機(jī)械原理大作業(yè)一

1、機(jī)械原理大作業(yè)一課程名稱： 機(jī)械原理 設(shè)計(jì)題目： 連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析(25) 院 系： 班 級： 完 成 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 林琳 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.4.23 哈爾濱工業(yè)大學(xué)1. 設(shè)計(jì)題目如圖所示機(jī)構(gòu)，已知機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸為AB=280mm，BC=350mm，CD=320mm, AD=160mm, BE=175mm, EF=220mm, XG=25mm, YG=80mm, 構(gòu)件1的角速度為w1=10rad/s, 試求構(gòu)件2上點(diǎn)F的軌跡及構(gòu)件5的角位移，角速度和角加速度，并對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析。圖1.機(jī)構(gòu)簡圖2. 建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析數(shù)學(xué)模型建立坐標(biāo)系，以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立如上圖所示的坐標(biāo)

2、系2.1機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析該機(jī)構(gòu)可認(rèn)為由一個(gè)級桿組RR（桿AB）、級桿組RRR（桿2、3）、級桿組RPR（桿5及滑塊4）組成。如下圖：圖2. 級桿組圖3. 級桿組圖4. 級桿組2.2機(jī)構(gòu)參數(shù)分析及確定2.2.1 AB（級桿組RR）運(yùn)動副A的位置坐標(biāo)：xA=0 ， yA=0 ,速度：vxA=0 ，vyA=0 , 加速度：axA=0，ayA=0 , AB=280mm運(yùn)動副B的位置坐標(biāo)：xB=280cos，yB=280sin; 速度：vxB=-280sin，vyB=280cos; 加速度：axB=-280cos，ayB=-280sin2.2.2 BCD桿（級桿組RRR）運(yùn)動副D的位置坐標(biāo)： xD=0 ，

3、yD=0 ,速度：vxD=0 ，vyD=0 , 加速度：axD=0，ayD=0 ,BC=350mm， CD=320mm由余弦定理得：BD=AB2+AD2-2ABADcos(+2)由正弦定理得：ADB=arcsinABsin2+BD由余弦定理得：CDB=arccos(CD2+BD2-BC22CDDB)則C點(diǎn)的坐標(biāo)：xC=CDsin-ADB-BDC, yC=AD+CDcos(-ADB-CDB)進(jìn)而可以求得C點(diǎn)的速度坐標(biāo)（vxC，vyC），加速度（axC，ayC），桿BC與x軸的夾角，桿BC的角速度，桿BC的角加速度，桿CD與x軸的夾角，角速度和角加速度。2.2.3 桿GF（級桿組RPR）運(yùn)動副G的

4、位置坐標(biāo)：xG=-25 ， yG=80 ,速度：vxG=0 ，vyG=0 , 加速度：axG=0，ayG=0,由此可以求出構(gòu)件GF的轉(zhuǎn)角，角速度，角加速度2.2.4 桿BC上E的運(yùn)動BE=175mm，根據(jù)前面的量可以得到E的位置坐標(biāo)，速度和加速度，同理可以得到F點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律。3. 繪制計(jì)算流程框圖圖5. 計(jì)算流程圖4. 計(jì)算程序清單編程語言為ATLAB，編程環(huán)境為MATLAB R2014a源代碼如下：主函數(shù)lab=280;lbc=350;lcd=320;lad=160;lbe=175;lef=220;wab=10; eab=0;AB=lab,wab,eab;delt=0;xA=0; yA=0;

5、 localA=xA,yA;vxA=0; vyA=0; vA=vxA,vyA;axA=0; ayA=0; aA=axA,ayA;xD=0; yD=160; localD=xD,yD;vxD=0; vyD=0; vD=vxD,vyD;axD=0; ayD=0; aD=axD,ayD;xG=-25; yG=80; localG=xG,yG;vxG=0; vyG=0; vG=vxG,vyG;axG=0; ayG=0; aG=axG,ayG;pa=pi/180;Fx=rand(360);Fy=rand(360);theta5=rand(360);omega5=rand(360);alpha5=rand

