哈工大机械原理大作业1第27题.docx

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哈工大机械原理大作业1第27题

哈工大机械原理大作业1-第27题

HarbinInstituteofTechnology

机械原理大作业设计说明书（论文）

课程名称：

机械原理

设计题目：

连杆机构运动分析

院系：

能源科学与工程学院

班级：

1002101

设计者：

学号：

指导教师：

赵永强

设计时间：

2012年6月10日—6月24日

运动分析题目——第二十七题

27如图所示机构，已知机构各构件的尺寸为AB=280mm，BC=350mm，CD=320mm,AD=160mm,BE=175mm,EF=220mm,xc=25mm,yg=80mm,构件一的角速度为w1=10rad/s,试求构件2上点F的轨迹及构件5的角位移，角速度和角加速度，并对计算结果进行分析。

X

一、建立坐标系

以A点为原点建立如图所示坐标系x-y，如上图所示

二、机构结构分析

该机构可认为由一个

级杆组RR（杆AB）、

级杆组RRR（杆2、3）、

级杆组RPR（杆5及滑块4）组成。

如下图所示。

A

级杆组RR

E

级杆组RRR

级杆组RPR

三、确定已知参数和设计流程

一）AB（

级杆组RR）

运动副A的位置坐标为

AB=28Omm

B的位置坐标

二）BCD杆（

级杆组RRR）

运动副D的位置坐标

BC=350mm,CD=320mm

由余弦定理，可求得

由正弦定理得

由余弦定理得

由此可以求出运动副C的位置坐标（X,Y）,速度（vx，vy）和加速度（ax,ay）,杆BC与x轴的夹角，杆BC的角速度，杆BC的角加速度，杆CD与x轴的夹角，角速度，角加速度。

