机械原理大作业题目1-连杆

1、Harbin Institute of Technology机械原理大作业一课程名称： 机械原理 设计题目： 连杆机构运动分析 院 系： 能源学院 班 级： 1402403 班 设 计 者： 陈 星 学 号： 1140240302 指导教师： 设计时间： 2016.6.10 哈尔滨工业大学连杆机构运动分析一、运动分析题目如图1所示机构，已知机构各构件的尺寸为AB = 100mm，BC = 2.73AB，CD = 1.36AB，CG = 2.32AB，BG = 4.9AB，AF = 2.36AB，AD = 2.87AB，DF = 2AB，GE = 1.45AB，EF = 2.82AB，GM =

2、1.36AB，MK = 1.91AB，KD = 0.54AB，KF = 2.18AB，HF = 3.1AB，DH = 3.63AB，=135°，构件1的角速度为=10rad/s。试求构件2上G点的轨迹及构件4、构件6和构件8的角位移、角速度和角加速度，并对计算结果进行分析。图1二、机构的结构分析，组成机构的基本杆组划分该机构由机架（A、D、F、H、K）、1个I级杆组和4个II级杆组组成，其中杆1为原动件，其余为从动件。组成机构的基本杆组划分如表1所示。杆组级别杆组型式组成构件机构简图I级杆组RR杆1（原动件）II级杆组RRR杆2、杆CDRPR滑块3、杆4RRR杆5、杆6RRR杆7、杆

3、8表1 组成机构的基本杆组划分三、建立坐标系y如图2所示，以H点为直角坐标系的原点建立直角坐标系。x图2 直角坐标系四、各基本杆组的运动分析数学模型1. I级杆组RR（原动件1） 已知原动件杆1的转角，角速度，角加速度，运动副A的位置坐标为，速度为，加速度为，原动件杆1的长度。（1） 位置分析（2）速度分析（3）加速度分析将已知参数带入可求出。2. II级杆组RRR（杆2、杆CD）已求出运动副B的位置、速度、加速度，已知运动副D的位置坐标为，速度为，加速度为，杆长。（1）位置分析 B、D连线与x轴的夹角为： 杆BC的位置角为： （2）速度分析 杆BC的角速度为： 式中 （3）加速度分析杆BC的

4、角加速度为： 式中 将已知量带入可求得。3. II级杆组RPR（滑块3、杆4）（1）位置分析 杆4的转角为： 式中 （2）速度分析 杆4的角速度为： 式中 （3）加速度分析杆4的角加速度为： 式中 4. II级杆组RRR（杆5、杆6）已求出G点的位置、速度、加速度，已知K点的位置坐标为，速度为，加速度为，杆长。（1）位置分析 运动副M的位置方程为： 杆MK的转角位为： 式中 ） 杆GM的转角位为： 。（2）速度分析 杆MK的角速度为： 杆GM的角速度为： 式中 运动副M的速度为：（3）加速度分析 杆MK的角加速度为： 杆GM的角加速度为： 式中 运动副M的加速度为：5. II级杆组RRR（杆7

5、、杆8）已求出G点的位置、速度、加速度，已知F点的位置坐标为，速度为，加速度为，杆长。（1）位置分析 运动副E的位置方程为： 杆EF的转角位为： 式中 ） 杆GE的转角位为：。（2）速度分析 杆EF的角速度为： 杆EG的角速度为： 式中 运动副E的速度为：（3）加速度分析 杆EF的角加速度为：杆GE的角加速度为： 式中 运动副E的加速度为：五、计算编程使用MATLAB编程，子函数为同一构件、RRR杆组、RPR杆组通用函数，主程序调用各子函数计算结果并输出结果。1.同一构件上运动分析子函数function xb,yb,vbx,vby,abx,aby=rigid(xa,ya,vax,vay,aax

