运动分析以及动态静力分析
院校 :************
班级 : 机械工程及自动化 软件工程04级5班
设计者 : ***
指导教师: ***
时间 : 2007-07-00
目录
一、设计条件
二、设计要求
三、运动分析以及动态静力分析
四、源程序
五、计算结果
六、心得体会
前言:
该运动学分析的任务是:找出角的位置, 驱动杆的角速度和角加速度或位置, 直线运动速度和线性加速度在驱动杆上的点,并找到了驱动力t, 根据输入参数驱动线和各个方面各个环节.
六杆系统
输入数据表
单位 rpm m m m m m m m kg kg kg m m Kgm2 Kgm2 KN
一、设计条件
1、按照知道教师布置的机构类型和设计参数进行机构分析。
2、已知机构的工作阻力Pr,从动件的工作摆角(舍),主动件角速度W1连杆和滑块的质心位置已知。主动杆件不考虑惯性力的影响,各杆件的几何尺寸已知。
二、设计要求
1、整理说明书一份(主要内容:题目、设计条件及要求、机构运动简图。数据模型,列出矢量方程,程序流程图,计算结果分析及评估,要求:步骤清楚,叙述简明,文字通顺,书写端正。)
2、画机构运动起始位置简图(在说明书中简单说)。
3、打印结果一份:对应主动件处各位置时,从动件的位移,速度(角速度),加速度(角加速度)和主动件的平衡力偶M(平衡力F)。
4、打印位移S,速度V,加速度A曲线。
三.运动分析以及动态静力分析
数学模型
计算连杆2 , 3 , 4的角度和滑杆的位置: L1* cosθ1+L2* cosθ2=L3* cosθ3+LED* cosθ3θ4=arcsin((b-L3* sinθ
3)/L
4)
从上式可得:θ2 ,θ3,θ4
计算杆和角速度和滑块的速度,对以上的函数求导即可得:ω2=(ω3*(L3-Lce)*sin(θ
3)-ω1*L1*sin(θ
1))/(L2*sin(θ
2))
ω4=-(ω3*L3*cos(θ
3))/(L4*cos(θ
4))
vf=-ω3*L3*sin(θ
3)-ω4*L4*sin(θ
4)
对上面的函数求导计算连杆的角加速度和滑块的加速度:
ε3=(D*cos(θ
2)-E*sin(θ
2))/((L3-Lce)*sin(θ2-θ
3))
ε2=(D+(L3-Lce)* ε3*sin(θ
3))/(L2*sin(θ
2))
ε4=(L4*ω4*ω4*cos(θ
4)-L3*(ε3*cos(θ
3)-ω3*ω3*sin(θ
3)))/(L4*cos(θ
4))
af=-L3*(ε3*sin(θ
3)+ω3*ω3*cos(θ
3))-L4*(ε4*sin(θ
4)+ω4*ω4*cos(θ
4)) E=-(L3-Lce)*ω3*ω3*sin(θ
3)-L1*(ε1*cos(θ
1)-ω1*ω1*sin(θ
1))+L2*ω2*ω2*sin(θ
2);
极限位置图
力分析
受力图
构件1:
构件2
构件3
构件4
1 如图建立直角坐标系。
2 建立构件位置方程 L1*cos(arg
1)+L2*cos(arg
2)-L3*cos(arg
3)-a=0 Lo2c=s5+L4
L4sin(arg
4)=Lo2csin(arg
3)
令: B=2*L1*L2*cos(arg
1)-2*a*L2 得出:
arg2=2*atan((A-sqrt(A*A+B*B-C*C))/(B-C)) arg4=asin((b-L3*sin(a
3))/(L
4))
xf=a+L3*cos(a
3)+L4*cos(a
4)
求导得出: 2杆的角速度: t3=(L1*sin(arg1-arg
2)*t
1)/(L3-Lce)*sin(arg3-arg
2) 4杆的角速度: t4=-(t3*L3*cos(arg
3))/(L4*cos(arg
4))
滑块的速度: vf=-t3*L3*sin(arg
3)-t4*L4*sin(arg
4)
再求导得出:
原动件的角加速度:s1=0
3杆的角加速度: s3=(D*cos(arg
2)-E*sin(arg
2))/((L3-Lce)*sin(arg2-arg
3))
2杆的角加速度: s2=(D+(L3-Lce)*s3*sin(arg
3))/(L2*sin(arg
2))
4杆的角加速:
s4=(L4*t4*t4*cos(arg
4)-L3*(s3*cos(arg
3)-t3*t3*sin(arg
3)))/(L4*cos(arg
4))
滑块的加速度:
af=-L3*(s3*sin(arg
3)+t3*t3*cos(arg
3))-L4*(s4*sin(arg
4)+t4*t4*cos(arg
4))
3:建立质心方程:
A:对质心S3分析如下:
Xs3=a+(L3*COS(arg
3))/2; Ys3=b+(L3*sin(arg
3)/2
通过上式两边求导;
Vs3x=(-L3*t3*sin(arg
