机械原理课程设计说明书

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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日目录1.设计题目21.1机构简图21.2条件21.3设计要求32. 运动方案及机构设计42.1连架杆O3C摆动围确实定42.2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103.2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码头吊车机构的设计及分析 一、题目说明图示为*码头吊车机构

2、简图。它是由曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联成的。：lo1*=2.86m,lo1y=4m,lo4*=5.6m,lo4y=8.1m,l3=4m,l3=28.525m,a3=0.25,l3=8.5m,a3=7,l4=3.625m,l4=8.35m,a4=184，l4=1m,a4=95,l5=25.15m,l5=2.5m,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=1.06r/min。二、容要求与作法1.对双摇杆机构O3CDO4进展运动分析，以

3、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的摆动围。2.按O3C的摆动围设计曲柄摇杆机构O1ABO3，使摇杆O3B的两个极限位置对应于选定是K点轨迹围。3.对整个机构进展运动分析，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，进展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。主程序中翻开一数据文件“DGRAPS，写入需要显示图形的数据。三、课程设计说明书容上机完毕后，每位学生整理课程设计说明书一份，其容应包括：1.机构简图和条件2.连

4、架杆O3C摆动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，用图解法对机构进展运动分析，与解析法计算结果比拟误差。9.主要收获与建议。指导教师参考上述容提出具体要求，学生按指导教师的要求书写并装订成册。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=1.06r/min尺寸：固定铰链坐标：P4*=P4y=0, P1*

5、=2.86 m, P1y=4 m, P7*=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 I1 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

6、形参n1 n2 n3 k r1 r2 gam t w e p vp ap实参4 5 0 3 r450.00.0 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 k1 k2 r1 r2 t w e p vp ap实参1 5 7645 r56 r67t 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实参501140.0r511 gam1 t w e p vp ap(4)程序 对11点的运动轨迹分析*include graphi

7、cs.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 gam1;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

8、.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; /*赋值*/printf( n TheKinematic Parametersof Point 11n);printf(No THETA1 S11 V11 A11n);printf( deg m m/s m

9、/s/sn);/*在屏幕上写表头*/if(fp=fopen(file1,w)=NULL)printf( Cant open this file.n);e*it(0);fprintf(fp, n The Kinematic Parameters of Point 11n);fprintf(fp,No THETA1 S11 V11 A11n);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,v

10、p,ap);rrrk(1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap);bark(5,0,11,4,0.0,r511,gam1,t,w,e,p,vp,ap);printf(n%2d %12.3f%12.3f%12.3f%12.3f,i+1,t3/dr,p112,vp111,ap111);fprintf(fp,n%2d %12.3f%12.3f%12.3f%12.3f,i+1,t3/dr,p112,vp111,ap111);pdrawi=p112;vpdrawi=vp111;apdrawi=ap111; if(i%10)=0)getch();fclose(fp);getch(

11、);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 11No THETA1 S11 V11 A11deg m m/s m/s/s93 92.000 29.651 -6.540 -17.08794 93.000 20.156 -14.109 87.04495 94.000 20.127 -8.763 14.53096 95.000 20.176 -7.239 6.57497 96.000 20.244 -6.444 3.9

12、1498 97.000 20.315 -5.938 2.66099 98.000 20.385 -5.580 1.955100 99.000 20.451 -5.309 1.515101 100.000 20.511 -5.096 1.219102 101.000 20.565 -4.921 1.011103 102.000 20.612 -4.775 0.859104 103.000 20.653 -4.649 0.744105 104.000 20.686 -4.540 0.655106 105.000 20.713 -4.442 0.586107 106.000 20.733 -4.35

13、5 0.531108 107.000 20.747 -4.275 0.487109 108.000 20.755 -4.201 0.451110 109.000 20.756 -4.132 0.422111 110.000 20.752 -4.068 0.399112 111.000 20.742 -4.007 0.380113 112.000 20.727 -3.948 0.364114 113.000 20.708 -3.892 0.352115 114.000 20.684 -3.838 0.343116 115.000 20.656 -3.784 0.336117 116.000 20

14、.625 -3.732 0.331118 117.000 20.591 -3.680 0.328119 118.000 20.555 -3.629 0.328120 119.000 20.517 -3.577 0.329121 120.000 20.478 -3.525 0.333122 121.000 20.439 -3.472 0.338123 122.000 20.401 -3.418 0.347124 123.000 20.364 -3.363 0.358125 124.000 20.331 -3.305 0.373126 125.000 20.302 -3.245 0.393127

