机械原理课程设计-连杆机构b4

课 程 设 计 书1机械原理课程设计任务书题目：连杆机构设计 B4-b姓名：GHGH班级：机械设计制造及其自动化 2006 级 7 班设计参数连架杆转角范围 计算间隔 设计计算mm手工 编程转角关系的期望函数y=x(1x 2)60 85 2 0.5确定：a,b,c,d 四杆的长度，以及在一个工作循环内每一计算间隔的转角偏差值 i设计要求：1.用解析法按计算间隔进行设计计算；2.绘制 3 号图纸 1 张，包括：(1)机构运动简图；(2)期望函数与机构实现函数在计算点处的对比表；(3)根据对比表绘制期望函数与机构实现函数的位移对比图；3.设计说明书一份；4.要求设计步骤清楚，计算准确。说明书规范。作图要符合国家标。按时独立完成任务。课 程 设 计 书2目录第 1 节 平面四 杆机构设计 31.1 连杆机构设计的基本问题 .31.2 作图法设 计四杆机构 .31.3 解析法设计四杆机构 3第 2 节 设 计介绍 52.1 按预定的两连架杆对应位置设计原理 .52.2 按期望函 数设计 6第 3 节 连杆 机构设计 83.1 连杆机构设计 .83.2 变量和函数与转角之间的比例尺 .83.3 确定结点值 .83.4 确定 初始角 0、 .93.5 杆长比 m,n,l 的确定 133.6 检查偏 差值 .133.7 杆长的 确定 133.8 连架杆 在各位置的再现函数和期望函数最小差值 的确定 .15总结 18参考文献 19附录 20课 程 设 计 书3第 1 节 平面四杆机构设计1.1 连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件（如要求存在曲柄、杆长比恰当等） 、动力条件（如适当的传动角等）和运动连续条件等。根据机械的用途和性能要求的不同，对连杆机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求可归纳为以下三类问题：(1)预定的连杆位置要求；(2)满足预定的运动规律要求；(3)满足预定的轨迹要求;连杆设计的方法有：解析法、作图法和实验法。1.2 作图法设计四杆机构对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对运动的几何关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。根据设计要求的不同分为四种情况 ：(1) 按连杆预定的位置设计四杆机构课 程 设 计 书4(2) 按两连架杆预定的对应角位移设计四杆机构(3) 按预定的轨迹设计四杆机构(4) 按给定的急回要求设计四杆机构1.3 解析法设计四杆机构在用解析法设计四杆机构时，首先需建立包含机构各尺度参数和运动变量在内的解析式，然后根据已知的运动变量求机构的尺度参数。现有三种不同的设计要求，分别是：(1) 按连杆预定的连杆位置设计四杆机构(2) 按预定的运动轨迹设计四杆机构(3) 按预定的运动规律设计四杆机构1) 按预定的两连架杆对应位置设计2) 按期望函数设计本次连杆机构设计采用解析法设计四杆机构中的按期望函数设计。下面在第 2 节将对期望函数设计四杆机构的原理进行详细的阐述。课 程 设 计 书5第 2 节 设计介绍2.1 按预定的两连架杆对应位置设计原理如下图所示： yx4312o 0 i i i 0dacb设要求从动件 3 与主动件 1 的转角之间满足一系列的对应位置关系, 即 = i=1, 2, ,n 其函数的运动变量为 由设计要求知i3)(1if i、 为已知条件。有 为未知。又因为机构按比例放大或缩小，1 2不会改变各机构的相对角度关系，故设计变量应该为各构件的相对长度，如取 a/a=1 , b/a=l c/a=m , d/a=n 。故设计变量l、m、 n 以及 、 的计量起始角 、 共五个。如图所示建立坐130标系 Oxy，并把各杆矢量向坐标轴投影，可得课 程 设 计 书6yxo=f()F )cos()cos(cos mnl ii 01032 iii为消去未知角 ，将上式 两端各自平方后相加，经整理可得i2 )2/(1()cos()()cos()cos( 201030301 nnmlmiiii 令 =m, =-m/n, = ,则上式可简化为：p1p22/()2nl 2-2piiii 2010310301 cos()cos()cos( 式 2-2 中包含 5 个待定参数 、 、 、 、及 ，故四杆01200机构最多可以按两连架杆的 5 个对应位置精度求解。2.2 按期望函数设计如上图所示，设要求设计四杆机构两连架杆转角之间实现的函数关系 (成为期望函数 )，由于连架杆机构的待定参数较少，)xfy故一般不能准确实现该期望函数。设实际实现的函数为月(成为再现函数 )，再现函数与期望函数一般是不一致的。