机械原理大作业一连杆(完整版) 20

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Harbin Institute of Technology机械原理大作业一作业名称:连杆机构运动分析设计题目: 20 院系:机电工程学院班级:设计者:学号:指导教师:**设计时间: 2014年5月哈尔滨工业大学一、运动分析题目如图 1 所示机构,已知机构各构件的尺寸为150AB mm =,97β=︒,400BC mm =,300,CD mm = 320,AD mm = 100,BE mm = 230,EF mm = 400FG mm =,110/rad s ω=构件 1 的角速度为ω1=10rad/s ,试求构件2上点F 的轨迹及构件5上点G 的位移、速度和加速度,并对计算结果进行分析。

二、机构的结构分析及基本杆组划分1. 机构的结构分析机构各构件都在同一平面内运动,活动构件数 n=5,P L =7,P H =0则机构的自由度为:F=3×n-2×P L -1×P H =3×5-2×7-0=1 2.基本杆组划分(1)去除虚约束和局部自由度本机构中无虚约束或局部自由度,此步骤跳过。

(2)拆杆组。

对机构进行拆分,知该机构由Ⅰ级杆组RR (原动件1)、Ⅱ级杆组RRR (杆2及杆3)和Ⅱ级杆组RRP (杆4及滑块5)组成。

(3)确定机构的级别 由(2)知,机构为Ⅱ级机构三、建立组成机构的各基本杆组的运动分析数学模型建立坐标系如图2所示(1) 原动件1(Ⅰ级杆组RR )由图所示,原动件杆1的转角0360α=︒,角速度110/rad s ω=,角加速度10a =,运动副A 的位置坐标0A A x y ==,速度(,)A A x y ••,加速度(,)A A x y ••••,原动件1的长度AB l =150mm 。

求出运动副B 的位置坐标(,B B x y )、速度(,B B x y ••)和加速度(,B B x y ••••)。

2)杆2、杆3杆组(RRR Ⅱ级杆组)已求出运动副B 的位置(,B B x y )、速度(,B B x y ••)和加速度(,B B x y ••••),已知运动副D 的位置坐标D x =320mm, D y =0,D 点速度、加速度均为0,杆长BC l =400mm ,CD l =300mm 。

求出构件2的转角2ϕ.(3)构件2上点F 的运动已知运动副B 的位置位置(,B B x y )、速度(,B B x y ••)和加速度(,B B x y ••••),已经求出构件2的转角b ,BE 、EF 的距离,根据Ⅰ级杆组RR 的运动分析数学模型求出点F 的位置坐标(,F F x y )、速度(,F F x y ••)和加速度(,F F x y ••••)。

(4)构件4、5杆组(RRP Ⅱ级杆组)已求出运动副F 的位置坐标(,F F x y )、速度(,F F x y ••)和加速度(,F F x y ••••),已知滑块5导路参考点D 的位置坐标D x =320mm, D y =0,参考点D 的位置角97β=︒,速度、加速度均为0。

