牛头刨床导杆机构的设计及运动分析

牛头刨床导杆机构的设计及运动分析机械原理课程设计编程说明书设计题目:牛头刨床导杆机构的设计及运动分析指导教师:**** *** 设计者: ** 学号: 0 4 班级:机电07-1班 2009年7月09日 ************大学目录一、计任务及要求…………………………………………………… 二、数学模型的建立……………………………………………… 三、程序框…………………………………………………… 四、程序中符号说明………………………………………… 五、程序清单及运行结果………………………………...

机械原理课程设计编程说明书设计题目:牛头刨床导杆机构的设计及运动分析指导教师:**** *** 设计者: ** 学号: 0 4 班级:机电07-1班 2009年7月09日 ************大学目录一、计任务及要求 …………………………………………………… 二、数学模型的建立……………………………………………… 三、程序框…………………………………………………… 四、程序中符号说明………………………………………… 五、程序清单及运行结果……………………………………… 六、课程设计总结……………………………………………… 七、参考文献 ……………………………………………… 牛头刨床导杆机构运动分析一、设计任务及要求: 已知:牛头刨床的导杆机构的曲柄每分钟转速n2，各构件尺寸及重心位置，且报头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧的平分线上。数据如下表所示: 设计内容导杆机构运动分析单位 r/min mm 符号 n1 LO2O4 LO2A LO4B LBE LO4S4 数据 70 400 95 800 ,,, ,,, 要求: 1、用c语言编写计算程序,对机构进行动态分析和动态显示。 2、上机调试程序并打印结果。 3、画出导杆4的角位移，角速度，角加速度的曲线。 4、编写设计计算说明书。二、数学模型的建立: 该牛头刨床导杆机构为六杆机构，拆分成两个四杆机构:1)摆动导杆机构;2) 曲柄滑块机构。求导杆4的角位移，角速度，角加速度，分析摆动导杆机构。如图所示建立坐标。三个向量构成封闭图形，所以可得: Y Z1aαCA βZZ32bd B X 按复数形式可以写成: (cos,，sin,),(cos,，sin,)，(cos,，sin,),0aibidi33,,90:,上式可以简化为3 ,,,,,,a，i,b，i，d，i,(cossin)(cossin)(cossin)(02)33 根据(2)式中实部、虚部分别相等得,, a,b,coscos(03),,a,b，d,sinsin(04) (3),(4)联立解得 ,d，asin,,arctg(5),acos 22,b,a，d，ad2sin(6) 将(2)对时间求一阶导数，得。 .a,,,,,,cos()(7)，,,42 b 。 v,b,a,,,,sin()(8) A2 将(2)式对时间求二阶导数，求解得。。12 ,,,,[a,cos(,,,),a,sin(,,,),2v,](9)422A4b ,即导杆的角速度，,即为导杆的角加速度， 44 , 因为曲柄可看作匀角速转动，则=0。 2三、刨头刨床导杆机构运动分析设计程序框图: 开始 ? 读入lo2o4,lo2A,lo4B,lBE,l61, ω2及一个运动循环曲柄转过角度1 , ? 1=5 , ? 求导杆3的角位移3，角速度ω3， , 角加速度α3; 求A点的位移S3，速度V3 ? 求杆4 的角位移4，角速度ω4; , 求刨头E点位移SE速度Ve及加速度αE ? 1?360 , ? 输出E点位移SE 速度VE加速度αE 1= 1+5 ,, 画出位移速度加速度随1 , 变化曲线图 ? 结束四、程序中符号说明: Q2:曲柄2转过的角度(与x正半轴的夹角);w2:曲柄2的角速度Q4: 杆4转过的角度(与x正半轴的夹角) w3:摆块3的转动角速度 a3:摆块的加速度Q5:杆5转过的角度(与x正半轴的夹角) sA:A点的位移; sE:E点的位移。w4:杆4转动的角速度a4:杆4的角加速度。五、程序清单及运行结果: 1、数学建模程序 #include #include #include #include #define PI 3.1415926 #define M PI/180 #define C 2*PI*70/60 #define l1 95 #define l2 400 #define l4 800 #define l5 (0.32*l4) #define Ys6 22.88996918 #define l7 l4-Ys6 void dtmn(); void pist(float x0,float y0,float l,float h, float theta); void slide(float x0,float y0,float x1,float h); void pirot(float x0,float y0,float l); void sgd(); void cur(); /****************************主函数****************************/ main() {int Q2,i=0,j=0,Q_2[72]; float Q4,Q41,Q411,w3,a3,Q5,Q51; float Q511,sA,sA1,sA11,Se,w4,Ve,Se1,a4,Se11; float S_e[72],S_e1[72],S_e11[72],Q_511[72]; FILE *fl; if((fl=fopen("mydata.txt","w"))==NULL) {printf("mydata.txt cannot open!