内燃机机构设计及其运动分析

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1、机械原理课程设计说明书题目 内燃机机构设计及其运动分析班级 07机制二班 姓名 邓奇 学号 070200222 指导教师 郝爱云 第1章 设计要求1.1 设计题目内燃机机构设计及其运动分析1.2 机构示意图 该机构由气缸（机架）中活塞（滑块B）驱动曲柄，曲柄轴上固联有齿轮1，通过齿轮2驱动凸轮上齿轮3，凸轮控制配气阀推杆运动。1.3 原始数据齿轮参数：压力角，齿顶高系数，顶隙系数。气阀推杆运动规律：升程和回程均为简谐运动。第二章 机构设计与分析2.1齿轮机构传动设计分度圆直径机构传动比齿轮变位系数齿轮机构的传动类型齿轮1、2：不等变位齿轮正传动（的值大于零）齿轮2、3：不等变位齿轮正传动（的值

2、大于零）齿轮啮合时的压力角确定齿轮1 2的压力角确定齿轮2、3的压力角齿轮的实际中心距设齿轮1、2及2、3的实际中心距为和齿轮1、2的标准中心距中心距可分性公式齿轮2、3的标准中心距齿顶高降低系数根据中心距变动系数公式：齿顶圆直径变位齿轮齿顶高公式：由于数值小于所以取大值即对于齿轮1和3（它们的模数和齿顶高系数相同）的齿顶高：（变位后）（变位后）（变位后）对于齿轮2：（变位后）(变位后)齿根圆直径对于齿轮1和3：对于齿轮2:基圆直径机构的重合度设齿轮1、2和3啮合时的齿顶圆压力角分别为： 、齿轮1、2啮合时的重合度齿轮2、3啮合时的重合度小齿轮的齿顶圆齿厚2.1 主要的计算结果计算项目结果-0

3、.71429-2.80.117657211420.9820.6372.95974114.462360.114930.115590.0027130.00206846016891.987368.91947175.97837450.941215878.934256.38156157.868361.480921.556832.023562.1.2 齿轮机构示意图2.2 凸轮机构设计2.2.1 从动件的位移、速度和加速度的运动方程推程时回程时理论廓线滚子中心处于B点的直角坐标从动件位移、速度、加速度运动方程：推程：凸轮推程理论廓线方程： 回程：凸轮回程理论廓线方程： 远休:近休:理论廓线示意图2.3.2

4、实际廓线用作图法求的凸轮的实际工作曲线：从动件的位移运动图像顶杆运动分析推程：s=4-4cos(3）回程：s=4+4cos(3)注：从105开始近休止速度运动图像:推程：v=14.434.034sin(3.6)回程：v=-14.434.034sin(3.6)加速度运动图像:推程：a=60047cos(3.6)回程：a=-60047 cos(3.6)2.3机构运动分析确定杆件尺寸：由于活塞的冲程H=270，偏心距e=0则：，由曲柄存在条件可确定 的长度为170（1）位移分析即 应用欧拉公式，将实部和虚部分离，有（2）速度分析 对时间求导，得可得 （）加速度分析求导，得可得角度、速度、加速度关系表

5、（度）（rad)s3(mm)2(rad)v(mm/s)w2（rad/s)a(mm/s2)00.00 305.00 0.00 0-34.00 -820760100.17 301.33 -0.13 -2803.91-33.78 -796008200.35 290.48 -0.26 -5474.7-33.10 -721831300.52 272.97 -0.39 -7876.34-31.87 -598501400.70 249.65 -0.51 -9866.57-29.91 -426723500.87 221.78 -0.63 -11294.6-26.97 -208750601.05 191.01

6、-0.72 -12006.1-22.70 48081.46701.22 159.45 -0.80 -11872.7-16.75 323304.3801.40 129.50 -0.85 -10870.9-9.01 573592.1901.57 103.43 -0.87 -9188.67-0.04 740307.31001.74 82.60 -0.85 -7225.778.93 791286.21101.92 67.07 -0.80 -5391.4616.68 751650.71202.09 55.97 -0.72 -3901.1222.66 6736491302.27 48.19 -0.63 -