15、126.000 20.280 -3.181 0.419128 127.000 20.266 -3.113 0.454129 128.000 20.263 -3.038 0.500130 129.000 20.275 -2.955 0.564131 130.000 20.306 -2.859 0.655132 131.000 20.361 -2.746 0.791133 132.000 20.450 -2.606 1.006134 133.000 20.586 -2.422 1.380135 134.000 20.791 -2.154 2.124所以O3C的摆动围为93134计算主动件和连杆杆长

16、:(1) 程序:*includemath.h*includestdio.h main() static double l1,l2,l3,l4,ma*,min ; static double l*,ly ; static double thea0,thea1,thea2,pi,dr; /*弧度率*/ pi=4.0*atan(1.0); dr=pi/180.0 ; /*赋值*/ l3=4.0 ; l4=sqrt(2.86*2.86+4*4) ; l*=2.86 ; ly=4.0 ;thea0=atan2(ly,l*)+25.0*dr ; thea1=93.0*dr-thea0; thea2=134

17、.0*dr-thea0 ;/*计算两杆长度*/ min=sqrt(l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos(thea1) ; ma*=sqrt(l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos(thea2); l2=(ma*+min)/2; l1=(ma*-min)/2;printf(nnl1=%12.3f l2=%12.3f,l1,l2);(2) 数据 :l1=1.388 l2=2.780三、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

18、 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 n1n2 n3 k1 k2 r1 r2 t w e p vp ap实参1 4 2 3 32 r34 r23t 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rrrk函数求6点的运动参数形参m n1 n2 n3 k1 k2 r1 r2 t w e p vp ap实参1 5 7 6 45 r56 r67t w e p vp ap(5)调用bar

19、k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 r511 gam2 t w e p vp ap(6) 程序 - 对11点位置，速度，加速度分析:* include graphics.h* include subk.c* include draw.cmain()/*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*/ stati

20、c int ic ; double del,pi,dr ; double r45,r56,r67,r511,r34,r12,r23 ; double 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=

21、4.0 ; r12=1.388 ; r23=2.780 ; gam1=25.0*dr ; gam2=176.0*dr ; /*打印标题*/ printf(n The Kinematic Parameters of Point 11 n) ; printf(No. THETA1 S11y S11* 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); e*it(0); fprintf(fp,n The Kinematic Parameters

22、 of Point 11 n) ; fprintf(fp,No. THETA1 S11y S11* V11 A11 n) ; fprintf(fp, deg m m m/s m/s/sn);/*参加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

23、,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap) ; bark(5,0,11,4,0.0,r511,gam2,t,w,e,p,vp,ap) ;printf(n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f,i+1,t1/dr,p112,p111,vp111,ap111);fprintf(fp,n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f,i+1,t1/dr,p112,p111,vp111,ap111);pdrawi= p111 ; vpdrawi=vp111 ; apdrawi=ap111 ; if(i%4)=0)getch(); fclo

24、se(fp); getch() ; draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic);(7) 线图 - 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 S11* V11 A11 deg m m m/s m/s/s 1 0.000 20.132 -1.408 0.471 -0.155 2 10.000 20.156 -0.921 0.106 -0.312 3 20.000 20.142 -1.158 -0.399 -0.285 4 30.000

25、 20.122 -2.089 -0.756 -0.181 5 40.000 20.158 -3.481 -1.004 -0.140 6 50.000 20.266 -5.224 -1.207 -0.119 7 60.000 20.422 -7.259 -1.375 -0.093 8 70.000 20.583 -9.522 -1.495 -0.060 9 80.000 20.705 -11.932 -1.561 -0.02310 90.000 20.756 -14.400 -1.570 0.01111 100.000 20.725 -16.842 -1.527 0.04212 110.000

26、20.625 -19.179 -1.439 0.06913 120.000 20.486 -21.347 -1.312 0.09214 130.000 20.351 -23.288 -1.151 0.11315 140.000 20.270 -24.951 -0.960 0.13116 150.000 20.286 -26.292 -0.742 0.14517 160.000 20.419 -27.276 -0.507 0.15218 170.000 20.627 -27.887 -0.273 0.14319 180.000 20.781 -28.147 -0.061 0.12920 190.

