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文檔簡介
1、機械原理課程設(shè)計任務(wù)書題目:連桿機構(gòu)設(shè)計B4姓名:戴新吉班級:機械設(shè)計制造及其自動化2011級3班設(shè)計參數(shù)轉(zhuǎn)角關(guān)系的期望函數(shù)連架桿轉(zhuǎn)角范圍計算間隔設(shè)計計算編程確定:a,b,c,d四桿的長度,以及在一個工作循環(huán)內(nèi)每一計算間隔的轉(zhuǎn)角偏差值60°85°0.5°y=x(1x2)設(shè)計要求:1.用解析法按計算間隔進行設(shè)計計算;2.繪制3號圖紙1張,包括:(1)機構(gòu)運動簡圖;(2)期望函數(shù)與機構(gòu)實現(xiàn)函數(shù)在計算點處的對比表;(3)根據(jù)對比表繪制期望函數(shù)與機構(gòu)實現(xiàn)函數(shù)的位移對比圖;3.設(shè)計說明書一份;4.要求設(shè)計步驟清楚,計算準確。說明書規(guī)范。作圖要符合國家標。按時獨立完成任務(wù)。目
2、錄第1節(jié) 平面四桿機構(gòu)設(shè)計31.1連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題31.2作圖法設(shè)計四桿機構(gòu)31.3作圖法設(shè)計四桿機構(gòu)的特點31.4解析法設(shè)計四桿機構(gòu)31.5解析法設(shè)計四桿機構(gòu)的特點3第2節(jié) 設(shè)計介紹52.1按預(yù)定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計原理52.2 按期望函數(shù)設(shè)計6第3節(jié) 連桿機構(gòu)設(shè)計83.1連桿機構(gòu)設(shè)計83.2變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺83.3確定結(jié)點值83.4 確定初始角、93.5 桿長比m,n,l的確定133.6 檢查偏差值133.7 桿長的確定133.8 連架桿在各位置的再現(xiàn)函數(shù)和期望函數(shù)最小差值的確定15總結(jié)18參考文獻19附錄20第1節(jié) 平面四桿機構(gòu)設(shè)計1.1連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 連桿機
3、構(gòu)設(shè)計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機構(gòu)的型式,確定各構(gòu)件的尺寸,同時還要滿足結(jié)構(gòu)條件(如要求存在曲柄、桿長比恰當?shù)龋?、動力條件(如適當?shù)膫鲃咏堑龋┖瓦\動連續(xù)條件等。 根據(jù)機械的用途和性能要求的不同,對連桿機構(gòu)設(shè)計的要求是多種多樣的,但這些設(shè)計要求可歸納為以下三類問題:(1)預(yù)定的連桿位置要求;(2)滿足預(yù)定的運動規(guī)律要求;(3)滿足預(yù)定的軌跡要求;連桿設(shè)計的方法有:解析法、作圖法和實驗法。1.2 作圖法設(shè)計四桿機構(gòu) 對于四桿機構(gòu)來說,當其鉸鏈中心位置確定后,各桿的長度也就確定了。用作圖法進行設(shè)計,就是利用各鉸鏈之間相對運動的幾何關(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
4、法設(shè)計四桿機構(gòu)的特點 圖解法的特點是直觀、簡單、快捷,對三個設(shè)計位置以下的設(shè)計是十分方便的,其設(shè)計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)計提供初始值。 根據(jù)設(shè)計要求的不同分為四種情況 : (1) 按連桿預(yù)定的位置設(shè)計四桿機構(gòu); (2) 按兩連架桿預(yù)定的對應(yīng)角位移設(shè)計四桿機構(gòu);(3) 按預(yù)定的軌跡設(shè)計四桿機構(gòu);(4) 按給定的急回要求設(shè)計四桿機構(gòu)。1.4 解析法設(shè)計四桿機構(gòu) 在用解析法設(shè)計四桿機構(gòu)時,首先需建立包含機構(gòu)各尺度參數(shù)和運動變量在內(nèi)的解析式,然后根據(jù)已知的運動變量求機構(gòu)的尺度參數(shù)。1.5 解析法設(shè)計四桿機構(gòu)的特點 解析法的特點是可借助于計算器或計算機求解,計算精度高,是英
5、語對三個或三個以上位置設(shè)計的求解,尤其是對機構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計和精度分析十分有利。 現(xiàn)有三種不同的設(shè)計要求,分別是:(1) 按連桿預(yù)定的連桿位置設(shè)計四桿機構(gòu)(2) 按預(yù)定的運動軌跡設(shè)計四桿機構(gòu)(3) 按預(yù)定的運動規(guī)律設(shè)計四桿機構(gòu)1) 按預(yù)定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計2) 按期望函數(shù)設(shè)計本文詳細闡述了解析法設(shè)計絲桿機構(gòu)中按期望函數(shù)設(shè)計的原理、方法及過程。第2節(jié) 設(shè)計介紹2.1按預(yù)定的兩連架桿對應(yīng)位置設(shè)計原理如下圖所示:圖 2-1 (2-1) 設(shè)要求從動件3與主動件1的轉(zhuǎn)角之間滿足一系列的對應(yīng)位置關(guān)系,即=i=1, 2, ,n,其函數(shù)的運動變量為機構(gòu)的轉(zhuǎn)角,由設(shè)計要求知、為已知條件,僅為未知。又因為機構(gòu)按