设)xFy计时应该使机构的再现函数尽可能逼近所要求的期望函数。具体作法是：在给定的自变量 x 的变化区间 到 内的某点上，使再现函0xm2-1 课 程 设 计 书7数与期望函数的值相等。从几何意义上 与 两函数曲线)(xFy)(xfy在某些点相交。这些点称为插值结点。显然在结点处： 0)(xfF故在插值结点上，再现函数的函数值为已知。这样，就可以按上述方法来设计四杆机构。这种设计方法成为插值逼近法。在结点以外的其他位置， 与 是不相等的，其偏差)(xFy)(xfy为 )(xfy偏差的大小与结点的数目及其分布情况有关，增加插值结点的数目，有利于逼近精度的提高。但结点的数目最多可为 5 个。至于结点位置分布，根据函数逼近理论有2-3mixxmmi 2)1(cos)(21)(2100 试中 i=1,2, ,3,n 为插值结点数。本节介绍了采用期望函数设计四杆机构的原理。那么在第 3 节将具体阐述连杆机构的设计。课 程 设 计 书8第 3 节 连杆机构设计3.1 连杆机构设计设计参数表连架杆转角范围 计算间隔 设计计算mm手工 编程转角关系的期望函数y=x(1x 2)60 85 2 0.5确定：a,b,c,d 四杆的长度，以及在一个工作循环内每一计算间隔的转角偏差值 i注：本次采用编程计算,计算间隔 0.53.2 变量和函数与转角之间的比例尺根据已知条件 y=x(1 x 2)为铰链四杆机构近似的实现期望函数，设计步骤如下：（1）根据已知条件 , ,可求得 ， 。10x2m0y693.m（2）由主、从动件的转角范围 =60、 =85确定自变课 程 设 计 书9量和函数与转角之间的比例尺分别为：60/1/)(0mxu8593.y3.3 确定结点值设取结点总数 m=3，由式 2-3 可得各结点处的有关各值如表(3-1)所示。表（ 3-1） 各结点处的有关各值3.4 确定初始角 、0通常我们用试算的方法来确定初始角 、 ,而在本次连杆0设计中将通过编程试算的方法来确定。具体思路如下：任取 、 ，把 、 取值与上面所得到的三个结点处00的 、 的值代入 P134 式 8-17ii PPiiii 2010310301 )cos()cos()cos( 从而得到三个关于 、 、 的方程组，求解方程组后得出12、 、 ，再令 =m, =-m/n, =P01201 2。然)/(2nlmxi xyiilnuxii /)(0uyii /)(01 1.067 0.065 4.02 7.972 1.500 0.405 30.0 49.683 1.933 0.659 55.98 80.8331课 程 设 计 书10求得后 m,n,l 的值。由此我们可以在机构确定的初始值条件下找到任意一位置的期望函数值与再现函数值的偏差值 。当时，则视为选取的初始、角度 满足机构的运动要求。10具体程序如下：#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()int i;float p0,p1,p2,a0,b0,m,n,l,a5;float A,B,C,r,s,f1,f2,k1,k2,j;float u1=1.0/60,u2=0. 93/685,x0=1.0,y0=0.0;float a3,b3,a16,b13;FILE *p;if(p=fopen(“d:zdp.txt“,“w“)=NULL)printf(“cant open the file!“);exit(0);a0=4.02;a1=30;a2=55.98;b0=7.97;课 程 设 计 书11b1=49.68;b2=80.83;printf(“please input a0: n“);scanf(“%f“,printf(“please input b0: n“);scanf(“%f“,for(i=0;i#include #include void main()float a=50,b,c,d;float m=0.601242,n=1.304040,l=1.938257;FILE *p;if(p=fopen(“d:zdp.txt“,“w“)=NULL)printf(“cant open the file!