27、000 20.735 -28.080 0.151 0.14721 200.000 20.525 -27.644 0.414 0.18722 210.000 20.328 -26.753 0.722 0.19923 220.000 20.263 -25.378 1.021 0.17624 230.000 20.333 -23.573 1.261 0.12625 240.000 20.478 -21.459 1.412 0.06426 250.000 20.625 -19.185 1.466 0.00727 260.000 20.724 -16.891 1.441 -0.03528 270.000

28、 20.756 -14.680 1.365 -0.05929 280.000 20.727 -12.612 1.264 -0.06830 290.000 20.651 -10.710 1.157 -0.06731 300.000 20.547 -8.971 1.056 -0.06132 310.000 20.432 -7.384 0.965 -0.05533 320.000 20.319 -5.932 0.884 -0.04934 330.000 20.223 -4.601 0.810 -0.04635 340.000 20.154 -3.385 0.735 -0.05136 350.000

29、20.123 -2.298 0.640 -0.07537 360.000 20.132 -1.408 0.471 -0.1552.对整体机构动态静力分析(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 k1 k2 r1 r2 t w e p vp ap实参1 4 2 3 32 r34 r23t 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

30、 w e p vp ap实参4 0 5 3 0.0 r45 gam1 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实参4 0 8 3 0.0r48 gam9 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 k1 k2 r1 r2 t w e p vp ap实参1 5 7 6 45 r56 r67t 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实参59 gam10 t w

31、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 r511 gam5 t w e p vp ap(8)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实参710 gam11 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 ne*f 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

32、(10)调用rrrf函数求各运动副中的反力形参n1 n2 n3 ns1 ns2 nn1 nn2 ne*f k1 k1 p vp ap t w e fr实参4 2 3 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 ns1nn1 k1 p ap e fr tb实参1 1 2 1 p ap e fr & tb(12) 程序 参加对质心的运动分析，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.cmain

33、()/*定义静态数组*/static double p202,vp202,ap202 ;static double t10,w10,e10 ; static double tbdraw370,tb1draw370,fr202,fe202;staticdouble 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,g

34、am5,gam9,gam10,gam11; double fr4,fr7,fr1,bt4,bt7,bt1,we8,we9,we10,tb,tb4 ;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; /*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=28.525 ; r

35、56=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); printf(

36、 deg N deg N deg N deg deg degn); if(fp=fopen(file_For.c,w)=NULL) printf(Cant open this file.n); e*it(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)(360.0/d

37、el); 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,t,w,e,p,vp,a

38、p); 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); barf(1,1,2,1,p,ap,e,fr,&tb); /*固定铰链力矢量*/fr4=sqrt(fr41*fr41+fr42*fr42); bt4=atan2(fr42,fr41);fr7=sqrt(fr

39、71*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*/ e*tf(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*vp112; we10=-(ap101*vp101+(ap102+9.81)*vp102)*sm5;tb4 =-(we8+we9+we10)/w1; printf(

40、n%3d%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f,i+1,fr4,bt4/dr,fr7,bt7/dr,fr1,bt1/dr,tb,tb4);fprintf(fp,n%3d%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f%11.3f,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; fr7draw

41、i=fr7; 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*/ e*tf(p,vp,ap,t,w,e,ne*f,fe) double p202,vp202,ap202,t10,w10,e10,fe202; int ne*f; fene*f1=0.0; if(vpne*f10) fene*f2=-50000.0

42、; /*左移受力,右移不受*/ else fene*f2=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(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 1 122516.202 58.472 29716.142 65.768 76942.228 -174.117 -10945.625 -10945.625 2 1473

43、80.494 55.852 25130.925 55.472 99175.445 -168.962 -2493.449 -2493.449 3 124045.799 89.226 51717.905 85.014 6842.897 -164.070 674.074 674.074 4 190129.646 72.611 24046.565 52.086 76846.433 -159.612 17810.224 17810.224 5 234177.032 70.566 21932.481 -5.589 109900.636 -155.773 41465.739 41465.739 6 244476.849 74.164 29802.042 -26.331 105673.568 -152.723 56657.567 56657.567 7 231619.143 81.526 36193.408 -30.868 75385.245 -150.576 53225.089 53225.089 8 210065.615 92.682