6、比例放大或縮小,不會改變各機構(gòu)的相對角度關(guān)系,故設(shè)計變量應(yīng)該為各構(gòu)件的相對長度,如取d/a=1 , b/a=l c/a=m , d/a=n 。故設(shè)計變量l、m、n以及、的計量起始角、共五個。如圖2-1所示建立坐標系Oxy,并把各桿矢量向坐標軸投影,可得 為消去未知角,將式21兩端各自平方后相加,經(jīng)整理可得(2-2)令=m, =-m/n, =,則上式可簡化為: 式 2-2 中包含5個待定參數(shù)、及,故四桿機構(gòu)最多可以按兩連架桿的5個對應(yīng)位置精度求解。當兩連架桿的對應(yīng)位置數(shù)時,一般不能求得精確解,此時可用最小二乘法等進行近似設(shè)計。當要求的兩連架桿對應(yīng)位置數(shù)時,可預(yù)選個尺度參數(shù),此時有無窮多解。2.2
7、 按期望函數(shù)設(shè)計如上圖所示,設(shè)要求設(shè)計四桿機構(gòu)兩連架桿轉(zhuǎn)角之間實現(xiàn)的函數(shù)關(guān)系 (成為期望函數(shù)),由于連架桿機構(gòu)的待定參數(shù)較少,故一般不能準確實現(xiàn)該期望函數(shù)。設(shè)實際實現(xiàn)的函數(shù)為月(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)計時應(yīng)該使機構(gòu)的再現(xiàn)函數(shù)盡可能逼近所要求的期望函數(shù)。具體作法是:在給定的自變量x的變化區(qū)間到內(nèi)的某點上,使再現(xiàn)函數(shù)與期望函數(shù)的值相等。從幾何意義上與兩函數(shù)曲線在某些點相交。這些點稱為插值結(jié)點。顯然在結(jié)點處有: 故在插值結(jié)點上,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)計四桿機構(gòu)。這種設(shè)計方法成為插值逼近法。 在結(jié)點以外的其他位置,與是不相等的,其偏差為 偏差的
8、大小與結(jié)點的數(shù)目及其分布情況有關(guān),增加插值結(jié)點的數(shù)目,有利于逼近精度的提高。但結(jié)點的數(shù)目最多可為5個。至于結(jié)點位置分布,根據(jù)函數(shù)逼近理論有 (2-3)試中為插值結(jié)點數(shù)。 本節(jié)介紹了采用期望函數(shù)設(shè)計四桿機構(gòu)的原理。在第3節(jié)將具體闡述連桿機構(gòu)的設(shè)計。第3節(jié) 連桿機構(gòu)設(shè)計3.1連桿機構(gòu)設(shè)計設(shè)計參數(shù)表轉(zhuǎn)角關(guān)系的期望函數(shù)連架桿轉(zhuǎn)角范圍計算間隔設(shè)計計算手工編程確定:a,b,c,d四桿的長度,以及在一個工作循環(huán)內(nèi)每一計算間隔的轉(zhuǎn)角偏差值60°85°2°0.5°y=x(1x2) 注:本次采用編程計算,計算間隔為0.5°3.2變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺 根據(jù)已
9、知條件y=x(1x2)為鉸鏈四桿機構(gòu)近似的實現(xiàn)期望函數(shù), 設(shè)計步驟如下:(1)根據(jù)已知條件,可求得,。 (2)由主、從動件的轉(zhuǎn)角范圍=60°、=85°確定自變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺分別為:(31) 3.3確定結(jié)點值 設(shè)取結(jié)點總數(shù)m=3,由式2-3可得各結(jié)點處的有關(guān)各值如表(3-1)所示。表(3-1) 各結(jié)點處的有關(guān)各值11.0670.06494.02°8.43°21.5000.405530.0°52.66°31.9330.659055.98°85.58°3.4 確定初始角、 通常我們用試算的方法來確定初始角、,
10、而在本次連桿設(shè)計中將通過編程試算的方法來確定。具體思路如下: 任取、,把、取值與上面所得到的三個結(jié)點處的、的值代入P134式8-17 從而得到三個關(guān)于、的方程組,求解方程組后得出、,再令=m, =-m/n, =。然后求得m,n,l的值。由此我們可以在機構(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。當時,則視為選取的初始、角度滿足機構(gòu)的運動要求。具體程序如下:#include<stdio.h>#include<math.h>#define PI 3.1415926#define t PI/180void main() int i; float p0,