6、,aay,fai,fai1,fai2,l)xb=xa+l*cos(fai);yb=ya+l*sin(fai);vbx=vax-fai1*l*sin(fai);vby=vay+fai1*l*cos(fai);abx=aax-fai12*l*cos(fai)-fai2*l*sin(fai);aby=aay-fai12*l*sin(fai)+fai2*l*cos(fai); 2.RRR二级杆组的运动分析子函数function xc,yc,vcx,vcy,acx,acy,faii,faij,omii,omij,rfai,rfaj=rrr(xb,yb,xd,yd,vbx,vby,vdx,vdy,abx,

7、aby,adx,ady,li,lj,M)A0=2*li*(xd-xb);B0=2*li*(yd-yb);lBD=sqrt(xd-xb)2+(yd-yb)2);C0=li2-lj2+lBD2; faii=2*atan(B0+M*sqrt(A02+B02-C02)/(A0+C0); xc=xb+li*cos(faii);yc=yb+li*sin(faii); faij=atan(yc-yd)/(xc-xd)+pi; Ci=li*cos(faii);Cj=lj*cos(faij);Si=li*sin(faii);Sj=lj*sin(faij);G1=Ci*Sj-Cj*Si;omii=(Cj*(vdx

8、-vbx)+Sj*(vdy-vby)/G1;omij=(Ci*(vdx-vbx)+Si*(vdy-vby)/G1; vcx=vbx-omii*li*sin(faii);vcy=vby+omii*li*cos(faii); G2=adx-abx+omii2*Ci-omij2*Cj;G3=ady-aby+omii2*Si-omij2*Sj;rfai=(G2*Cj+G3*Sj)/G1;rfaj=(G2*Ci+G3*Si)/G1; acx=abx-rfai*li*sin(faii)-omii2*li*cos(faii);acy=aby+rfai*li*cos(faii)-omii2*li*sin(fa

9、ii);3.RPR二级杆组的运动分析子函数function fj,wj,ej=rpr(li,lk,xb,yb,vbx,vby,abx,aby,xd,yd,vdx,vdy,adx,ady)A0=xb-xd;B0=yb-yd;C0=li+lk;ss=sqrt(A02+B02-C02); fj=atan(B0*ss+A0*C0)/(A0*ss-B0*C0);xc=xb-li*sin(fj);yc=yb-li*cos(fj); G4=(xb-xd)*cos(fj)+(yb-yd)*sin(fj); wj=(vby-vdy)*cos(fj)-(vbx-vdx)*sin(fj)/G4;vss=(vbx-v

10、dx)*(xb-xd)+(vby-vdy)*(yb-yd)/G4; vcx=vbx-wj*li*cos(fj);vcy=vby-wj*li*sin(fj); G5=abx-adx+wj2*(xb-xd)+2*vss*wj*sin(fj);G6=aby-ady+wj2*(yb-yd)-2*vss*wj*cos(fj);ej=(G6*cos(fj)-G5*sin(fj)/G4;4.主程序xh=0;yh=0;xf=310;yf=0;HD=363;HF=310;DF=200;coDHF=(HD2+HF2-DF2)/(2*HD*HF);xd=HD*coDHF;yd=sqrt(HD2-xd2);xk=xd

11、-54;yk=yd; %坐标计算 coDFH=(DF2+HF2-HD2)/(2*HF*DF);AF=236;DA=287;coDFA=(DF2+AF2-DA2)/(2*DF*AF);AFP=pi-(acos(coDFH)+acos(coDFA);xa=AF*cos(AFP)+xf;ya=AF*sin(AFP);i=0;%计数器for fai=pi/180:pi/180:2*pi vax=0;vay=0;aax=0;aay=0;fai1=10;fai2=0;lAB=100; xb,yb,vbx,vby,abx,aby=rigid(xa,ya,vax,vay,aax,aay,fai,fai1,fa

12、i2,lAB); %调用刚体函数 vdx=0;vdy=0;adx=0;ady=0;lBC=273;lCD=136;N1=1; xc,yc,vcx,vcy,acx,acy,faiBC,faiCD,omiBC,omiCD,rfaBC,rfaCD=rrr(xb,yb,xd,yd,vbx,vbx,vdx,vdy,abx,aby,adx,ady,lBC,lCD,N1); %调用RRR杆组函数 faiCG=faiBC-45*pi/180;lCG=232; xg,yg,vgx,vgy,agx,agy=rigid(xc,yc,vcx,vcy,acx,acy,faiCG,omiBC,rfaBC,lCG); %&

