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牛头刨床机构的设计及运动分析.docx

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牛头刨床机构的设计及运动分析

机械原理课程设计

编程说明书

设计题目：

牛头刨床机构的设计及运动分析（3）

 

牛头刨床导杆机构的运动分析

1设计任务及要求……………………………………

2数学模型的建立……………………………………

3程序框图……………………………………………

4程序清单及运行结果………………………………

5设计总结……………………………………………

6参考文献……………………………………………

一、设计任务及要求

设计

内容

导杆机构的运动分析

单位

r/min

mm

符号

n2

lo2o4

lo2A

lo4B

lBC

lo4s4

数据

72

430

110

810

219.6

405

要求

（1）作机构的运动简图。

（2）用C语言编写主程序调用子程序，对机构进行运动分析，动态显示，并打印程序及运算结果。

（3）画出导轨的角位移，角速度，角加速度。

（4）编写设计计算说明书。

 

二、数学模型

如图四个向量组成封闭四边形，于是有

按复数式可以写成

a（cosα+isinα）-b（cosβ+isinβ）+d（cosθ3+isinθ3）=0

（1）

由于θ3=90º，上式可化简为

a（cosα+isinα）-b（cosβ+isinβ）+id=0

（2）

根据

（2）式中实部、虚部分别相等得

acosα-bcosβ=0（3）

asinα-bsinβ+d=0（4）

（3）（4）联立解得

β=arctan

（5）

b=

（6）

将

（2）对时间求一阶导数得

ω2=β’=

ω1cos（α-β）（7）

υc=b’=-aω1sin（α-β）（8）

将

（2）对时间求二阶导数得

ε3=β”=

[aε1cos（α-β）-aω

sin（α-β）-2υcω2]（9）

ac=b”=-aε1sin（α-β）-aω

cos（α-β）+bω

（10）

ac即滑块沿杆方向的加速度，通常曲柄可近似看作均角速转动，则ε3=0。

 

三、程序框图

输入a,d,n2

求解ω1，θ1

作循环，For（i=0;i

 

依次计算θ2，ω2，ε2，lo4A,υc,ac

将计算的θ2，ω2，ε2，lo4A,υc,ac

结果分别存入数组或文件中

按格式输出所有计算结果

初始化图形系统

绘制直角坐标系

直角坐标系下分别绘出角位移，角速度，角加速度图象

绘出机构动画

 

四.程序清单及运行结果

#include"graphics.h"

#include"math.h"

#include"conio.h"

#include"stdio.h"

#definePI3.1415926

#defineMPI/180

#defineC2*PI*60/60

#definel1110

#definel2430

#definel4810

#definel5（0.36*l4）

#defineYs640

#definel7l4-Ys6

voiddtmn（）;

voidpist（floatx0,floaty0,floatl,floath,floattheta）;

voidslide（floatx0,floaty0,floatx1,floath）;

voidpirot（floatx0,floaty0,floatl）;

voidsgd（）;

voidcur（）;

/*****************************主函数****************************************/

main（）

{intQ2,i=0,j=0,Q_2[72];

floatQ4,Q41,Q411,w3,a3,Q5,Q51;

floatQ511,sA,sA1,sA11,Se,w4,Ve,Se1,a4,Se11;

floatS_e[72],S_e1[72],S_e11[72],Q_511[72];

FILE*fl;

if（（fl=fopen（"mydata.txt","w"））==NULL）

{printf（"mydata.txtcannotopen!

\n"）;

exit（0）;

}

/*intgd=DETECT,gm;

initgraph（&gd,&gm,"c:

\\turboc2"）;

cleardevice（）;*/

clrscr（）;

printf（"zhuanjiaoweiyisudujiaojiasudujiasudu\n"）;

for（Q2=0;Q2<=360;Q2+=5）

{i++;

if（i%12==0）{getch（）;

printf（"zhuanjiaoweiyisudujiaojiasudujiasudu\n"）;