6、(360);fj1=0;figure(1);subplot(2,2,1);for fj1=1:1:360 fab=fj1*pa; localB,vB,aB=RR1(localA,vA,aA,AB,fab,delt); localC,vC,aC,fbc,BC=RRR(localA,fab,delt,localB,vB,aB,localD,vD,aD,lab,lcd,lbc); localF,vF,aF=RR2(lbe,lef,fbc,BC,localB,vB,aB); Fx(fj1)=localF(1); Fy(fj1)=localF(2);endplot(Fx,Fy,r-);grid on;

7、hold on;xlabel(F點(diǎn)橫坐標(biāo)/mm);ylabel(F點(diǎn)縱坐標(biāo)/mm);title(F的軌跡圖像);hold on;for fj1=1:1:360 fab=fj1*pa; localB,vB,aB=RR1(localA,vA,aA,AB,fab,delt); localC,vC,aC,fbc,BC=RRR(localA,fab,delt,localB,vB,aB,localD,vD,aD,lab,lcd,lbc); localF,vF,aF=RR2(lbe,lef,fbc,BC,localB,vB,aB); FG,ffg=RPR(localG,localF,vF,aF); thet

8、a5(fj1)=ffg; omega5(fj1)=FG(1); alpha5(fj1)=FG(2);endn=1:360;subplot(2,2,2);plot(n,theta5(n)*180/pi,r-);grid on; hold on;xlabel(l1轉(zhuǎn)過的角度/度)ylabel(角位移/circ)hold on; grid on; subplot(2,2,3);plot(n,omega5(n),r-);grid on; hold on;xlabel(l1轉(zhuǎn)過的角度/度)ylabel(角速度/radcdots-1)grid on; hold on; subplot(2,2,4);plo

9、t(n,alpha5(n),r-);grid onxlabel(l1轉(zhuǎn)過的角度/度)ylabel(角加速度/radcdots-2)grid on; hold on;figure(2);%F的坐標(biāo)隨l1轉(zhuǎn)過的角度的變化j=1:1:360;plot(j,Fx,r-);grid on;hold on;title(F的橫坐標(biāo)隨主動件的變化);xlabel(l1轉(zhuǎn)過的角度 );ylabel(F的橫坐標(biāo));figure(3);j=1:1:360;plot(j,Fy,r-);grid on; hold on;title(F的縱坐標(biāo)隨主動件的變化 );xlabel(l1轉(zhuǎn)過的角度);ylabel(F的縱坐標(biāo))

10、;hold on;%F的加速度隨主動件的變化figure(4);j=1:1:360;plot(j,a_F,r-);title(F的絕對加速度隨主動件的變化);xlabel(l1轉(zhuǎn)過的角度 );ylabel(F的絕對加速度);grid on; hold on;RPR桿組：function FG,ffg=RPR(localG,localF,vF,aF)xF=localF(1); yF=localF(2);xG=localG(1); yG=localG(2);vxF=vF(1); vyF=vF(2);axF=aF(1); ayF=aF(2);LGF=sqrt(xG-xF)2+(yG-yF)2);if

11、 xFxG&yFyG ffg=atan(yF-yG)/(xF-xG);elseif xF=yG ffg=atan(yF-yG)/(xF-xG)+pi;elseif xFxG&yFxG&yFyG; ffg=0.5*pi;else ffg=1.5*pi;endwfg=(vyF*cos(ffg)-vxF*sin(ffg)/LGF;efg=(ayF*cos(ffg)-axF*sin(ffg)-2*(vxF*cos(ffg)+vyF*sin(ffg)*wfg)/LGF;FG=wfg,efg;RR1桿組：function localB,vB,aB=RR1(localA,vA,aA,AB,fab,delt)

12、xA=localA(1);yA=localA(2);vxA=vA(1);vyA=vA(2);axA=aA(1);ayA=aA(2);lab=AB(1);wab=AB(2);eab=AB(3);xB=xA+lab*cos(fab+delt);yB=yA+lab*sin(fab+delt);vxB=vxA-wab*lab*sin(fab+delt);vyB=vyA+wab*lab*cos(fab+delt);axB=axA-wab2*lab*cos(fab+delt)-eab*lab*sin(fab+delt);ayB=ayA-wab2*lab*sin(fab+delt)+eab*lab*sin(

