機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-連桿機(jī)構(gòu)B4完美版

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目：連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)B4姓名：戴新吉班級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2011級(jí)3班設(shè)計(jì)參數(shù)轉(zhuǎn)角關(guān)系的期望函數(shù)連架桿轉(zhuǎn)角范圍計(jì)算間隔設(shè)計(jì)計(jì)算am中m編程確定：a,b,c,d四桿 的長度，以及在一個(gè) 工作循環(huán)內(nèi)每一計(jì) 算間隔的轉(zhuǎn)角偏差值中i60850.5y=ln x(1 MxM2)設(shè)計(jì)要求：用解析法按計(jì)算間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；繪制3號(hào)圖紙1張，包括：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖；期望函數(shù)與機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)函數(shù)在計(jì)算點(diǎn)處的對(duì)比表；根據(jù)對(duì)比表繪制期望函數(shù)與機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)函數(shù)的位移對(duì)比圖；設(shè)計(jì)說明書一份；要求設(shè)計(jì)步驟清楚，計(jì)算準(zhǔn)確。說明書規(guī)范。作圖要符合國家標(biāo)。按時(shí)獨(dú)立完成任務(wù)。目錄 TOC o 1-5 h z HYPE

2、RLINK l bookmark12 o Current Document 第1節(jié) 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.1連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題 3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.2作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)3 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 1.3作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 3 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1.4解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu) 3 HYPERLINK l boo

3、kmark33 o Current Document 1.5解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)3 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 第2節(jié)設(shè)計(jì)介紹5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.1按預(yù)定的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)原理5 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 2.2按期望函數(shù)設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 第3節(jié) 連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l bookmark53 o Current D

4、ocument 3.1連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 3.2變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺8 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 3.3確定結(jié)點(diǎn)值8 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 3.4確定初始角a 0、中0 9 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 3.5桿長比m,n,l的確定13 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 3.6檢查偏差值

5、Ap 13 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 3.7桿長的確定13 3.8連架桿在各位置的再現(xiàn)函數(shù)和期望函數(shù)最小差值a中的確定.15總結(jié)17 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 參考文獻(xiàn)18附錄錯(cuò)誤！未定義書簽。第1節(jié) 平面四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機(jī)構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時(shí)還要滿足結(jié)構(gòu)條件(如要求存在曲 柄、桿長比恰當(dāng)?shù)?、動(dòng)力條件(如適當(dāng)?shù)膫鲃?dòng)角等)和運(yùn)動(dòng)連 續(xù)條件等。根據(jù)機(jī)械的用途和性能要求的不同，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 是多種多

6、樣的，但這些設(shè)計(jì)要求可歸納為以下三類問題：預(yù)定的連桿位置要求；滿足預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求；(3 )滿足預(yù)定的軌跡要求；連桿設(shè)計(jì)的方法有：解析法、作圖法和實(shí)驗(yàn)法。1.2作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)對(duì)于四桿機(jī)構(gòu)來說，當(dāng)其鉸鏈中心位置確定后，各桿的長度 也就確定了。用作圖法進(jìn)行設(shè)計(jì)，就是利用各鉸鏈之間相對(duì)運(yùn)動(dòng) 的幾何關(guān)系，通過作圖確定各鉸鏈的位置，從而定出各桿的長度。1.3作圖法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)圖解法的特點(diǎn)是直觀、簡單、快捷，對(duì)三個(gè)設(shè)計(jì)位置以下 的設(shè)計(jì)是十分方便的，其設(shè)計(jì)精度也能滿足工作的要求，并能 為解析法精確求解和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供初始值。根據(jù)設(shè)計(jì)要求的不同分為四種情況：按連桿預(yù)定的位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；按兩連架桿預(yù)

7、定的對(duì)應(yīng)角位移設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；按預(yù)定的軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)；按給定的急回要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。1.4解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)在用解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)時(shí)，首先需建立包含機(jī)構(gòu)各尺度 參數(shù)和運(yùn)動(dòng)變量在內(nèi)的解析式，然后根據(jù)已知的運(yùn)動(dòng)變量求機(jī) 構(gòu)的尺度參數(shù)。1.5解析法設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)解析法的特點(diǎn)是可借助于計(jì)算器或計(jì)算機(jī)求解，計(jì)算精度 高，是英語對(duì)三個(gè)或三個(gè)以上位置設(shè)計(jì)的求解，尤其是對(duì)機(jī)構(gòu) 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和精度分析十分有利?，F(xiàn)有三種不同的設(shè)計(jì)要求，分別是：按連桿預(yù)定的連桿位置設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)按預(yù)定的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)按期望函數(shù)設(shè)計(jì)本文詳細(xì)闡述了解析法設(shè)計(jì)絲桿機(jī)構(gòu)中按期

