机械原理课程设计.docx
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机械原理课程设计
机械原理课程设计说明书
题目：
牛头刨床机构方案分析
班级：
机械0807
*****
学号：
********
*******
成绩：
2010年11月11日
题目：
牛头刨床机构方案分析
1.题目说明
（图a,b）所示为两种牛头刨床主机构的运动简图，已知，l1=0.1m,l0=0.4m,l3=0.75m,l4=0.15m,ly=0.738m,l′3=0.375m,a=0.05m,b=0.15,c=0.4m,d=0.1m。
只计构件3、5的质量，其余略去不计，m3=30kg,Js3=0.7kg·m2,m5=95kg。
工艺阻力Q如图所示，Q=9000N。
主轴1的转速为60r/min（顺时针方向），许用运转不均匀系数[δ]=0.03。
2.内容要求与作法
1.进行运动分析，绘制出滑枕5的位移、速度和加速度线图。
2.进行动态静力分析，绘制固定铰链处的反力矢端图和平衡力矩Td的线图。
3．以主轴为等效构件，计算飞轮转动惯量。
4．对两种机构方案进行综合评价，主要比较如下几项内容：
（1）.工作行程中滑枕5的速度均匀程度。
（2）.固定铰链处的反力大小及方向变化。
（3）.平衡力矩平均值及波动情况。
（4）.飞轮转动惯量大小。
3.机构的结构分析
3.1对结构的关键点编号并对机构拆分杆组
3.1.1由牛头刨床机构的简图，可一将其拆分为由
构件组成的主动件，由
，
构件组成的RPR杆组以及由
，
构件组成的RRP杆组。
3.1.2图3-1为各个杆组的简图：
4.滑枕的运动分析
4-1对滑枕的运动分析及原程序
4.1.1对主动件进行运动分析，求出与其他构件连接点处的运动参数
1）调用bark函数求2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
3
0
1
r13
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
2）调用rprk函数求3点的运动参数
形式参数
m
n1
n2
k1
k2
r1
r2
vr2
ar2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
3
3
2
0.0
&r2
&vr2
&ar2
t
w
e
p
vp
ap
3调用bark函数求4的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
4
0
3
r34
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
3）调用rrpk函数求
构件的运动参数及5点和7点运动参数。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
k3
r1
r2
vr2
ar2
w
e
p
vp
ap
t
实值
1
4
6
5
4
5
6
r45
&r2
&vr2
&ar2
w
e
p
vp
ap
t
4）三次调用bark函数求7，8，9的运动参数。
7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
5
0
7
5
0.0
r57
gam1
t
w
e
p
vp
ap
8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
5
0
8
5
0.0
R58
Gam2
t
w
e
p
vp
ap
9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
9
0
0
r29
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
4.1.2滑枕的运动主程序
/*Note:
YourchoiceisCIDE*/
#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*/
doubler12,r13,r24,r45,r26,r46;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;/*定义局不变两*/
FILE*fp;/*定义文件指针*/
char*m[]={"p","vp","ap"};/*定义字符串，改变字符串会改变绘图结果的标注*/
r12=0.4;r13=0.1;r24=0.75;r45=0.15;
t[6]=0.0;w[6]=0.0;e[6]=0.0;
w[1]=-6.28;e[1]=0.0;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.4;
p[2][1]=0.0;p[2][2]=0.0;/*变量俯之*/
p[6][1]=100.0;p[6][2]=0.738;
del=15.0;
pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;
printf（"\nThekinematicParametersofpoint5\n"）;
printf（"NoTHEIA1S5V5A5\n"）;
printf（"degmm/sm/s/s\n"）;/*在屏幕上写表头*/
if（（fp=fopen（"20081983.txt","w"））==NULL）
{printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;}/*建立并打开文件20081983*/
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
fprintf（fp,"NoTHEIA1S5V5A5\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;
/*在文件20081983中写表头*/
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{/*建立循环，调用运动分析子程序*/
t[1]=180*dr+asin（0.1/0.4）-（i）*del*dr;
bark（1,3,0,1,0.1,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rprk（1,2,3,3,2,0.0,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（2,4,0,3,r24,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrpk（-1,4,6,5,4,5,6,0.15,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]）;/*屏幕输出*/
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]）;/*写入文件*/
