机械原理大作业.docx
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机械原理大作业
机械与电子工程学院
《机械原理》
大作业
（一）
平面连杆机构的运动分析
（题号：
牛头刨床9A）
班级：
学号：
姓名：
同组其他人员：
完成日期：
题目、原始数据及要求1
一平面连杆机构运动分析方程1
1.1位置方程
1.2速度计算公式2
1.3加速度计算公式2
二程序3
2.1计算程序框图3
2.2计算源程序4
三3.1（一组数据Lab=200mm）计算结果9
3.2运动线图10
3.3体会12
四4.1（第二组数据Lab=150mm）计算结果12
4.2运动线图13
4.3体会15
五5.1（第三组数据Lab=220mm）计算结果16
5.2运动线图17
5.3体会21
六参考资料21
题目及原始数据
如图所示，为一牛头刨床（Ⅲ级机构）。
假设已知各构件的尺寸如下表所示，原东件1以等角速度
沿着逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨头C点位移、速度和加速度的变化。
题号
h
9A
200
960
160
900
500
120
平面连杆机构运动分析方程
先建立一直角坐标系,标出各杆矢量及其方位角。
设各杆的夹角为
，其中GE段记为
BD段记为
建立投影方程：
1.1
机构运动位置分析方程
1.2
机构运动速度分析方程（以矩阵形式写出）
1.3机构运动加速度分析方程（以矩阵形式写出
采用高斯消去法可得角加速度
。
计算流程图
计算源程序
#include
#include
#include
#definePI3.1415926
#defineN4
#defineE0.0001
#defineT1000
voidSolutionangle（double[12],double）;/*迭代法求角位移*/
voidSolutionspeed（double[N][N],double[N],double[12],double）;
/*角速度求解*/
voidSolutionacceleration（double[N][N],double[N][N],double[N],
double[12]）;/*角加速度求解*/
voidGaussianE（double[N][N],double[N],double[N]）;/*高斯消去*/
voidFoundmatrixA（double[12],double[N][N]）;//创建系数矩阵A
voidFoundmatrixB（double[12],double,double[N]）;//创建系数矩阵B
voidFoundmatrixDA（double[12],double[N][N]）;//创建矩阵DA
voidFoundmatrixDB（double[12],double,double[N]）;//创建矩阵DB
//定义全局变量
doublel1=200,l3=960,l4=160,h=900,h1=500,h2=120,as1=1.0;
//主函数
voidmain（）
{
inti,j;
FILE*fp;
doubleshuju[36][12];
doublepsvalue[12],a[N][N],da[N][N],b[N],db[N],ang1;
//建立文件，并制表头
if（（fp=fopen（"shuju","w"））==NULL）
{
printf（"Cann'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nL1=%lf",l1）;
fprintf（fp,"\ns3ang3ang4s5"）;
fprintf（fp,"s3'as3as4s5'"）;
fprintf（fp,"s3''aas3aas4s5''\n"）;
//计算数据并写入文件
psvalue[0]=480;psvalue[1]=65*PI/180;psvalue[2]=10*PI/180;
psvalue[3]=500;
for（i=0;i<36;i++）
{
ang1=i*PI/18;
Solutionangle（psvalue,ang1）;
FoundmatrixB（psvalue,ang1,b）;
FoundmatrixA（psvalue,a）;
Solutionspeed（a,b,psvalue,ang1）;
FoundmatrixDA（psvalue,da）;
FoundmatrixDB（psvalue,ang1,db）;
Solutionacceleration（a,da,db,psvalue）;
for（j=1;j<3;j++）
psvalue[j]=psvalue[j]*180/PI;
for（j=0;j<12;j++）
{shuju[i][j]=psvalue[j];}
fprintf（fp,"\n"）;
for（j=0;j<12;j++）
fprintf（fp,"%12.3f",shuju[i][j]）;
for（j=1;j<3;j++）
psvalue[j]=psvalue[j]*PI/180;
for（j=0;j<4;j++）
psvalue[j]+=psvalue[j+4];
}
fclose（fp）;
//输出数据
for（i=0;i<36;i++）
{
ang1=i*PI/18;
printf（"\n输出ang1=%d时的求解\n",i*10）;
printf（"angleangspeedangacceleration:
\n"）;
for（j=0;j<4;j++）
printf（"%lf\t",shuju[i][j]）;
printf（"\n"）;
for（j=4;j<8;j++）
printf（"%lf\t",shuju[i][j]）;
printf（"\n"）;
for（j=8;j<12;j++）
printf（"%lf\t",shuju[i][j]）;
printf（"\n"）;
}
}
/*矢量法求角位移*/
voidSolutionangle（doublevalue[12],doubleang1）
{
doubleae,s3,ang3,ang4,s5,t=0;
s3=value[0];ang3=value[1];ang4=value[2];s5=value[3];
doublexb,yb,xd,yd,xc,yc;
while（t{
xb=h2+l1*cos（ang1）;yb=h1+l1*sin（ang1）;
xd=l4*cos（ang4）;yd=l4*sin（ang4）;
s3=sqrt（（xd-xb）*（xd-xb）+（yd-yb）*（yd-yb））;
xc=xd+l3*（xb-xd）/s3;
yc=yd+l3*（yb-yd）/s3;