8、望函數(shù)設(shè)計(jì) 的原理、方法及過程。第2節(jié)設(shè)計(jì)介紹2.1按預(yù)定的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置設(shè)計(jì)原理如下圖所示:設(shè)要求從動(dòng)件3與主動(dòng)件1的轉(zhuǎn)角之間滿足一系列的對(duì)應(yīng)位置關(guān) 系，即。=f（9 ）i=1, 2,，n，其函數(shù)的運(yùn)動(dòng)變量。為機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)角， 由設(shè)計(jì)要求知9、9為已知條件，僅9為未知。又因?yàn)闄C(jī)構(gòu)按比 例放大或縮小，不會(huì)改變各機(jī)構(gòu)的相對(duì)角度關(guān)系，故設(shè)計(jì)變量應(yīng)該為 各構(gòu)件的相對(duì)長度，如取d/a=1 , b/a=l c/a=m , d/a=n。故設(shè)m、 n計(jì)變量I、以及9、9的計(jì)量起始角a。、氣共五個(gè)。如圖2-1 所示建立坐標(biāo)系Oxy，并把各桿矢量向坐標(biāo)軸投影，可得（2-1）l cos9 . = n + m cos

9、Q +中）-cos!9 . +a ） Jl sin9 =n + m sinC9 . +中)-cosC9 . +a)為消去未知角。，將式21兩端各自平方后相加，經(jīng)整理可得cos(O +a )=m cos(O +9 ) (mM)cos(O +9 O a ) +(m2 + n +1 -12)/(2n) TOC o 1-5 h z 1i 03i03i 01i0令 P =m, P =-m/n, p = (m2 + n +1 12)/(2n)，則上式可簡化為：cos( +a ) = P cos( +9 ) - P cos( +9 -O a ) + P(22)1i003i 013i 01i 02,式2-2

10、中包含5個(gè)待定參數(shù)P、P、P、a 、及9 ，故四 01200桿機(jī)構(gòu)最多可以按兩連架桿的5個(gè)對(duì)應(yīng)位置精度求解。當(dāng)兩連架桿的 對(duì)應(yīng)位置數(shù)N 5時(shí)，一般不能求得精確解，此時(shí)可用最小二乘法等 進(jìn)行近似設(shè)計(jì)。當(dāng)要求的兩連架桿對(duì)應(yīng)位置數(shù)N v 5時(shí)，可預(yù)選N0 = 5 N個(gè)尺度參數(shù)，此時(shí)有無窮多解。2.2按期望函數(shù)設(shè)計(jì)如上圖所示，設(shè)要求設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)兩連架桿轉(zhuǎn)角之間實(shí)現(xiàn)的函數(shù) 關(guān)系y = f(成為期望函數(shù))，由于連架桿機(jī)構(gòu)的待定參數(shù)較少，故 一般不能準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)該期望函數(shù)。設(shè)實(shí)際實(shí)現(xiàn)的函數(shù)為月y = F(成為 再現(xiàn)函數(shù))，再現(xiàn)函數(shù)與期望函數(shù)一般是不一致的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使機(jī) 構(gòu)的再現(xiàn)函數(shù)盡可能逼近所要求的期望函數(shù)。

11、具體作法是：在給定的 自變量x的變化區(qū)間七到七內(nèi)的某點(diǎn)上，使再現(xiàn)函數(shù)與期望函數(shù)的 值相等。從幾何意義上y = f與y = f兩函數(shù)曲線在某些點(diǎn)相交。這些點(diǎn)稱為插值結(jié)點(diǎn)。顯然在結(jié)點(diǎn)處有：F -f 3) = 0故在插值結(jié)點(diǎn)上，再現(xiàn)函數(shù)的函數(shù)值為已知。這樣，就可以按上 述方法來設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)方法成為插值逼近法。在結(jié)點(diǎn)以外的其他位置，y = F與y = f是不相等的，其偏差 為Ay = f (x) - F (x)偏差的大小與結(jié)點(diǎn)的數(shù)目及其分布情況有關(guān)，增加插值結(jié)點(diǎn)的數(shù) 目，有利于逼近精度的提高。但結(jié)點(diǎn)的數(shù)目最多可為5個(gè)。至于結(jié)點(diǎn) 位置分布，根據(jù)函數(shù)逼近理論有(2-3)x = 1(X + X )