13、#184;调用刚体函数 vkx=0;vky=0;akx=0;aky=0;lGM=136;lKM=191;N2=1; xm,ym,vmx,vmy,amx,amy,faiGM,faiKM,omiGM,omiKM,rfaGM,rfaKM=rrr(xg,yg,xk,yk,vgx,vgy,vkx,vky,agx,agy,akx,aky,lGM,lKM,N2); %调用RRR杆组函数 vhx=0;vhy=0;ahx=0;ahy=0;li=0;lk=0; faiGH,omiGH,yitaGH=rpr(li,lk,xg,yg,vgx,vgy,agx,agy,xh,yh,vhx,vhy,ahx,ahy); %调

14、用RPR杆组函数 vfx=0;vfy=0;afx=0;afy=0;lGE=145;lEF=282;N3=1; xe,ye,vex,vey,aex,aey,faiGE,faiEF,omiGE,omiEF,rfaGE,rfaEF=rrr(xg,yg,xf,yf,vgx,vgy,vfx,vfy,agx,agy,afx,afy,lGE,lEF,N3); %调用RRR杆组函数 i=i+1; gx(i)=xg; gy(i)=yg; faiFOUR(i)=faiGH; omiFOUR(i)=omiGH; rfaFOUR(i)=yitaGH; faiSIX(i)=faiKM; omiSIX(i)=omiKM;

15、 rfaSIX(i)=rfaKM; faiEIGHT(i)=faiEF; omiEIGHT(i)=omiEF; rfaEIGHT(i)=rfaEF;endplot(gx,gy,linewidth,2),grid on;title('G点运动轨迹');i=1:360;plot(i, faiFOUR,linewidth,2),grid on;%4杆角位移plot(i, omiFOUR,linewidth,2),grid on; %4杆角速度plot(i, rfaFOUR,linewidth,2),grid on; %4杆角加速度plot(i, faiSIX,linewidth,2)

16、,grid on; %6杆角位移plot(i, omiSIX,linewidth,2),grid on;%6杆角速度plot(i, rfaSIX,linewidth,2),grid on; %6杆角加速度plot(i, faiEIGHT,linewidth,2),grid on; %8杆角位移plot(i, omiEIGHT,linewidth,2),grid on; %8杆角速度plot(i, rfaEIGHT,linewidth,2),grid on; %8杆角加速度六、计算结果1. 图像输出图3 G点轨迹图4 构件4角位移图5 构件4角速度图6 构件4角加速度图7 构件6角位移图8 构件

17、6角速度图9 构件6角加速度图10 构件8角位移图11 构8角速度图12 构件8角加速度2. 数据输出32（1）构件4运动情况转角(度)角位移(rad)角速度(rad/s)角加速度(rad/s2) 1 0.855364 0.012779 14.487402 2 0.856685 0.026360 14.361231 3 0.858011 0.040773 14.236728 4 0.859343 0.056046 14.113565 5 0.860680 0.072213 13.991402 6 0.862021 0.089303 13.869897 7 0.863367 0.107349 1

18、3.748700 8 0.864718 0.126383 13.627455 9 0.866073 0.146439 13.505799 10 0.867434 0.167552 13.383363 11 0.868799 0.189754 13.259768 12 0.870170 0.213082 13.134627 13 0.871546 0.237570 13.007543 14 0.872928 0.263256 12.878106 15 0.874316 0.290175 12.745893 16 0.875711 0.318365 12.610465 17 0.877114 0.