}

if（Q2>=0&&Q2<90||Q2>270&&Q2<=360）

{Q4=atan（（l2+l1*sin（Q2*M））/（l1*cos（Q2*M）））;Q4/=M;}

elseif（Q2==90||Q2==270）

{Q4=90;}

elseif（Q2>90&&Q2<180）

{Q4=PI-atan（（l2+l1*sin（Q2*M））/（-l1*cos（Q2*M）））;Q4/=M;}

elseif（Q2>=180&&Q2<270）

{Q4=PI-atan（（l2+l1*sin（Q2*M））/（-l1*cos（Q2*M）））;Q4/=M;}

if（Q4==90）sA=l2+l1;

elseif（Q4==270）sA=l2-l1;

else

sA=l1*cos（Q2*M）/cos（Q4*M）;

sA1=-l1*C*sin（（Q2-Q4）*M）;

Q41=-l1*C*cos（（Q2-Q4）*M）/sA;

w3=Q41;

Q411=（C*C*l1*sin（（Q4-Q2）*M）-w3*sA1）/sA;

a3=Q411;

if（（（l7-l4*sin（Q4*M））/l5）>=0&&（（l7-l4*sin（Q4*M））/l5）<=1）

Q5=180-asin（l7-（l4*sin（Q4*M））/l5）/M;

elseif（（（l7-l4*sin（Q4*M））/l5）>=-1&&（（l7-l4*sin（Q4*M））/l5）<=0）

Q5=180+asin（（l7-l4*sin（Q4*M））/l5）/M;

Se=l4*cos（Q4*M）+l5*cos（Q5*M）;

Q51=-w3*l4*cos（Q4*M）/（l5*cos（Q5*M））;

w4=Q51;

Se1=-w3*l4*sin（（Q4-Q5）*M）/cos（Q5*M）;

Q511=（Q41*Q41*l4*sin（Q4*M）+Q51*Q51*l5*sin（Q5*M）-Q411*l4*cos（Q4*M））/（l5*cos（Q5*M））;

Se11=-（a3*l4*sin（（Q4-Q5）*M）+w3*w3*l4*cos（（Q4-Q5）*M）-w4*w4*l5）/cos（Q5*M）;

S_e[j]=Se;

S_e1[j]=Se1;

Q_511[j]=Q511;

S_e11[j]=Se11;

Q_2[j]=Q2;

printf（"%7d%-7.3f%-7.3f%-7.3f%-7.3f\n",Q_2[j],S_e[j],

S_e1[j],Q_511[j],S_e11[j]）;

fprintf（fl,"%7d%-7.3f%-7.3f%-7.3f%-7.3f\n",Q_2[j],S_e[j],

S_e1[j],Q_511[j],S_e11[j]）;

}

j++;

fclose（fl）;

cur（）;

dtmn（）;

sgd（）;

}

/**********************速度,加速度,位移曲线图函数*************************/

voidcur（）

{/*floatw1=2*PI,L1=110,L4=135,L61=490,L3=540,L6=380;*/

floatQ4,Q2,sA,w3,sA1,sA11,Se,Se1,Se11,a3,a4,Q411,Q5,Q51,w4;

intgd=DETECT,gmode,i;

initgraph（&gd,&gmode,"c:

\\turboc2"）;

clrscr（）;

for（Q2=0;Q2<=2*PI;Q2+=1.0*PI/1000）

{if（Q2>=0&&Q2PI*1.5&&Q2<=2*PI）

Q4=atan（（l2+l1*sin（Q2））/（l1*cos（Q2）））;

elseif（Q2==PI/2.0||Q2==1.5*PI）

Q4=PI/2;

elseif（Q2>PI/2&&Q2

Q4=PI-atan（（l2+l1*sin（Q2））/（-l1*cos（Q2）））;

else

Q4=PI-atan（（l2+l1*sin（Q2））/（-l1*cos（Q2）））;

if（Q2!

=PI/2&&Q2!