3))/2;Vs3y=(L3*t3*cos(arg))/2
进一步求导:
As3x=(-L3*s3*sin(arg
3))/2+(-L3*t3*t3*cos(arg
3))/2
As3y=(L3*s3*cos(arg
3))/2+(-L3*t3*t3*sin(arg
3))/2
B:对质心S4分析如下:
Xs4=a+L3*cos(arg
3)+(L4*cos(arg
4))/2
Ys4=b+(L4*sin(arg
4))/2
通过上式两边求导:
Vs3x=-L3*t3*sin(arg
3)-(L4*t4*sin(arg
4))/2
Vs3y=(L4*t4*cos(arg
4))/2
进一步求导:
As4x=-L3*s3*sin(arg
3)-L3*t3*t3*cos(arg
3)-(L4*s4*sin(arg
4))/2-(L4*t4*t4*cos(arg
4))/2
As4y=(L4*s4*cos(arg
4)/2-(L4*t4*t4*sin(arg
4))/2
C:对质心S5分析如下:
Xs5=a+L3*cos(arg
3)+L4*cos(arg
4)
求导:
Vs5x=-L3*t3*sin(arg
3)-L4*t4*sin(arg
4)
As5x=-L3*s3*sin(arg
3)-L3*t3*t3*cos(arg
3)-L4*s4*sin(arg
4)-L4*t4*t4*cos(arg
4) Program Design程序设计
A:构件1受力分析如下:
M1=0 X=0 Y=0 B:构件2受力分析如下:
M2=0
(YB-YC)*Fr32x-(XB-XC)*Fr32y=0
X=0 Y=0 C:构件3受力分析如下:
M3=0
Fr23y*(XC-XD)-Fr23x*(YC-YD)-Fr43y*
(XE-XD)+Fr43x*(YE-YD)-Fi3x*(Ys3-YD)
+Fi3y(Xs3-XD)+Mi3=0
X=0
Fr23x-Fr43x+Fi3x+Fr63x=0
Y=0
Fr23y-Fr43y+Fi3y+Fr63y-G3=0
D:构件4受力分析如下:
M4=0
-Fr34x*(YE-YF)-Fr34y*(XE-XF)-Fi4y*
(XF-Xs
4)-Fi4x(Ys4-YF)+GD*(XF-Xs
4)+Mi4=0
X=0
Fr34x+Fi4x-Fr54=0
Y=0
Fr34y+Fi4y+Fr54y-G4=0
E:构件5受力分析如下:
X=0
Fr45x+Fi5x-Pr=0
Y=0
Fr65y-Fr45y-G5=0
程序模型
程序变量定义L2=0.4, L3=0.44, L4=0.6, Lce=0.12,Les4=0.32, Js3=0.03, Js4=3;t1,t2,t3,t4 各杆的角速度xf,vf,af 滑块的速度,加速度
A,B,C,D,E;
g=9.8;
Pr;
四.源文件清单
//机械原理课程设计
//题目六:摆动式运输机运动分析与动态静力分析(方案
3)
#include<iostream.h>
#include<math.h> L2=0.4, L3=0.44, L4=0.6, Lce=0.12, Les4=0.32, Js3=0.03, Js4=3;
double t1,t2,t3,t4;//各杆的角速度double xf,vf,af;//滑块的速度,加速度
double A,B,C,D,E;
double g=9.8;
double Pr;
double Func_360(double z)
{
if(z<0)
return z=z+360;
else
return z;
}
double Func_2PI(double z)
{
if(z<0)
return z=z+2*PI;
else
return z;
}
double Angle_To_Radian(double z)//角度转弧度
{
z=PI*z/180;
return z;
}
double Radian_To_Angle(double z)//弧度转角度
{
z=180*z/PI;
return z;
}
void YunDongFenXi()//运动分析
{ B=2*L1*L2*cos(a
1)-2*a*L2;
a2=2*atan((A-sqrt(A*A+B*B-C*C))/(B-C)); a4=asin((b-L3*sin(a
3))/(L
4));
xf=a+L3*cos(a
3)+L4*cos(a
4);
double a22=Func_360(Radian_To_Angle(a
2));
double a33=Func_360(Radian_To_Angle(a
3));
double a44=Func_360(Radian_To_Angle(a
4));
t3=(L1*sin(a1-a
2)*t
1)/(L3-Lce)*sin(a3-a
