2022年机械原理课程设计说明书 .pdf

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1、机械原理课程设计说明书题目：码头吊车机构的设计及分析班级 ：机械 0908 姓名 ：学号 ：指导教师：成绩 ：2011 年9 月 23 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 17 页目录1.设计题目 . 2机构简图 . 2已知条件 . 2设计要求 . 32. 运动方案及机构设计. 4连架杆 O3C 摆动范围确实定 . 4曲柄摇杆机构尺寸的设计. 73.运动分析计算及动态静力分析 . 83.1 整体机构运动分析 . 83.1.1 实虚参对照表 . 83.1.2 程序 . 83.1.3 运行结果 . 103.1.4 线图 . 1

2、03.2 整体机构动态静力分析. 113.2.1 实虚参对照表 . 113.2.2 程序 . 123.2.3 线图 . 143.2.4 运行结果 . 154. 主要收获 . 18精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 17 页码头吊车机构的设计及分析一、题目说明图示为某码头吊车机构简图。它是由曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联成的。已知： lo1x=, lo1y=4m, lo4x=, lo4y=, l3=4m, l3=, a3=0.25 , l3 =, a3 =7 , l4=, l4 =, a4=184 ，l4 =1m, a4 =95

3、 , l5=, l5=, a5=24 。图中 S3、S4、S5为构件 3、4、5 的质心，构件质量分别为： m3=3500kg, m4=3600kg, m5=5500kg,K 点向左运动时载重Q 为 50kN，向右运动时载重为零，曲柄01A 的转速 n3。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 17 页二、内容要求与作法1. 对双摇杆机构 O3CDO4进行运动分析， 以 O3C为主动件，取步长为 1计算 K点位置，根据 K点的近似水平运动要求，依据其纵坐标值决定O3C的摆动范围。2. 按 O3C的摆动范围设计曲柄摇杆机构O1AB

4、O3，使摇杆 O3B的两个极限位置对应于选定是 K点轨迹范围。3. 对整个机构进行运动分析，绘出K点水平方向的位移、速度和加速度线图。4. 只计构件 3、4、5 的质量，进行机构的动态静力分析，绘制固定铰链处反力矢端图及平衡力矩 Td线图。上机前认真读懂所用的子程序，自编主程序， 初始位置取 K点的右极限位置。 主程序中打开一数据文件“ DGRAPS”，写入需要显示图形的数据。三、课程设计说明书内容上机结束后，每位学生整理课程设计说明书一份，其内容应包括：3C摆动范围确实定方法及曲柄摇杆机构尺寸的设计过程。3. 杆组的拆分方法及所调用的杆组子程序中虚参与实参对照表。4. 自编程序中主要标识符说

5、明。5. 主程序框图。6. 自编程序及计算结果清单。7. 各种线图：K点坐标位置；K点水平位移、速度和加速度线图；平衡力矩线图；固定铰链处反力矢端图。8. 以一个位置为例，用图解法对机构进行运动分析， 与解析法计算结果比较误差。9. 主要收获与建议。指导教师参考上述内容提出具体要求，学生按指导教师的要求书写并装订成册。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 17 页一、题目说明：11 点向左运动时载重Q 为 50 kN, 向右运动时载重为零，曲柄的转速n3已知尺寸：固定铰链坐标：P4x=P4y=0, P1x=2.86 m, P1

6、y=4 m, P7x=5.6 m, P7y=8.1 m , 杆长： r45=28.525 ; r56=3.625 ; r67=25.15 ; r43=4.0 ; r511=8.35 ; r48=8.5 ; r59=1.0 ; r710=2.5; 构件质量： m3=3500 kg, m4=3600kg , m5=5500kg, 9 9 IV IV 5 6 5 6 11 11 5 V V III 7 III 7 8 II 2 10 8 II 2 10 3 3 2 I I 1 1 4 4 机构简图拆分杆组二 运动方案及机构设计：以构件 3 为主动件 ：(1) 调用 bark 函数求 5 点的运动参数

7、形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参4 5 0 3 r45 0.0 0.0 t w e p vp ap (2)调用 rrrk 函数求 6 点的运动参数形参m n1 n2 n3 k1k2r1 r2 t w e p vp ap 实参1 5 7 6 45 r56r67t w e p vp ap (3)调用 bark 函数求 4 构件的位置角， 角速度，角加速度和11 点的位置，速度，加速度形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参5 0 11 4 r511 gam1 t w e p vp ap 精选学习资料 - - - -

8、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 17 页(4)程序 对 11点的运动轨迹分析#include graphics.h #include subk.c / *运动分析子程序 */ #include draw.c /* 绘图子程序 */ main() static double p202,vp202,ap202,del; static double t10,w10,e10,pdraw370,vpdraw370,apdraw370; static int ic; /*定义静态变量 */ double r45,r56,r511,r67; double gam

