机械原理课程设计牛头刨床导杆机构

.. ..


牛头刨床导杆机构的运动分析


目 录



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……………………………………
... . .

.. ..

机械原理课程设计任务书（一）

郭娜 专业 机械工程及自动化 班级 机械08-3班 学号

一、设计题目：
牛头刨床
导杆机构的运动分析
二、系统简图：
C
6
5
6
5
B
工件
7
工作台
1B
2
1'
4
3
5
6
7
7'
8
8'
9
C
n
2
2
11
10
4z
O
O'
电动机
z'z
1
1
z
23
A
n
2
D
O
2
2
O
98
O
4
1
9
E
棘轮
A
1
3< br>12
4
O
1
10
F
11

h

2


三、工作条件
已知：曲柄每分钟转数n
2
，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x
位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上 。
四、原始数据
导杆机构的运动分析
r
min
n
2

80

mm

l
O
2
O
4

450
l
O
2
A

120
l
O
4
B

850
l
BC

306

l
O
4
S
4

425

xs
6

285
ys
6

840
五、要求：
1）作机构的运动简图（A4或A3图纸）。
2）用C语言编写主程序调用子程序，对机构进行运动分析，并打印出程序
及计算结果。
?
，角加速度
?
??
的曲线。 3）画出导轨4的角位移
?
，角速度
?
4）编写设计计算说明书。
指导教师：
... . .

.. ..
开始日期： 2010年7月10 日 完成日期：2010 年7月16日
1. 设计任务及要求


设计
容
单位
符号
数据




要求

导 杆 机 构 的 运 动 分 析
rmin
n
2

80
lo
2
o
4

450
lo
2A

120
mm
lo
4B

850
l
BC

306
lo
4
s
4

425
（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Ψ，角速度Ψ’，角加速度
Ψ”。
（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
Z
1
?Z
2
?Z
3
?0


按复数式可以写成

a（cosα+isinα）-b(cosβ+isinβ)+ d(cosθ
3
+isinθ
3
)=0
（1）

由于θ
3
=90?，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=
a
2
?d
2
?2adsina

(6)

将（2）对时间求一阶导数得

ω
2
=β’=
(7)

υ
c
=b’=-aω
1
sin(α-β)
(8)

将（2）对时间求二阶导数得

ε
3
=β”=
（9)

a
c
=b”=- aε
1
sin(α-β)-aω
1
cos(α-β)+bω
2

(10)
... . .
22
d?asina

acosa
a
ω
1
cos(α-β)
b
1
2
[aε
1
cos(α-β)- aω
1
sin(α-β)-2υ
c
ω
2
]
b

.. ..
a
c
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
ε
3
=0。


三、 程序框图



程序设计时，一般
?
1
?
?
是未知量而
?1
已知且为常数，
它们的关系为，
?
1
(t)?
?1
t,
取相等时间间隔
?t
，则
?
1N
??
1
??t?N
其中N为整数
输入a,d, ω
1,
输入N
作循环，For(i=0;i=N;i++)
依次计算β，b, ω
2,
υ
c,
ε
2,
a
c

将计算的β，b, ω
2,
υ
c,
ε
2,
a
c
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


... . .

.. ..

四、程序清单及运算结果

符号说明
Q1：曲柄1的角位移 Q3：导杆3的摆动的角位移
S3：C点沿杆3的位移 Q31：导杆3摆动的角速度w3
S31：C点相对于导杆3的速度 Q311：导杆3摆动的角加速度a3
S311：C点相对于导杆3的加速度 L1：曲柄1的长度
L6：曲柄1与导杆3的回转中心的距离

（1） 程序清单

①导杆3的计算程序
#include
#include
#include
#define PI 3.1415926
#define M 0.017453
main()
{ int Q1,i=0,j=0,Q_1[71];
float S_e[71],S_e1[71],Q_411[71],S_e11[71];
float Q3,Q31,Q311,w3,a3,Q4,Q41;
float Q411,s3,s31,s311,Se,w4,Ve,Se1,a4,Se11;
FILE *f1;
if((f1=fopen(
{printf(
exit(0);
}
clrscr();
printf(du wei yi su du
jiaojiasudu jiasudun
for(Q1=0;Q1<360;Q1+=5)
{ i++;
... . .