“);课 程 设 计 书15exit(0);b=l*a;c=m*a;d=n*a;printf(“a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn“,a,b,c,d);fprintf(p,“a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn“,a,b,c,d);fclose(p);运行结果为:a=50.000000b=96.912849c=30.062099d=65.2019963.8 连架杆在各位置的再现函数和期望函数最小差值 的确定如下面的程序:#include#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()float a0=86,b0=24,m=0.601242,n=1.304040,l=1.938257; float A,B,C,s,j,k1,k2,k;float x0=1.0,y0=0.0,u1=1.0/60,u2=0.693/85 ;float x130,y1130,y2130,a1130,f1130,f2130,r130;课 程 设 计 书16int i;FILE *p;if(p=fopen(“d:zdp.txt“,“w“)=NULL)printf(“cant open the file! “);exit(0);printf(“ i a1i f1i ri k xi y1i y2inn“);fprintf(p,“ i a1i f1i ri k xi y1i y2inn“);for(i=0; a1i=60;i+)a10=0;A=sin(a1i+a0)*t);B=cos(a1i+a0)*t)-n;C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos(a1i+a0)*t)/m;j=x0+u1*a1i; s=sqrt(A*A+B*B-C*C);f1i=2*(atan(A+s)/(B+C)/(t)-b0;f2i=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0;ri=(log(j)-y0)/u2;k1=f1i-ri;k2=f2i-ri;xi=a1i*u1+x0;y2i=log(xi);if(abs(k1)abs(k2)k=k1;课 程 设 计 书17y1i=f1i*u2+y0;printf(“ %-4d %-5.1f %-10.4f %-8.4f %-8.4f %-7.4f %-8.4f %0.4fn“,i,a1i,f1i,ri,k,xi,y1i,y2i);fprintf(p,“ %-4d %-5.1f %-10.4f %-8.4f %-8.4 %-7.4f %-8.4f %0.4fn“,i,a1i,f1i,ri,k,xi,y1i,y2i);elsek=k2;y1i=f2i*u2+y0;printf(“ %-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%-9.4f%-10.4f%2.4fn“,i,a1i,f2i,ri,k,xi,y1i,y2i);fprintf(p,“%-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%-9.4f%-10.4f%2.4fn“,i,a1i,f2i,ri,k,xi,y1i,y2i);a1i+1=a1i+0.5;fclose(p);程序运行结果见附录。课 程 设 计 书18总结通过本次课程设计，让我学会了用解析法中的按期望函数设计连杆机构，理解了这一设计原理，知道怎样实现连杆机构两连架杆的转角之间的期望函数与再现函数之间的关系。在本次设计中，有一个非常重要的环节确定初始角 、0的值。这一环节我采用了 C 程序的方法来求解。虽然没有用笔算0那样繁琐，但是在编写程序时，由于公式多，公式中设计的三角函数比较麻烦，因而在设计中我遇到了很多大小不同的问题，但是最终凭借对公式的理解和对 C 程序的进一步掌握完成了这一解析问题。只有确定了初始角 、 ，才能正确检查偏差值 ，得到一对最0理想的初始角使得偏差值 。通过 C 程序的求解，得出的结果1说明能较好的满足连杆机构的设计要求。课 程 设 计 书19本次课程设计，从不知道如何下手到完成。我学到了很多的东西，掌握了课程设计书的书写格式，为以后的设计打下了良好的基础。参考文献：【1】孙恒，陈作模，葛文杰 . 机械原理M . 7 版 . 北京:高等教育出版社,2006。【2】孙恒，陈作模 . 机械原理M . 6 版 . 北京:高等教育出版社,2001。