9、1; double pi,dr; double r2,vr2,ar2; int i; /*定义局部变量 */ FILE *fp; /*定义文件指针变量 */ r45=28.525; r56=3.625; r511=8.35; r67=25.15; gam1=-184.0; del=1.0; /*赋值*/ t4=0.0; w4=0.0; e4=0.0; w1=0.0; e1=0.0; pi=4.0*atan(1.0); dr=pi/180.0; /*求弧度*/ gam1=gam1*dr; p41=0.0; p42=0.0; w3=1.06*2*pi/60 ；p71=5.6; p72=8.1; /

10、*赋值*/ printf( n The Kinematic Parameters of Point 11n); printf(No THETA1 S11 V11 A11n); printf( deg m m/s m/s/sn); /*在屏幕上写表头 */ if(fp=fopen(file1,w)=NULL) printf( Cant open this file.n); exit(0); fprintf(fp, n The Kinematic Parameters of Point 11n); fprintf(fp,No THETA1 S11 V11 A11n); 精选学习资料 - - - -

11、 - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 17 页fprintf(fp, deg m m/s m/s/s); /*在文件 filel 中写表头 */ ic=(int)(360.0/del); for(i=0;i=ic;i+) t3=(i)*del*dr; bark(4,5,0,3,r45,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap); rrrk(1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap); bark(5,0,11,4,r511,gam1,t,w,e,p,vp,ap); printf(n%2d %,i+1,t3/dr, p112,vp

12、111,ap111); fprintf(fp,n%2d %,i+1,t3/dr, p112,vp111,ap111); pdrawi=p112; vpdrawi=vp111; apdrawi=ap111; if(i%10)=0)getch(); fclose(fp); getch(); draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic); getch(); (5)数据 - 随主动件 3 演变的 11点运动参数从全部数据中筛选出的数据The Kinematic Parameters of Point 11 No THETA1 S11 V11 A11 deg m m/s m/s/s

13、 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 17 页所以 O3C 的摆动范围为93134计算主动件和连杆杆长 : (1) 程序: #includemath.h #includestdio.h main() static double l1,l2,l3,l4,max,min ; static double lx,ly ; static double thea0,thea1,thea2,pi,dr; /*弧度率 */ pi=4.0*atan(1.0); dr=pi/180.0 ; /*赋值*/ 精选学习资料 - - - - - - -

14、 - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 17 页l3=4.0 ; l4=sqrt(2.86*2.86+4*4) ; lx=2.86 ; ly=4.0 ; thea0=atan2(ly,lx)+25.0*dr ; thea1=93.0*dr-thea0; thea2=134.0*dr-thea0 ; /*计算两杆长度 */ min=sqrt(l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos(thea1) ; max=sqrt(l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos(thea2); l2=(max+min)/2; l1=(max-min)/2; printf(nnl

15、1=% l2=%,l1,l2); (2) 数据 : l1=1.388 l 三、运动分析计算及动态静力分析1.以构件 1 为主动件对整体运动分析：(1)调用 bark 函数求 2 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参1 2 0 1 r12 0.0 0.0 t w e p vp ap (2)调用 rrrk 函数求 3 点的运动参数形参m n1 n2 n3 k1k2r1 r2 t w e p vp ap 实参1 4 2 3 32 r34r23t w e p vp ap (3)调用 bark 函数求 5 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1

16、r2 gam t w e p vp ap 实参4 0 5 3 0.0 r45gam1 t w e p vp ap (4)调用 rrrk 函数求 6 点的运动参数形参m n1 n2 n3 k1k2r1 r2 t w e p vp ap 实参1 5 7 6 45 r56r67t w e p vp ap (5)调用 bark 函数求 11 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参5 0 11 4 0.0 r511gam2 t w e p vp ap (6) 程序 - 对 11 点位置，速度，加速度分析: # include graphics.h #

17、include subk.c # include draw.c main() /*定义静态数组 */ static double p202,vp202,ap202 ; static double t10,w10,e10 ; static double pdraw370,vpdraw370,apdraw370 ; /*定义变量 */ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 17 页static int ic ; double del,pi,dr ; double r45,r56,r67,r511,r34,r12,r23 ; dou

18、ble gam1,gam2 ; int i ; FILE *fp ; /*按顺序赋值 */ del=10.0 ; pi=4.0*atan(1.0) ; dr=pi/180.0 ; p41=0.0 ; p42=0.0 ; p71=5.6 ; p72=8.1 ; p11=2.86 ; p12=4.0 ; t1=0.0 ; w1=1.06*2*pi/60; r45=28.525 ; r56=3.625 ; r67=25.15 ; r511=8.35 ; r34=4.0 ; r12=1.388 ; r23=2.780 ; gam1=25.0*dr ; gam2=176.0*dr ; /*打印标题 */