19、347863 12.471365 18 0.878525 0.378709 12.328117 19 0.879944 0.410939 12.180218 20 0.881374 0.444595 12.027145 21 0.882814 0.479714 11.868341 22 0.884265 0.516337 11.703219 23 0.885730 0.554504 11.531156 24 0.887208 0.594257 11.351487 25 0.888702 0.635635 11.163506 26 0.890212 0.678680 10.966456 27 0

20、.891740 0.723433 10.759527 28 0.893288 0.769935 10.541852 29 0.894857 0.818229 10.312498 30 0.896449 0.868355 10.070463 31 0.898066 0.920355 9.814671 32 0.899710 0.974269 9.543960 33 0.901383 1.030138 9.257082 34 0.903087 1.088002 8.952691 35 0.904825 1.147901 8.629338 36 0.906598 1.209874 8.285459

21、37 0.908411 1.273957 7.919372 38 0.910265 1.340187 7.529265转角(度)角位移(rad)角速度(rad/s)角加速度(rad/s2)39 0.912163 1.408600 7.11318440 0.914108 1.479228 6.669032 41 0.916104 1.552103 6.194548 42 0.918153 1.627254 5.687305 43 0.920259 1.704707 5.144696 44 0.922426 1.784485 4.563924 45 0.924657 1.866610 3.9419

22、90 46 0.926956 1.951097 3.275684 47 0.929326 2.037959 2.561575 48 0.931773 2.127203 1.795995 49 0.934300 2.218831 0.975036 50 0.936911 2.312839 0.094537 51 0.939612 2.409218 -0.849926 52 0.942406 2.507949 -1.863042 53 0.945298 2.609008 -2.949777 54 0.948294 2.712359 -4.115372 55 0.951398 2.817961 -5

23、.365350 56 0.954615 2.925758 -6.705509 57 0.957951 3.035685 -8.141920 58 0.961410 3.147664 -9.680917 59 0.964998 3.261604 -11.329086 60 0.968720 3.377400 -13.093238 61 0.972583 3.494930 -14.980391 62 0.976590 3.614057 -16.997731 63 0.980747 3.734625 -19.152571 64 0.985061 3.856459 -21.452304 65 0.98

24、9535 3.979365 -23.904334 66 0.994175 4.103126 -26.516008 67 0.998987 4.227505 -29.294528 68 1.003975 4.352239 -32.246853 69 1.009143 4.477043 -35.379584 70 1.014497 4.601604 -38.698837 71 1.020040 4.725587 -42.210097 72 1.025777 4.848626 -45.918060 73 1.031710 4.970332 -49.826458 74 1.037842 5.09028

25、7 -53.937869 75 1.044177 5.208048 -58.253515 76 1.050715 5.323145 -62.773044 77 1.057458 5.435083 17.795969 78 1.064407 5.543344 14.099290 79 1.071562 5.647388 10.084379 80 1.078921 5.746655 5.748881 81 1.086482 5.840571 1.093062 82 1.094244 5.928547 -3.879904 83 1.102202 6.009986 -9.163661 84 1.110

26、351 6.084286 -14.748415 85 1.118685 6.150849 -20.620727 86 1.127198 6.209080 -26.763330 87 1.135880 6.258401 -33.155021 88 1.144724 6.298252 -39.770603 89 1.153717 6.328101 -46.580908 90 1.162848 6.347450 -53.552902 91 1.172105 6.355845 -60.649876 92 1.181473 6.352880 -67.831735 93 1.190936 6.338205

27、 -75.055372 94 1.200478 6.311536 -82.275142 95 1.210082 6.272657 -89.443417 96 1.219729 6.221429 -96.511218 97 1.229400 6.157795 -103.428909 98 1.239075 6.081780 -110.146941 99 1.248733 5.993497 -116.616618 100 1.258353 5.893148 -122.790875 101 1.267913 5.781025 -128.625035 102 1.277392 5.657505 -13

28、4.077534 103 1.286768 5.523049 -139.110578 104 1.296020 5.378203 -143.690728 105 1.305125 5.223583 -147.789384 106 1.314063 5.059876 -151.383163 107 1.322814 4.887832 -154.454156 108 1.331357 4.708251 -156.990064 109 1.339675 4.521979 -158.984216 110 1.347748 4.329896 -160.435463 111 1.355561 4.1329

29、08 -161.347969 112 1.363097 3.931936 -161.730907 113 1.370344 3.727907 -161.598069 114 1.377287 3.521746 -160.967419 115 1.383915 3.314364 -159.860593 116 1.390218 3.106656 -158.302370 117 1.396189 2.899487 -156.320136 118 1.401819 2.693690 -153.943345 119 1.407103 2.490059 -151.202994 120 1.412038

