机械原理课程设计说明书.docx
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机械原理课程设计说明书
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：
机械0908
姓名：
学号：
指导教师：
成绩：
2011年9月23日
码头吊车机构的设计及分析
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=4m,l3'=28.525m,a3'=0.25°,l3´´=8.5m,a3´´=7°,l4=3.625m,l4´=8.35m,a4'=184°，l4´´=1m,a4´´=95°,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、内容要求与作法
1.对双摇杆机构O3CDO4进行运动分析，以O3C为主动件，取步长为1°计算K点位置，根据K点的近似水平运动要求，依据其纵坐标值决定O3C的摆动范围。
2.按O3C的摆动范围设计曲柄摇杆机构O1ABO3，使摇杆O3B的两个极限位置对应于选定是K点轨迹范围。
3.对整个机构进行运动分析，绘出K点水平方向的位移、速度和加速度线图。
4.只计构件3、4、5的质量，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。
上机前认真读懂所用的子程序，自编主程序，初始位置取K点的右极限位置。
主程序中打开一数据文件“DGRAPS”，写入需要显示图形的数据。
三、课程设计说明书内容
上机结束后，每位学生整理课程设计说明书一份，其内容应包括：
1.机构简图和已知条件
2.连架杆O3C摆动范围的确定方法及曲柄摇杆机构尺寸的设计过程。
3.杆组的拆分方法及所调用的杆组子程序中虚参与实参对照表。
4.自编程序中主要标识符说明。
5.主程序框图。
6.自编程序及计算结果清单。
7.各种线图：
①K点坐标位置；②K点水平位移、速度和加速度线图；③平衡力矩线图；④固定铰链处反力矢端图。
8.以一个位置为例，用图解法对机构进行运动分析，与解析法计算结果比较误差。
9.主要收获与建议。
指导教师参考上述内容提出具体要求，学生按指导教师的要求书写并装订成册。
一、题目说明：
11点向左运动时载重Q为50kN,向右运动时载重为零，曲柄Ⅰ的转速n3=1.06r/min
已知尺寸：
固定铰链坐标：
P4x=P4y=0,P1x=2.86m,P1y=4m,P7x=5.6m,P7y=8.1m,
杆长：
r45=28.525;r56=3.625;r67=25.15;r43=4.0;r511=8.35;
r48=8.5;r59=1.0;r710=2.5;
构件质量：
m3=3500kg,m4=3600kg,m5=5500kg,
99
IVIV
5656
11115
VV
III7III7
8II2108II210
332
II
11
44
机构简图拆分杆组
二运动方案及机构设计：
①以构件3为主动件：
（1）调用bark函数求5点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
4503r450.00.0twepvpap
（2）调用rrrk函数求6点的运动参数
形参
mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap
实参
157645r56r67twepvpap
（3）调用bark函数求4构件的位置角，角速度，角加速度和11点的位置，速度，加速度
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
501140.0r511gam1twepvpap
（4）程序–对11点的运动轨迹分析
#include"graphics.h"
#include"subk.c"/*运动分析子程序*/
#include"draw.c"/*绘图子程序*/
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;/*定义静态变量*/
doubler45,r56,r511,r67;
doublegam1;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;/*定义局部变量*/
FILE*fp;
/*定义文件指针变量*/
r45=28.525;r56=3.625;r511=8.35;r67=25.15;
gam1=-184.0;del=1.0;
/*赋值*/
t[4]=0.0;w[4]=0.0;e[4]=0.0;
w[1]=0.0;e[1]=0.0;
pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;/*求弧度*/
gam1=gam1*dr;
p[4][1]=0.0;
p[4][2]=0.0;
w[3]=1.06*2*pi/60；
p[7][1]=5.6;
p[7][2]=8.1;/*赋值*/
printf（"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;
printf（"NoTHETA1S11V11A11\n"）;
printf（"degmm/sm/s/s\n"）;
/*在屏幕上写表头*/
if（（fp=fopen（"file1","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETA1S11V11A11\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;
/*在文件filel中写表头*/
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[3]=（i）*del*dr;
bark（4,5,0,3,r45,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrrk（1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（5,0,11,4,0.0,r511,gam1,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[3]/dr,
p[11][2],vp[11][1],ap[11][1]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[3]/dr,
p[11][2],vp[11][1],ap[11][1]）;
pdraw[i]=p[11][2];
vpdraw[i]=vp[11][1];