19、 printf(n The Kinematic Parameters of Point 11 n) ; printf(No. THETA1 S11y S11x V11 A11 n) ; printf( deg m m m/s m/s/sn); if(fp=fopen(file_MO2.c,w)=NULL) printf(Cant open this file.n); exit(0); fprintf(fp,n The Kinematic Parameters of Point 11 n) ; fprintf(fp,No. THETA1 S11y S11x V11 A11 n) ; fprint

20、f(fp, deg m m m/s m/s/sn); /*加入 1,3 点运动分析 */ ic=(int)(360.0/del); for(i=0;i=ic;i+) t1=(i)*del*dr; bark(1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap) ; rrrk(1,4,2,3,3,2,r34,r23,t,w,e,p,vp,ap) ; bark(4,0,5,3,0.0,r45,gam1,t,w,e,p,vp,ap) ; rrrk(1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap) ; bark(5,0,11,4,0.0,r511,gam2,t,w,e

21、,p,vp,ap) ; 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 17 页printf(n%2d%,i+1,t1/dr,p112,p111,vp111,ap111); fprintf(fp,n%2d%,i+1,t1/dr,p112,p111,vp111,ap111); pdrawi= p111 ; vpdrawi=vp111 ; apdrawi=ap111 ; if(i%4)=0)getch(); fclose(fp); getch() ; draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic); (7) 线图 -

22、11 点水平位移，速度，加速度线图(8) 数据 随主动件 1 演变的 11点运动参数The Kinematic Parameters of Point 11 No. THETA1 S11y S11x V11 A11 deg m m m/s m/s/s 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 17 页(1)调用 bark 函数求 2 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参1 2 0 1 r12 0.0 0.0 t w e p vp ap (2)调用 rrrk 函数求 3 点的运

23、动参数形参m n1 n2 n3 k1k2r1 r2 t w e p vp ap 实参1 4 2 3 32 r34r23t w e p vp ap (3)调用 bark函数求 5 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参4 0 5 3 0.0 r45gam1 t w e p vp ap (4)调用 bark 函数求 8 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参r48gam9 t w e p vp ap (5)调用 rrrk 函数求 6 点的运动参数形参m n1 n2 n3 k1k2r1 r2 t

24、w e p vp ap 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 17 页实参1 5 7 6 45 r56r67t w e p vp ap (6)调用 bark 函数求 9 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参5 0 9 4 0.0.r59gam10 t w e p vp ap (7)调用 bark函数求 11 点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参5 0 11 4 0.0 r511gam5 t w e p vp ap (8

25、)调用 bark函数求 10点的运动参数形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap 实参7 0 10 5 0.0.r710gam11 t w e p vp ap (9)调用 rrrf 函数求各运动副中的反力形参n1 n2 n3 ns1 ns2 nn1 nn2 nexf k1 k1 p vp ap t w e fr 实参5 7 6 9 10 11 0 11 4 5 p vp ap t w e fr (10)调用 rrrf 函数求各运动副中的反力形参n1 n2 n3 ns1 ns2 nn1 nn2 nexf k1 k1 p vp ap t w e fr 实参4 2 3

26、 8 2 5 0 0 3 2 p vp ap t w e fr (11)调用 barf 函数求 1 点运动副反力及平衡力矩形参n1 ns1nn1k1 p ap e fr tb 实参1 1 2 1 p ap e fr & tb (12)程序 加入对质心的运动分析，对固定铰链的静态动力分析，主动件反力偶# include graphics.h # include subk.c # include draw.c # include subf.c main() /*定义静态数组 */ static double p202,vp202,ap202 ; static double t10,w10,e10

27、; static double tbdraw370,tb1draw370,fr202,fe202; static double sita4370,fr4draw370,sita7370,fr7draw370,sita1370, fr1draw370; /*定义变量 */ static int ic ; double del,pi,dr ; double r45,r56,r67,r34,r511,r12,r23,r48,r59,r710; double gam1,gam5,gam9,gam10,gam11; double fr4,fr7,fr1,bt4,bt7,bt1,we8,we9,we10,

28、tb,tb4 ; int i ; FILE *fp; /*按顺序赋值 */ 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 17 页del=10.0; pi=4.0*atan(1.0); dr=pi/180.0 ; p41=0.0; p42=0.0; /*点位置 */ p71=5.6 ; p72=8.1 ; p11=2.86; p12=4.0 ; t1=0.0; w1=1.06*2*pi/60.; /* 主动件角速度 */ sm3=3500.0; sm4=3600.0; sm5=5500.0 ; /*构件质量 */ r45=28.52