12、 - 1(X - x )cos -1)ni 2 m 02 m 02m試中i = 1,2,3, ,m, m為插值結(jié)點(diǎn)數(shù)。本節(jié)介紹了采用期望函數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)的原理。在第3節(jié)將 具體闡述連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。第3節(jié)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)參數(shù)表轉(zhuǎn)角關(guān)系的期望函數(shù)連架桿轉(zhuǎn)角范圍計(jì)算間隔設(shè)計(jì)計(jì)算amm手工編程確定：a,b,c,d四桿 的長度，以及在一個(gè) 工作循環(huán)內(nèi)每一計(jì) 算間隔的轉(zhuǎn)角偏差值中i608520.5y=ln x(1 MxM2)注：本次采用編程計(jì)算，計(jì)算間隔為0.53.2變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺根據(jù)已知條件y=ln x(1MxM2)為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)近似的實(shí)現(xiàn)期望函數(shù)，設(shè)計(jì)步驟如下：0m中=

13、85。確定自變根據(jù)已知條件X =1, X =2,可求得y = 0， y = 0.693。由主、從動(dòng)件的轉(zhuǎn)角范圍a尸60量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺分別為：(31)u = (X X )/a =1/60U = (y y )/P = 0.693/853.3確定結(jié)點(diǎn)值設(shè)取結(jié)點(diǎn)總數(shù)m=3，由式2-3可得各結(jié)點(diǎn)處的有關(guān)各值如表(3-1)所示。表（3-1）各結(jié)點(diǎn)處的有關(guān)各值xiy = ln xiia = (X - X )/U中=（y_ y）/七11.0670.06494.028.4321.5000.405530.052.6631.9330.659055.9885.583.4確定初始角a0、氣通常我們用試算的方

14、法來確定初始角a 0、氣，而在本次連桿 設(shè)計(jì)中將通過編程試算的方法來確定。具體思路如下：任取a 0、氣，把a(bǔ) 0、氣取值與上面所得到的三個(gè)結(jié)點(diǎn)處的 a 、中的值代入P134式8-17cos（6 +a ） = P cos（6 +中）一 P cos（6 +中-6 a ） + P1i003i013i 01i02從而得到三個(gè)關(guān)于P、P、P的方程組，求解方程組后得出P、P、P，再令P=m, P =-m/n, P=（m2 + n +1 -12）/（2n）。然 后求得m,n,l的值。由此我們可以在機(jī)構(gòu)確定的初始值條件下找 到任意一位置的期望函數(shù)值與再現(xiàn)函數(shù)值的偏差值費(fèi)。當(dāng)中 1。時(shí)，則視為選取的初始、角度a

15、中滿足機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求。具體程序如下：#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()int i;float p0,p1,p2,a0,b0,m,n,l;float A,B,C,r,s,f1,f2,g1,g2,g,j;定義所需要的量float u1=1.0/60,u2=0.693/85,x0=1.0,y0=0.0;float a3,b3,a16,b13,a55;FILE *p;if(p=fopen(d:zdp.txt,w)=NULL)將輸出的值放在文檔里方便查看printf(cant open the file!);a0

16、=4.02;輸入初始值的三組節(jié)點(diǎn)的角度a1=30;a2=55.98;b0=7.97;b1=49.68;b2=80.83;a50=0;a51=a0;a52=a1;a53=a2;a54=60;printf(please input a0: n); 輸人 a 0 和 0 的初始值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); 取得三個(gè)節(jié)點(diǎn) b1i=cos(ai+a0)*t);P0=(b10-b11)*(a14-a15)

17、-(b11-b12)*(a13-a14)/(a10-a11)*(a14-a15)-(a11-a 1)*(a13-a14);P1=(b10-b11-(a10-a11)*p0)/(a13-a14);列出 P0,P1,P2 的關(guān)系式p2=b10-a10*p0-a13*p1;m=p0;列出m,n,l與P0,P1,P2的關(guān)系式n=-m/p1;l=sqrt(m*m+n*n+1-2*n*p2);由上幾式可以解得 m,n,l 的值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,