pdraw[i]=p[5][1];vpdraw[i]=vp[5][1];apdraw[i]=ap[5][1];
if（（i%16）==0）{getch（）;}/*屏幕满16行停顿*/
{fclose（fp）;/*关闭文件*/
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m）；}/*主程序结束*/}
5.滑枕运动分析的计算结果与曲线图
5．1计算结果
TheKinematicParametersofPoint5
NoTHEIA1S5V5A5
degmm/sm/s/s
1194.478-0.0380.0007.546
2179.478-0.0320.2825.996
3164.478-0.0150.5024.574
4149.4780.0090.6673.392
5134.4780.0400.7882.431
6119.4780.0740.8721.612
7104.4780.1120.9230.849
889.4780.1510.9420.067
974.4780.1900.928-0.775
1059.4780.2280.877-1.687
1144.4780.2630.786-2.659
1229.4780.2930.654-3.680
1314.4780.3160.478-4.762
14-0.5220.3320.255-5.961
15-15.5220.337-0.021-7.347
16-30.5220.329-0.359-8.836
17-45.5220.306-0.752-9.840
18-60.5220.266-1.154-9.057
19-75.5220.211-1.465-5.342
20-90.5220.147-1.5690.473
21-105.5220.084-1.4335.756
22-120.5220.030-1.1228.768
23-135.522-0.009-0.7339.567
24-150.522-0.031-0.3458.915
25-165.522-0.0380.0007.546
5．2滑枕5的位置、速度和加速度曲线
图4－1
6机构的动态静力分析
6.1求解过程说明及源程序
6．1．1求解过程说明
（1）以上机构的运动分析已经得出结果，静力分析需要建立在其基础上，直接再调用静力分析函数计算，同时考虑工艺阻力的影响，工艺阻力的计算编成extf函数。
（2）先调用subk函数计算各个质心的运动参数，再按顺序调用subf函数计算各个力的参数，对各个函数要求的形式参数进行赋植说明如下：
1）2，3，4，5，7，8，9及
构件的运动参数参照4中的数据。
2）调用rrpf函数，计算5点的运动副反力。
形参
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
p
vp
ap
t
w
e
fr
实值
4
10
5
11
7
0
8
8
4
p
vp
ap
t
w
e
fr
/*其中10为运动副反力作用点,在5点附近，由计算机自动求出,nn1为未知力，故为0，nn2为工艺阻力，且只存在一个工艺阻力*/
3）调用rprf函数，计算2，3，4中的反力。
形参
n1
n2
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
实值
2
3
9
3
4
0
0
3
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
4）调用barf函数，计算转动副1中的反力及应加于构件
上的平衡力矩tb。
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实值
1
12
3
1
p
ap
e
fr
&tb
6．1．2静力分析主程序清单：
#include"subk.c"/*运动分析子程序*/
#include"draw.c"/*绘图子程序*/
#include"math.h"
#include"subf.c"
main（）
{staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],tbdraw[370],tb1draw[370];
staticdoublesita1[370],fr1draw[370],sita2[370],fr2draw[370],sita3[370],fr3draw[370],fr3,bt3;
staticintic;/*定义静态变量*/
staticdoublefr[20][2],fe[20][2],pk[20][2]，tb,tb1,fr1,bt1,fr2,bt2,we1,we2,we3,fk;
doubler12,r13,r24,r45,r26,r46,r29,r67,r57,r58,r68,a,b,c,d,gam1,gam2,gam3;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;/*定义局部变两*/
FILE*fp;/*定义文件指针*/
char*m[]={"tb","tb1","fr1","fr2"};/*定义字符串，改变字符串改变绘图结果标注*/
sm[3]=30.0;sm[5]=95.0;sj[3]=0.7;r13=0.1;
r12=0.4;r24=0.75;r45=0.15;r29=0.375;
r67=0.05;r57=sqrt（0.05*0.05+0.15*0.15）;
r58=sqrt（0.4*0.4+0.1*0.1）;
a=0.05,b=0.15,c=0.4,d=0.1;
gam1=atan（a/b）,gam2=atan（d/c）,gam3=asin（0.1/0.4）;
t[6]=0.0;w[6]=0.0;e[6]=0.0;
w[1]=-6.28;e[1]=0.0;del=10.0;
pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;
t[6]=0.0*dr;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.4;
p[2][1]=0.0;p[2][2]=0.0;/*变量附值*/
p[6][1]=100.0;p[6][2]=0.738;
p[8][1]=p[5][1]+0.15;
p[8][2]=p[5][2]+0.05;
printf（"\nThekineto-staticanalysisofasix-barlinkase\n"）;
printf（"\nNoHETA1fr1sita1fr4sita4tbtb1\n"）;
printf（"\ndegNradianN.mN.m"）;
if（（fp=fopen（"20081983","w"））==NULL）
{printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;}
fprintf（fp,"\nTheKineto-staticAnalysisasix-barLinkase\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETA1fr1sita1fr2sita2tbtb1\n"）;