apdraw[i]=ap[11][1];
if（（i%10）==0）{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic）;
getch（）;
}
（5）数据--随主动件3演变的11点运动参数（从全部数据中筛选出的数据）
TheKinematicParametersofPoint11
NoTHETA1S11V11A11
degmm/sm/s/s
9392.00029.651-6.540-17.087
9493.00020.156-14.10987.044
9594.00020.127-8.76314.530
9695.00020.176-7.2396.574
9796.00020.244-6.4443.914
9897.00020.315-5.9382.660
9998.00020.385-5.5801.955
10099.00020.451-5.3091.515
101100.00020.511-5.0961.219
102101.00020.565-4.9211.011
103102.00020.612-4.7750.859
104103.00020.653-4.6490.744
105104.00020.686-4.5400.655
106105.00020.713-4.4420.586
107106.00020.733-4.3550.531
108107.00020.747-4.2750.487
109108.00020.755-4.2010.451
110109.00020.756-4.1320.422
111110.00020.752-4.0680.399
112111.00020.742-4.0070.380
113112.00020.727-3.9480.364
114113.00020.708-3.8920.352
115114.00020.684-3.8380.343
116115.00020.656-3.7840.336
117116.00020.625-3.7320.331
118117.00020.591-3.6800.328
119118.00020.555-3.6290.328
120119.00020.517-3.5770.329
121120.00020.478-3.5250.333
122121.00020.439-3.4720.338
123122.00020.401-3.4180.347
124123.00020.364-3.3630.358
125124.00020.331-3.3050.373
126125.00020.302-3.2450.393
127126.00020.280-3.1810.419
128127.00020.266-3.1130.454
129128.00020.263-3.0380.500
130129.00020.275-2.9550.564
131130.00020.306-2.8590.655
132131.00020.361-2.7460.791
133132.00020.450-2.6061.006
134133.00020.586-2.4221.380
135134.00020.791-2.1542.124
所以O3C的摆动范围为93°~134°
②计算主动件和连杆杆长:
（1）程序:
#include"math.h"
#include"stdio.h"
main（）{
staticdoublel1,l2,l3,l4,max,min;
staticdoublelx,ly;
staticdoublethea0,thea1,thea2,pi,dr;
/*弧度率*/
pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;
/*赋值*/
l3=4.0;l4=sqrt（2.86*2.86+4*4）;
lx=2.86;ly=4.0;
thea0=atan2（ly,lx）+25.0*dr;
thea1=93.0*dr-thea0;thea2=134.0*dr-thea0;
/*计算两杆长度*/
min=sqrt（l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos（thea1））;max=sqrt（l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos（thea2））;
l2=（max+min）/2;l1=（max-min）/2;
printf（"\n\nl1=%12.3fl2=%12.3f",l1,l2）;
}
（2）数据:
l1=1.388l2=2.780
三、运动分析计算及动态静力分析
1.以构件1为主动件对整体运动分析：
（1）调用bark函数求2点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
1201r120.00.0twepvpap
（2）调用rrrk函数求3点的运动参数
形参
mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap
实参
142332r34r23twepvpap
（3）调用bark函数求5点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
40530.0r45gam1twepvpap
（4）调用rrrk函数求6点的运动参数
形参
mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap
实参
157645r56r67twepvpap
（5）调用bark函数求11点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
501140.0r511gam2twepvpap
（6）程序--对11点位置，速度，加速度分析:
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main（）{
/*定义静态数组*/
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2];
staticdoublet[10],w[10],e[10];
staticdoublepdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
/*定义变量*/
staticintic;
doubledel,pi,dr;
doubler45,r56,r67,r511,r34,r12,r23;
doublegam1,gam2;
inti;
FILE*fp;
/*按顺序赋值*/
