機械設(shè)計課程設(shè)計說明書

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UNIVERSITY課程設(shè)計題目：牛頭刨床設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：機電工程學(xué)院專業(yè)班級：微電子1201班完成時間：3月20日指導(dǎo)老師：目錄一.設(shè)計任務(wù)書1二傳動方案的擬定及說明3三.電動機的選擇4四.傳動裝置的運動和動力參數(shù)6五.傳動件的設(shè)計81.V帶輪設(shè)計82.高速級齒輪設(shè)計103.低速級齒輪設(shè)計15六.軸的設(shè)計20七.滾動軸承的設(shè)計及計算23八.減速器機體結(jié)構(gòu)設(shè)計31九.鍵的選擇和計算33十.減速器附件的選擇35十一.減速器的潤滑和密封36十二.牛頭刨床的運動和力的分析求解371.機構(gòu)設(shè)計372.C語言程序373.求解結(jié)果38十四.設(shè)計小結(jié)40十五.參考文獻41計算及說明結(jié)果設(shè)計任務(wù)書1.目的及要求：機械設(shè)計課題的設(shè)計主要是培養(yǎng)學(xué)生的機械設(shè)計的綜合能力。通過自己動手，可以體會和穩(wěn)固先修課程的理論和實際知識，同時還能學(xué)習(xí)如何運用標準、標準、手冊等有關(guān)國家標準及技術(shù)手冊，更重要的是可以提高學(xué)生從機器功能的要求、尺寸、工藝、經(jīng)濟和平安等諸多方面綜合考慮如何設(shè)計的能力，從而樹立正確的設(shè)計思想。。課程結(jié)束每個學(xué)生必須完成：一張減速器裝配圖〔用A1或A0圖紙繪制〕；齒輪和軸的零件圖各一張；設(shè)計說明書一份〔約6000~8000字〕。2.設(shè)計題目:設(shè)計牛頭刨床及其齒輪減速器，具體內(nèi)容是：1.設(shè)計方案論述。2.選擇電動機。3.減速器外部傳動零件設(shè)計。4.減速器設(shè)計?！?〕.設(shè)計減速器的傳動零件；〔2〕.對各軸進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，按彎扭合成強度條件驗算個軸的強度；〔3〕.按疲勞強度條件計算輸出軸上軸承的強度；〔4〕.選擇各對軸承，計算輸出軸上軸承的壽命；〔5〕.選擇各鍵，驗算輸出軸上鍵連接的強度；〔6〕.選擇各配合尺寸處的公差與配合；〔7〕.決定潤滑方式，選擇潤滑劑；5.繪制減速器的裝配圖和局部零件工作圖；6.編寫設(shè)計說明書。3.條件減速器是二級展開式。動力來源：電力，三相交流，電壓380/220V。工作情況：兩班制，連續(xù)單向運行，載荷較平穩(wěn)。目標參數(shù)如下：二.傳動方案的擬定及說明1.分析減速器的結(jié)構(gòu)〔1〕.傳動系統(tǒng)的作用：作用：介于機械中原動機與工作機之間，主要將原動機的運動和動力傳給工作機，在此起減速作用，并協(xié)調(diào)二者的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩?！?〕.傳動方案的特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、效率高、容易制造、使用壽命長、維護方便。由于電動機、減速器與滾筒并列，導(dǎo)致橫向尺寸較大，機器不緊湊。但齒輪的位置不對稱，高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，可使軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形局部地抵消，以減緩沿齒寬載荷分布有均勻的現(xiàn)象。〔3〕.電機和工作機的安裝位置：電機安裝在遠離高速軸齒輪的一端；工作機安裝在遠離低速軸齒輪的一端。2.總機構(gòu)簡圖3.主機構(gòu)運動簡圖電動機的選擇1.選擇電動機類型按工作要求：連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)；選用Y系列全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機，電壓380V。計算電機功率P0工作阻力所做的功：牛頭刨所需功率：由P7表2-4查得：故，傳動總效率電機功率：計算電機轉(zhuǎn)速n牛頭刨轉(zhuǎn)速：由P4表2-1取V帶，閉式齒輪，閉式齒輪開式齒輪故總傳動比：電機轉(zhuǎn)速：4.選擇電動機型號由P196表20-1查出符合設(shè)計要求并綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格等選定電動機型號為Y90L-2，那么所選取電動機：額定功率為，滿載轉(zhuǎn)速為，。傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算總傳動比選用等浸油深度原那么，取=1.7〔帶輪〕；=3.4；=2.6，。2.