机械原理课程设计全.docx
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机械原理课程设计全
机械原理课程设计说明书
题目:
码头吊车机构的设计及分析
班级:
装备1101
姓名:
学号:
指导教师:
成绩:
2013年11月1日
一题目说明
图示为某码头吊车机构简图。
它是由曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联成的。
已知:
lo1x=2.86m,lo1y=4m,lo4x=5.6m,lo4y=8.1m,l3'=28.525m,a3'=25°,l3´´=8.5m,a3´´=7°,l4=3.625m,l4´=8.35m,a4'=184°,l4´´=1m,a4´´=95°,l3=4m,l5=25.15m,l5'=2.5m,a5'=24°。
图中S3、S4、S5为构件3、4、5的质心,构件质量分别为:
m3=3500kg,m4=3600kg,m5=5500kg,K点向左运动时载重Q为50kN,向右运动时载重为零,曲柄01A的转速n3=1.06r/min.
二、确定连架杆O3C摆动范围
1----机构简图如下;
2------对主动件
进行运动分析
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
对由
、
构件组成的RRR杆组进行运动分析。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
4
3
2
3
r23
r34
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求5点的竖直运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
5
2
0.0
r25
176.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
3----------四杆机构程序如下:
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main()
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;
doubler12,r23,r34,r25,gam;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"p","vp","ap"};
r12=28.525;r23=3.625;r34=25.15;r25=8.35;
w[1]=1.0;e[1]=0.0;del=1.0;
pi=4.0*atan(1.0);dr=pi/180.0;
gam=176*dr;p[1][1]=0.0;
p[1][2]=0.0;p[4][1]=5.6;p[4][2]=8.1;
printf("\nTheKinematicParametersofPoint5\n");
printf("NoTHETA1S5V5A5\n");
printf("degmm/sm/s/s\n");
if((fp=fopen("file1","w"))==NULL)
{
printf("Can'topenthisfile.\n");
exit(0);
}
fprintf(fp,"\nTheKinematicParametersofPoint5\n");
fprintf(fp,"NoTHETA1S5V5A5\n");
fprintf(fp,"degmm/sm/s/s");
ic=(int)(360.0/del);
for(i=0;i<=ic;i++)
{
t[1]=(i)*del*dr;
bark(1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,2,4,3,2,3,r23,r34,t,w,e,p,vp,ap);
bark(2,3,5,2,0.0,r25,gam,t,w,e,p,vp,ap);
printf("\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][2],vp[5][2],ap[5][2]);
fprintf(fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][2],vp[5][2],ap[5][2]);
pdraw[i]=p[5][2];
vpdraw[i]=vp[5][2];apdraw[i]=ap[5][2];
if((i%8)==0){getch();}
}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m);
}
4-----运行结果如下:
9291.00029.664-220.453-53174.635
RRRcan’tbeassembled
9392.00029.651-220.950-53174.622
9493.00020.156-8.2961631.845
9594.00020.1271.676193.713
9695.00020.1763.54553.277
9796.00020.2444.05311.592
9897.00020.3154.085-5.672
9998.00020.3853.905-14.026
10099.00020.4513.618-18.389
101100.00020.5113.275-20.715
102101.00020.5652.902-21.903
103102.00020.6122.514-22.408
104103.00020.6532.122-22.480
105104.00020.6861.731-22.259
106105.00020.7131.346-21.832
107106.00020.7330.970-21.249
108107.00020.7470.605-20.541
109108.00020.7550.254-19.727
110109.00020.756-0.083-18.817
111110.00020.752-0.403-17.813
112111.00020.742-0.704-16.714
113112.00020.727-0.986-15.517
114113.00020.708-1.245-14.211
115114.00020.684-1.481-12.785
116115.00020.656-1.691-11.223
117116.00020.625-1.872-9.505
118117.00020.591-2.021-7.605
119118.00020.555-2.136-5.492
120119.00020.517-2.212-3.125
121120.00020.478-2.243-0.453
122121.00020.439-2.2252.590
123122.00020.401-2.1506.090
124123.00020.364-2.00910.162
125124.00020.331-1.79114.960
126125.00020.302-1.48220.696
127126.00020.280-1.06227.673
128127.00020.266-0.50636.329
129128.00020.2630.22047.331
130129.00020.2751.16661.731
131130.00020.3062.40581.281
132131.00020.3614.051109.112
133132.00020.4506.296151.335
134133.00020.5869.492221.469
135134.00020.79114.385355.491
136135.00021.10922.957683.846
137136.00021.65743.6962133.478
RRRcan’tbeassembled
138137.00021.29643.3532133.839
6,O3C摆动范围确定方法
由于要求K点,也就是5点运动轨迹近似为水平,强行使O3C做圆周运根据最后电脑输出的结果当5点(K点)的纵坐标基本上不变的时候,此时符合要求,则此时的对应的O3C杆的转动角度就是其确定的摆动范围。
由电脑分析结果可知其摆动角度范围是93°到134°。
三、按O3C的摆动范围设计曲柄摇杆机构O1ABO3
1----曲柄摇杆机构求解简图如下
2----由数据分析可知,K点在93°至134°之间为近似水平运动,O3C所以的摆角范围是93°至134°,所以O3B的摆角范围为68°至109°
由已知条件,
∠HO3O1=arctan(4/2.86)=54.43°∠HO3B1=109°∠H03B2=68°
所以∠O1O3B1=∠HO3B1-∠HO3O1=54.57°
∠O1O3B2=∠H03B2-∠HO3O1=13.57
在三角形O1O3B1中
B1O1=√O1O3*O1O3+B1O3*B1O3-2*O1O3*B1O3*COS∠O1O3B1=4.17=L1+L2
在三角形O1O3B2中
B2O3=√O1O3*O1O3+B2O3*B2O3-2*O1O3*B2O3*cos∠O1O3B2=1.39=L2-L1
解得L1=1.39mL2=2.78m
四、对整个机构进行运动分析,并绘出K点水平方向的位移、速度和加速度线图。
-----K点初始位置的确定方法
需要判断出主动件O1A在当K在右极限位置的时候的角度,让主动件从零度开始运动,运行程序可知道,当主动件O1A角度为12°的时候,此时,K点其速度接近为零且其坐标值绝对值最小,该点就是其右极限位置,X坐标等于-0.0825m。
1----机构分析简图如下;
对主动件④进行运动分析
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
6
0
7
4
0.0
r67
0.0
t
w
e
p
vp
ap
对①⑤组成的RRR杆组进行运动分析
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
