机械原理课程设计连杆机构B.doc

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班设计参数转角关系的期望函数连架杆转角范围计算间隔设计计算手工编程确定：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608520.5y=x(1x2)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。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、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 (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。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：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、为已知条件。有为未知。又因为机构按比例放大或缩小，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。如图所示建立坐标系Oxy，并把各杆矢量向坐标轴投影，可得2-1 为消去未知角，将上式 两端各自平方后相加，经整理可得令=m, =-m/n, =,则上式可简化为： 2-2 式 2-2 中包含5个待定参数、及，故四杆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，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，使再现函数与期望函数的值相等。从几何意义上与两函数曲线在某些点相交。这些点称为插值结点。显然在结点处：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，其偏差为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 2-3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。第3节 连杆机构设计3.1连杆机构设计设计参数表转角关系的期望函数连架杆转角范围计算间隔设计计算手工编程确定：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608520.5y=x(1x2) 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(1x2)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，。（2）由主、从动件的转角范围=60、=85确定自变量和函数与转角之间的比例尺分别为：31 3.3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11.0670.0654.027.9721.5000.40530.049.6831.9330.65955.9880.833.4 确定初始角、 通常我们用试算的方法来确定初始角、,而在本次连杆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的、的值代入P134式8-17 从而得到三个关于、的方程组，求解方程组后得出、，再令=m, =-m/n, =。然求得后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。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; b1=49.68; b2=80.83; printf(please input a0: n); scanf(%f,&a0); printf(please input b0: n); scanf(%f,&b0); for(i=0;i3;i+)a1i=cos(bi+b0)*t); a1i+3=cos(bi+b0-ai-a0)*t); b1i=cos(ai+a0)*t);p0=(b10-b11)*(a14-a15)-(b11-b12)*(a13-a14)/(a10-a11)*(a14-a15)-(a11-a12)*(a13-a14); p1=(b10-b11-(a10-a11)*p0)/(a13-a14); p2=b10-a10*p0-a13*p1; m=p0; n=-m/p1; l=sqrt(m*m+n*n+1-2*n*p2); printf(p0=%f,p1=%f,p2=%f,m=%f,n=%f,l=%fn,p0,p1,p2,m,n,l); fprintf(p,p0=%f,p1=%f,p2=%f,m=%f,n=%f,l=%fn,p0,p1,p2,m,n,l); printf(n); fprintf(p,n); for(i=0;i5;i+)printf(please input one angle of fives(0-60): ); scanf(%f,&a5); printf(when the angle is %fn,a5); fprintf(p,when the angle is %fn,a5); A=sin(a5+a0)*t); B=cos(a5+a0)*t)-n; C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos(a5+a0)*t)/m; j=x0+u1*a5; printf(A=%f,B=%f,C=%f,j=%fn,A,B,C,j); s=sqrt(A*A+B*B-C*C); f1=2*(atan(A+s)/(B+C)/(t)-b0;f2=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0; r=(log(j)-y0)/u2; k1=f1-r; k2=f2-r; printf(r=%f,s=%f,f1=%f,f2=%f,k1=%f,k2=%fn,r,s,f1,f2,k1,k2); fprintf(p,r=%f,s=%f,f1=%f,f2=%f,k1=%f,k2=%fn,r,s,f1,f2,k1,k2); printf(nn); fprintf(p,nn); 结合课本P135，试取=86，=24时：程序运行及其结果为:p0=0.601242,p1=-0.461061,p2=-0.266414,m=0.601242,n=1.304040,l=1.938257when the angle is 0.000000r=0.000000,s=1.409598,f1=-125.595070,f2=-0.296147,k1=-125.595070,k2=-0.296147when the angle is 4.020000r=7.954308,s=1.538967,f1=-130.920624,f2=7.970002,k1=-138.874939,k2=0.015694when the angle is 30.000000r=49.732372,s=1.924767,f1=-152.252411,f2=49.680004,k1=-201.984787,k2=-0.052368when the angle is 55.980000r=80.838707,s=1.864505,f1=-161.643921,f2=80.830002,k1=-242.482635,k2=-0.008705when the angle is 60.000000r=85.018051,s=1.836746,f1=-162.288574,f2=84.909149,k1=-247.306625,k2=-0.108902由程序运行结果可知:当取初始角=86、=24时(=k1(k2)所以所选初始角符合机构的运动要求。3.5 杆长比m,n,l的确定 由上面的程序结果可得m=0.601242， n=1.304040, l=1.938257。3.6 检查偏差值 对于四杆机构,其再现的函数值可由P134式8-16求得 3-2 式中: A=sin() ； B=cos()-n ;C=- ncos()/m 按期望函数所求得的从动件转角为 3-3 则偏差为 若偏差过大不能满足设计要求时,则应重选计量起始角、以及主、从动件的转角变化范围、等，重新进行设计。