30)-(i,-4) Picture2.CurrentX=i-10: Picture2.CurrentY=0 Picture2.Printi Nexti Fori=-4To30Step4'Y轴坐标 Picture2.Line(0,i)-(400,i) Picture2.CurrentX=-20: Picture2.CurrentY=i Picture2.Printi Nexti Forfj1=0To360Step0.01 fab=fj1*pa CallRRP CallRPR Picture2.PSet(fj1,wde),vbRed Nextfj1 EndSub PrivateSubCommand3_Click()'杆5的角加速度 SetPicture3.Picture=Nothing Picture3.Scale(-20,10000)-(400,-20000) Picture3.Line(-20,0)-(400,0)'X Picture3.Line(0,10000)-(0,-20000)'Y Fori=0To360Step30'X轴坐标 Picture3.DrawStyle=2 Picture3.Line(i,10000)-(i,-20000) Picture3.CurrentX=i-10: Picture3.CurrentY=0 Picture3.Printi Nexti Fori=-20000To10000Step2500'Y轴坐标 Picture3.Line(0,i)-(400,i) Picture3.CurrentX=-25: Picture3.CurrentY=i+5 Picture3.Printi Nexti Forfj1=0To360Step0.01 fab=fj1*pa CallRRP CallRPR Picture3.PSet(fj1,ede),vbRed Nextfj1 EndSub PrivateSubRRP()'Ⅱ级杆组RRP(滑块2、杆3) A0=(xC-xA)*Sin(fab)-(yC-yA)*Cos(fab) M0=0.5*Cos(fab) fbc=Atn(M0/Sqr(-M0*M0+1))+fab xB=xC+lbc*Cos(fbc) yB=yC+lbc*Sin(fbc) Iffab=pi/2Then s=lbc-(yA-yC) ElseIffab=3*pi/2Then s=lbc+(yA-yC) Else s=(xB-xA)/Cos(fab) EndIf Q1=vxA-vxC-wab*s*Sin(fab) Q2=vyA-vyC+wab*s*Cos(fab) Q3=lbc*Sin(fbc)*Sin(fab)+lbc*Cos(fbc)*Cos(fab) wbc=(-Q1*Sin(fab)+Q2*Cos(fab))/Q3 vs=-(Q1*lbc*Cos(fbc)+Q2*lbc*Sin(fbc))/Q3 Q4=wbc^2*lbc*Cos(fbc)-wab^2*s*Cos(fab)-2*vs*wab*Sin(fab) Q5=wbc^2*lbc*Sin(fbc)-wab^2*s*Sin(fab)+2*vs*wab*Cos(fab) ebc=(-Q4*Sin(fab)+Q5*Cos(fab)) atd=lbc*ebc adn=wbc^2*lbc xD=xC+lbc*Sin(fbc) yD=yC-lbc*Cos(fbc) vxD=wbc*lbc*Cos(fbc) vyD=wbc*lbc*Sin(fbc) axD=-adn*Sin(fbc)+atd*Cos(fbc) ayD=adn*Cos(fbc)+atd*Sin(fbc) EndSub PrivateSubRPR()'Ⅱ级杆组RPR(滑块4、杆5) lde=Sqr((xD-xE)^2+(yD-yE)^2) IfxD>xEAndyD>yEThen'第一象限 fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE)) Else EndIf IfxD fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))+pi Else EndIf IfxD fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))+pi Else EndIf IfxD>xEAndyD<=yEThen'第四象限 fde=Atn((yD-yE)/(xD-xE))+2*pi Else EndIf IfxD=xEAndyD>yEThen'y轴正向 fde=0.5*pi Else EndIf IfxD=xEAndyD fde=1.5*pi Else EndIf wde=(vyD*Cos(fde)-vxD*Sin(fde))/lde ede=(ayD*Cos(fde)-axD*Sin(fde)-2*(vxD*Cos(fde)+vyD*Sin(fde))*wde)/lde EndSub 3.计算结果(绘制构件运动图线): 构件5角位移 构件5角速度图像 构件5角加速度图像 4.构件运动属性随主动件的转动变化列举(角度变化为Δθ=1°): 角度 构件5角位移(rad) 构件5角速度(rad/s) 构件5角加速度(rad/s2) 0 5.651270995 14.76627109 -14893.4445 1 5.676722398 14.40057723 -14666.1149 2 5.701544405 14.04504413 -14437.38924 3 5.72575477 13.69968448 -14207.73835 4 5.749371219 13.36445541 -13977.57388 5 5.772411362 13.03926746 -13747.25443 6 5.794892617 12.72399249 -13517.09129 7 5.81683215 12.41847071 -13287.35384 8 5.838246824 12.12251691 -13058.27449 9 5.859153164 11.83592579 -12830.05328 10 5.879567318 11.55847668 -12602.86193 11 5.899505042 11.28993752 -12376.84759 12 5.918981679 11.0300683 -12152.13611 13 5.938012146 10.77862402 -11928.83501 14 5.956610932 10.53535705 -11707.03604 15 5.974792092 10.30001929 -11486.81746 16 5.992569251 10.07236376 -11268.24602 17 6.009955602 9.85214605 -11051.37866 18 6.026963915 9.639125439 -10836.26396 19 6.043606546 9.433065763 -10622.94346 20 6.059895442 9.23373613 -10411.45264 21 6.07584215 9.040911451 -10201.82191 22 6.091457833 8.854372832 -9994.077278 23 6.106753275 8.673907846 -9788.241045 24 6.121738897 8.499310711 -9584.33228 25 6.136424764 8.330382385 -9382.367254 26 6.150820603 8.166930588 -9182.359775 27 6.164935808 8.008769777 -8984.321462 28 6.178779457 7.855721072 -8788.261955 29 6.192360321 7.707612149 -8594.189079 30 6.205686876 7.564277103 -8402.108972 31 6.218767314 7.425556294 -8212.026177 32 6.231609553 7.291296171 -8023.943711 33 6.244221248 7.161349095 -7837.863112 34 6.256609803 7.035573143 -7653.784473 35 6.268782379 6.913831914 -7471.706463 36 6.2807459 6.795994337 -7291.626341 37 9.32E-03 6.68193447 -7113.539966 38 2.09E-02 6.571531308 -6937.441803 39 0.032262796 6.464668594 -6763.324925 40 4.35E-02 6.361234628 -6591.181025 41 5.45E-02 6.26112209 -6421.000418 42 6.53E-02 6.164227865 -6252.772052 43 0.075988655 6.070452866 -6086.483526 44 8.65E-02 5.979701878 -5922.1211 45 9.69E-02 5.891883397 -5759.669719 46 0.107072173 5.806909481 -5599.113037 47 0.117135002 5.724695602 -5440.433448 48 0.127056689 5.645160514 -5283.61211 49 0.136841842 5.568226113 -5128.628989 50 0.146494934 5.493817317 -4975.462894 51 0.15602031 5.421861945 -4824.091517 52 0.16542219 5.352290598 -4674.49148 53 0.174704676 5.285036556 -4526.638382 54 0.183871758 5.220035668 -4380.506845 55 0.192927313 5.157226257 -4236.070565 56 0.201875114 5.096549022 -4093.
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