18、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):);輸入三個(gè)節(jié)點(diǎn)值即初始位置printf(when the angle is %fn,a5i);用三個(gè)節(jié)點(diǎn)值即初始位置進(jìn)行驗(yàn)證fprintf(p,when the angle is %fn,a5i);A=sin(a5i+a0)*t);B=cos(a5i+a0)*t)-n;C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos(a5i+a0)*t)/m;j=x0+u1*a5i

19、;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;求得的兩個(gè)值f2=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0;r=(log (j)-y0)/u2;求的值g1=f1-r;得出兩個(gè)的值g2=f2-r;if(abs(g1)abs(g2)取兩個(gè)里絕對(duì)值小的為真正的g=gLelseg=g2;printf(f1=%f,f2=%f,g=%fn,f1,f2,g);fprintf(p,f1=%f,f2=%f,g=%fn,f1,f2,g);printf(nn);輸出得到的5組數(shù)據(jù)f

20、printf(p,nn); 結(jié)合課本P135，試取a 0 =86 ,中0=24.5時(shí)：程序運(yùn)行及其結(jié)果為：p0=0.603016,p1=-0.448848,p2=-0.268262,m=0.603016,n=1.343475,l=1.972146when the angle is 0.000000f1=-124.826622,f2=-0.308787,g=-0.308787when the angle is 4.020000f1=-130.279190,f2=7.970003,g=0.015696when the angle is 30.000000f1=-152.214340,f2=49.6

21、80008,g=-0.052364when the angle is 55.980000f1=-162.068558,f2=80.830009,g=-0.008698when the angle is 60.000000f1=-162.777771,f2=84.909172,g=-0.108879由程序運(yùn)行結(jié)果可知：當(dāng)取初始角a 0 =86 、中0=24.5 時(shí) 中 1。(加二k1(k2)所以所選初始角符合機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要求。3.5桿長比m,n,l的確定由上面的程序結(jié)果可 m=0.603016,n=1.343475，果1.972146。3.6檢查偏差值中對(duì)于四桿機(jī)構(gòu)，其再現(xiàn)的函數(shù)值可由P134式8

22、-16求得中=e =2arctan(A2 + B2 + C2) / (b + C )中3-2式中：A=sin(a+a )；B=cos(a+a )-n ;C= (1 + m2 + n2 12)/(2m) - ncos(a+a )/m按期望函數(shù)所求得的從動(dòng)件轉(zhuǎn)角為中=ln(X+H a) J /U3-3則偏差為中=中一中，若偏差過大不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則應(yīng)重選計(jì)量起始角a 0、w 0以及主、從動(dòng)件的轉(zhuǎn)角變化范圍a、cp ”等，重新進(jìn)行設(shè) 計(jì)。同樣由上面的程序運(yùn)行結(jié)果得出每一個(gè)取值都符合運(yùn)動(dòng)要求，即：(中=k1(k2) 中 1。3.7桿長的確定根據(jù)桿件之間的長度比例關(guān)系m，n，l和這樣的關(guān)系式b/a=

23、l c/a=m d/a=n確定各桿的長度，當(dāng)選取主動(dòng)桿的長度后，其余三 桿長的度隨之可以確定；在此我們假設(shè)主動(dòng)連架桿的長度為 a=50，則確定其余三桿的長度由下面的程序確定：#include #include #include void main()float a=50,b,c,d;令A(yù)B桿的初始長度為50float m=0.603016,n=1.343475,l=1.972146; 由方程解得的 m,n,l 的值FILE *p;if(p=fopen(d:zdp.txt,w)=NULL)將輸出的值放在文檔里方便查看printf(cant open the file!);exit(0);b=l*a;簡單的乘法計(jì)算得到各桿的長度c=m*a;d=n*a;printf(a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn,a,b,c,d);輸出所得到的值fprintf(p,a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn”,a,b,c,d);fclose(p);運(yùn)行結(jié)果為:a=50.000000b=98.607300c=30.150801d=67.1737493.8連架桿在各位置的再現(xiàn)函數(shù)和期望函數(shù)最小差值費(fèi)的確定i 為序列號(hào)a1i=a .f1i