\n"); exit(0); } /*int gd=DETECT,gm; initgraph(&gd,&gm,"c:\\turboc2"); cleardevice();*/ clrscr(); printf(" 角位移位移速度角加速度加速度 \n"); for(Q2=0;Q2<=360;Q2+=5) {i++; if(i%12==0){getch(); printf(" 角位移位移速度角加速度加速度\n"); } if(Q2>=0&&Q2<90||Q2>270&&Q2<=360) {Q4=atan((l2+l1*sin(Q2*M))/(l1*cos(Q2*M)));Q4/=M;} else if(Q2==90||Q2==270) {Q4=90;} else if(Q2>90&&Q2<180) {Q4=PI-atan((l2+l1*sin(Q2*M))/(-l1*cos(Q2*M)));Q4/=M;} else if(Q2>=180&&Q2<270) {Q4=PI-atan((l2+l1*sin(Q2*M))/(-l1*cos(Q2*M)));Q4/=M;} if(Q4==90) sA=l2+l1; else if(Q4==270) sA=l2-l1; else sA=l1*cos(Q2*M)/cos(Q4*M); sA1=-l1*C*sin((Q2-Q4)*M); Q41=-l1*C*cos((Q2-Q4)*M)/sA; w3=Q41; Q411=(C*C*l1*sin((Q4-Q2)*M)-w3*sA1)/sA; a3=Q411; if(((l7-l4*sin(Q4*M))/l5)>=0&&((l7-l4*sin(Q4*M))/l5)<=1) Q5=180-asin(l7-(l4*sin(Q4*M))/l5)/M; else if(((l7-l4*sin(Q4*M))/l5)>=-1&&((l7-l4*sin(Q4*M))/l5)<=0) Q5=180+asin((l7-l4*sin(Q4*M))/l5)/M; Se=l4*cos(Q4*M)+l5*cos(Q5*M); Q51=-w3*l4*cos(Q4*M)/(l5*cos(Q5*M)); w4=Q51; Se1=-w3*l4*sin((Q4-Q5)*M)/cos(Q5*M); Q511=(Q41*Q41*l4*sin(Q4*M)+Q51*Q51*l5*sin(Q5*M)-Q411*l4*cos(Q4*M))/(l5*cos(Q5*M)); Se11=-(a3*l4*sin((Q4-Q5)*M)+w3*w3*l4*cos((Q4-Q5)*M)-w4*w4*l5)/cos(Q5*M); S_e[j]=Se; S_e1[j]=Se1; Q_511[j]=Q511; S_e11[j]=Se11; Q_2[j]=Q2; printf("%7d %-7.3f %-7.3f %-7.3f %-7.3f\n",Q_2[j],S_e[j], S_e1[j],Q_511[j],S_e11[j]); fprintf(fl,"%7d %-7.3f %-7.3f %-7.3f %-7.3f\n",Q_2[j],S_e[j], S_e1[j],Q_511[j],S_e11[j]); } j++; fclose(fl); cur(); dtmn(); sgd(); } /**********************sudu,jiasudu,weiyi,quxiantu hanshu*************************/ void cur() {/*float w1=2*PI,L1=110,L4=135,L61=490,L3=540,L6=380; */ float Q4,Q2,sA,w3,sA1,sA11,Se,Se1,Se11,a3,a4,Q411,Q5,Q51,w4; int gd=DETECT, gmode,i; initgraph(&gd,&gmode,"c:\\turboc2"); clrscr(); for(Q2=0;Q2<=2*PI;Q2+=1.0*PI/1000) {if(Q2>=0&&Q2PI*1.5&&Q2<=2*PI) Q4=atan((l2+l1*sin(Q2))/(l1*cos(Q2))); else if(Q2==PI/2.0||Q2==1.5*PI) Q4=PI/2; else if(Q2>PI/2&&Q2=0&&((l7-l4*sin(Q4))/l5)<=1) Q5=PI-asin((l7-l4*sin(Q4))/l5); else