ang3=atan2（yc-yd,xc-xd）;
s5=xc;
ae=sqrt（h1*h1+h2*h2）;
if（fabs（yc-h）return;
else
ang4=atan（（yd-yc+h）/（l4*cos（ang4）））;
value[0]=s3;value[1]=ang3;value[2]=ang4;value[3]=s5;
while（value[1]>2*PI）
value[1]-=2*PI;
while（value[1]<0）
value[1]+=2*PI;
while（value[2]>PI）
value[2]-=2*PI;
while（value[2]<-PI）
value[2]+=2*PI;
t+=1;
if（t>=T）
{
printf（"%f迭代失败.\n",ang1*180/PI）;exit（0）;}
}
}
/*角速度求解*/
voidSolutionspeed（doublea2[N][N],doubleb2[N],doublevalue[12],
doubleang1）
{
doublep2[N];
GaussianE（a2,b2,p2）;
value[4]=p2[0];
value[5]=p2[1];
value[6]=p2[2];
value[7]=p2[3];
}
/*角加速度求解*/
voidSolutionacceleration（doublea3[N][N],doubleda3[N][N],
doubledb3[N],doublevalue[12]）
{
inti,j;
doublebk[N]={0};
doublep3[N];
for（i=0;i{
for（j=0;j{
bk[i]+=-da3[i][j]*value[4+j];
}
bk[i]+=db3[i]*as1;
}
GaussianE（a3,bk,p3）;
value[8]=p3[0];
value[9]=p3[1];
value[10]=p3[2];
value[11]=p3[3];
}
/*高斯消去法解矩阵方程*/
voidGaussianE（doublea4[N][N],doubleb4[N],doublep4[N]）
{
inti,j,k;
doublea4g[N][N],b4g[N],t;
for（i=0;ifor（j=0;ja4g[i][j]=a4[i][j];
for（i=0;ib4g[i]=b4[i];
//施主对角线上的值尽可能大
if（a4g[0][0]a4g[1][1]）
{
for（j=0;j{t=a4g[0][j];a4g[0][j]=a4g[1][j];a4g[1][j]=t;}
t=b4g[0];b4g[0]=b4g[1];b4g[1]=t;
}
if（a4g[2][2]a4g[3][3]）
{
for（j=0;j{t=a4g[2][j];a4g[2][j]=a4g[3][j];a4g[3][j]=t;}
t=b4g[2];b4g[2]=b4g[1];b4g[3]=t;
}
//初等行变换
for（j=0;jfor（i=0;i{
if（i!
=j）
{
for（k=0;kif（k!
=j）
{a4g[i][k]-=a4g[i][j]/a4g[j][j]*a4g[j][k];}
b4g[i]-=b4g[j]*a4g[i][j]/a4g[j][j];
a4g[i][j]=0;
}
}
for（i=0;ib4g[i]/=a4g[i][i];
p4[0]=b4g[0];
p4[1]=b4g[1];
p4[2]=b4g[2];
p4[3]=b4g[3];
}
//创建系数矩阵A
voidFoundmatrixA（doublevalue5[12],doublea5[N][N]）
{
doubles3,ang3,ang4,s5;
s3=value5[0];ang3=value5[1];ang4=value5[2];s5=value5[3];
a5[0][0]=cos（ang3）;a5[0][1]=-s3*sin（ang3）;a5[0][2]=-l4*sin（ang4）;
a5[1][0]=sin（ang3）;a5[1][1]=s3*cos（ang3）;a5[1][2]=l4*cos（ang4）;
a5[2][1]=-l3*sin（ang3）;a5[2][2]=-l4*sin（ang4）;a5[2][3]=-1;
a5[3][1]=l3*cos（ang3）;a5[3][2]=l4*cos（ang4）;
a5[0][3]=a5[1][3]=a5[2][0]=a5[3][0]=a5[3][3]=0;
}
//创建系数矩阵B
voidFoundmatrixB（doublevalue6[12],doubleang1,doubleb6[N]）
{
b6[0]=-l1*sin（ang1）*as1;
b6[1]=l1*cos（ang1）*as1;
b6[2]=b6[3]=0;
}
//创建矩阵DA
voidFoundmatrixDA（doublevalue7[12],doubleda7[N][N]）
{
doubles3,ang3,ang4,s5,s3g,as3,as4,s5g;
s3=value7[0];ang3=value7[1];ang4=value7[2];s5=value7[3];
s3g=value7[4];as3=value7[5];as4=value7[6];s5g=value7[7];
da7[0][0]=-as3*sin（ang3）;
da7[0][1]=-s3g*sin（ang3）-s3*cos（ang3）*as3;
da7[0][2]=-l4*cos（ang4）*as4;
da7[1][0]=as3*cos（ang3）;
da7[1][1]=s3g*cos（ang3）-s3*sin（ang3）*as3;
da7[1][2]=-l4*sin（ang4）*as4;
da7[2][1]=-l3*cos（ang3）*as3;da7[2][2]=-l4*cos（ang4）*as4;
da7[3][1]=-l3*sin（ang3）*as3;da7[3][2]=-l4*sin（ang4）*as4;
da7[0][3]=da7[1][3]=da7[2][0]=da7[2][3]=da7[3][0]=da7[3][3]=0;
}
//创建矩阵DB
voidFoundmatrixDB（doublevalue8[12],doubleang1,doubledb8[N]）
{
db8[0]=-l1*as1*cos（ang1）;
db8[1]=-l1*as1*sin（ang1）;
db8[2]=db8[3]=0;
}
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