.. ..
if(i%12==0)
{getch();
printf( weiyi sudu
jiaojiasudu jiasudun
}
if(Q1>=0&&Q1<90||Q1>270&&Q1<=360)
{Q3=atan((350+90*sin(Q1*M))(90*cos(Q1*M)));
Q3=M;
}
else if(Q1==90||Q1==270)
{Q3=90;}
else if(Q1>90&&Q1<270)
{Q3=PI+atan((350+90*sin(Q1*M))(90*cos(Q1*M)));
Q3=M;
}
if(Q3!=90&&Q3!=270)
s3=90*cos(Q1*M)cos(Q3*M);
else if(Q3==90)
s3=440;
else
s3=260;
s31=-90*6.8*sin((Q1-Q3)*M);
Q31=90*6.8*cos((Q1-Q3)*M)s3;
w3=Q31;
Q311=(6.8*6.8*90*sin((Q3-Q1)*M))-2*w3*s31;
a3=Q311;
Q4=180-asin((530-580*sin(Q3*M))174)M;
Se=580*cos(Q3*M)+174*cos(Q4*M);
Q41=-w3*580*cos(Q3*M)(174*cos(Q4*M));
w4=Q41;
Se1=-w3*580*sin((Q3-Q4)*M)cos(Q4*M);

Q411=(Q31*Q31*580*sin(Q3*M)+Q41*Q41*174* sin(Q4*M)-Q3
11*580*cos(Q3*M))(174*cos(Q4*M));

Se11=-(a3*580*sin((Q3-Q4)*M)+w3*w3*580*c os((Q3-Q4)*M
-w4*w4*174))cos(Q4*M);
... . .

.. ..
Q_1[j]=Q1;
S_e[j]=Se;
S_e1[j]=Se1;
Q_411[j]=Q411;
S_e11[j]=Se11;

printf(
%6.4fn
);

fprintf(f1, %6.4f %6.4f
%6.4f %6.4fn
S_e11[j]);
}
j=j+1;
fclose(f1);
}

① 运算结果

jiaodu wei yi su du jiaojiasudu jiasudu
0 -26.6410 -225.6121 2980.1992 -1888597.5000
5 -29.9571 -290.3119 2725.9580 -1771214.1250
10 -34.0705 -349.9124 2465.3013 -1653869.1250
15 -38.9176 -404.7200 2204.1282 -1537997.5000
20 -44.4389 -455.0467 1947.2355 -1422954.2500
25 -50.5790 -501.1967 1698.4697 -1310516.2500
30 -57.2860 -543.4551 1460.8784 -1201652.5000
35 -64.5119 -582.0817 1236.8556 -1094043.1250
40 -72.2113 -617.3046 1028.2677 -987876.7500
45 -80.3420 -649.3168 836.5630 -884575.3750
50 -88.8637 -678.2743 662.8631 -784632.6250
55 -97.7381 -704.2951 508.0354 -683126.8125
60 -106.9280 -727.4584 372.7512 -586413.1250
65 -116.3972 -747.8099 257.5296 -487261.8125
70 -126.1095 -765.3591 162.7702 -391189.9375
75 -136.0290 -780.0851 88.7760 -292519.0312
... . .

