机构分析与综合作业.docx
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机构分析与综合作业
机构分析与综合期末作业
——铰链式颚式破碎机机构
姓名:
XXX
学号:
2014405003
班级:
专业
(1)班
指导老师:
XXX
学科、专业:
XXXXXXX
所在学院:
XXXXXXXXXXXX
2015年7月
铰链式颚式破碎机机构
一.机构简介与设计数据
1.机构简介
颚式破碎机是一种破碎矿石的机械,如图所示,机器经皮带(图中未画)使曲柄2顺时针回转,然后通过构件3,4,5使动颚板6往复摆动。
当动颚板6向左摆向固定于机架1上的定额板7时,矿石即被轧碎;当动颚板6向右摆离定额板7时,被轧碎的矿石即下落。
由于机器在工作过程中载荷变化很大,将影响曲柄和电动机的匀速运转。
为了减小主轴速度的波动和电动机的容量,在O2轴的两端各装一个大小和重量完全相同的飞轮,其中一个兼作皮带轮用。
图1.1颚式破碎机工作原理
设计内容
连杆机构的运动分析
符号
n2
Lo2A
L1
L2
h1
h2
LA
LO4B
LBC
Lo6C
单位
r/min
mm
数据
170
100
1000
940
850
1000
1250
1000
1150
1960
导杆机构的动态静力分析
飞轮转动惯量的确定
LO6D
G3
JS3
G4
JS4
G5
JS5
G6
JS6
δ
mm
N
Kg.m2
N
Kg.m2
N
Kg.m2
N
K.m2
600
5000
25.5
2000
9
2000
9
9000
50
0.15
2.设计数据
3.设计要求
1.连杆机构的运动分析
已知:
各机构尺寸及质心位置(构件2的质心在O2,其余构件的质心均位于构件的中心),曲柄转速为n2。
要求:
进行运动分析,作机构运动简图,机构1~2个位置的速度和加速度多边形。
2.连杆机构的动态静力分析
已知:
各构件重力G及对质心轴的转动惯量Js,工作阻力Fr曲线如图所示,Fr的作用点为D,方向垂直于O6C;运动分析中所得结果。
要求:
确定机构一个位置的各运动副反作用力及需加在曲柄上的平衡力矩Mb。
图1.2工作阻力
3.用解析法校核机构运动分析和动态静力分析结果
编写机构运动分析和力分析主程序,得到给定位置的计算结果。
根据解析法的结果,分析图解法的误差及产生的原因。
4.飞轮设计
已知:
机器运动的速度不均匀系数δ,由动态静力分析所得的平衡力矩Mb以及驱动力矩Md为常数。
要求:
确定安装在轴O2上的飞轮的转动惯量JF。
二.连杆机构的运动分析
(1)曲柄在1位置时,构件2和3成一直线,构件4在最低位置时,L=AB+AO2=1.25+0.1=1.35=1350mm,以O2为圆心,以0.1m为半径画圆,以O4为圆心,以1m为半径画圆,通过圆心O2在两弧上量取1350mm,从而确定出1位置连杆和曲柄的位置。
再以O6为圆心,以1960mm为半径画圆,在圆O6和O4的圆弧上量取1150mm从而确定出B4C1杆的位置。
(2)曲柄在2位置时,在1位置基础上顺时针转动240°。
以O2为圆心,以0.1m为半径画圆,则找到A点。
再分别以A和O4为圆心,以1.25m和1m为半径画圆,两圆的下方的交点则为B点。
再分别以B和O6为圆心,以1.15m和1.96m为半径画圆,两圆的下方的交点则为C点,再连接AB、O4B、BC和O6C。
此机构各杆件位置确定。
(3)曲柄在3位置时,在1位置基础上顺时针转动180°过A4点到圆O4的弧上量取1250mm,确定出B4点,从B3点到圆弧O6上量取1150mm长,确定出C4,此机构各位置确定。
1.连杆机构速度分析
位置1:
ω2=n/30=3.14*170/30=17.8rad/s
VB=VA+VBA
?
AO2·ω2?