2);//2杆的角速度 t4=-(t3*L3*cos(a
3))/(L4*cos(a
4));//4杆的角速度
vf=-t3*L3*sin(a
3)-t4*L4*sin(a
4);//滑块的速度
s1=0;//原动件的角加速度 E=-(L3-Lce)*t3*t3*sin(a
3)-L1*(s1*cos(a
1)-t1*t1*sin(a
1))+L2*t2*t2*sin(a
2);
s3=(D*cos(a
2)-E*sin(a
2))/((L3-Lce)*sin(a2-a
3));//3杆的角加速度
s2=(D+(L3-Lce)*s3*sin(a
3))/(L2*sin(a
2));//2杆的角加速度
s4=(L4*t4*t4*cos(a
4)-L3*(s3*cos(a
3)-t3*t3*sin(a
3)))/(L4*cos(a
4));//4杆的角加速度
af=-L3*(s3*sin(a
3)+t3*t3*cos(a
3))-L4*(s4*sin(a
4)+t4*t4*cos(a
4));//滑块加速度
cout<<"原动件位置角度:"<<Radian_To_Angle(a
1)<<"角速度:"<<t1<<"角加速度:"<<s1<<endl;
cout<<"2杆的位置角度:"<<a22<<"角速度:"<<t2<<"角加速度:"<<s2<<endl;
cout<<"3杆的位置角度:"<<a33<<"角速度:"<<t3<<"角加速度:"<<s3<<endl;
cout<<"4杆的位置角度:"<<a44<<"角速度:"<<t4<<"角加速度:"<<s4<<endl;
cout<<"滑块的位移:"<<xf<<"滑块的速度:"<<vf<<"加速度:"<<af<<endl;
}
void JingLiFenXi()//动态静力分析
{
if(a1>=4.043056565&& a1<=6.086718
5
6)
Pr=2200;
else
Pr=0;
double as3x=-Lds3*(cos(a
3)*t3*t3+sin(a
3)*s
3);
double as3y=-Lds3*sin(a
3)*t3*t3;
double as4x=-Les4*(cos(a
4)*t4*t4+sin(a
4)*s
4)-L3*(cos(a
3)*t3*t3+sin(a
3)*s
3);
double as4y=-Les4*sin(a
4)*t4*t4+L3*sin(a
3)*t3*t3;
double xa=0, xb=L1*cos(a
1);
double ya=0, yb=L1*sin(a
1); double xd=a, yd=-b;
double xe=a+L3*cos(a
3), ye=L3*sin(a
3)-b;
double xf=a+L3*cos(a
3)+L4*cos(a
4), yf=0;
double xs3=a+Lds3*cos(a
3), ys3=Lds3*sin(a
3)-b;
double xs4=Les4*cos(a
4)+xe, ys4=Les4*sin(a
4)+ye;
double F3x=-m3*as3x, F3y=-m3*as3y;
double F4x=-m4*as4x, F4y=-m4*as4y;
double F5=-m5*af;
double M3=Js3*s3, M4=Js4*s4;
double G3=m3*g, G4=m4*g, G5=m5*g;
double F43x=F4x-Pr;
double F43y=(M4+G4*(xs4-xf)+F4x*(yf-ys
4)+F4y*(xs4-xf)-(F4x-Pr)*(yf-ye))/(xe-xf);
double F54x=-Pr+F5;
double F54y=G4+F43y-F4y;
double F65y=G5+F54y;
double F32y=(M3+G3*(xs3-xd)+F3x*(yd-ys
3)+F3y*(xs3-xd)+F43x*(yd-ye)+F43y*(xe-xd))/((xc-xd)+(xc-xb)/(yb-yc)*(yd-yc));
double F32x=-F32y*(xc-xb)/(yb-yc); double F12y=-F32y; double F61y=F12y; double F63x=F32x-F43x-F3x;
double F63y=G3+F32y-F43y-F3y;
cout<<"1杆的转矩为:"<<M1<<endl; cout<<"1杆对2杆在Y方向上的力为:"<<F12y<<endl;
cout<<"3杆对2杆在X方向上的力为:"<<F32x<<endl;
cout<<"3杆对2杆在Y方向上的力为:"<<F32y<<endl;
cout<<"4杆对3杆在X方向上的力为:"<<F43x<<endl;
cout<<"4杆对3杆在Y方向上的力为:"<<F43y<<endl;