30、2.289344 -148.131132 121 1.416621 2.092247 -144.760399 122 1.420852 1.899420 -141.123609 123 1.424729 1.711460 -137.253382 124 1.428256 1.528910 -133.181816 125 1.431434 1.352258 -128.940218 126 1.434269 1.181935 -124.558874 127 1.436766 1.018316 -120.066865 128 1.438931 0.861721 -115.491924 129 1.4

31、40771 0.712417 -110.860329 130 1.442295 0.570618 -106.196824 131 1.443511 0.436485 -101.524573 132 1.444430 0.310132 -96.865128 133 1.445062 0.191629 -92.238421 134 1.445417 0.080997 -87.662769 135 1.445508 -0.021782 -83.154885 136 1.445345 -0.116764 -78.729906 137 1.444941 -0.204042 -74.401418 138

32、1.444308 -0.283744 -70.181490 139 1.443457 -0.356025 -66.080713 140 1.442402 -0.421072 -62.108239 141 1.441154 -0.479092 -58.271826 142 1.439725 -0.530316 -54.577882 143 1.438127 -0.574994 -51.031515 144 1.436372 -0.613391 -47.636588 145 1.434470 -0.645785 -44.395777 146 1.432433 -0.672465 -41.31063

33、2 147 1.430270 -0.693727 -38.381642 148 1.427992 -0.709871 -35.608313 149 1.425609 -0.721201 -32.989234 150 1.423129 -0.728019 -30.522166 151 1.420560 -0.730629 -28.204119 152 1.417911 -0.729326 -26.031439 153 1.415188 -0.724403 -23.999895 154 1.412399 -0.716143 -22.104763 155 1.409550 -0.704823 -20

34、.340915 156 1.406646 -0.690709 -18.702899 157 1.403691 -0.674055 -17.185023 158 1.400692 -0.655105 -15.781427 159 1.397652 -0.634090 -14.486155 160 1.394574 -0.611230 -13.293220 161 1.391461 -0.586730 -12.196664 162 1.388316 -0.560785 -11.190607 163 1.385142 -0.533575 -10.269297 164 1.381940 -0.5052

35、69 -9.427142 165 1.378711 -0.476024 -8.658746 166 1.375457 -0.445984 -7.958935 167 1.372178 -0.415283 -7.322772 168 1.368875 -0.384044 -6.745578 169 1.365548 -0.352380 -6.222934 170 1.362198 -0.320395 -5.750690 171 1.358823 -0.288182 -5.324963 172 1.355425 -0.255829 -4.942138 173 1.352001 -0.223413

36、-4.598858 174 1.348552 -0.191006 -4.292021 175 1.345077 -0.158673 -4.018767 176 1.341574 -0.126472 -3.776469 177 1.338044 -0.094459 -3.562721 178 1.334484 -0.062680 -3.375324 179 1.330895 -0.031180 -3.212274 180 1.327274 -0.000000 -3.071751 181 1.323620 0.030824 -2.952100 182 1.319934 0.061259 -2.85

37、1824 183 1.316212 0.091275 -2.769566 184 1.312455 0.120843 -2.704103 185 1.308661 0.149938 -2.654328 186 1.304829 0.178536 -2.619241 187 1.300958 0.206616 -2.597940 188 1.297047 0.234158 -2.589606 189 1.293095 0.261143 -2.593500 190 1.289102 0.287554 -2.608948 191 1.285066 0.313374 -2.635337 192 1.2

38、80986 0.338588 -2.672103 193 1.276862 0.363183 -2.718728 194 1.272694 0.387144 -2.774731 195 1.268481 0.410460 -2.839659 196 1.264221 0.433118 -2.913089 197 1.259916 0.455106 -2.994613 198 1.255564 0.476415 -3.083841 199 1.251166 0.497035 -3.180392 200 1.246721 0.516955 -3.283893 201 1.242230 0.5361