7、2773.5726.94 594844.11402.44 42.80 -0.51 -1936.6129.89 530459.71502.62 39.13 -0.39 -1304.5131.85 483235.41602.79 36.77 -0.27 -805.85333.09 451654.91702.97 35.43 -0.13 -386.27733.78 433631.71803.14 35.00 0.00 -3.4401434.00 427720.51903.31 35.42 0.13 379.072833.79 433418.22003.49 36.73 0.26 797.62633.

8、11 4512102103.66 39.08 0.39 1294.39331.88 482525.22203.84 42.72 0.51 1923.47429.93 529445.22304.01 48.08 0.62 2755.94727.01 593518.72404.19 55.80 0.72 3877.43122.75 672141.82504.36 66.83 0.80 5360.87116.81 750418.62604.54 82.27 0.85 7190.1089.09 791223.42704.71 103.00 0.87 9153.9480.13 742285.62804.

9、88 128.99 0.85 10845.3-8.85 577556.42905.06 158.88 0.80 11862.01-16.62 328268.63005.23 190.43 0.73 12011.52-22.61 53034.973105.41 221.24 0.63 11314.48-26.91 -2043723205.58 249.18 0.52 9898.156-29.87 -4231463305.76 272.59 0.39 7916.809-31.84 -5957963405.93 290.22 0.27 5521.387-33.09 -7200193506.11 30

10、1.19 0.14 2854.276-33.77 -7950963606.28 305.00 0.00 51.60184-34.00 -8207522.2.2 用图解法分析机构的运动2.2.2.1 极位1分析OA=135mm绘图比例1：1.5方向OB OA AB大小 ? ?速度比例尺（0.5m/s）/mm方向 OB A O B A AB大小？ ？加速度比例尺（）)/mm2.2.2.2 极位2分析方向OBOAAB大小?速度比例尺（0.5m/s）/mm方向OB AOBOAB大小? ?加速度比例尺（)/mm2.2.2.3 位置3分析方向 OBOAAB大小 ?？速度比例尺（0.2m/s）/mm方向 O

11、BAOBAAB大小？ ？加速度比例尺（)/mm曲柄滑块机构运动源程序L1=92.5mm，L2=100mm，分析滑块b的位移s、速度v、加速度a（带圈数字：构件号；数字：关键点号；：导路）#include#includestatic double p202,vp202,ap202,del;/各关节点位置、速度、加速度static double t10,w10,e10;/各构件位置角、角速度、角加速度static int ic;/定义静态变量double r12,r23;/各杆两点间距离或构件基本尺寸double r2,vr2,ar2;/构件基本尺寸，速度，加速度int chioce;FILE *

12、fp; /*bark*/void bark(int n1,int n2,int n3,int k,double r1,double r2,double gam,double t10,double w10,double e10,double p202,double vp202,double ap202)double rx2,ry2,rx3,ry3;if (n2!=0) rx2=r1*cos(tk);/lcos ry2=r1*sin(tk);/lsin pn21=pn11+rx2;/位置分析,P2x=P1x+lcos pn22=pn12+ry2;/ P1y=P1y+lsin vpn21=vpn11

13、-ry2*wk;/速度分析,v2x=-lsin vpn22=vpn12+rx2*wk;/ v2y=+lcos apn21=-rx2*wk*wk-ry2*ek;/加速度分析,a2x=-2lcos-lsinapn22=-ry2*wk*wk+rx2*ek;/ a2x=-2lsin+lcosif (n3!=0) rx3=r2*cos(tk+gam);/lcos(+) ry3=r2*sin(tk+gam);/lsin(+) pn31=pn11+rx3;/位置分析,P3x=P1x+lcos(+) pn32=pn12+ry3;/ P3y=P1y+lsin(+) vpn31=vpn11-ry3*wk;/速度分