同样由上面的程序运行结果得出每一个取值都符合运动要求，即 ：=k1(k2) (3.7 杆长的确定 根据杆件之间的长度比例关系m，n，l和这样的关系式b/a=l c/a=m d/a=n确定各杆的长度，当选取主动杆的长度后，其余三杆长的度随之可以确定；在此我们假设主动连架杆的长度为 a=50 ,则确定其余三杆的长度由下面的程序确定:#include #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!);exit(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;int 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;y1i=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。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、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，得到一对最理想的初始角使得偏差值。通过C程序的求解，得出的结果说明能较好的满足连杆机构的设计要求。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。附录：i为序列号 a1i= f1i= ri = k = xi为自变量 y1i为再现函数值 y2i为望函数值 i a1i f1i ri k xi y1i y2i 0 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 0.0083 2 1.0 1.8380 2.0274 -0.1894 1.0167 0.0150 0.0165 3 1.5 2.8844 3.0287 -0.1443 1.0250 0.0235 0.0247 4 2.0 3.9177 4.0218 -0.1041 1.0333 0.0319 0.0328 5 2.5 4.9385 5.0070 -0.0685 1.0417 0.0403 0.0408 6 3.0 5.9474 5.9844 -0.0370 1.0500 0.0485 0.0488 7 3.5 6.9446 6.9540 -0.0093 1.0583 0.0566 0.0567 8 4.0 7.9308 7.9160 0.0148 1.0667 0.0647 0.0645 9 4.5 8.9063 8.8705 0.0358 1.0750 0.0726 0.0723 10 5.0 9.8715 9.8177 0.0538 1.0833 0.0805 0.0800 11 5.5 10.8267 10.7575 0.0692 1.0917 0.0883 0.0877 12 6.0 11.7723 11.6903 0.0821 1.1000 0.0960 0.0953 13 6.5 12.7087 12.6160 0.0927 1.1083 0.1036 0.1029 14 7.0 13.6360 13.5348 0.1013 1.1167 0.1112 0.1103 15 7.5 14.5547 14.4467 0.1080 1.1250 0.1187 0.1178 16 8.0 15.4649 15.3519 0.1130 1.1333 0.1261 0.1252 17 8.5 16.3670 16.2505 0.1166 1.1417 0.1334 0.1325 18 9.0 17.2612 17.1425 0.1187 1.1500 0.1407 0.1398 19 9.5 18.1476 18.0281 0.1195 1.1583 0.1480 0.1470 20 10.0 19.0266 18.9074 0.1193 1.1667 0.1551 0.1542 21 10.5 19.8984 19.7804 0.1180 1.1750 0.1622 0.1613 22 11.0 20.7631 20.6472 0.1159 1.1833 0.1693 0.1683 23 11.5 21.6208 21.5079 0.1129 1.1917 0.1763 0.1754 24 12.0 22.4720 22.3627 0.1093 1.2000 0.1832 0.1823 25 12.5 23.3165 23.2115 0.1050 1.2083 0.1901 0.1892 26 13.0 24.1548 24.0545 0.1003 1.2167 0.1969 0.1961 27 13.5 24.9868 24.8917 0.0950 1.2250 0.2037 0.2029 28 14.0 25.8128 25.7233 0.0895 1.2333 0.2104 0.2097 29 14.5 26.6328 26.5493 0.0836 1.2417 0.2171 0.2165 30 15.0 27.4471 27.3697 0.0774 1.2500 0.2238 0.2231 31 15.5 28.2558 28.1847 0.0711 1.2583 0.2304 0.2298 32 16.0 29.0589 28.9943 0.0646 1.2667 0.2369 0.2364 33 16.5 29.8566 29.7986 0.0580 1.2750 0.2434 0.2429 34 17.0 30.6491 30.5976 0.0514 1.2833 0.2499 0.2495 35 17.5 31.4363 31.3915 0.0448 1.2917 0.2563 0.2559 36 18.0 32.2186 32.1803 0.0382 1.3000 0.2627 0.2624 37 18.5 32.9958 32.9641 0.0317 1.3083 0.2690 0.2688 38 19.0 33.7682 33.7428 0.0253 1.3167 0.2753 0.2751 39 19.5 34.5357 34.5167 0.0190 1.3250 0.2816 0.2814 40 20.0 35.2986 35.2857 0.0129 1.3333 0.2878 0.2877 41 20.5 36.0569 36.0499 0.0070 1.3417 0.2940 0.2939 42 21.0 36.8107 36.8094 0.0013 1.3500 0.3001 0.3001 43 21.5 37.5600 37.5642 -0.0042 1.3583 0.3062 0.3063 44 22.0 38.3049 38.3144 -0.0094 1.3667 0.3123 0.3124 45 22.5 39.0455 39.0600 -0.0144 1.3750 0.3183 0.3185 46 23.0 39.7819 39.8011 -0.0192 1.3833 0.3243 0.3245 47 23.5 40.5142 40.5378 -0.0236 1.3917 0.3303 0.3305 48 24.0 41.2423 41.2700 -0.0277 1.4000 0.3362 0.3365 49 24.5 41.9664 41.9980 -0.0315 1.4083 0.3421 0.3424 50 25.0 42.6866 42.7216 -0.0351 1.4167 0.3480 0.3483 51 25.5 43.4028 43.4410 -0.0382 1.4250 0.3539 0.3542 52 26.0 44.1151 44.1562 -0.0411 1.4333 0.3597 0.3600 53 26.5 44.8236 44.8672 -0.0437 1.4417 0.3654 0.3658 54 27.0 45.5283 45.5742 -0.0459 1.4500 0.3712 0.3716 55 27.5 46.2293 46.2771 -0.0478 1.4583 0.3769 0.3773 56 28.0 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