⊥O4B⊥AO2⊥AB
VA=AO2·ω2=0.1×17.8=1.78m/s
根据速度多边形,按比例尺μ=0.05(m/S)/mm,在图2中量取VB和VBA的长度数值:
则VB=36.22Xμ=1.81m/s
VBA=8.99Xμ=0.45m/s
VC=VB+VCB
?
√?
⊥O6C√⊥BC
根据速度多边形,按比例尺μ=0.05(m/s)/mm,在图3中量取VC和VCB的长度数值:
VC=13.35×μ=0.67m/s
VCB=34.26×μ=1.71m/s
2.加速度分析
ω2=17.8rad/s
aB=anBo4+atBo4=aA4+anBA+atAB
√?
√√?
//BO4⊥BO4//AO2//BA⊥AB
aA=AO2×ω22=31.7m/s2
anBA=VBA*VBA/BA=0.33m/s2
anBo4=VB*VB/BO4=3.28m/s2
根据加速度多边形图按比例尺μ=0.1(m/s2)/mm量取atBo4、atAB和aB值的大小:
atBo4=23.2×μ=2.32m/s2
atAB=279.8×μ=27.98m/s2
aB=280×μ=28.00m/s2
ac′=ano6C′+ato6C′=aB′+atCB′+anCB
√?
√?
√
//O6C⊥O6C//BO6⊥CB//CB
根据加速度多边形按图3按比例尺μ=0.1(m/s2)/mm量取aC′、ato6C和atCB数值:
aC′=64.7×μ=6.47m/s2
ato6C=64.6×μ=6.46m/s2
atCB=14.3×μ=1.43m/s2
3.连杆机构的动态静力分析
对各受力杆件列力平衡方程和力矩平衡方程:
杆6
Fry+F56x-F16x=m6a6
Fi6y-Fry-F56y+G6y=m6a6y
对O6取矩
F56xx+1/2G6x+F56yy+1/2Frxy=Jε6
6的方程
Fi6=1/2ao6c*m6=2968.7N
Mi6=ao6Bt/Lo4B*Js4=JS6α6=165.26N.m
Fr16x+Fr*cos(4.96)+Fr56x-Fi6*cos(2.95)=0
Fry-Frsin(4.96)+Fi6*sin(2.95)+Fr56y-G6=0
Fr*LCD+1/2Lo6c*G6*sin(4.96)+Fr56x*Lo6c*cos(4.96)-Mi6-Fr56y*Lo6c*sin(4.96)=0
杆5
F45x-F65x=m5a5x
F65y-F45y+G5y=m5a5y
对B点取矩F65xy+1/2G5x-F65yx=Jε5
5的方程
Fi5=a5*m5=660.9NMi5=JS5α5=50.6N.m
Fr45x-Fr56x-Fi5*cos(1.1)=0
Fr45y-Fr56y+Fi5sin(1.1)-G5y=0
1/2Fi5*LBC*sin(-7.26)-Mi5-Fr56y*LBC*cos(7.260)-Fr56x*LBC*sin(7.26)-1/2G5*LBC*cos(7.29)=0
杆4
F14x-F43x=m4a4x
F14y-F43y+G4y=m4a4y
对B取矩
F14xx-1/2G4x-F14yy=Jε4
4的方程
Fi4=a4*m4=424.9NMi4=ao4Bt/Lo4B*Js4=20.87N.m
Fr14x-Fr45x-Fr43x-Fi4*cos(20.9)=0
Fr14y-Fr45y-Fr43y+Fi4*sin(20.9)-G4=0
1/2Fi4*Lo4B*sin(35.26)+(Fr45x+Fr43x)*Lo4B*sin(14.36)+Mi4-(Fr45y+Fr43y+1/2G4)*Lo4B*cos(14.36)=0
杆3
-F23x-F43x=m3a3x
F23y-F43y+G3=m3a3y
对B取矩
F23xx+1/2G3x-F23yy=Jε3
3的方程
Fi3=a3*m3=709.26N
Mi3=JS3α3=570.87N.m
Fr23x+Fr43x—Fi3*cos(5.11)=0
Fr23y+Fr43y—G3+Fi3*sin(5.11)=0
1/2Fi3LAB*cos(5.11)+1/2G3*LAB*sin(3.27)-Mi3-Fr43y*LAB*sin(3.27)-Fr43x*LAB*cos(3.27)=0
2的方程
Fr12x-Fr23x=0
Fr12y-Fr23y-G2=0
当曲柄处于180。
时,
通过列矩阵求解:
F12y=21230.3NF12x=1578.42NF32x=-4684NF32y=17812NF43x=6451NF43y=12970NF14x=-26061NF14y=-5790NF45x=-32915NF45y=5332NF56x=-33575NF56y=3332NF16x=-5335NF16y=20434N
三.杆组法颚式破碎机的运动分析及动态静力分析
机构的结构分析
六杆铰链式粉碎机拆分为机架和主动件①,②③构件组成的RRR杆组,④⑤构件组成的RRR杆组。
+
+
(1)调用bark函数对主动件①进行运动分析。
见表3.1。
表3.1
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
(2)调用rrrk函数对由②③构件组成的RRR杆组进行运动分析。
见表4.2。
表3.2
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
4
2
3
3
2
r34
r23
t
w
e
p
vp
ap