if(((l7-l4*sin(Q4))/l5)>=-1&&((l7-l4*sin(Q4))/l5)<0) Q5=PI+asin((l7-l4*sin(Q4))/l5); Se=l4*cos(Q4)+l5*cos(Q5); Q51=-w3*l4*cos(Q4)/(l5*cos(Q5)); w4=Q51; Se1=-w3*l4*sin(Q4-Q5)/cos(Q5); /*Q511=(Q41*Q41*l4*sin(Q4)+Q51*Q51*l5*sin(Q5)-Q411*Q411*l4*cos(Q4))/(l5*cos(Q5));*/ Se11=-(a3*l4*sin(Q4-Q5)+w3*w3*l4*cos(Q4-Q5)-w4*w4*l5)/cos(Q5); line(100,200,500,200); setcolor(5); line(492,201,500,200); line(492,199,500,200); line(100,10,100,350); setcolor(5); line(99,18,100,10); line(101,18,100,10); putpixel(100+Q2*180/PI,200-Se/5,1); /*绘制位移曲线*/ putpixel(100+Q2*180/PI,200-Se1/100,2); /*绘制速度曲线*/ putpixel(100+Q2*180/PI,200-Se11/100,4);} /*绘制加速度曲线*/ setcolor(10); settextjustify(CENTER_TEXT,0); outtextxy(300,300,"RED___JIASUDU"); outtextxy(300,330,"GREEN___SUDU"); outtextxy(300,360,"BLUE___WEIYI"); /* outtextxy(300,50,"SUDU JIASUDU WEIYI GUAN XI QU XIAN TU");*/ outtextxy(300,50,"SUDU JIASUDU WEIYI GUAN XI QU XIAN TU"); getch(); closegraph();} 数据角位移位移速度角加速度加速度 0 -71.142 304.647 8.723 -9953.699 5 -75.351 401.248 7.939 -9740.870 10 -80.667 490.578 7.002 -9468.886 15 -87.004 572.911 5.950 -9140.816 20 -94.281 648.534 4.820 -8759.899 25 -102.420 717.730 3.645 -8329.566 30 -111.345 780.766 2.453 -7853.440 35 -120.986 837.896 1.272 -7335.324 40 -131.273 889.345 0.125 -6779.141 45 -142.139 935.321 -0.968 -6188.921 50 -153.521 976.003 -1.990 -5568.732 55 -165.357 1011.550 -20924 -4922.648 60 -177.586 1042.098 -3.759 -4254.695 65 -190.149 1067.764 -4.482 -3568.840 70 -202.990 1088.634 -5.086 -2868.893 75 -216.050 1104.795 -5.563 -2158.586 80 -229.276 1116.298 -5.907 -1441.448 85 -242.611 1123.185 -6.115 -720.852 90 -256.000 1125.473 -6.185 0.004 95 -269.389 1123.182 -6.115 718.097 100 -282.724 1116.297 -5.907 1430.578 105 -295.950 1104.794 -5.563 2134.752 110 -309.010 1088.633 -5.086 2828.065 115 -321.851 1067.761 -4.482 3508.075 120 -334.414 1042.097 -3.759 4172.396 125 -346.643 1011.550 -2.924 4818.689 130 -358.479 976.002 -1.990 5444.576 135 -369.861 935.319 -0.968 6047.605 140 -380.727 889.344 0.125 6625.189 145 -391.014 837.894 1.272 7174.511 150 -400.655 780.766 2.453 7692.463 155 -409.580 717.729 3.645 8175.566 160 -417.719 648.534 4.820 8619.898 165 -424.996 572.911 5.950 9021.038 170 -431.333 490.578 7.002 9374.011 175 -436.649 401.248 7.939 9673.283 180 -440.858 304.647 8.723 9912.797 185 -443.872 200.530 9.313 