11、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("can't open the file!"); a0=4.02; /輸入初始值的三組節(jié)點的角度 a1=30; a2=55.98; b0=7.
12、97; b1=49.68; b2=80.83; a50=0;a51=a0;a52=a1;a53=a2;a54=60; printf("please input a0: n"); /輸人0和0的初始值 scanf("%f",&a0); printf("please input b0: n"); scanf("%f",&b0); for(i=0;i<3;i+)a1i=cos(bi+b0)*t); a1i+3=cos(bi+b0-ai-a0)*t); /取得三個節(jié)點 b1i=cos(ai+a0)*t
13、);p0=(b10-b11)*(a14-a15)-(b11-b12)*(a13-a14)/(a10-a11)*(a14-a15)-(a11-a12)*(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,
14、p2,m,n,l); fprintf(p,"p0=%f,p1=%f,p2=%f,m=%f,n=%f,l=%fn",p0,p1,p2,m,n,l); printf("n"); fprintf(p,"n");for(i=0;i<5;i+)printf("please input one angle of fives(0-60): "); /輸入三個節(jié)點值即初始位置 printf("when the angle is %fn",a5i); /用三個節(jié)點值即初始位置進行驗證 fprintf(p,&
15、quot;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; 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; /求得的兩個值f2=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0; r=(log(j)-y0)/u2; /求的值 g1=f1
16、-r; /得出兩個的值 g2=f2-r; if(abs(g1)<abs(g2) /取兩個里絕對值小的為真正的 g=g1; else g=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) fprintf(p,"nn"); 結(jié)合課本P135,試取=86°,=24.5°時:程序運行及其結(jié)果為:p0=0.603016,p1=-0.4488
17、48,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=49.680008,g=-0.052364when the angle is 55.980000f1=-162.068558,f2=80.830009,g=-
18、0.008698when the angle is 60.000000f1=-162.777771,f2=84.909172,g=-0.108879由程序運行結(jié)果可知:當取初始角=86°、=24.5°時(=k1(k2)所以所選初始角符合機構(gòu)的運動要求。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,l=1.972146。3.6 檢查偏差值 對于四桿機構(gòu),其再現(xiàn)的函數(shù)值可由P134式8-16求得 3-2 式中: A=sin() ; B=cos()-n ; C=- ncos()/m 按期望函數(shù)所求得的從動件轉(zhuǎn)角為 3-3 則偏差為
19、若偏差過大不能滿足設(shè)計要求時,則應(yīng)重選計量起始角、以及主、從動件的轉(zhuǎn)角變化范圍、等,重新進行設(shè)計。同樣由上面的程序運行結(jié)果得出每一個取值都符合運動要求,即 :(=k1(k2) 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=l c/a=m d/a=n確定各桿的長度,當選取主動桿的長度后,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 <stdio.h>#include <math.h>#include <stdlib.h>void main()flo
20、at 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("can't open the file!");exit(0);b=l*a; /簡單的乘法計算得到各桿的長度c=m*a;d=n*a;printf("a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn",a,b,c,d); /輸出所