=1.5*PI）

sA=l1*cos（Q2）/cos（Q4）;

elseif（Q2==PI/2）

sA=l1+l2;

else

sA=l2-l1;

/*sA1=-l1*w1*sin（Q2-Q4）;*/

w3=l1*C*cos（Q2-Q4）/sA;

Q411=（C*C*l1*sin（Q4-Q2）-2*w3*sA）/sA;

a3=Q411;

if（（（l7-l4*sin（Q4））/l5）>=0&&（（l7-l4*sin（Q4））/l5）<=1）

Q5=PI-asin（（l7-l4*sin（Q4））/l5）;

elseif（（（l7-l4*sin（Q4））/l5）>=-1&&（（l7-l4*sin（Q4））/l5）<0）

Q5=PI+asin（（l7-l4*sin（Q4））/l5）;

Se=l4*cos（Q4）+l5*cos（Q5）;

Q51=-w3*l4*cos（Q4）/（l5*cos（Q5））;

w4=Q51;

Se1=-w3*l4*sin（Q4-Q5）/cos（Q5）;

/*Q511=（Q41*Q41*l4*sin（Q4）+Q51*Q51*l5*sin（Q5）-Q411*Q411*l4*cos（Q4））/（l5*cos（Q5））;*/

Se11=-（a3*l4*sin（Q4-Q5）+w3*w3*l4*cos（Q4-Q5）-w4*w4*l5）/cos（Q5）;

line（100,200,500,200）;

setcolor（5）;

line（492,201,500,200）;

line（492,199,500,200）;

line（100,10,100,350）;

setcolor（5）;

line（99,18,100,10）;

line（101,18,100,10）;

putpixel（100+Q2*180/PI,200-Se/5,1）;/*绘制位移曲线*/

putpixel（100+Q2*180/PI,200-Se1/100,2）;/*绘制速度曲线*/

putpixel（100+Q2*180/PI,200-Se11/100,4）;}/*绘制加速度曲线*/

setcolor（10）;

settextjustify（CENTER_TEXT,0）;

outtextxy（300,300,"RED___JIASUDU"）;

outtextxy（300,330,"GREEN___SUDU"）;

outtextxy（300,360,"BLUE___WEIYI"）;

/*outtextxy（300,50,"SUDUJIASUDUWEIYIGUANXIQUXIANTU"）;*/

outtextxy（300,50,"SUDUJIASUDUWEIYIGUANXIQUXIANTU"）;

getch（）;

closegraph（）;}

/***************************运动模拟图函数*****************************/

voiddtmn（）

{

intgd=DETECT,gmode,n;

initgraph（&gd,&gmode,"c:

\\turboc2"）;

cleardevice（）;

do

{setbkcolor（0）;

sgd（）;

}while（!

kbhit（））;

getch（）;

}

/****************************导轨函数*********************************/

voidslide（floatx0,floaty0,floatx1,floath）

{floatxr;

inti,n;

xr=x0+x1;

line（x0,y0,xr,y0）;

n=x1/h;

for（i=0;i<=n;i++）

{moveto（x0+i*h,y0+h）;

lineto（x0+（i+1）*h,y0）;

}

}

/************************摇块函数**************************************/

voidpist（floatx0,floaty0,floatl,floath,floattheta）

{floatx,y;

x=x0-cos（theta）*l/2+h/2*sin（theta）;

y=y0+l/2*sin（theta）+h/2*cos（theta）;

moveto（x,y）;

linerel（l*cos（theta）,-l*sin（theta））;/***绘制轮廓线******/

linerel（-h*sin（theta）,-h*cos（theta））;

linerel（-l*cos（theta）,l*sin（theta））;

lineto（x,y）;

}

/*************************支点函数**************************************/

voidpirot（floatx0,floaty0,floatl）

{/*floatPI=3.1415926;*/

floatx,y;

inti,n;

inth=4;

setcolor（6）;

circle（x0,y0,3）;

setcolor（9）;

x=x0-l/2;

y=y0+sin（PI/3）*l;

moveto（x0,y0）;

lineto（x,y）;

linerel（18,0）;

lineto（x0,y0）;

n=l/4;

for（i=0;i<=n;i++）

{moveto（x+i*h,y+h）;

lineto（x+（i+1）*h,y）;

}

}

/************************连杆,摇块,导轨函数****************************/

voidsgd（）

{inti;

intx04,y04,x02,y02;

intl04b=l4/2;

intl02a=l1/2;

floatlbc=l5/2;

floatxa,ya,xb,yb,xc,yc,l;

floatss,theta;

for（i=0;i<=63;i++）/*****动态模拟******/

{ss=i*0.1;

