机械原理课程设计.docx

1、机械原理课程设计课程设计说明书 题目名称：平面六杆机构 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 学生姓名：杨鹏 班级：机英102班 学号：10431042 一、 设计题目及原始数据二、 设计要求三、 机构运动分析与力的分析1、机构的运动分析位置分析：=。+arctan(1/2) 。=-arctan(1/2)机构封闭矢量方程式：L1+L2-L3-LAD=0 L1(i1)+L2(i2)=lad+l3(i3) 实部与虚部分离得：l1cos1+l2cos2=lAD+l3cos3 l1sin1+l2sin2= l3cos3由此方程组可求得未知方位角3。当要求解3时，应将2消去，为此可先将上面两

2、分式左端含1的项移到等式的右端，然后分别将两端平方并相加，可得l22=l32+lAD2+l12+2*l3*lAD*cos3-2*l1*l3*cos(3-1)-2*l1*lAD*cos1经整理并可简化为：Asin3+Bcos3+C=0式中：A=2*l1*l3*sin1；B=2*l3*(l1*cos1-lAD)； C=l22-l12-l32-lAD2+2*l1*l4*cos1;解之可得： tan(3/2)=(A-（A2+B2-C2）)/(B-C) 3=2*arctan(A-（A2+B2-C2）)/(B-C)-arctan(0.5)在求得了3之后，就可以利用上面式求得2。 2=arcsin(l3si

3、n3-l1sin1)将式对时间t求导，可得 L1w1e(i1)+L2w2e(i2)=L3w3e(i3) 将式的实部和虚部分离，得 L1w1cos1+L2w2cos2=L3w3cos3 L1w1sin1+L2w2sin2=L3w3sin3联解上两式可求得两个未知角速度w2、w3,即 W2=-w1*l1*sin(1-3)/(l2*sin(2-3) W3=-w1*l1*sin(1-2)/(l3*sin(3-2)且w1=2*n1将对时间t求导，可得il1w12*e(i1)+l22*e(i2)+il2w22*e(i2)=l33*e(i3)+il3w32*e(i3)将上式的实部和虚部分离，有l1w12*c

4、os1+l22* sin2+l2w22* cos2=l33* sin3+l3w32* cos3-l1w12* sin1+l22* cos2-l2w22* sin2=l33* cos3-l3w32* sin3联解上两式即可求得两个未知的角加速度2、3，即2=(-l1w12*cos(1-3)-l2w22*cos(2-3)+l3w32)/l3*sin(2-3)3=(l1w12*cos(1-2)-l3w32*cos(3-2)+l2w22)/l3*sin(3-2)在封闭矢量多边形DEF中，有LDE+LEF=LDF改写并表示为复数矢量形式：lDE*e(i3)+lEF*e(i4)=lDF将上式对时间t求导，

5、可得lDE*w3* e(i3)=- lEF*w4*e(i4) 将上式的实部和虚部分离，可得lDE*w3*sin3=- lEF*w4* sin4lDE*w3*cos3=- lEF*w4* cos4=w4= -lDE*w3*sin3/lEF* sin4将式对时间t求导，可得ilDE*w32* e(i3)+lDE*3* e(i3)=-ilEF*w42* e(i4)-lEF*4* e(i4)将上式的实部和虚部分离，有lDE*3* sin3+ lDE*w32* cos3=-lEF*4* sin4- lEF*w42* cos4lDE*3* cos3- lDE*w32* sin3=-lEF*4* cos4+

6、lEF*w42* sin4=4= -(lDE*3* sin3+ lDE*w32* cos3+ lEF*w42* cos4)/ lEF* sin4在三角形DEF中：lAD2=lDF2+lDE2-2*lDF*lDE*cos3lDF=lDEcos3+(lAD2-lDE2sin3)即从动件的位移方程:S= lDF=lDEcos3+(lAD2-lDE2sin3)将上式对时间求导t得,从动件的速度方程:V=-lDEsin3-lDE2*sin(2*3)_/(2* (lAD2-lDE2sin3)将上式对时间求导t得,从动件的加速度方程：a=-lDEcos3-(lDE2*cos(2*3)*(lAD2-lDE2s

7、in3)+lDE4*sin(2*3)2/(4*(2* (lAD2-lDE2sin3)/(lAD2-lDE2*sin32)2、机构的力的分析先对滑块5进行受力分析，由F=0可得，Pr=F45*cos4+m5*aFN=G+F45*sin4得F45=(Pr-m5*a)/ cos4在三角形DEF中，由正弦定理可得lDE/sin4=l4/ sin3=sin4=lDE* sin3/l4=4=arc(lDE* sin3/l4)再对杆4受力分析，由F=0可得， F34+FI4=F54且FI4=m4*as4、F54=-F45=F34=F54-FI4=F34=-F45-m4*as4Ls4=LAD+LDE+LEs4

8、即 Ls4=lAD+lDE*e(i3)+lEs4*e(i4)将上式对时间t分别求一次和二次导数，并经变换整理可得Vs4和as4的矢量表达式，即Vs4=-lDE*w3*sin3-lEs4*w4*sin4as4=-lDE*w32*cos3+lEs4*4*sin4+w42*lEs4*cos4对杆2、3受力分析：有MI3=J3*3l3t*F23-MI3=l3* ei(90+3)*(F23x+iF23y)-MI3=-l3*F23x* sin3-l3*F23y* cos3-MI3+i(l3*F23x* cos3-l3*F23y* sin3)=0由上式的实部等于零可得-l3*F23x* sin3-l3*F2