课 程 设 计 书20附录：i 为序列号 a1i= f1i= ri = k = iiixi为自变量 y1i为再现函数值 y2i为望函数值i a1i f1i ri k xi y1i y2i0 0.0 -0.2961 0.0000 -0.2961 1.0000 -0.0024 0.0000 1 0.5 0.7781 1.0179 -0.2398 1.0083 0.0063 0.00832 1.0 1.8380 2.0274 -0.1894 1.0167 0.0150 0.01653 1.5 2.8844 3.0287 -0.1443 1.0250 0.0235 0.02474 2.0 3.9177 4.0218 -0.1041 1.0333 0.0319 0.03285 2.5 4.9385 5.0070 -0.0685 1.0417 0.0403 0.04086 3.0 5.9474 5.9844 -0.0370 1.0500 0.0485 0.04887 3.5 6.9446 6.9540 -0.0093 1.0583 0.0566 0.05678 4.0 7.9308 7.9160 0.0148 1.0667 0.0647 0.0645课 程 设 计 书219 4.5 8.9063 8.8705 0.0358 1.0750 0.0726 0.072310 5.0 9.8715 9.8177 0.0538 1.0833 0.0805 0.080011 5.5 10.8267 10.7575 0.0692 1.0917 0.0883 0.087712 6.0 11.7723 11.6903 0.0821 1.1000 0.0960 0.095313 6.5 12.7087 12.6160 0.0927 1.1083 0.1036 0.102914 7.0 13.6360 13.5348 0.1013 1.1167 0.1112 0.110315 7.5 14.5547 14.4467 0.1080 1.1250 0.1187 0.117816 8.0 15.4649 15.3519 0.1130 1.1333 0.1261 0.125217 8.5 16.3670 16.2505 0.1166 1.1417 0.1334 0.132518 9.0 17.2612 17.1425 0.1187 1.1500 0.1407 0.139819 9.5 18.1476 18.0281 0.1195 1.1583 0.1480 0.147020 10.0 19.0266 18.9074 0.1193 1.1667 0.1551 0.154221 10.5 19.8984 19.7804 0.1180 1.1750 0.1622 0.161322 11.0 20.7631 20.6472 0.1159 1.1833 0.1693 0.168323 11.5 21.6208 21.5079 0.1129 1.1917 0.1763 0.175424 12.0 22.4720 22.3627 0.1093 1.2000 0.1832 0.182325 12.5 23.3165 23.2115 0.1050 1.2083 0.1901 0.189226 13.0 24.1548 24.0545 0.1003 1.2167 0.1969 0.196127 13.5 24.9868 24.8917 0.0950 1.2250 0.2037 0.202928 14.0 25.8128 25.7233 0.0895 1.2333 0.2104 0.209729 14.5 26.6328 26.5493 0.0836 1.2417 0.2171 0.216530 15.0 27.4471 27.3697 0.0774 1.2500 0.2238 0.223131 15.5 28.2558 28.1847 0.0711 1.2583 0.2304 0.229832 16.0 29.0589 28.9943 0.0646 1.2667 0.2369 0.236433 16.5 29.8566 29.7986 0.0580 1.2750 0.2434 0.242934 17.0 30.6491 30.5976 0.0514 1.2833 0.2499 0.249535 17.5 31.4363 31.3915 0.0448 1.2917 0.2563 0.255936 18.0 32.2186 32.1803 0.0382 1.3000 0.2627 0.262437 18.5 32.9958 32.9641 0.0317 1.3083 0.2690 0.2688课 程 设 计 书2238 19.0 33.7682 33.7428 0.0253 1.3167 0.2753 0.275139 19.5 34.5357 34.5167 0.0190 1.3250 0.2816 0.281440 20.0 35.2986 35.2857 0.0129 1.3333 0.2878 0.287741 20.5 36.0569 36.0499 0.0070 1.3417 0.2940 0.293942 21.0 36.8107 36.8094 0.0013 1.3500 0.3001 0.300143 21.5 37.5600 37.5642 -0.0042 1.3583 0.3062 0.306344 22.0 