計算各級效率：第一級效率：第二級效率： 第三級效率：第四級效率：計算各軸的轉(zhuǎn)速功率和轉(zhuǎn)矩：〔1〕轉(zhuǎn)速：軸0： 軸1：軸2：軸3：軸4：〔2〕輸出功率：軸0： 軸1：軸2：軸3：軸4： 〔3〕輸出轉(zhuǎn)矩：軸0： 軸1：軸2：軸3：軸4：參數(shù)匯總：參數(shù)軸名輸出功率P〔KW〕轉(zhuǎn)速n(r/min)輸出轉(zhuǎn)矩T〔N.M〕傳動比i效率軸02.2002840.0007.3981.70.93軸12.0461670.58811.6963.40．951軸21.946491.34937.8232.60.951軸31.851188.98195.5393.20.95軸41.75859.056284.288Pr=1.05KWP0=1.30KWI=36-600n=2123-35388r/min型號為Y90L-2n=2840r/minP=2.2KW 計算及說明結(jié)果五.傳動件的設(shè)計1.V帶輪設(shè)計 1．確定計算功率由表8-8查得工作情況系數(shù)，故2．選取窄V帶帶型根據(jù)和轉(zhuǎn)速n，由圖8-11確定選用Z型。確定帶輪基準直徑由表8-9初選主動輪基準直徑。從動輪基準直徑。根據(jù)表8-9，即為基準系列。,所以帶的速度適宜。確定窄V帶的基準長度和傳動中心距根據(jù)，初步確定中心距。計算帶所需的基準長度=647mm,由表8-2選帶基準長度。計算實際中心距a189mm驗算主動軸上的包角由式〔8-6〕得166.60°>120°,所以主動輪上的包角適宜。計算窄V帶的根數(shù)z由式〔8-26〕知由查表8-4和表8-5得查表8-6，得，查表8-2，得，那么取z=7。計算預(yù)緊力查表8-3，得，故=60.293N計算作用在軸上的壓軸力333.374N9．查表8-11，帶輪寬度B=〔z-1〕e+2f=83mm10．帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計材料選用HT200.V帶Z型B=83m計算及說明結(jié)果高速級齒輪設(shè)計1．選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1〕選用斜齒圓柱齒輪傳動如上圖所示，有利于保障傳動的平穩(wěn)性；2〕設(shè)備為一般工作機器，速度不高，應(yīng)選用8級精度。3〕材料選擇。由表10-1選小齒輪材料為40Cr〔調(diào)質(zhì)〕，硬度為280HBS，大齒輪為45鋼〔調(diào)質(zhì)〕，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。4〕選小齒輪齒數(shù)，大齒輪81.6，應(yīng)選。81.初選螺旋角β＝14°初選壓力角=20°2．按齒面接觸強度設(shè)計齒面接觸強度計算公式為：1〕確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值⑴試選Kt=1.3。⑵由圖10-20<區(qū)域系數(shù)ZH>選取區(qū)域系數(shù)。⑷由表10-7選取齒寬系數(shù)。⑸由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)?！?〕由式10-21計算接觸疲勞強度用重合度系數(shù)=0.671〔7〕由式10-23可得螺旋角系數(shù)=0.985⑹由圖10-25d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪。⑺由式10-15計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)7.412.18⑻由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)，。⑼計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，平安系數(shù)s=1，由式得=2〕計算⑴試算小齒輪分度圓直徑由計算公式得32mm⑵計算圓周速度2.78m/s⑶計算齒寬b及模數(shù)35mm1.89mm⑸計算載荷系數(shù)K取，根據(jù)v=2.78m/s，8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)；由表10-4查得；由圖10-13查得；由表10-3查得。故載荷系數(shù)⑹按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(10-10a)得35mm⑺計算模數(shù)3．按齒根彎曲強度設(shè)計由式〔10-17〕1〕確定計算參數(shù)⑴計算載荷系數(shù)⑵根據(jù)縱向重合度，從圖<螺旋角影響系數(shù)>查得螺旋角影響系數(shù)。