21、得到的值fprintf(p,"a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn",a,b,c,d);fclose(p); 運行結(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)最小差值的確定i為序列號 a1i= f1i= ri = k = 如下面的程序:#include<stdio.h>#include<math.h>#include<stdlib.h>#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()float
22、a0=86,b0=24.5,m=0.603016,n=1.343475,l=1.972146;float A,B,C,s,j,g1,g2,g;float x0=1.0,y0=0.0,u1=1.0/60,u2=0.693/85 ; /原來所得到的數(shù)據(jù)float x130,y1130,y2130,a1130,f1130,f2130,r130;int i;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("can't open the file! ");e
23、xit(0);printf(" i a1i f1i ri gnn");fprintf(p," i a1i f1i ri gnn");for(i=0; a1i<=60;i+)a10=0;A=sin(a1i+a0)*t);B=cos(a1i+a0)*t)-n;C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos(a1i+a0)*t)/m;j=x0+u1*a1i; s=sqrt(A*A+B*B-C*C);f1i=2*(atan(A+s)/(B+C)/(t)-b0; /求得的兩個值f2i=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0;ri=(l
24、og(j)-y0)/u2; /求得的值g1=f1i-ri; /得到兩個的值g2=f2i-ri;xi=a1i*u1+x0;y2i=log(xi);if(abs(g1)<abs(g2) /取絕對值小的一個為真正的g=g1;y1i=f1i*u2+y0;printf(" %-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%n",i,a1i,f2i,ri,g);fprintf(p,"%-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%n",i,a1i,f2i,ri,g);elseg=g2;y1i=f2i*u2+y0;printf(&q
25、uot; %-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%n",i,a1i,f2i,ri,g);fprintf(p,"%-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%n",i,a1i,f2i,ri,g);a1i+1=a1i+0.5; /以0.5為區(qū)間取值fclose(p);程序運行結(jié)果見附錄1。然后運用Matlab R2012編程(程序見附錄2)畫出期望函數(shù)與實際函數(shù)的圖像(圖像見圖紙)。 總結(jié)通過本次課程設(shè)計,讓我學(xué)會了用解析法中的按期望函數(shù)設(shè)計連桿機構(gòu),理解了這一設(shè)計原理,知道怎樣實現(xiàn)連桿機構(gòu)兩連架桿的轉(zhuǎn)角之間的期望函數(shù)與再現(xiàn)函
26、數(shù)之間的關(guān)系。在本次設(shè)計中,有一個非常重要的環(huán)節(jié)確定初始角、的值。這一環(huán)節(jié)我采用了C程序的方法來求解。雖然沒有用筆算那樣繁瑣,但是在編寫程序時,由于公式多,公式中設(shè)計的三角函數(shù)比較麻煩,因而在設(shè)計中我遇到了很多大小不同的問題,但是最終憑借對公式的理解和對C程序的進一步掌握完成了這一解析問題。只有確定了初始角、,才能正確檢查偏差值,得到一對最理想的初始角使得偏差值。通過C程序的求解,得出的結(jié)果說明能較好的滿足連桿機構(gòu)的設(shè)計要求。本次課程設(shè)計,從不知道如何下手到完成。我學(xué)到了很多的東西,掌握了課程設(shè)計書的書寫格式,為以后的設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。參考文獻1孫恒,陳作模,葛文杰 . 機械原理M . 7
27、版 . 北京:高等教育出版社,2006.2孫恒,陳作模 . 機械原理M . 6版 . 北京:高等教育出版社,2001.附錄: n為序列號n 0 0.0 -0.3088 0.0000 -0.3088 1 0.5 0.7676 1.0179 -0.2503 2 1.0 1.8295 2.0274 -0.1979 3 1.5 2.8777 3.0287 -0.1510 4 2.0 3.9126 4.0218 -0.1092 5 2.5 4.9349 5.0070 -0.0721 6 3.0 5.9450 5.9844 -0.0393 7 3.5 6.9435 6.9540 -0.0105 8 4.0