(3)调用rrrk函数对由④⑤构件组成的RRR杆组进行运动分析。
见表4.3。
表3.3
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
3
6
5
4
5
r35
r56
t
w
e
p
vp
ap
(4)程序清单:
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main()
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2];
staticdoublet[10],w[10],e[10],del;
staticdoublepdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370],wdraw[370];
staticintic;
doubler12,r23,r34,r35,r56;
doublepi,dr;
inti;
FILE*fp;
r12=0.1;r34=1.0;r23=1.250;
r35=1.15;r56=1.96;
p[1][1]=0.0;
p[1][2]=0.0;
p[4][1]=0.94;
p[4][2]=-1.0;
p[6][1]=-1.0;
p[6][2]=0.85;
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
t[1]=0.0;w[1]=-17*pi/3;e[1]=0.0;del=15;
printf("\nTheKinematicParametersofPoint6\n");
printf("NoTHETA1t5w5e5\n");
printf("degradrad/srad/s/s\n");
ic=(int)(360.0/del);
for(i=0;i<=ic;i++)
{
t[1]=(-i)*del*dr-90*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);
rrrk(1,3,6,5,4,5,r35,r56,t,w,e,p,vp,ap);
wdraw[i]=t[1]/dr;
pdraw[i]=t[5];
vpdraw[i]=w[5];
apdraw[i]=e[5];
}
if((fp=fopen("六杆运动8888888.txt","w"))==NULL)
{
printf("Can'topenthisfile./n");
exit(0);
}
for(i=0;i<=ic;i++){
printf("%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f\n",wdraw[i],pdraw[i],vpdraw[i],apdraw[i]);
fprintf(fp,"%e%e%e%e\n",wdraw[i],pdraw[i],vpdraw[i],apdraw[i]);
if((i%18)==0)getch();}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic);}
运算结果:
TheKinematicParametersofPoint5
THETA1t5w5e5
degradrad/srad/s/s
-9.00000e+01-1.63238e+00-1.37677e-03-1.01835e+01
-1.05000e+02-1.63348e+00-1.45454e-01-9.16482e+00
-1.20000e+02-1.63654e+00-2.64803e-01-6.90406e+00
-1.35000e+02-1.64108e+00-3.45263e-01-3.98081e+00
-1.50000e+02-1.64647e+00-3.81662e-01-1.00778e+00
-1.65000e+02-1.65210e+00-3.77125e-011.51876e+00
-1.80000e+02-1.65741e+00-3.40696e-013.29712e+00
-1.95000e+02-1.66202e+00-2.84290e-014.23741e+00
-2.10000e+02-1.66573e+00-2.19724e-014.43601e+00
-2.25000e+02-1.66849e+00-1.56345e-014.12137e+00
-2.40000e+02-1.67036e+00-9.95969e-023.58405e+00
-2.55000e+02-1.67146e+00-5.06328e-023.10541e+00
-2.70000e+02-1.67188e+00-6.91431e-032.89782e+00
-2.85000e+02-1.67166e+003.64486e-023.06340e+00
-3.00000e+02-1.67078e+008.48847e-023.57078e+00
-3.15000e+02-1.66912e+001.42323e-014.24740e+00
-3.30000e+02-1.66655e+002.09172e-014.79134e+00
-3.45000e+02-1.66295e+002.80705e-014.81744e+00
-3.60000e+02-1.65832e+003.46484e-013.95596e+00