10086.062 190 -445.602 88.711 9.667 10186.335 195 -445.954 -30.899 9.741 10206.849 200 -444.835 -158.241 9.495 10141.209 205 -442.156 -293.048 8.893 9983.816 210 -437.831 -434.768 7.909 9730.355 215 -431.781 -582.479 6.526 9378.272 220 -423.944 -734.799 4.748 8927.134 225 -414.275 -889.798 2.601 8378.840 230 -402.757 -1044.928 0.136 7737.403 235 -389.408 -1196.994 -2.562 7008.511 240 -374.285 -1342.188 -5.381 6198.696 245 -357.495 -1476.201 -8.178 5314.545 250 -339.200 -1594.439 -10.791 4362.119 255 -319.613 -1692.325 -13.053 3347.051 260 -299.004 -1765.690 -14.803 2275.500 265 -277.684 -1811.176 -15.912 1155.762 270 -256.000 -1125.473 -6.185 0.005 275 -234.316 -1811.174 -15.912 -1174.578 280 -212.996 -1765.694 -14.803 -2346.066 285 -192.387 -1692.326 -13.053 -3489.404 290 -172.800 -1594.441 -10.791 -4579.275 240 -374.285 -1342.188 -5.381 6198.696 245 -357.495 -1476.201 -8.178 5314.545 250 -339.200 -1594.439 -10.791 4362.119 255 -319.613 -1692.325 -13.053 3347.051 260 -299.004 -1765.690 -14.803 2275.500 265 -277.684 -1811.176 -15.912 1155.762 270 -256.000 -1125.473 -6.185 0.005 275 -234.316 -1811.174 -15.912 -1174.578 280 -212.996 -1765.694 -14.803 -2346.066 285 -192.387 -1692.326 -13.053 -3489.404 290 -172.800 -1594.441 -10.791 -4579.275 295 -154.505 -1476.203 -8.178 -5593.049 300 -137.715 -1342.190 -5.381 -6513.247 305 -122.592 -1196.996 -2.562 -7328.699 310 -109.243 -1044.929 0.136 -8034.470 315 -97.725 -889.799 2.601 -8630.820 320 -88.056 -734.800 4.748 -9121.607 325 -80.219 -582.480 6.526 -9512.740 330 -74.169 -434.768 7.909 -9810.804 335 -69.844 -293.048 8.893 -10022.228 340 -67.165 -158.241 9.495 -10152.754 345 -66.046 -30.899 9.741 -10207.297 350 -66.398 88.710 9.667 -10189.990 2、动画模拟程序 /***************************运动模拟图函数*******************/ void dtmn() { int gd=DETECT,gmode,n; initgraph(&gd,&gmode,"c:\\turboc2"); cleardevice(); do {setbkcolor(0); sgd(); }while(!kbhit()); getch(); } /****************************导轨函数 *********************/ void slide(float x0,float y0,float x1,float h) {float xr; int i,n; xr=x0+x1; line(x0,y0,xr,y0); n=x1/h; for(i=0;i<=n;i++) {moveto(x0+i*h,y0+h); lineto(x0+(i+1)*h,y0); } } /************************摇块函数*************************/ void pist(float x0,float y0,float l,float