cout<<"5杆对4杆在X方向上的力为:"<<F54x<<endl;
cout<<"5杆对4杆在Y方向上的力为:"<<F54y<<endl;
cout<<"6杆对1杆在X方向上的力为:"<<F61x<<endl;
cout<<"6杆对1杆在Y方向上的力为:"<<F61y<<endl;
cout<<"6杆对3杆在X方向上的力为:"<<F63x<<endl;
cout<<"6杆对3杆在Y方向上的力为:"<<F63y<<endl;
cout<<"6杆对5杆在Y方向上的力为:"<<F65y<<endl;
}
void main()
{
a1=0;
a1=Angle_To_Radian(a
1);
for(int i=1;i<=6;i++)
{
YunDongFenXi();
JingLiFenXi();
cout<<endl<<"------------------------------------------------------"<<endl<<endl;
a1+=PI/3; } a1=Angle_To_Radian(a
1);
YunDongFenXi();
JingLiFenXi();
cout<<endl<<"------------------------------------------------------"<<endl<<endl; a1=Angle_To_Radian(a
1);
YunDongFenXi();
JingLiFenXi();
cout<<endl<<"------------------------------------------------------"<<endl<<endl;
}
五.输出结果
原动件位置角度:0角速度:48.1711角加速度:03杆的位置角度:1.85923角速度:1.03424角加速度:3314.6滑块的位移:1.22361滑块的速度:0.0508925加速度:162.2321杆对2杆在X方向上的力为:88371.73杆对2杆在X方向上的力为:-88371.7
3杆对2杆在Y方向上的力为:20315.7
4杆对3杆在X方向上的力为:-1669.8
4杆对3杆在Y方向上的力为:12387.7
5杆对4杆在X方向上的力为:-14600.96杆对1杆在X方向上的力为:88371.76杆对3杆在X方向上的力为:-86806.2
6杆对3杆在Y方向上的力为:8045.58
------------------------------------------------------
原动件位置角度:60角速度:48.1711角加速度:0
2杆的位置角度:355.646角速度:108.587角加速度:16431.24杆的位置角度:346.64角速度:-6.23446角加速度:-15672.71杆的转矩为:163851杆对2杆在Y方向上的力为:-11498.43杆对2杆在Y方向上的力为:11498.4
4杆对3杆在X方向上的力为:185711
4杆对3杆在Y方向上的力为:56823.7
5杆对4杆在X方向上的力为:735059
5杆对4杆在Y方向上的力为:57754.66杆对1杆在Y方向上的力为:-11498.4
6杆对3杆在X方向上的力为:-349767
6杆对3杆在Y方向上的力为:-45258.1
6杆对5杆在Y方向上的力为:58636.6
------------------------------------------------------
原动件位置角度:120角速度:48.1711角加速度:03杆的位置角度:63.8067角速度:13.5015角加速度:-192.561滑块的位移:0.90679滑块的速度:-6.80996加速度:96.5901
1杆的转矩为:-155.81杆对2杆在Y方向上的力为:-283.9943杆对2杆在Y方向上的力为:283.9944杆对3杆在Y方向上的力为:-1597.12
5杆对4杆在X方向上的力为:-8693.11
5杆对4杆在Y方向上的力为:631.8666杆对1杆在Y方向上的力为:-283.994
6杆对3杆在X方向上的力为:3256.12
6杆对3杆在Y方向上的力为:1841.68
6杆对5杆在Y方向上的力为:1513.87
------------------------------------------------------
原动件位置角度:180角速度:48.1711角加速度:03杆的位置角度:85.5745角速度:7.83443角加速度:-761.14
4杆的位置角度:325.634角速度:-0.537069角加速度:106.8331杆的转矩为:-966.1991杆对2杆在Y方向上的力为:-8051.663杆对2杆在Y方向上的力为:8051.66
4杆对3杆在X方向上的力为:-9127.05
4杆对3杆在Y方向上的力为:2473.26