⑶計算當(dāng)量齒數(shù)⑷查取齒形系數(shù)由表<齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)>查得；⑸查取應(yīng)力校正系數(shù)由表<齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)>查得；⑹查取彎曲疲勞強度極限由圖10-20c查得小齒輪，大齒輪⑺查取彎曲疲勞壽命系數(shù)由圖10-18查得，⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞平安系數(shù)，由式〔10-12〕，得⑼計算大、小齒輪的并加以比擬大齒輪的數(shù)值大。2〕設(shè)計計算1.509mm比照計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法向模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法向模數(shù)，取=2mm，可滿足彎曲強度。為滿足接觸疲勞強度，按接觸強度算得的分度圓直徑，由17，那么Z2=564.幾何尺寸計算1〕計算中心距74.7mm將中心距圓整為75。2〕按圓整后的中心距修正螺旋角13.261°因β值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。計算大、小齒輪的分度圓直徑35mm115mm4〕計算齒輪寬度35mm圓整后取B2=35mm；B1=40mm。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計小齒輪齒頂圓直徑<16Omm且滿足齒根圓到鍵槽底部的距離e<2,故小齒輪為齒輪軸結(jié)構(gòu)。因大齒輪齒頂圓直徑>16Omm，而又小于5OOmm，故以選用腹板式結(jié)構(gòu)為宜。其它有關(guān)尺寸按圖<腹板式結(jié)構(gòu)的齒輪>薦用的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計齒根圓直徑為51.52*(1+0.25)*2=30.041mm110.041mm齒頂圓直徑為39.041mm119.041mm3.低速級齒輪設(shè)計1．選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)1〕選用斜齒圓柱齒輪傳動2〕設(shè)備為一般工作機器，速度不高，應(yīng)選用8級精度。3〕材料選擇。在同一減速器各級小齒輪(或大齒輪)的材料，沒有特殊情況，應(yīng)選用相同牌號，以減少材料品種和工藝要求,選小齒輪材料為40Cr〔調(diào)質(zhì)〕，硬度為280HBS，大齒輪為45鋼〔調(diào)質(zhì)〕，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。4〕選小齒輪齒數(shù)，大齒輪，應(yīng)選。5〕初選螺旋角β＝14°2．按齒面接觸強度設(shè)計齒面接觸強度計算公式為：1〕確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值⑴試選Kt=1.6。⑵由圖10-20<區(qū)域系數(shù)ZH>選取區(qū)域系數(shù)。⑷由表10-7選取齒寬系數(shù)。⑸由表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)。⑹由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪。⑺由式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)⑻由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)，。⑼計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%，平安系數(shù)s=1，由式得2〕計算⑴試算小齒輪分度圓直徑由計算公式得⑵計算圓周速度⑶計算齒寬b及模數(shù)⑸計算載荷系數(shù)K取，根據(jù)，8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)；由表10-4查得；由圖10-13查得；由表10-3查得。故載荷系數(shù)⑹按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式(10-10a)得⑺計算模數(shù)3．按齒根彎曲強度設(shè)計由式〔10-17〕1〕確定計算參數(shù)⑴計算載荷系數(shù)〔2〕由P221查得=0.0684，=0.778⑶計算當(dāng)量齒數(shù)⑷查取齒形系數(shù)由表<齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)>查得；⑸查取應(yīng)力校正系數(shù)由表<齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)>查得；⑹查取彎曲疲勞強度極限由圖10-20c查得小齒輪，大齒輪⑺查取彎曲疲勞壽命系數(shù)由圖10-18查得，⑻計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞平安系數(shù)，由式〔10-12〕，得⑼計算大、小齒輪的并加以比擬大齒輪的數(shù)值大。