28、 7.9307 7.9160 0.0047 9 4.5 8.9071 8.8705 0.0066 10 5.0 9.8732 9.8177 0.0555 11 5.5 10.8291 10.7575 0.0716 12 6.0 11.7754 11.6903 0.0851 13 6.5 12.7123 12.6160 0.0963 14 7.0 13.6402 13.5348 0.1054 15 7.5 14.5593 14.4467 0.1126 16 8.0 15.4699 15.3519 0.1180 17 8.5 16.3723 16.2505 0.1218 18 9.0 17.266
29、7 17.1425 0.1242 19 9.5 18.1533 18.0281 0.1252 20 10.0 19.0325 18.9074 0.1251 21 10.5 19.9044 19.7804 0.1240 22 11.0 20.7691 20.6472 0.1219 23 11.5 21.6270 21.5079 0.1190 24 12.0 22.4781 22.3627 0.1154 25 12.5 23.3227 23.2115 0.1111 26 13.0 24.1608 24.0545 0.1063 27 13.5 24.9928 24.8917 0.1011 28 14
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31、0362 38 19.0 33.7725 33.7428 0.0296 39 19.5 34.5399 34.5167 0.0232 40 20.0 35.3025 35.2857 0.0168 41 20.5 36.0606 36.0499 0.0107 42 21.0 36.8141 36.8094 0.0048 43 21.5 37.5632 37.5642 -0.0009 44 22.0 38.3080 38.3144 -0.0064 45 22.5 39.0484 39.0600 -0.0116 46 23.0 39.7846 39.8011 -0.0165 47 23.5 40.5
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37、9541 0.0358 95 47.5 71.5634 71.5259 0.0375 96 48.0 72.1339 72.0950 0.0389 97 48.5 72.7015 72.6616 0.0399 98 49.0 73.2661 73.2255 0.0405 99 49.5 73.8276 73.7869 0.0407 100 50.0 74.3862 74.3457 0.0405 101 50.5 74.9417 74.9019 0.0398 102 51.0 75.4942 75.4557 0.0386 103 51.5 76.0437 76.0069 0.0368 104 5
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39、3 81.3874 -0.0181 114 57.0 81.8847 81.9127 -0.0280 115 57.5 82.3969 82.4357 -0.0389 116 58.0 82.9058 82.9566 -0.0508 117 58.5 83.4115 83.4752 -0.0637 118 59.0 83.9140 83.9916 -0.0776 119 59.5 84.4132 84.5059 -0.0927 120 60.0 84.9092 85.0181 -0.1089附錄2: 0-0.308800.50.76761.017911.82952.02741.52.87773
40、.028723.91264.02182.54.93495.00735.9455.98443.56.94356.95447.93077.9164.58.90718.870559.87329.81775.510.829110.7575611.775411.69036.512.712312.616713.640213.53487.514.559314.4467815.469915.35198.516.372316.2505917.266717.14259.518.153318.02811019.032518.907410.519.904419.78041120.769120.647211.521.6
41、2721.50791222.478122.362712.523.322723.21151324.160824.054513.524.992824.89171425.818725.723314.526.638726.54931527.452827.369715.528.261328.18471629.064328.994316.529.861929.79861730.654230.597617.531.441331.39151832.223332.180318.533.000332.96411933.772533.742819.534.539934.51672035.302535.285720.536.060636.04992136.814136.809421.537.563237.56422238.30838.314422.539.048439.062339
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