5杆对4杆在X方向上的力为:-33107.3
5杆对4杆在Y方向上的力为:3429.496杆对1杆在Y方向上的力为:-8051.66
6杆对3杆在X方向上的力为:22153.6
6杆对3杆在Y方向上的力为:5637.25
6杆对5杆在Y方向上的力为:4311.49
------------------------------------------------------
原动件位置角度:240角速度:48.1711角加速度:03杆的位置角度:92.6593角速度:-1.18108角加速度:-977.488
4杆的位置角度:325.537角速度:-0.0487394角加速度:-39.0961
滑块的位移:0.664279滑块的速度:0.502566加速度:416.3851杆对2杆在X方向上的力为:-19119.93杆对2杆在X方向上的力为:19119.9
3杆对2杆在Y方向上的力为:26309.6
4杆对3杆在X方向上的力为:-13187.1
4杆对3杆在Y方向上的力为:5880.27
5杆对4杆在X方向上的力为:-39674.6
5杆对4杆在Y方向上的力为:6151.02
6杆对1杆在X方向上的力为:-19119.96杆对3杆在X方向上的力为:33244.4
6杆对3杆在Y方向上的力为:20545.6
6杆对5杆在Y方向上的力为:7033.02
------------------------------------------------------
原动件位置角度:300角速度:48.1711角加速度:03杆的位置角度:62.4684角速度:-4.92588角加速度:-233.801滑块的位移:0.918551滑块的速度:2.4755加速度:116.9381杆对2杆在X方向上的力为:-5006.513杆对2杆在X方向上的力为:5006.514杆对3杆在X方向上的力为:-4868.5
4杆对3杆在Y方向上的力为:1358.145杆对4杆在Y方向上的力为:1873.73
6杆对1杆在X方向上的力为:-5006.516杆对3杆在X方向上的力为:10063.3
6杆对3杆在Y方向上的力为:3921.3
6杆对5杆在Y方向上的力为:2755.73
------------------------------------------------------
原动件位置角度:348.743角速度:48.1711角加速度:0
2杆的位置角度:348.743角速度:-14.4513角加速度:4437.64杆的位置角度:9.39348角速度:3.81437e-007角加速度:-4207.911杆的转矩为:-0.00247071杆对2杆在Y方向上的力为:-282703杆对2杆在Y方向上的力为:28270
4杆对3杆在X方向上的力为:-7609.13
4杆对3杆在Y方向上的力为:20603.2
5杆对4杆在X方向上的力为:-38231
5杆对4杆在Y方向上的力为:208586杆对1杆在Y方向上的力为:-28270
6杆对3杆在X方向上的力为:-134452
6杆对3杆在Y方向上的力为:7784.38
6杆对5杆在Y方向上的力为:21740
------------------------------------------------------
原动件位置角度:231.65角速度:48.1711角加速度:0
2杆的位置角度:51.6501角速度:14.4513角加速度:-555.3724杆的位置角度:325.548角速度:2.52801e-008角加速度:-41.7613
滑块的位移:0.662387滑块的速度:-2.37093e-007加速度:391.665
1杆的转矩为:-0.0001365781杆对2杆在Y方向上的力为:-19021
3杆对2杆在X方向上的力为:15048.84杆对3杆在X方向上的力为:-10355.3
4杆对3杆在Y方向上的力为:4161.07
5杆对4杆在X方向上的力为:-35249.9
5杆对4杆在Y方向上的力为:4415.87
6杆对1杆在X方向上的力为:-15048.86杆对3杆在X方向上的力为:26289.5
6杆对3杆在Y方向上的力为:14977.5
6杆对5杆在Y方向上的力为:5297.87
------------------------------------------------------
结果分析
数据图
think the result is right, and it has been inspected. But there may be a little mistake. It maybe caused by the digit number of the float or double datatype. The value of PI is also not very exactitude.