fprintf（fp,"degNradianNraidanN.mN.m"）;/*在文件上写表头*/
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{t[1]=（-i）*del*dr+gam3+pi;
bark（1,3,0,1,0.1,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rprk（-1,2,3,3,2,0.0,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（2,4,0,3,r24,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrpk（-1,4,6,5,4,5,6,0.15,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（5,0,7,5,0.0,r57,gam1,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（5,0,8,5,0.0,r58,gam2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（2,9,0,3,r29,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;/**/
rrpf（4,10,5,11,7,0,8,8,4,5,p,vp,ap,t,w,e,fr）;
rprf（2,3,9,3,4,0,0,3,2,p,vp,ap,t,w,e,fr,fk,pk）;/**/
barf（1,12,3,1,p,ap,e,fr,&tb）;
fr1=sqrt（fr[1][1]*fr[1][1]+fr[1][2]*fr[1][2]）;
bt1=atan2（fr[1][2],fr[1][1]）;
fr2=sqrt（fr[2][1]*fr[2][1]+fr[2][2]*fr[2][2]）;
bt2=atan2（fr[2][2],fr[2][1]）;we1=-（ap[9][1]*vp[9][1]+（ap[9][2]+9.81）*vp[9][2]）*sm[3]-e[3]*w[3]*sj[3];
extf（p,vp,ap,t,w,e,8,fe）;
we2=-ap[7][1]*vp[7][1]*sm[5]+fe[8][1]*vp[8][1];tb1=-（we1+we2）/w[1];
printf（"\n%2d%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f",i+1,t[1]/dr,fr1,bt1/dr,fr2,bt2/dr,tb,tb1）;
fprintf（fp,"\n%2d%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f",i+1,t[1]/dr,fr1,bt1/dr,fr2,bt2/dr,tb,tb1）;
tbdraw[i]=tb;
tb1draw[i]=tb1;fr1draw[i]=fr1;sita1[i]=bt1;
fr2draw[i]=fr2;sita2[i]=bt2;fr3draw[i]=fr2;sita3[i]=bt2;
if（（i%16）==0）{getch（）;}/*屏幕满16行停顿*/}
fclose（fp）;/*关闭文件*/
getch（）;
draw2（del,tbdraw,tb1draw,ic,m）;/*调用绘图程序*/
draw3（del,sita1,fr1draw,sita2,fr2draw,sita3,fr3draw,ic,m）;}/*主程序结束*/
extf（p,vp,ap,t,w,e,nexf,fe）
doublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],t[10],w[10],e[10],fe[20][2];
intnexf;
{fe[nexf][2]=0.0;
if（p[nexf][1]>0.0818&&p[nexf][1]<0.4193&&vp[8][1]>0）{fe[nexf][1]=-9000.0;}
else{fe[nexf][1]=0.0;}}
6．2计算结果及曲线图
6．2．1计算结果
TheKineto-staticAnalysisasix-barLinkase
NoTHETA1fr1sita1fr2sita2tbtb1
degNradianNraidanN.mN.m
1194.4781464.54714.478626.600-171.0420.000-0.000
2179.4781126.83414.005446.529179.520-28.266-28.266
3164.47815766.55312.7236867.142-148.658-746.145-746.145
4149.47815065.29210.8186002.220-154.166-995.121-995.121
5134.47814516.1368.4555323.925-162.398-1174.040-1174.040
6119.47814073.8095.7694865.490-172.533-1288.603-1288.603
7104.47813725.5602.8814635.849176.812-1344.537-1344.537
889.47813479.828-0.1044606.803167.177-1347.947-1347.947
974.47813355.685-3.0864730.561159.624-1304.231-1304.231
1059.47813373.883-5.9644969.290154.494-1216.406-1216.406
1144.47813549.617-8.6315310.648151.601-1083.666-1083.666
1229.47813886.787-10.9685763.969150.487-900.866-900.866
1314.478879.119167.166366.98220.75040.33740.337
14-0.5221206.943165.934504.5347.14728.26628.266
15-15.5221600.678165.525710.728-1.562-2.926-2.926
16-30.5221997.282166.143956.319-5.875-57.279-57.279
17-45.5222255.570167.9661158.808-6.442-124.454-124.454
18-60.5222146.827171.0641169.158-3.022-168.214-168
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