14、析,v3x=v1x-lsin(+) vpn32=vpn12+rx3*wk;/ v3y=v1y+lcos(+) apn31=apn11-ry3*ek-rx3*wk*wk;/a3x=a1x-l2cos(+)-lsin(+) apn32=apn12+rx3*ek-ry3*wk*wk;/a3y=a1y-l2sin(+)-lcos(+)/*rrpk*/void rrpk(int m,int n1,int n2,int n3,int k1,int k2,int k3,double r1,double *r2,double *vr2,double *ar2,double t10,double w10,dou

15、ble e10,double p202,double vp202,double ap202)double dx12,dy12,dx31,dy31,dx32,dy32;double ssq,phi,ep,u,fp,cb,sb,ct,st,q,ev,fv,ea,fa;tk2=tk3;/2=3dx12=pn11-pn21;/P1x-P2xdy12=pn12-pn22;/P1y-P2yssq=dx12*dx12+dy12*dy12;/d2=(P1x-P2x)2+(P1y-P2y)2phi=atan2(dy12,dx12);/=arctan(P1y-P2y)/(P1x-P2x)ep=sqrt(ssq)*

16、cos(phi-tk3);/e=dcos(-3)u=sqrt(ssq)*sin(phi-tk3);/u=dsin(-)if (r1-fabs(u)0) printf(n RRP cant be assembled.n);/当l10) *r2=ep+fp;/当M=+1,r2=e+f,其中r2为指针变量 else *r2=ep-fp;/当M=-1,r2=e-f cb=cos(tk3);/cos3 sb=sin(tk3);/sin3 pn31=pn21+(*r2)*cb;/P3x=P2x+r2cos3 pn32=pn22+(*r2)*sb;/P3y=P2y+r2sin3 dx31=pn31-pn11

17、;/P3x-P1x dy31=pn32-pn12;/P3y-P1y dx32=pn31-pn21;/P3x-P2x dy32=pn32-pn22;/P3y-P2y tk1=atan2(dy31,dx31);/1=arctan(P3y-P1y)/(P3x-P1x) ct=cos(tk1);/cos1 st=sin(tk1);/sin1 q=dy31*sb-dx31*cb;/Q=(P3y-P1y)sin-(P3x-P1x)cos3 ev=vpn21-vpn11-(*r2)*wk3*sb;/E=v2x-v1x-r23sin3 fv=vpn22-vpn12+(*r2)*wk3*cb;/F=v2y-v1

18、y+r23cos3 wk1=(-ev*sb+fv*cb)/q;/1=(-Esin+Fcos)/Q *vr2=-(ev*dx31+fv*dy31)/q;/vr2=-E(P3x-P1x)+F(P3y-P1y)/Q,其中vr2是指针变量 vpn31=vpn11-r1*wk1*st;/v3x=v1x-l11sin1 vpn32=vpn12+r1*wk1*ct;/v3y=v1y-l11cos1 ea=apn21-apn11+wk1*wk1*dx31-wk3*wk3*(*r2)*cb; ea=ea-2.0*wk3*(*vr2)*sb-ek3*dy32;/G=a2x-a1x+12(P3x-P1x)-32r2

19、cos3-23 vr2 sin3 -3(P3y-P2y) fa=apn22-apn12+wk1*wk1*dy31-wk3*wk3*(*r2)*sb; fa=fa+2.0*wk3*(*vr2)*cb-ek3*dx32;/H=a2y-a1y+12(P3y-P1y)-32r2sin3-23vr2 cos3-3(P3x-P2x) ek1=(-ea*sb+fa*cb)/q;/1=(-Gsin3+Hcos3)/Q *ar2=-(ea*dx31+fa*dy31)/q;/ar2=-G(P3x-P1x)+H(P3y-P1y)/Q,其中ar2为指针变量 apn31=apn11-r1*wk1*wk1*ct-r1*e