del=10.0;pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;
p[4][1]=0.0;p[4][2]=0.0;
p[7][1]=5.6;p[7][2]=8.1;
p[1][1]=2.86;p[1][2]=4.0;
t[1]=0.0;w[1]=1.06*2*pi/60;
r45=28.525;r56=3.625;
r67=25.15;r511=8.35;r34=4.0;
r12=1.388;r23=2.780;
gam1=25.0*dr;gam2=176.0*dr;
/*打印标题*/
printf（"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;
printf（"No.THETA1S11yS11xV11A11\n"）;
printf（"degmmm/sm/s/s\n"）;
if（（fp=fopen（"file_MO2.c","w"））==NULL）{
printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;
fprintf（fp,"No.THETA1S11yS11xV11A11\n"）;
fprintf（fp,"degmmm/sm/s/s\n"）;
/*加入1,3点运动分析*/
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（1,4,2,3,3,2,r34,r23,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（4,0,5,3,0.0,r45,gam1,t,w,e,p,vp,ap）;
rrrk（1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（5,0,11,4,0.0,r511,gam2,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[11][2],p[11][1],vp[11][1],ap[11][1]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[11][2],p[11][1],vp[11][1],ap[11][1]）;
pdraw[i]=p[11][1];vpdraw[i]=vp[11][1];apdraw[i]=ap[11][1];
if（（i%4）==0）{getch（）;}
}
fclose（fp）;getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic）;
}
（7）线图--11点水平位移，速度，加速度线图
（8）数据–随主动件1演变的11点运动参数
TheKinematicParametersofPoint11
No.THETA1S11yS11xV11A11
degmmm/sm/s/s
10.00020.132-1.4080.471-0.155
210.00020.156-0.9210.106-0.312
320.00020.142-1.158-0.399-0.285
430.00020.122-2.089-0.756-0.181
540.00020.158-3.481-1.004-0.140
650.00020.266-5.224-1.207-0.119
760.00020.422-7.259-1.375-0.093
870.00020.583-9.522-1.495-0.060
980.00020.705-11.932-1.561-0.023
1090.00020.756-14.400-1.5700.011
11100.00020.725-16.842-1.5270.042
12110.00020.625-19.179-1.4390.069
13120.00020.486-21.347-1.3120.092
14130.00020.351-23.288-1.1510.113
15140.00020.270-24.951-0.9600.131
16150.00020.286-26.292-0.7420.145
17160.00020.419-27.276-0.5070.152
18170.00020.627-27.887-0.2730.143
19180.00020.781-28.147-0.0610.129
20190.00020.735-28.0800.1510.147
21200.00020.525-27.6440.4140.187
22210.00020.328-26.7530.7220.199
23220.00020.263-25.3781.0210.176
24230.00020.333-23.5731.2610.126
25240.00020.478-21.4591.4120.064
26250.00020.625-19.1851.4660.007
27260.00020.724-16.8911.441-0.035
28270.00020.756-14.6801.365-0.059
29280.00020.727-12.6121.264-0.068
30290.00020.651-10.7101.157-0.067
31300.00020.547-8.9711.056-0.061
32310.00020.432-7.3840.965-0.055
33320.00020.319-5.9320.884-0.049
34330.00020.223-4.6010.810-0.046
35340.00020.154-3.3850.735-0.051
36350.00020.123-2.2980.640-0.075
37360.00020.132-1.4080.471-0.155
2.对整体机构动态静力分析
（1）调用bark函数求2点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
1201r120.00.0twepvpap
（2）调用rrrk函数求3点的运动参数
形参
mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap
实参
142332r34r23twepvpap
（3）调用bark函数求5点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
40530.0r45gam1twepvpap
（4）调用bark函数求8点的运动参数
形参
n1n2n3kr1r2gamtwepvpap
实参
40830.0r48gam9twepvpap
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