9、3y* cos3-MI3=0 同理，得l2t*(-F23)= -l2* ei(90+2)*(F23x+iF23y)= l2*F23x* sin2+l2*F23y* cos2+i(l2*F23x* cos2+l2*F23y* sin2)=0由上式的实部等于零，可得l2*F23x* sin2+l2*F23y* cos2=0 联立、式求解，得F23x=MI3* cos2/(l3* sin2* cos3-l3* sin3* cos2)F23y=MI3* sin2/(l3* sin3* cos2-l3* sin2* cos3)根据构件3上的诸力平衡条件，F=0，可得F32=-F23根据构件2上的力平衡条

10、件，F=0，可得F32=F12对于构件1，F21=-F12=F21=F23 而M=l1t*F21=l1*ei(90+1)*(F21x+iF21y)=l1*F21x*sin1+l1*F21y*cos1+i(F21x*cos1-F21y*sin1)由上式的等式两端的实部相等可得：M=l1*F21x*sin1+l1*F21y*cos1=M=l1* F23x*sin1+l1* F23y*cos1四、 附从动件位移、速度、加速度的曲线图、作用在主动件上的平衡力矩的曲线图 五、 机构运动简图六、 设计源程序位移程序：clc;clearl1=0.08; l2=0.3;l3=0.3;l4=0.2;l5=sqr

11、t(0.2);t=0:0.01:2*pi;for i=1:length(t); x1=t(i); A=2*l1*l3*sin(x1); B=2*l1*l3*cos(x1)-2*l3*l5; C=l22-l12-l32-l52+2*l1*l5*cos(x1); k=(A-sqrt(A2+B2-C2)/(B-C); x3=2*atan(k)-atan(0.5); s=0.5*l3*cos(x3)+sqrt(l42-(0.5*l3)2*(sin(x3)2); q(i)=s;endplot(t,q)title(滑块的位移随x1的变化曲线)速度程序：clc;clearl1=0.08; l2=0.3;l3

12、=0.3;l4=0.2;l5=sqrt(0.2);t=0:0.01:2*pi;for i=1:length(t); x1=t(i); A=2*l1*l3*sin(x1); B=2*l1*l3*cos(x1)-2*l3*l5; C=l22-l12-l32-l52+2*l1*l5*cos(x1); k=(A-sqrt(A2+B2-C2)/(B-C); x3=2*atan(k)-atan(0.5); v=-0.5*l3*sin(x3)-(0.5*l3)2*sin(2*x3)/(2*sqrt(l42-(0.5*l3)2*(sin(x3)2); q(i)=v;endplot(t,q)title(滑块的速

13、度随x1的变化曲线)加速度程序：clc;clearl1=0.08; l2=0.3;l3=0.3;l4=0.2;l5=sqrt(0.2);t=0:0.01:2*pi;for i=1:length(t); x1=t(i); A=2*l1*l3*sin(x1); B=2*l1*l3*cos(x1)-2*l3*l5; C=l22-l12-l32-l52+2*l1*l5*cos(x1); k=(A-sqrt(A2+B2-C2)/(B-C); x3=2*atan(k)-atan(0.5); a =- (3*cos(x3)/20 - (9*cos(2*x3)/(400*(1/25 - (9*sin(x3)2

14、)/400)(1/2) - (81*sin(2*x3)*cos(x3)*sin(x3)/(320000*(1/25 - (9*sin(x3)2)/400)(3/2); q(i)=a;endplot(t,q)title(滑块的加速度随x1的变化曲线)平衡力偶程序：clc;clearl1=0.08; l2=0.3;l3=0.3;l4=0.2;l5=sqrt(0.2);J3=0.01;n1=400;t=0:0.01:2*pi;for i=1:length(t); z1=t(i); A=2*l1*l3*sin(z1); B=2*l1*l3*cos(z1)-2*l3*l5; C=l22-l12-l32-

15、l52+2*l1*l5*cos(z1); k=(A-sqrt(A2+B2-C2)/(B-C); z3=2*atan(k)-atan(0.5); z2=asin(l3*sin(z3)-l1*sin(z1); w1=2*pi*n1; w2=(-w1*l1*sin(z1-z3)/(l2*sin(z2-z3); w3=(-w1*l1*sin(z1-z2)/(l3*sin(z3-z2); a3=(l1*w12*cos(z1-z2)-l3*w32*cos(z3-z2)+l2*w22)/l3*sin(z3-z2); MI3=J3*a3; F23x=MI3* cos(z2)/(l3* sin(z2)* cos

16、(z3)-l3* sin(z3)* cos(z2); F23y=MI3* sin(z2)/(l3* sin(z3)* cos(z2)-l3* sin(z2)* cos(z3); M=l1* F23x*sin(z1)+l1* F23y*cos(z1); q(i)=M;endplot(t,q)title(构件1的平衡力偶随z1的变化曲线)七、 设计心得这次课程设计让我对机械成品的诞生有了一个初步的认识，没想到一个简单的连杆机构都那么复杂，很多应该提前掌握的原理，知识，我们都是现学现卖，真是汗颜，而matlab也是我们才接触不久的，虽然加强了我自主学习的能力，但也是对我一个很大的挑战。我以前学习过C语言，本以为对编程有点底子，会好很多，可是事实上却并非如此，还是不停的出现各种问题，只好不停的完善，重来。从刚刚接触的matlab，一步步的熟悉它，到最终完成这次的课程设计，这些让我们的假期充实不少。相信这次课程设计，会为我们下学期学机械设计课程，打下一个良好的基础，如此而已。八、 主要参考资料1.机械原理第七版课本；2.MATLAB程序编程；3.理论力学课本等； 图表 2