38.3049 38.3144 -0.0094 1.3667 0.3123 0.312445 22.5 39.0455 39.0600 -0.0144 1.3750 0.3183 0.318546 23.0 39.7819 39.8011 -0.0192 1.3833 0.3243 0.324547 23.5 40.5142 40.5378 -0.0236 1.3917 0.3303 0.330548 24.0 41.2423 41.2700 -0.0277 1.4000 0.3362 0.336549 24.5 41.9664 41.9980 -0.0315 1.4083 0.3421 0.342450 25.0 42.6866 42.7216 -0.0351 1.4167 0.3480 0.348351 25.5 43.4028 43.4410 -0.0382 1.4250 0.3539 0.354252 26.0 44.1151 44.1562 -0.0411 1.4333 0.3597 0.360053 26.5 44.8236 44.8672 -0.0437 1.4417 0.3654 0.365854 27.0 45.5283 45.5742 -0.0459 1.4500 0.3712 0.371655 27.5 46.2293 46.2771 -0.0478 1.4583 0.3769 0.377356 28.0 46.9267 46.9760 -0.0493 1.4667 0.3826 0.383057 28.5 47.6203 47.6709 -0.0505 1.4750 0.3882 0.388758 29.0 48.3105 48.3619 -0.0515 1.4833 0.3939 0.394359 29.5 48.9970 49.0491 -0.0520 1.4917 0.3995 0.399960 30.0 49.6801 49.7324 -0.0523 1.5000 0.4050 0.405561 30.5 50.3596 50.4119 -0.0523 1.5083 0.4106 0.411062 31.0 51.0357 51.0877 -0.0520 1.5167 0.4161 0.416563 31.5 51.7084 51.7598 -0.0513 1.5250 0.4216 0.422064 32.0 52.3778 52.4282 -0.0504 1.5333 0.4270 0.427465 32.5 53.0438 53.0930 -0.0492 1.5417 0.4325 0.432966 33.0 53.7064 53.7542 -0.0478 1.5500 0.4379 0.4383课 程 设 计 书2367 33.5 54.3658 54.4119 -0.0461 1.5583 0.4432 0.443668 34.0 55.0219 55.0660 -0.0441 1.5667 0.4486 0.449069 34.5 55.6748 55.7167 -0.0419 1.5750 0.4539 0.454370 35.0 56.3244 56.3640 -0.0396 1.5833 0.4592 0.459571 35.5 56.9709 57.0079 -0.0370 1.5917 0.4645 0.464872 36.0 57.6142 57.6484 -0.0342 1.6000 0.4697 0.470073 36.5 58.2543 58.2855 -0.0312 1.6083 0.4749 0.475274 37.0 58.8913 58.9194 -0.0281 1.6167 0.4801 0.480475 37.5 59.5252 59.5500 -0.0248 1.6250 0.4853 0.485576 38.0 60.1559 60.1774 -0.0215 1.6333 0.4904 0.490677 38.5 60.7836 60.8016 -0.0180 1.6417 0.4956 0.495778 39.0 61.4082 61.4227 -0.0144 1.6500 0.5007 0.500879 39.5 62.0298 62.0406 -0.0108 1.6583 0.5057 0.505880 40.0 62.6483 62.6554 -0.0071 1.6667 0.5108 0.510881 40.5 63.2637 63.2671 -0.0034 1.6750 0.5158 0.515882 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