39、68 -3.393972 202 1.237692 0.554665 -3.510258 203 1.233107 0.572439 -3.632375 204 1.228477 0.589482 -3.759942 205 1.223800 0.605788 -3.892570 206 1.219079 0.621352 -4.029856 207 1.214312 0.636168 -4.171388 208 1.209501 0.650232 -4.316740 209 1.204648 0.663541 -4.465469 210 1.199751 0.676090 -4.617117

40、 211 1.194813 0.687878 -4.771209 212 1.189835 0.698904 -4.927253 213 1.184817 0.709166 -5.084739 214 1.179761 0.718666 -5.243139 215 1.174668 0.727402 -5.401908 216 1.169540 0.735379 -5.560483 217 1.164379 0.742597 -5.718286 218 1.159184 0.749061 -5.874723 219 1.153960 0.754774 -6.029184 220 1.14870

41、6 0.759743 -6.181046 221 1.143426 0.763974 -6.329675 222 1.138120 0.767473 -6.474424 223 1.132792 0.770249 -6.614637 224 1.127442 0.772311 -6.749654 225 1.122074 0.773668 -6.878806 226 1.116688 0.774331 -7.001421 227 1.111289 0.774312 -7.116828 228 1.105877 0.773623 -7.224355 229 1.100456 0.772278 -

42、7.323335 230 1.095027 0.770290 -7.413104 231 1.089593 0.767675 -7.493010 232 1.084157 0.764448 -7.562409 233 1.078721 0.760626 -7.620671 234 1.073288 0.756224 -7.667181 235 1.067860 0.751262 -7.701345 236 1.062439 0.745757 -7.722585 237 1.057030 0.739727 -7.730351 238 1.051633 0.733192 -7.724116 239

43、 1.046251 0.726171 -7.703379 240 1.040888 0.718684 -7.667674 241 1.035546 0.710752 -7.616561 242 1.030227 0.702394 -7.549640 243 1.024935 0.693632 -7.466541 244 1.019671 0.684485 -7.366937 245 1.014438 0.674976 -7.250537 246 1.009239 0.665123 -7.117090 247 1.004076 0.654950 -6.966389 248 0.998952 0.

44、644475 -6.798268 249 0.993868 0.633719 -6.612606 250 0.988829 0.622703 -6.409325 251 0.983835 0.611447 -6.188393 252 0.978889 0.599971 -5.949822 253 0.973993 0.588293 -5.693670 254 0.969150 0.576433 -5.420040 255 0.964361 0.564409 -5.129081 256 0.959629 0.552240 -4.820985 257 0.954955 0.539942 -4.49

45、5990 258 0.950342 0.527534 -4.154376 259 0.945792 0.515031 -3.796465 260 0.941305 0.502449 -3.422622 261 0.936885 0.489804 -3.033252 262 0.932532 0.477110 -2.628799 263 0.928248 0.464381 -2.209746 264 0.924035 0.451631 -1.776610 265 0.919893 0.438872 -1.329945 266 0.915825 0.426117 -0.870337 267 0.9

46、11832 0.413377 -0.398405 268 0.907915 0.400662 0.085204 269 0.904074 0.387983 0.579813 270 0.900312 0.375349 1.084720 271 0.896629 0.362769 1.599198 272 0.893026 0.350252 2.122497 273 0.889503 0.337805 5.375550 274 0.886063 0.325435 5.884339 275 0.882704 0.313149 6.398796 276 0.879429 0.300954 6.918

47、074 277 0.876236 0.288854 7.441309 278 0.873128 0.276855 7.967620 279 0.870105 0.264961 8.496111 280 0.867166 0.253178 9.025874 281 0.864312 0.241508 9.555988 282 0.861544 0.229956 10.085521 283 0.858861 0.218526 10.613536 284 0.856263 0.207219 11.139086 285 0.853752 0.196039 11.661220 286 0.851326 0.184989 12.178981 287 0.848986 0.174072 12.691414 288 0.846731 0.163289 13.197560 289 0.844562 0.152643 13.696463 290 0.842479 0.142137 14.187171 291 0.840480 0.13177