1
7
8
5
1
r78
r18
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求2点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
0
2
1
0.0
r12
25.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
对②③组成的RRR杆组进行运动分析
形式参数
m
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
4
3
2
3
r23
r34
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求5点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
5
2
0.0
r25
176.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
2、整个机构程序如下:
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main()
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;
doubler67,r78,r18,r12,r25,r23,r34,gam1,gam2;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"p","vp","ap"};
r67=1.39;r78=2.78;r23=3.625;r34=25.15;
r18=4.0;r12=28.525;r25=8.35;
w[4]=0.115;e[1]=0.0;del=15.0;
pi=4.0*atan(1.0);dr=pi/180.0;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;p[6][1]=2.86;
p[6][2]=4.0;p[4][1]=5.6;p[4][2]=8.1;
gam1=25.0;gam2=176.0;
printf("\nTheKinematicParametersofPoint5\n");
printf("NoTHETA1S5V5A5\n");
printf("degmm/sm/s/s\n");
if((fp=fopen("file1","w"))==NULL)
{
printf("Can'topenthisfile.\n");
exit(0);
}
fprintf(fp,"\nTheKinematicParametersofPoint5\n");
fprintf(fp,"NoTHETA1S5V5A5\n");
fprintf(fp,"degmm/sm/s/s");
ic=(int)(360.0/del);
for(i=0;i<=ic;i++)
{
t[4]=(i)*del*dr+12*dr;
bark(6,7,0,4,r67,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,1,7,8,1,5,r18,r78,t,w,e,p,vp,ap);
bark(1,0,2,1,0.0,r12,gam1*dr,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,2,4,3,2,3,r23,r34,t,w,e,p,vp,ap);
bark(2,0,5,2,0.0,r25,gam2*dr,t,w,e,p,vp,ap);
printf("\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[4]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]);
fprintf(fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[4]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]);
pdraw[i]=p[5][1];
vpdraw[i]=vp[5][1];
apdraw[i]=ap[5][1];
if((i%8)==0){getch();}
}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic);
getch();
}
}
3、程序运行结果如下:
TheKinematicParametersofPoint5
NoTHETA1S5V5A5
degmm/sm/s/s
112.000-0.8250.008-0.367
227.000-1.690-0.700-0.218
342.000-3.759-1.091-0.144
457.000-6.589-1.381-0.108
572.000-9.972-1.572-0.056
687.000-13.645-1.6330.002
7102.000-17.313-1.5710.052
8117.000-20.718-1.4050.092
9132.000-23.649-1.1570.125
10147.000-25.934-0.8400.152
11162.000-27.438-0.4770.163
12177.000-28.114-0.1260.141
13192.000-28.0360.2050.167
14207.000-27.0820.6510.214
15222.000-25.0561.1160.181
16237.000-22.1191.4290.089
17252.000-18.7201.522-0.004
18267.000-15.3211.443-0.058
19282.000-12.2051.289-0.073
20297.000-9.4591.126-0.068
21312.000-7.0620.984-0.057
22327.000-4.9610.865-0.049
23342.000-3.1200.750-0.056
24357.000-1.5920.566-0.127
25372.000-0.8250.008-0.367
五、进行机构的动态静力分析,绘制固定铰链处反力矢端图及平衡力矩Td线图
1、机构简图如下;
对主动件④进行运动分析
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
6
0
7
4
0.0
r67
0.0
t
w
e
p
vp
ap
对①⑤组成的RRR杆组进行运动分析
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
1
7
8
5
1
r78
r18
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求2点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
0
2
1
0.0
r12
25.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
对②③组成的RRR杆组进行运动分析
形式参数
m
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
4
3
2
3
r23
r34
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求5点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
5
2
0.0
r25
176.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求11点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
0
11
1
0.0
r111
18.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求9点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
9
2
0.0
r29
95.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数,求10点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
10
3
0.0
r410
204.0*dr
t
w
e
p
vp
ap
调用rrrf函数,对②③组成的RRR杆组进行力分析;
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
实值
2
4
3
9
10
5
0
5
2
3
p
vp
ap
调用rrrf函数,对①⑤组成的RRR杆组进行力分析;
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
实值
1
7
8
0
11
2
0
0
1
5
p
vp
ap
调用barf函数,求6点的运动副反力和平衡力矩;
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
vp
ap
e
fr
tb
实值
6
0
7
4
p
vp
ap
e
fr
tb
2、静力分析程序如下:
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"subf.c"
#include"draw.c"
main()
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],tbdraw[3
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