20、k1*st;/a3x=a1x-l112cos1-l11sin1 apn32=apn12-r1*wk1*wk1*st+r1*ek1*ct;/a3y=a1y-l112sin1+l11cos1 wk2=wk3;/2=3 ek2=ek3;/2=3void DisplayMenu()chioce=0;printf(=n);printf(=n);printf(Actual value or Proportion value?n);printf(1.Actual valuen);printf(2.Proportion valuen);printf(Which chioce? Please enter the

21、 chioce number.n);scanf(%d,&chioce);void TransformModulus()double pi,dr;/，弧度int i;/定义局部变量int s;/比例值pi=4*atan(1);/求dr=pi/180;/求弧度w1=w1*dr;ic=(int)(360/del);switch(chioce)case 1: printf(n The Kinemate Parameters of Point 3n); printf(No DEL S V An); printf( deg mm mm/s mm/s/sn); if (fp=fopen(result.txt

22、,w)=NULL) printf(Cannot open this file!n); /exit(0); fprintf(fp,n The Kinemate Parameters of Point 3n); fprintf(fp,No DEL S V An); fprintf(fp, deg mm mm/s mm/s/sn); for (i=0;i=ic;i+) t1=(double)(i)*del*dr; bark(1,2,0,1,r12,0,0,t,w,e,p,vp,ap);/调用单杆构件运动分析子程序 rrpk(-1,2,4,3,2,3,4,r23,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e

23、,p,vp,ap);/调用RRP双杆组运动分析子程序 printf(n%2d %12.2f %12.2f %12.2f% 12.2f,i+1,t1/dr,p31,vp31,ap31); fprintf(fp,n%2d %12.3f %12.3f %12.3f% 12.3f,i+1,t1/dr,p31,vp31,ap31); if (i%6)=0) printf(n); break;case 2: printf(Input proportion modulus:); scanf(%d,&s); printf(=n); r12=r12*s; r23=r23*s; p32=p32*s; printf

24、(n The Kinemate Parameters of Point 3n); printf(No DEL S V An); printf( deg mm mm/s mm/s/sn); if (fp=fopen(result.txt,w)=NULL) printf(Cannot open this file!n); /exit(0); fprintf(fp,n The Kinemate Parameters of Point 3n); fprintf(fp,No DEL S V An); fprintf(fp, deg mm mm/s mm/s/sn); for (i=0;i=ic;i+)

25、t1=(double)(i)*del*dr; bark(1,2,0,1,r12,0,0,t,w,e,p,vp,ap); rrpk(-1,2,4,3,2,3,4,r23,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap); printf(n%2d %12.2f %12.2f %12.2f% 12.2f,i+1,t1/dr,p31,vp31,ap31); fprintf(fp,n%2d %12.3f %12.3f %12.3f% 12.3f,i+1,t1/dr,p31,vp31,ap31); if (i%6)=0) printf(n); break;void main()int j,k,m,

26、n;printf(L1=); scanf(%lf,&r12);/构件1的长度printf(L2=); scanf(%lf,&r23);/构件2的长度printf(1=);for (j=1;j=1;j+) scanf(%lf,&wj);/w1:构件1的角速度printf(1=);for (k=1;k=1;k+) scanf(%lf,&ek);/e1:构件1的角加速度printf(角度变化：); scanf(%lf,&del);/del:角度变化t4=0;w4=0;e4=0;/t4、w4、e4:滑块导路位置角、角速度、角加速度p11=0;/原点横坐标p12=0;/原点纵坐标p31=0;printf(滑块的高度：);for (m=3;m=3;m+) for (n=2;n=2;n+) scanf(%lf,&pmn);/p32:滑块高度(图中滑块高度为0)printf(n);DisplayMenu();TransformModulus();fclose(fp);附录：参考文献：1、 孙恒，陈作模.机械原理【M】.7版 高等教育出版社2、 唐亚楠.机械原理同步辅导及习题全解中国矿业大学出版社3、 田淑清. 二级教程-C语言程序设计 高等教育出版社4、 马希青，苏梦香，赵月罗.机械制图 中国矿业大学出版社共30页 第30页