六.实验心得
本次课程设计,虽说时间较短,但就在这几天的紧张工作中,我却学到了很多东西,这些都是我在平时无法学习到的。它不仅使我对机械原理这门课程有了更为深刻的理解,而且对于我的工作品质的培养也是大有收益的。
作为一名机械系,机械设计制造及自动化大三的学生,我觉得能做类似的课程设计是十分有意义,而且是十分必要的。在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面,如何去锻炼我们的实践面?如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢?我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次大作业的过程中,我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计更加完善,更加符合工程标准,一次次翻阅机械设计手册是十分必要的,同时也是必不可少的。我们是在作设计,但我们不是艺术家。他们可以抛开实际,尽情在幻想的世界里翱翔,我们是工程师,一切都要有据可依.有理可寻,不切实际的构想永远只能是构想,永远无法升级为设计。
作为一名专业学生掌握编程同样是必不可少的,由于本次大作业要求用VC++编程等,所以我们还要好好掌握这门语言。虽然过去从未独立应用过它,但在学习的过程中带着问题去学我发现效率好高,为我们没有把自己放在使用者的角度,单单是为了学而学,这样效率当然不会高。边学边用这样才会提高效率,这是我作本次课程设计的第二大收获。但是由于水平有限,难免会有错误,还望老师批评指正。
参考文献
"Mechanisms and Machine Theory" Ye Zhonghe, Lan Zhaohui, M.R.Smith, 2001.7
"机械原理"
"线性代数"
关于相对运动理解下的物理教学的论文1如何正确理解相对运动趋势高中物理的教学中,对静摩擦力的准确判断是不是存在的问题对于高中生来说是比较困难的问题,这主要是由于相对运动趋势是对静摩擦力是否存在进行分析判断的关键之所在
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开展高中语文作文教学论文一制定可行教学方案,有序开展作文教学例如教师在开展高三阶段作文教学的时候,就要结合教材内容和学生作文水平,有针对性和目的性地开展作文教学。高三学生已经具备一定的写作能力,对于语言的
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讨论如何可持续发展利用森林资源1优化林业经济结构,促进林业产业的可持续发展人们普遍认识到,森林共同具有经济效益社会效益与生态效益三种效益,且经济效益通常放在首要位置,但在目前的情况下,我们可以看到生态价值远远大
探究绿色设计在工业产品设计中的应用随着时代的变化和经济的发展,人们对产品设计的要求越来越高。在倡导环保理念的今天,绿色设计理念在工业产品设计中的渗透是多方面的。从根本上来说,绿色设计的理念属于理想主义设计中的一个环
探究城镇园林绿化养护与管理现状园林绿化水平是城市文明程度的主要标志之一。在城市化进程快速发展下,城市规模不断扩大,城市园林绿化建设明显加强,但目前城市园林的绿化养护管理面临许多问题。若想使园林绿化工程充分发挥作
膜分离在环境工程中的应用摘要受益于我国科技的快速发展,当前膜分离技术已获得了巨大的进步,并且在我国诸多领域均有所应用。该项技术凭借其无污染工艺精简低能高效等优点,在环境工程中得到了广泛应用。为此,本文笔者
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