2〕設(shè)計計算比照計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法向模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法向模數(shù)，取=2mm，可滿足彎曲強度。為滿足接觸疲勞強度，按接觸強度算得的分度圓直徑，由，取，那么,取。4.幾何尺寸計算1〕計算中心距將中心距圓整為141。2〕按圓整后的中心距修正螺旋角因β值改變不多，故參數(shù)、、等不必修正。3〕計算大、小齒輪的分度圓直徑4〕計算齒輪寬度圓整后?。?。5.結(jié)構(gòu)設(shè)計小齒輪齒頂圓直徑<16Omm且滿足齒根圓到鍵槽底部的距離e<2,故小齒輪為齒輪軸結(jié)構(gòu)。因大齒輪齒頂圓直徑>16Omm，而又小于5OOmm，故以選用腹板式結(jié)構(gòu)為宜。其它有關(guān)尺寸按圖<腹板式結(jié)構(gòu)的齒輪>薦用的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計齒根圓直徑為782*(1+0.25)*2=74mm齒頂圓直徑為β＝14°Kt=1.3=0.671=0.985=2mm=30.041mmβ＝14°Kt=1.6=1.65=2mm=74mm六.軸的設(shè)計按《機械設(shè)計》中式〔15－2〕初步計算軸的最小直徑，選取II、III軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。I軸為40Cr。根據(jù)資料1表15-3，取，于是得三根軸的最小直徑確定:〔一〕中間軸設(shè)計(1)選用7304AC的軸承,s=9.5,由箱體條件可知,擋油圈長度取為9.5+13=22.5mm,(2)齒輪寬為,左側(cè)有2mm定位，故取,右側(cè)有一軸肩,取h=3.5,L>1.4h,故取L=6，d=30〔3〕齒寬，故取，d=23mm〔4〕，d=20mm?！捕掣咚佥S設(shè)計 根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度(1),選用7305AC的軸承,s=9.5,擋油圈長度取為9.5+10.5=20mm,(2)齒輪寬為,故取,右側(cè)L3由結(jié)構(gòu)確定〔3〕與相似，故取，d=25mm〔4〕，d=20mm?！?〕大帶輪與軸，d=16.〔三〕低速軸設(shè)計根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度〔1〕為了滿足軸向定位要求，L1軸段右端需制出一軸肩，故段的直徑?！?〕初選滾動軸承7309AC，那么其尺寸為故左邊軸承安裝處有擋油環(huán),擋油圈長度取為9.5+13=22.5mm，那么〔4〕擋油環(huán)右側(cè)用軸肩定位，故可取,L4=36mm，右側(cè)的軸肩d=60,齒輪局部〔5〕段與相似滾動軸承的設(shè)計及計算〔一〕中間軸的計算(1)進行強度校核,按彎扭組合進行校核.將軸系部件受到的空間力系分解到鉛垂面和水平面上兩個平面力系圖1圖2圖3其中圖二中,通過另加彎矩而平移到指向軸線圖三中通過另加轉(zhuǎn)矩而平移到作用軸線上對于型軸承，軸承的派生軸向力算得所以求軸承的當(dāng)量動載荷和對于軸承1對于軸承2查表可得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)分別為：對于軸承1，對于軸承2，求該軸承應(yīng)具有的額定載荷值因為那么有故符合要求。軸的彎矩圖的計算=1\*GB3①鉛直面：。AB段：M=FNV2*x即M=3239.1xBC段:CD段：=2\*GB3②水平面:AB段BC段：CD段：截面處的、及的值列于下表表4載荷水平面垂直面支持力彎矩總彎矩扭矩力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表可得，，故平安?！?〕精確校核軸的疲勞強度判斷危險截面分析各個截面上的彎矩與扭矩可知，B-D段所承受的應(yīng)力最大，考慮BC段軸的直徑足夠大，應(yīng)力的集中不大。而對于C截面，由于CD段軸的直徑比擬小，致使C截面應(yīng)力過于集中，所以判斷為危險截面，應(yīng)予校核。截面C左側(cè)抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)截面C左側(cè)的彎矩M為截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理，，。〔[2]P362表15-1〕綜合系數(shù)的計算由，經(jīng)直線插值，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為，〔[2]P40附表3-2經(jīng)直線插入〕軸的材料敏感系數(shù)為，，〔[2]P41附圖3-1〕故有效應(yīng)力集中系數(shù)為查得尺寸系數(shù)為，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為，〔[2]P42附圖3-2〕〔[2]P43附圖3-3〕軸采用磨削加工，外表質(zhì)量系數(shù)為，〔[2]P44附圖3-4〕軸外表未經(jīng)強化處理，即，那么綜合系數(shù)值為碳鋼系數(shù)確實定碳鋼的特性系數(shù)取為，平安系數(shù)的計算軸的疲勞平安系數(shù)為故平安。截面C右側(cè)抗彎截面系數(shù)抗扭截面系數(shù)截面E-F右側(cè)的彎矩M為截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理，，。〔[2]P362表15-1〕過盈配合處的，由附表3-8用插值法求出，并取