.. ..
80 -146.1191 -791.9397 35.7695 -195399.5156
85 -156.3424 -800.8548 3.9034 -99716.0781
90 -166.6487 -806.7209 -6.7326 -336.6043
95 -177.0345 -809.4526 3.8907 98381.1172
100 -187.4224 -808.9144 35.7439 201360.3906
105 -197.7818 -804.9841 88.7376 303868.6875
110 -208.0682 -797.5251 162.7193 406435.0625
115 -218.2356 -786.4084 257.4662 513216.6875
120 -228.2362 -771.4974 372.6755 620025.8750
125 -238.0202 -752.6618 507.9477 731897.5625
130 -247.5368 -729.7744 662.7639 842337.0000
135 -256.7329 -702.7089 836.4528 958104.5625
140 -265.5542 -671.3401 1028.1467 1074799.1250
145 -273.9447 -635.5408 1236.7249 1193481.0000
150 -281.8466 -595.1798 1460.7390 1314749.0000
155 -289.2006 -550.1158 1698.3228 1439326.0000
160 -295.9452 -500.1955 1947.0826 1564795.8750
165 -302.0172 -445.2491 2203.9717 1691299.2500
170 -307.3508 -385.0851 2465.1428 1820088.8750
175 -311.8776 -319.4932 2725.8010 1949062.5000
180 -315.5267 -248.2437 2980.0481 2077653.1250
185 -318.2238 -171.0969 3220.7498 2204597.7500
190 -319.8919 -87.8205 3439.4504 2327887.5000
195 -320.4508 1.7835 3626.3618 2445203.0000
200 -319.8185 97.8345 3770.4954 2553216.0000
205 -317.9123 200.3115 3859.9885 2647628.7500
210 -314.6508 308.9710 3882.6917 2723199.0000
215 -309.9581 423.2437 3827.1174 2773568.0000
220 -303.7680 542.1177 3683.7847 2790752.7500
225 -296.0309 664.0181 3446.9648 2767703.0000
230 -286.7217 786.708 3116.7771 2694137.2500
235 -275.8483 907.2365 2701.3325 2562871.7500
240 -263.4610 1021.9773 2218.5918 2369156.0000
245 -249.6605 1126.7856 1697.2296 2103209.7500
250 -234.6020 1217.2893 1175.8484 1775365.7500
255 -218.4965 1289.3079 699.9667 1384495.5000
260 -201.6046 1339.3322 316.6331 947077.5000
... . .

.. ..
265 -184.2254 1364.9659 67.3372 484325.1562
270 -166.6487 806.7209 -6.7326 -157.5224
275 -149.2913 1340.7021 67.0276 -468633.1875
280 -132.3673 1293.2650 316.0499 -919479.5000
285 -116.1834 1225.9053 699.1774 -1320767.6250
290 -100.9728 1142.2114 1174.9329 -1666306.5000
295 -86.9208 1046.0001 1696.2716 -1955622.0000
300 -74.1637 940.9747 2217.6743 -2177823.7500
305 -62.7928 830.4984 2700.5159 -2345273.5000
310 -52.8588 717.4761 3116.0991 -2456901.5000
315 -44.3785 604.3156 3446.4526 -2518143.0000
320 -37.3407 492.9357 3683.4421 -2537459.0000
325 -31.7127 384.8089 3826.9407 -2520536.7500
330 -27.4455 281.0159 3882.6650 -2475456.0000
335 -24.4783 182.3036 3860.0955 -2407529.5000
340 -22.7427 89.1417 3770.7129 -2322242.2500
345 -22.1656 1.7749 3626.6663 -2224271.0000
350 -22.6721 -79.7296 3439.8213 -2117387.2500



②导杆3的角位移的，角速度，角加速度曲线图的设计程序


#include
#include
#include
#define pi 3.1415926
main()
{ float w1=2*pi*6460,L1=90,L6=350;
float Q3,Q1,s3,w3,s31,s311;
int gd=DETECT,gmode,i;
initgraph(&gd,&gmode,
clrscr();
for(Q1=0;Q1<=2*pi;Q1+=1.01000*pi)
{if(Q1>=0&&Q1pi*1.5&&Q1<=2*pi)
Q3=atan((L6+L1*sin(Q1))(L1*cos(Q1)));
... . .

.. ..
else if(Q1==pi2||Q1==1.5*pi)
Q3=pi2;
else
Q3=pi+atan((L6+L1*sin(Q1))(L1*cos(Q1)));
if(Q1!=pi2&&Q1!=1.5*pi)
s3=L1+L6;
else s3=L6-L1;
s31=-L1*w1*sin(Q1-Q3);
w3=L1*w1*cos(Q1-Q3)s3;


s3=sqrt(L1*L1+L6*L6+2*L1*L6*sin(Q1));
putpixel(100+Q1*180pi,60+s3*sin(Q3)2.5,5);
line(100,200,500,200);
line(495,205,500,200);
line(495,195,500,200);
line(100,10,100,350);
line(95,15,100,10);
line(105,15,100,10);

putpixel(100+Q1*180 pi,188+L1*w1*cos(Q1-Q3)s3*30,6)
;*v*

putpixel(100+Q1*180pi,200+(w1*w1*L1*sin(Q3-Q1)-2*w 3
*s31)s3*6,4);*a*
}
outtextxy(400,120,
outtextxy(220,230,
outtextxy(400,300,
getch();
}






... . .