h,float theta) {float x,y; x=x0-cos(theta)*l/2+h/2*sin(theta); y=y0+l/2*sin(theta)+h/2*cos(theta); moveto(x,y); linerel(l*cos(theta),-l*sin(theta)); /***绘制轮廓线******/ linerel(-h*sin(theta),-h*cos(theta)); linerel(-l*cos(theta),l*sin(theta)); lineto(x,y); } /*************************支点函数*********************/ void pirot(float x0,float y0,float l) {/*float PI=3.1415926;*/ float x,y; int i,n; int h=4; setcolor(4); circle(x0,y0,3); setcolor(9); x=x0-l/2; y=y0+sin(PI/3)*l; moveto(x0,y0); lineto(x,y); linerel(18,0); lineto(x0,y0); n=l/4; for(i=0;i<=n;i++) {moveto(x+i*h,y+h); lineto(x+(i+1)*h,y); } } /************************连杆,摇块,导轨函数 ***************/ void sgd() {int i; int x04,y04,x02,y02; int l02a=l1/2; int l04b=l4/2; float xa,ya,xb,yb,xc,yc,l; float lbc=l5/2; float ss,theta; for(i=0;i<64;i++) /*****动态模拟******/ {ss=i*0.1; /*坐标计算*/ x04=400; x02=400; y04=400; y02=225; xa=x02+l02a*cos(ss); ya=y02+l02a*sin(ss); l=sqrt((xa-x04)*(xa-x04)+(ya-y04)*(ya-y04)); xb=x04+(xa-x04)*l04b/l; yb=y04+(ya-y04)*l04b/l; yc=135; xc=xb-sqrt(lbc*lbc-(yb-yc)*(yb-yc)); theta=-atan((ya-y04)/(xa-x04)); setcolor(4); cleardevice(); circle(xb,yb,3); circle(xa,ya,3); circle(xc,yc,3); setcolor(8); line(50,135,500,135); rectangle(xc+7,yc+6,xc-7,yc-6); /*绘制滑块C*/ line(x02,y02,xa,ya); line(xc,yc,xb,yb); line(xb,yb,x04,y04); setcolor(7); pirot(x02,y02,16); /*绘制支点X04,X02*/ pirot(x04,y04,16); pist(xa,ya,20,10,theta); /*绘制滑块A*/ slide(60,135,100,10); slide(500,135,570,10); setcolor(8); settextstyle(3,0,2); outtextxy(200,30,"DAOGAN YUNDONG MONI"); outtextxy(200,440,"PRESS ANY KEY TO RETURN"); outtextxy(200,420,"PRESS BREAK TO STOP"); delay(2000);} } 曲线图象及导杆图形六、课程设计总结: 通过一周的课程设计，使我更加了解了机械原理课程设计的各方面内容;进一步掌握机构分析与综合的基本知识，熟悉机构设计的一般方法。通过对分析法进行机构设计的练习，训练了自己从工程问题中提炼数学模型的能力，以及利用计算机程序特别是C语言解决数学问题的方法。同时在课程设计过程中我也遇到许多问题，特别是数学建模和程序设计中，发现了自己能力的有限，幸好在老师的指导、同学的帮助下，我能够顺利的完成课程设计。这不仅仅是一个课程设计，同时也检验了我对课本知识的了解，对实践机械运动的认识，这是一个对自己全方面的考察。在今后我一定会努力学习各方面的知识，认真对待生产实践机械工程问题，培养创新精神，提高解决问题的能力。七:参考文献 1、《机械原理》孙桓、陈作模，高等教育出版社，1995.8 2、《机械原理课程设计指导书》徐萃萍冷兴聚 3、《机械原理》电算课程设计指导书》冷兴聚 4、《C语言设计》谭浩强清华大学出版社 1995.3 5、《C语言典型零件CAD》王占勇东北大学出版社 2000.9 6、《计算机图形学》罗笑南王若梅中山大学出版社 1996.10

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牛头刨床导杆机构的设计及运动分析

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