=0.8，=2.60，=0.8=軸采用磨削加工，外表質(zhì)量系數(shù)為，〔[2]P44附圖3-4〕軸外表未經(jīng)強化處理，即，那么綜合系數(shù)值為碳鋼系數(shù)確實定碳鋼的特性系數(shù)取為，平安系數(shù)的計算軸的疲勞平安系數(shù)為右側(cè)也是平安的故軸的選用平安。減速器機體結(jié)構(gòu)設(shè)計名稱符號計算公式結(jié)果箱座厚度10箱蓋厚度8箱蓋凸緣厚度12箱座凸緣厚度15箱座底凸緣厚度25地腳螺釘直徑M20地腳螺釘數(shù)目查手冊4軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑M16蓋與座聯(lián)結(jié)螺栓直徑=〔0.50.6〕M10軸承端蓋螺釘直徑=〔0.40.5〕6,數(shù)量n=4視孔蓋螺釘直徑=〔0.30.4〕6定位銷直徑=〔0.70.8〕8，，至外箱壁的距離查手冊表11—2262216，至凸緣邊緣距離查手冊表11—22414外箱壁至軸承端面距離=++〔510〕47.4大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離>1.215齒輪端面與內(nèi)箱壁距離>13箱蓋，箱座肋厚78.5軸承端蓋外徑+〔55.5〕82〔1軸〕82〔2軸〕130〔3軸〕軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓距離82〔1軸〕82〔2軸〕130〔3軸〕九.鍵的選擇和計算1.中間軸上鍵的選擇大齒輪上,一般的8級以上精度的齒輪有空心精度要求，應(yīng)選用平鍵連接，由于齒輪不在軸端，應(yīng)選用圓頭普通平鍵〔A型〕取鍵長，鍵、軸承和輪轂材料都為鋼查表可得取其平均值，鍵的工作長度鍵和輪轂鍵槽的接觸高度那么，故適宜。所以選用：鍵GB/T1096-2003第三個齒輪,小齒輪選用圓頭普通平鍵〔A型〕取鍵長，鍵、軸承和輪轂材料都為鋼查表可得取其平均值，鍵的工作長度鍵和輪轂鍵槽的接觸高度那么，故適宜。所以選用：鍵GB/T1096-20032.高速軸上帶輪上,取取鍵長，鍵、軸承和輪轂材料都為鋼查表可得取其平均植，鍵的工作長度鍵和輪轂鍵槽的接觸高度那么，故適宜。所以選用：鍵GB/T1096-20033.低速軸上大齒輪上取鍵長，鍵、軸承和輪轂材料都為鋼查表可得取其平均植，鍵的工作長度鍵和輪轂鍵槽的接觸高度那么，故適宜。所以選用：鍵GB/T1096-2003聯(lián)軸器上鍵、軸承和輪轂材料都為鋼查表可得取其平均植，鍵的工作長度鍵和輪轂鍵槽的接觸高度那么，故適宜。所以選用：鍵GB/T1096-2003十.減速器附件的選擇通氣器由于在室內(nèi)使用，選通氣帽，采用M27×1.5油面指示器選用游標尺M12起吊裝置采用箱座吊耳放油螺塞選用外六角油塞及墊片M12×1.25十一.減速器的潤滑和密封一、 齒輪的潤滑由于低速級周向速度為1.50m/s，采用浸油潤滑,浸油高度取30mm。二、 滾動軸承的潤滑由于軸承dn值小于，所以使用擋油環(huán)。三、 潤滑油的選擇齒輪考慮到該裝置用于小型設(shè)備，選用L-CKC潤滑油。四、 密封方法的選取從密封性來講為了保證機蓋與機座連接處密封，凸緣應(yīng)有足夠的寬度，連接外表應(yīng)精刨，密封的外表要經(jīng)過刮研。而且，凸緣連接螺柱之間的距離不宜太大，并均勻布置，保證局部面處的密封性。軸承端蓋采用凸緣式端蓋，易于加工和安裝。十二.牛頭刨床的運動和力的分析求解1.機構(gòu)設(shè)計C語言程序C語言求解運動分析程序：#include<stdio.h>#include<math.h>#definePI3.1415926voidmain(){doublea=0.110,b=0.553,c=0.138,d=0.380,e=0.541,f=6,g=3500;/*a=AB,b=CD,c=DE,d=AC,e=H,f=ω1*/doubleB,C,E,F,G,I,L,M,O,P,Q;/*B=θ3,C=θ4,E=Se，F(xiàn)=ω3，G=ω4，I=Ve，L=а3，M=а4，O=аe,P=Me,Q=Md*/doublex=0;printf("@1@3@4SeW3W4VeA3A4AeMeMd\n");while(x<6.3){B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x)));/*求θ3*/if(B<0)B=PI+B;C=PI-asin((e-b*sin(B))/c);/*求θ4*/if(C<0)C=PI+C;E=b*cos(B)+c*c