求出滑块5的位置s (,G G x y )、速度v (,G G x y ••)和加速度a(,G G x y ••••)。

四、程序清单(matlab编写):%(1)用RR类模块求B点运动fai1=[0:pi/180:2*pi];%原动件AB杆转角范围0~2π%ommiga1=10; %AB杆角速度%alpha1=0; %AB杆角加速度%xA=0;yA=0;vxA=0;vyA=0;axA=0;ayA=0; %运动副A位置、速度、加速度% lAB=150; %杆AB长%xB=xA+cos(fai1)*lAB; %运动副B位置%yB=yA+sin(fai1)*lAB;vxB=vxA-ommiga1*lAB*sin(fai1);%运动副B速度%vyB=vyA+ommiga1*lAB*cos(fai1);axB=axA-ommiga1^2*lAB*cos(fai1)-alpha1*lAB*sin(fai1); %运动副B加速度% ayB=ayA-ommiga1^2*lAB*sin(fai1)+alpha1*lAB*cos(fai1);%(2)用RRRⅡ级杆组模块求C点运动xD=320; %运动副D位置、速度、加速度%yD=0;vxD=0;vyD=0;axD=0;ayD=0;lBC=400; %杆BC长%lCD=300; %杆CD长%LBD=realsqrt((xD-xB).^2+(yD-yB).^2); %BD间距离%A0=2*lBC*(xD-xB);B0=2*lBC*(yD-yB);C0=lBC^2+LBD.^2-lCD^2;fai2=2*atan((B0+1*realsqrt(A0.^2+B0.^2-C0.^2))./(A0+C0));%杆BC转角%xC=xB+lBC*cos(fai2); %运动副C位置%yC=yB+lBC*sin(fai2);fai3=atan((yC-yD)./(xC-xD))+pi;%杆CD转角%C2=lBC*cos(fai2);S2=lBC*sin(fai2);C3=lCD*cos(fai3);S3=lCD*sin(fai3);G1=C2.*S3-C3.*S2;ommiga2=(C3.*(vxD-vxB)+S3.*(vyD-vyB))./G1; %杆BC角速度%ommiga3=(C2.*(vxD-vxB)+S2.*(vyD-vyB))./G1; %杆CD角速度%vxC=vxB-lBC*ommiga2.*sin(fai2); %运动副C速度%vyC=vxB+lBC*ommiga2.*cos(fai2);G2=axD-axB+ommiga2.^2.*C2-ommiga3.^2.*C3;G3=ayD-ayB+ommiga2.^2.*S2-ommiga3.^2.*S3;alpha2=(G2.*C3+G3.*S3)./G1; %杆BC角加速度%alpha3=(G2.*C2+G3.*S2)./G1; %杆CD角加速度%axC=axB-lBC*alpha2.*sin(fai2)-lBC*ommiga2.^2.*cos(fai2); %运动副C加速度% ayC=ayB+lBC*alpha2.*cos(fai2)-lBC*ommiga2.^2.*sin(fai2);%(3)用RR类模块求构件2上F点的运动lBE=100;%杆BE长%xE=xB+lBE*cos(fai2); %E位置、速度、加速度%yE=yB+lBE*sin(fai2);vxE=vxB-lBE*ommiga2.*sin(fai2);vyE=vyB+lBE*ommiga2.*cos(fai2);axE=axB-lBE*ommiga2.^2.*cos(fai2)-lBE*alpha2.*sin(fai2);ayE=ayB-lBE*ommiga2.^2.*sin(fai2)+lBE*alpha2.*cos(fai2);lEF=230; %杆EF长%xF=xE+lEF*sin(fai2); %运动副F位置、速度、加速度%yF=yE-lEF*cos(fai2);vxF=vxE+lEF*ommiga2.*cos(fai2);vyF=vyE+lEF*ommiga2.*sin(fai2);axF=axE-lEF*ommiga2.^2.*sin(fai2)+lEF*alpha2.*cos(fai2);ayF=ayE+lEF*ommiga2.^2.*cos(fai2)+lEF*alpha2.*sin(fai2);figure(1)plot(xF,yF)title('点F的轨迹')xlabel('xF/mm')ylabel('yF/mm')%(4)用RRPⅡ级杆组模块求G点的运动lFG=400; %杆FG长%fai5=-83/180*pi; %导轨DG与x轴正方向夹角%A0=(xF-xD)*sin(fai5)-(yF-yD)*cos(fai5);fai3=asin(A0/lFG)+fai5; %杆FG转角%xG=xF+lFG*cos(fai3); %运动副G位置%yG=yF+lFG*sin(fai3);s=(xG-xD)/cos(fai5); %滑块在导轨上距D点的位移%Q1=vxD-vxF;Q2=vyD-vyF;Q3=lFG*sin(fai3)*sin(fai5)+lFG*cos(fai3)*cos(fai5);ommiga4=(-Q1*sin(fai5)+Q2*cos(fai5))/Q3; %杆FG角速度%vxG=vxF+lFG*ommiga4.*(-sin(fai3)); %运动副G速度%vyG=vyF+lFG*ommiga4.*cos(fai3);vG=vxG*cos(fai5)+vyG*sin(fai5); %滑块沿导轨运动速度%Q4=axD-axF+lFG*ommiga4.^2.*cos(fai3);Q5=ayD-ayF+lFG*ommiga4.^2.*sin(fai3);alpha4=(-Q4*sin(fai5)+Q5*cos(fai5))/Q3; %杆FG角加速度%axG=axF+lFG*alpha4.*(-sin(fai3))+lFG*ommiga4.^2.*(-cos(fai3)); %运动副G加速度%ayG=axF+lFG*alpha4.*cos(fai3)+lFG*ommiga4.^2.*(-sin(fai3));aG=axG*cos(fai5)+ayG*sin(fai5); %滑块沿导轨运动加速度%j=fai1/pi*180;figure(2)plot(j,s)title('滑块在导轨上的位移曲线') xlabel('j/^o')ylabel('s/mm')figure(3)plot(j,0.001*vG)title('滑块在导轨上的速度曲线') xlabel('j/^o')ylabel('vG/(m/s)')figure(4)plot(j,0.001*aG)title('滑块在导轨上的加速度曲线') xlabel('j/^o')ylabel('aG/(m/s^2)')五、作图结果六、计算结果分析当j=230°时,F运动至最低点,坐标为(151.2773mm,-154.2379mm);当j=166°时,F运动至最左侧,坐标为(68.5036mm,-94.4155mm);当j=345°时,F运动至最右侧,坐标为(392.3184mm,-79.7941mm);滑块先是远离D点,即向下运动,做加速度增大的减速运动,运动到s=507.0015m (j=10°)处后返回,再运动(先加速再减速)至最高点s= 346.2678mm(j=136°)。