13、fab+delt);localB=xB,yB;vB=vxB,vyB;aB=axB,ayB;endRR2桿組：function localF,vF,aF=RR2(lbe,lef,fbc,BC,localB,vB,aB)xB=localB(1);yB=localB(2);vxB=vB(1); vyB=vB(2);wbc=BC(1); ebc=BC(2);axB=aB(1); ayB=aB(2);lbf=sqrt(lbe2+lef2);febf=atan(lef/lbe);xF=xB+lbf*cos(fbc+febf);yF=yB+lbf*sin(fbc+febf);vxF=vxB-wbc*lbf*

14、sin(fbc+febf);vyF=vyB+wbc*lbf*cos(fbc+febf);axF=axB-wbc2*lbf*cos(fbc+febf)-ebc*lbf*sin(fbc+febf);ayF=ayB-wbc2*lbf*sin(fbc+febf)+ebc*lbf*sin(fbc+febf);localF=xF,yF;vF=vxF,vyF;aF=axF,ayF;RRR桿組function localC,vC,aC,fbc,BC=RRR(localA,fab,delt,localB,vB,aB,localD,vD,aD,lab,lcd,lbc)xA=localA(1);yA=localA(

15、2);xB=localB(1);yB=localB(2);vxB=vB(1); vyB=vB(2);axB=aB(1); ayB=aB(2);xD=localD(1); yD=localD(2);vxD=vD(1); vyD=vD(2);axD=aD(1); ayD=aD(2);xB=xA+lab*cos(fab+delt);yB=yA+lab*sin(fab+delt);LBD=sqrt(xD-xB)2+(yD-yB)2);val=(lbc2+LBD2-lcd2)/(2*lbc*LBD);JCBD=atan(-val/sqrt(-val*val+1)+2*atan(1);if xDxB&yD

16、yB fbd =atan(yD - yB) / (xD - xB); fbc=fbd-JCBD;elseif xD=yB fbd=atan(yD-yB)/(xD-xB)+pi; fbc=fbd-JCBD;elseif xDxB&yDxB&yDyB fcd=0.5*pielse fcd=1.5*pi;endxC=xB+lbc*cos(fbc);yC=yB+lbc*sin(fbc);if xCxD&yC=yD fcd=atan(yC-yD)/(xC-xD);elseif xC=yD fcd=atan(yC-yD)/(xC-xD)+pi;elseif xCxD&yCxD&yCyD fcd=pi/2;

17、else fcd=1.5*pi;endci=lbc*cos(fbc);si=lbc*sin(fbc);cj=lcd*cos(fcd);sj=lcd*sin(fcd);g1=ci*sj-cj*si;wbc=(cj*(vxD-vxB)+sj*(vyD-vyB)/g1;wcd=(ci*(vxD-vxB)+si*(vyD-vyB)/g1;vxC=vxB-wbc*lbc*sin(fbc);vyC=vyB+wbc*lbc*cos(fbc);g2=axD-axB+wbc2*ci-wcd2*cj;g3=ayD-ayB+wbc2*si-wcd2*sj;ebc=(g2*cj+g3*sj)/g1;ecd=(g2*c

18、i+g3*si)/g1;axC=axB-ebc*lbc*sin(fbc)-wbc2*lbc*cos(fbc);ayC=ayB-ebc*lbc*cos(fbc)-wbc2*lbc*sin(fbc);localC=xC,yC;vC=vxC,vyC;aC=axC,ayC;BC=wbc,ebc;end5. 計(jì)算結(jié)果分析5.1計(jì)算結(jié)果5.1.1點(diǎn)F的運(yùn)動軌跡圖6.點(diǎn)F的運(yùn)動軌跡5.1.2 桿5的角位移隨桿1的角位移變化圖線圖7.桿5的角速度圖像5.1.3 桿5的角速度隨桿1的角位移變化圖線圖8.桿5的角速度圖像5.1.4 桿5的角加速度隨桿1的角位移變化圖線圖9.桿5的角加速度圖像5.1.5 F的橫坐標(biāo)隨桿1角位移的變化圖線圖10.F的橫坐標(biāo)變化5.1.6 F的縱坐標(biāo)隨桿1角位移的變化圖線圖11. F的縱坐標(biāo)變化5.1.7 F的絕對加速度隨桿1角位移的變化