.. ..
②




③ 导杆机构运动模拟程序

#include
#include
#include
void pist(float x0,float y0,float l,float h,float theta);
void pirot(float x0,float y0,float l);
void sgd();
main()
{ int gd=DETECT,gmode,n;
initgraph(&gd,&gmode,
for(n=1;n<=70;n++)
{setbkcolor(0);
sgd();
}
... . .

.. ..
getch();
}

* 摇块子程序 *
void pist(float x0,float y0,float l,float h,float theta)
{float x,y;
x=x0-cos(theta)*12+h2*sin(theta);
y=y0+12*sin(theta)+h2*cos(theta);
moveto(x,y);
linerel(l*cos(theta),-l*sin(theta));
linerel(-h*sin(theta),-h*cos(theta));
linerel(-l*cos(theta),l*sin(theta));
lineto(x,y);
}

* 支点子程序 *
void pirot(float x0,float y0,float l)
{ float pi=3.1415926;
float x,y;
int i,n;
int h=4;
setcolor(3);
circle(x0,y0,3);
setcolor(150);
x=x0-12;
y=y0+sin(pi3)*l;
moveto(x0,y0);
lineto(x,y);
linerel(20,0);
lineto(x0,y0);
n=14;
for(i=0;i<=n;i++)
{moveto(x+i*h,y+h);
lineto(x+(i+1)*h,y);
}
}

... . .

.. ..
* 连杆，摇块，导轨程序*
void sgd()
{int i;
int x04,y04,x02,y02;
int l04b=800;
int l02a=95;
float xa,ya,xb,yb,l;
float ss,theta;
for(i=0;i<=63;i++) *循环动画*
{ss=i*0.1;
x04=350; x02=350; *坐标计算*
y04=320; y02=145;
xa=x02+l02a*cos(ss);
ya=y02+l02a*sin(ss);
l=sqrt((xa-x04)*(xa-x04)+(ya-y04)*(ya-y04));
xb=x04+(xa-x04)*l04bl;
yb=y04+(ya-y04)*l04bl;
theta=-atan((ya-y04)(xa-x04));
setcolor(14);
cleardevice(); *清屏*
circle(xa+4,ya-8,3);
setcolor(2);
line(x02,y02,xa+4,ya-8);
line(xb,yb,x04,y04);
setcolor(9);
pirot(x02,y02,16); *画支点Xo4,Xo2*
pirot(x04,y04,16);
pist(xa,ya,20,10,theta);
delay(250);
}
}






... . .

.. ..
③










... . .

.. ..
五、 设计总结
通过这次机械原理课程设计,本人受益匪浅。
这次课程是机械原理教学的一个重要组成部分。课程设计的
目的在于进一步巩固和加深学生所学的理论知 识，使其对于机械
的组成结构，运动学以及动力学的分析与设计建立较完整的概念
以及知识系统 ，培养学生独立分析和解决有关本课程实际问题以
及进一步提高分析设计、查阅技术资料的能力和独立自 主能力。
更为重要的是培养开发和创新机械的能力。
为了培养学生开发和创新机械产品的能力 ，对机械原理课程
设计提出的要：“结合一个简单的机械系统，综合运用所学理论
和方法，使学 生能受到拟定机械运动方案的初步训练，并能对方
案中某些机构进行分析和设计”。我们以基本要求精神 为指导，
以适应当的开发、设计新产品为核心的科技进步需要而做的努力。
其容为：结合专业特 点，选择工程实际的问题作为课程设计题目，
对所选题目进行方案论证，定出两个较好的方案进行必要的 分析、
计算及绘图。
本课程设计以解析法为主，运用计算机辅助设计对选定的机构进行分析与设计。为了提高自己的自主创新能力有着很大的帮
助。





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六、
参考文献


[1] 谭浩强编著.C程序设计（第二版）.：清华大学，1999
[2] 桓 作模 文杰著.机械原理（第七版）：高等教育，2005
[3] 罗笑南，王若梅等著。计算机图形学 ：大学，1996.10
[4] 裘建新编著 机械原理课程设计指导书 ：高等教育 2005.4


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