29、5 ; r56=3.625 ; r67=25.15 ; r34=4.0 ; r511=8.35 ; r12=1.388 ; r23=2.780 ; r48=8.5 ; r59=1.0 ; r710=2.5; gam1=25.0*dr; gam5=176.*dr; gam9=18.0*dr; gam10=95.0*dr; gam11=-156.0*dr; /*打印标题 */ printf(n The Kineto-static Analysis of Eight-bar Linkase n); printf(No.THETA1 Fr4 Bt4 Fr7 Bt7 Fr1 Bt1 Tb Tb4n);

30、printf( deg N deg N deg N deg deg degn); if(fp=fopen(file_For.c,w)=NULL) printf(Cant open this file.n); exit(0); fprintf(fp,n The Kineto-static Analysis of Eight-bar Linkase n); fprintf(fp,No. THETA1 Fr4 Bt4 Fr7 Bt7 Fr1 Bt1 Tb Tb4n); fprintf(fp, deg N deg N deg N deg deg deg n); /*主动件整周转动 */ ic=(int

31、)(360.0/del); for(i=0;i=ic;i+) t1=(double)(i)*del*dr; /*质心运动分析 */ bark(1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap); rrrk(1,4,2,3,3,2,r34,r23,t,w,e,p,vp,ap); bark(4,0,5,3,0.0,r45,gam1,t,w,e,p,vp,ap); bark(4,0,8,3,0.0,r48,gam9,t,w,e,p,vp,ap); rrrk(1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap); bark(5,0,9,4,0.0,r59,gam10,

32、t,w,e,p,vp,ap); bark(5,0,11,4,0.0,r511,gam5,t,w,e,p,vp,ap); bark(7,0,10,5,0.0,r710,gam11,t,w,e,p,vp,ap); /*固定铰链动态静力分析 */ rrrf(5,7,6,9,10,11,0,11,4,5,p,vp,ap,t,w,e,fr); rrrf(4,2,3,8,2,5,0,0,3,2,p,vp,ap,t,w,e,fr); 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 17 页barf(1,1,2,1,p,ap,e,fr,&tb); /

33、 /*固定铰链力矢量 */ fr4=sqrt(fr41*fr41+fr42*fr42); bt4=atan2(fr42,fr41); fr7=sqrt(fr71*fr71+fr72*fr72); bt7=atan2(fr72,fr71); fr1=sqrt(fr11*fr11+fr12*fr12); bt1=atan2(fr12,fr11); /*虚位移简易求平衡力偶 */ extf(p,vp,ap,t,w,e,11,fe); we8 =-(ap81*vp81+(ap82+9.81)*vp82)*sm3 ; we9=-(ap91*vp91+(ap92+9.81)*vp92)*sm4+fe112

34、*vp112; we10=-(ap101*vp101+(ap102+9.81)*vp102)*sm5; tb4 =-(we8+we9+we10)/w1; printf(n%3d%,i+1,fr4,bt4/dr,fr7,bt7/dr,fr1,bt1/dr,tb,tb4); fprintf(fp,n%3d%,i+1,fr4,bt4/dr,fr7,bt7/dr,fr1,bt1/dr,tb,tb4); tbdrawi=tb; tb1drawi=tb4; /*比照曲线校验 */ sita4i=bt4; sita7i=bt7; sita1i=bt1; fr4drawi=fr4; fr7drawi=fr7;

35、 fr1drawi=fr1; /* 固定铰链反力失端图 */ if(i%4)=0)getch(); fclose(fp); getch() ; draw2(del,tbdraw,tb1draw,ic); draw3(del,sita4,fr4draw,sita7,fr7draw,sita1,fr1draw,ic); /*函数返回工艺阻力fe*/ extf(p,vp,ap,t,w,e,nexf,fe) double p202,vp202,ap202,t10,w10,e10,fe202; int nexf; fenexf1=0.0; if(vpnexf10) fenexf2=-50000.0; /

36、*左移受力 ,右移不受 */ else fenexf2=0.0; (13) 线图 - 主动件 1 的平衡力偶线图; 固定铰链受力失端线图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 17 页(14) 数据 -4,7,1 点固定铰链力失 ; 主动件平衡力偶The Kineto-static Analysis of Eight-bar Linkase No. THETA1 Fr4 Bt4 Fr7 Bt7 Fr1 Bt1 Tb Tb4 deg N deg N deg N deg deg deg 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 17 页四 主要收获与建议：收获 : 熟悉了程序辅助分析机构 . 在疑难时得老师指点 . 特别感谢老师的帮助 . 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 17 页