-3.75000e+02-1.65286e+003.91648e-012.00206e+00
-3.90000e+02-1.64698e+004.00498e-01-9.32100e-01
-4.05000e+02-1.64131e+003.61788e-01-4.35539e+00
-4.20000e+02-1.63658e+002.73734e-01-7.50567e+00
-4.35000e+02-1.63346e+001.46198e-01-9.61223e+00
-4.50000e+02-1.63238e+00-1.37677e-03-1.01835e+01
四.机构的动态静力分析
六杆铰链式颚式破碎机的静力分析:
(1)调用bark函数对主动件①进行运动分析。
见表3.1。
(2)调用rrrk函数对由②③构件组成的RRR杆组进行运动分析。
见表3.2。
(3)调用rrrk函数对由④⑤构件组成的RRR杆组进行运动分析。
见表3.3。
(4)求各构件的质心7、8、9、10点及矿石破碎阻力作用点11点的运动参数。
见表4.1~表4.5。
表4.17点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
7
2
0.0
r27
0.0
t
w
e
p
vp
ap
表4.28点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
8
3
0.0
r48
0.0
t
w
e
p
vp
ap
表4.39点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
9
4
0.0
r39
0.0
t
w
e
p
vp
ap
表4.410点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
6
0
10
5
0.0
r610
0.0
t
w
e
p
vp
ap
表4.511点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
6
0
11
5
0.0
r611
0.0
t
w
e
p
vp
ap
(5)调用rrrf对由④⑤杆组成的RRR杆组进行静力分析。
见表4.6。
表4.6
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
实值
3
6
5
9
10
0
11
11
4
5
p
vp
ap
t
w
e
fr
(6)调用rrrf对由②③杆组成的RRR杆组进行静力分析。
见表4.7。
表4.7
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
实值
4
2
3
8
7
3
0
0
3
2
p
vp
ap
t
w
e
fr
(7)调用barf对主动件①进行静力分析。
见表4.8。
表4.8
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实值
1
1
2
1
p
ap
e
fr
&tb
程序清单
#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];
staticdoublesita1[370],fr1draw[370],sita2[370],fr2draw[370],sita3[370],
fr3draw[370],tbdraw[370],tb1draw[370];
staticdoublefr[20][2],fe[20][2];
staticintic;
doubler12,r23,r34,r35,r56;
doubler27,r48,r39,r610,r611;
inti;
doublepi,dr;
doublefr1,bt1,fr4,bt4,fr6,bt6,we1,we2,we3,we4,we5,tb,tb1;
FILE*fp;
sm[1]=0.0;sm[2]=500.0;sm[3]=200.0;sm[4]=200.0;sm[5]=900.0;
sj[1]=0.0;sj[2]=25.5;sj[3]=9.0;sj[4]=9.0;sj[5]=50.0;
r12=0.1;r23=1.25;r34=1.0;r35=1.15;r56=1.96;
r27=r23/2;
r48=r34/2;
r39=r35/2;
r610=r56/2;
r611=0.6;
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
w[1]=-170*2*pi/60;e[1]=0.0;del=15;
p[1][1]=0.0;
p[1][2]=0.0;
p[4][1]=0.94;
p[4][2]=-1.0;
p[6][1]=-1.0;
p[6][2]=0.85;
printf("\nTheKineto-staticAnalysisofaSix-barLinkase\n");
printf("NOTHETA1FR1BT1FR4BT4FR6BT6TBTB1\n");
printf("(deg.)(N)(deg.)(N)(deg.)(N)(deg.)(N.m)(N.m)\n");
if((fp=fopen("六杆受力8888888.doc","w"))==NULL)
{
printf("Can'top