/*坐标计算*/

x04=400;x02=400;

y04=400;y02=225;

xa=x02+l02a*cos（ss）;

ya=y02+l02a*sin（ss）;

l=sqrt（（xa-x04）*（xa-x04）+（ya-y04）*（ya-y04））;

xb=x04+（xa-x04）*l04b/l;

yb=y04+（ya-y04）*l04b/l;

yc=135;

xc=xb-sqrt（lbc*lbc-（yb-yc）*（yb-yc））;

theta=-atan（（ya-y04）/（xa-x04））;

setcolor（6）;

cleardevice（）;

circle（xb,yb,3）;

circle（xa,ya,3）;

circle（xc,yc,3）;

setcolor（9）;

line（50,135,500,135）;

rectangle（xc+7,yc+6,xc-7,yc-6）;/*绘制滑块C*/

line（x02,y02,xa,ya）;

line（xc,yc,xb,yb）;

line（xb,yb,x04,y04）;

setcolor（9）;

pirot（x02,y02,16）;/*绘制支点X04,X02*/

pirot（x04,y04,16）;

pist（xa,ya,20,10,theta）;/*绘制滑块A*/

slide（60,135,100,10）;

slide（500,135,570,10）;

setcolor

（2）;

settextstyle（3,0,2）;

outtextxy（200,30,"DAOGANYUNDONGMONI"）;

outtextxy（200,440,"PRESSANYKEYTORETURN"）;

outtextxy（200,420,"PRESSBREAKTOSTOP"）;

delay（1000）;}

}

                                                                                

            0-90.855302.8446.525-7945.676

5-95.677390.3175.906-7767.201

10-101.665470.8925.181-7542.569

15-108.727544.9054.378-7274.238

20-116.773612.6883.525-6964.807

25-125.719674.5562.644-6617.047

30-135.484730.7991.758-6233.863

35-145.994781.6790.885-5818.282

40-157.174827.4330.040-5373.429

45-168.955868.268-0.761-4902.485

50-181.270904.365-1.508-4408.655

zhuanjiaoweiyisudujiaojiasudujiasudu

55-194.055935.878-2.188-3895.115

60-207.246962.942-2.795-3365.007

65-220.783985.665-3.319-2821.384

70-234.6061004.139-3.757-2267.217

75-248.6571018.434-4.101-1705.345

80-262.8771028.610-4.350-1138.495

85-277.2101034.698-4.500-569.231

90-291.6001036.726-4.5500.006

95-305.9901034.695-4.500566.923

100-320.3231028.609-4.3501129.368

105-334.5431018.435-4.1011685.306

110-348.5941004.138-3.7572232.816 

105-334.5431018.435-4.1011685.306

110-348.5941004.138-3.7572232.816

zhuanjiaoweiyisudujiaojiasudujiasudu

115-362.417985.664-3.3192770.065

      120-375.954962.941-2.7953295.282

125-389.145935.877-2.1883806.716

130-401.930904.363-1.5084302.614

135-414.245868.267-0.7614781.164

140-426.026827.4320.0405240.429

145-437.206781.6780.8855678.334

150-447.716730.7981.7586092.539

155-457.481674.5552.6446480.422

160-466.427612.6873.5256838.999

165-474.473544.9044.3787164.852

170-481.535470.8915.1817454.074

zhuanjiaoweiyisudujiaojiasudujiasudu

175-487.523390.3175.9067702.266

180-492.345302.8446.5257904.503

185-495.902208.1437.0078055.423

190-498.092105.9197.3188149.294

195-498.808-4.0547.4238180.248

200-497.943-121.8847.2908142.548

205-495.387-247.5026.8868030.973

210-491.033-380.5796.1857841.249

215-484.783-520.4355.1717570.547

220-476.550-665.9283.8387217.901

225-466.267-815.3452.1996784.396

230-453.895-966.3020.2906273.208

zhuanjiaoweiyisudujiaojiasudujiasudu

235-439.432-1115.682-1.8295689.107

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