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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