三）GF（

级杆组RPR）

G点的位置坐标

由此可以求出构件GF的转角，角速度和角加速度

四）构件BC上E点的运动

BE=175mm，根据前面求出的量，可以得到E的位置坐标，速度和加速度，同理可以得到F点的运动规律。

四、编程计算

编程语言为VB，编程环境为visualbasic6.0精简版

源代码如下

DimxAAsDouble'点A的坐标，速度，加速度

DimyAAsDouble

DimvxAAsDouble

DimvyAAsDouble

DimaxAAsDouble

DimayAAsDouble

DimxBAsDouble'点B的坐标，速度，加速度

DimyBAsDouble

DimvxBAsDouble

DimvyBAsDouble

DimaxBAsDouble

DimayBAsDouble

DimxCAsDouble'点C的坐标，速度，加速度

DimyCAsDouble

DimvxCAsDouble

DimvyCAsDouble

DimaxCAsDouble

DimayCAsDouble

DimxDAsDouble'点D的坐标，速度，加速度

DimyDAsDouble

DimvxDAsDouble

DimvyDAsDouble

DimaxDAsDouble

DimayDAsDouble

DimxEAsDouble'点E的坐标，速度，加速度

DimyEAsDouble

DimvxEAsDouble

DimvyEAsDouble

DimaxEAsDouble

DimayEAsDouble

DimxFAsDouble'点F的坐标，速度，加速度

DimyFAsDouble

DimvxFAsDouble

DimvyFAsDouble

DimaxFAsDouble

DimayFAsDouble

DimxGAsDouble'点G的坐标，速度，加速度

DimyGAsDouble

DimvxGAsDouble

DimvyGAsDouble

DimaxGAsDouble

DimayGAsDouble

DimdeltAsDouble'构件1的初始角位移

DimlabAsDouble'杆AB的长度

DimlbcAsDouble'杆BC的长度

DimlcdAsDouble'杆CD的长度

DimladAsDouble'杆AD的长度

DimlbeAsDouble'杆BE的长度

DimlefAsDouble'杆EF的长度

DimlbfAsDouble'BF两点间的距离

DimfabAsDouble'杆AB的角位移

DimfbcAsDouble'杆BC的角位移

DimfcdAsDouble'杆CD的角位移

DimfefAsDouble'杆EF的角位移

DimffgAsDouble'杆FG的角位移

DimfebfAsDouble'角EBF的角度

Dimfj1AsDouble

DimwabAsDouble'杆AB的角速度

DimwbcAsDouble'杆BC的角速度

DimwcdAsDouble'杆CD的角速度

DimwceAsDouble'杆CE的角速度

DimwefAsDouble'杆EF的角速度

DimwfgAsDouble'杆FG的角速度

DimeabAsDouble'杆AB的角加速度

DimebcAsDouble'杆BC的角加速度

DimecdAsDouble'杆CD的角加速度

DimeceAsDouble'杆CE的角加速度

DimeefAsDouble'杆EF的角加速度

DimefgAsDouble'杆FG的角加速度

DimLBDAsDouble'BD的长度

DimLGFAsDouble'GF的长度

DimJCBDAsDouble'角CBD的角度

DimfbdAsDouble'杆BD的角位移

DimCiAsDouble'RRR杆组的中间变量

DimCjAsDouble

DimSiAsDouble

DimSjAsDouble

DimG1AsDouble

DimG2AsDouble

DimG3AsDouble

DimvalAsDouble'角CBD的余弦值

DimpiAsDouble'圆周率

DimpaAsDouble'角度与弧度转换的系数

DimiAsDouble'循环变量

PrivateSubForm_Load（）'附值

lab=280

lbc=350

lcd=320

lad=160

lbe=175

lef=220

wab=10

eab=0

delt=0

xA=0

yA=0

vxA=0

vyA=0

axA=0

ayA=0

xD=0

yD=160

vxD=0

vyD=0

axD=0

ayD=0

xG=-25

yG=80

vxG=0

vyG=0

axG=0

ayG=0

pi=3.1415926

pa=pi/180

fj1=0

EndSub

PrivateSubCommand1_Click（）'点F的轨迹

Picture1.Scale（-200,250）-（100,-50）

Picture1.Line（-200,0）-（100,0）'X

Picture1.Line（0,250）-（0,-50）'Y

Fori=-180To120Step30'X轴坐标

Picture1.DrawStyle=2

Picture1.Line（i,250）-（i,-50）

Picture1.CurrentX=i-10:

Picture1.CurrentY=0

Picture1.Printi

Nexti

Fori=-60To240Step30'Y轴坐标

Picture1.DrawStyle=2

Picture1.Line（-200,i）-（100,i）

Picture1.CurrentX=-10:

Picture1.CurrentY=i

Picture1.Printi

Nexti

Forfj1=0To360Step0.01

fab=fj1*pa

CallRR1

CallRRR

CallRR2

Picture1.PSet（xF,yF）

Nextfj1

EndSub

PrivateSubCommand2_Click（）'杆5的角位移

Picture2.Scale（-10,8）-（380,-2）

Picture2.Line（-10,0）-（380,0）'X

Picture2.Line（0,8）-（0,-2）'Y

Fori=-30To390Step30'X轴坐标

Picture2.DrawStyle=2

Picture2.Line（i,8）-（i,-2）

Picture2.CurrentX=i-10:

Picture2.CurrentY=0

Picture2.Printi

Nexti

Fori=-2To8Step1'Y轴坐标

Picture2.DrawStyle=2

Picture2.Line（-10,i）-（380,i）

Picture2.CurrentX=-10:

Picture2.CurrentY=i

Picture2.Printi

Nexti

Forfj1=0To360Step0.01

fab=fj1*pa

CallRR1

CallRRR

CallRR2

CallRPR

Picture2.PSet（fj1,ffg）

Nextfj1

EndSub

PrivateSubCommand3_Click（）'杆5的角速度

Picture3.Scale（-20,90）-（380,-10）

Picture3.Line（-20,0）-（380,0）'X

Picture3.Line（0,90）-（0,-10）'Y

Fori=0To360Step30'X轴坐标

Picture3.DrawStyle=2

Picture3.Line（i,90）-（i,-10）

Picture3.CurrentX=i-10:

Picture3.CurrentY=0

Picture3.Printi

Nexti

Fori=-10To90Step5'Y轴坐标

Picture3.Line（0,i）-（380,i）

Picture3.CurrentX=-20:

Picture3.CurrentY=i

Picture3.Printi

Nexti

Forfj1=0To360Step0.01

fab=fj1*pa

CallRR1

CallRRR

CallRR2

CallRPR

Picture3.PSet（fj1,wfg）

Nextfj1

EndSub

PrivateSubCommand4_Click（）'杆5的角加速度

Picture4.Scale（-20,800）-（380,-800）

Picture4.Line（-20,0）-（380,0）'X

Picture4.Line（0,800）-（0,-800）'Y

Fori=0To360Step30'X轴坐标

Picture4.DrawStyle=2

Picture4.Line（i,800）-（i,-800）

Picture4.CurrentX=i-10:

Picture4.CurrentY=0

Picture4.Printi

Nexti

Fori=-800To800Step80'Y轴坐标

Picture4.Line（0,i）-（380,i）

Picture4.CurrentX=-25:

Picture4.CurrentY=i+5

Picture4.Printi

Nexti

Forfj1=0To360Step0.01

fab=fj1*pa

CallRR1

CallRRR

CallRR2

CallRPR

Picture4.PSet（fj1,efg）

Nextfj1

EndSub

PrivateSubRR1（）'Ⅰ级杆组RR1（原动件1）

xB=xA+lab*Cos（fab+delt）

yB=yA+lab*Sin（fab+delt）

vxB=vxA-wab*lab*Sin（fab+delt）

vyB=vyA+wab*lab*Cos（fab+delt）

axB=axA-wab^2*lab*Cos（fab+delt）-eab*lab*Sin（fab+delt）

ayB=ayA-wab^2*lab*Sin（fab+delt）+eab*lab*Sin（fab+delt）

EndSub

PrivateSubRR2（）'构件2上点F的运动分析

lbf=Sqr（lbe^2+lef^2）

febf=Atn（lef/lbe）

xF=xB+lbf*Cos（fbc+febf）

yF=yB+lbf*Sin（fbc+febf）

vxF=vxB-wbc*lbf*Sin（fbc+febf）

vyF=vyB+wbc*lbf*Cos（fbc+febf）

axF=axB-wbc^2*lbf*Cos（fbc+febf）-ebc*lbf*Sin（fbc+febf）

ayF=ayB-wbc^2*lbf*Sin（fbc+febf）+ebc*lbf*Sin（fbc+febf）

EndSub

PrivateSubRRR（）Ⅱ级杆组RRR（杆2、杆3）

xB=xA+lab*Cos（fab+delt）

yB=yA+lab*Sin（fab+delt）

LBD=Sqr（（xD-xB）^2+（yD-yB）^2）

val=（（lbc^2+LBD^2-lcd^2）/（2*lbc*LBD））

JCBD=Atn（-val/Sqr（-val*val+1））+2*Atn

（1）

IfxD>xBAndyD>yBThen'第一象限

fbd=Atn（（yD-yB）/（xD-xB））

fbc=fbd-JCBD

Else

EndIf

IfxD=yBThen'第二象限

fbd=Atn（（yD-yB）/（xD-xB））+pi

fbc=fbd-JCBD

Else

EndIf

IfxD

fbd=Atn（（yD-yB）/（xD-xB））+pi

fbc=fbd-JCBD

Else

EndIf

IfxD>xBAndyD<=yBThen'第四象限

fbd=Atn（（yD-yB）/（xD-xB））+pi*2

fbc=fbd-JCBD

Else

EndIf

IfxB=xDAndyD>yBThen'y轴正向

fcd=0.5*pi

Else

EndIf

IfxB=xDAndyD

fcd=1.5*pi

Else

EndIf

xC=xB+lbc*Cos（fbc）

yC=yB+lbc*Sin（fbc）

IfxC>xDAndyC>=yDThen'第一象限

fcd=Atn（（yC-yD）/（xC-xD））

Else

EndIf

IfxC=yDThen'第二象限

fcd=Atn（（yC-yD）/（xC-xD））+pi

Else

EndIf

IfxC

fcd=Atn（（yC-yD）/（xC-xD））+pi

Else

EndIf

IfxC>xDAndyC<=yDThen'第四象限

fcd=2*pi+Atn（（yC-yD）/（xC-xD））

Else

EndIf

IfxC=xDAndyC>yDThen'y轴正向

fcd=0.5*pi

Else

EndIf

IfxC=xDAndyC

fcd=1.5*pi

Else

EndIf

Ci=lbc*Cos（fbc）

Si=lbc*Sin（fbc）

Cj=lcd*Cos（fcd）

Sj=lcd*Sin（fcd）

G1=Ci*Sj-Cj*Si

wbc=（Cj*（vxD-vxB）+Sj*（vyD-vyB））/G1

wcd=（Ci*（vxD-vxB）+Si*（vyD-vyB））/G1

vxC=vxB-wbc*lbc*Sin（fbc）

vyC=vyB+wbc*lbc*Cos（fbc）

G2=axD-axB+wbc^2*Ci-wcd^2*Cj

G3=ayD-ayB+wbc^2*Si-wcd^2*Sj

ebc=（G2*Cj+G3*Sj）/G1

ecd=（G2*Ci+G3*Si）/G1

axC=axB-ebc*lbc*Sin（fbc）-wbc^2*lbc*Cos（fbc）

ayC=ayB-ebc*lbc*Cos（fbc）-wbc^2*lbc*Sin（fbc）

EndSub

PrivateSubRPR（）'Ⅱ级杆组RPR（滑块4、杆5）

LGF=Sqr（（xG-xF）^2+（yG-yF）^2）

IfxF>xGAndyF>yDThen'第一象限

ffg=Atn（（yF-yG）/（xF-xG））

Else

EndIf

IfxF=yDThen'第二象限

ffg=Atn（（yF-yG）/（xF-xG））+pi

Else

EndIf

IfxF

ffg=Atn（（yF-yG）/（xF-xG））+pi

Else

EndIf

IfxF>xGAndyF<=yDThen'第四象限

ffg=Atn（（yF-yG）/（xF-xG））+2*pi

Else

EndIf

IfxF=xGAndyF>yGThen'y轴正向

ffg=0.5*pi

Else

EndIf

IfxF=xGAndyF

ffg=1.5*pi

Else

EndIf

wfg=（vyF*Cos（ffg）-vxF*Sin（ffg））/LGF

efg=（ayF*Cos（ffg）-axF*Sin（ffg）-2*（vxF*Cos（ffg）+vyF*Sin（ffg））*wfg）/LGF

EndSub

点F的运动轨迹

点F的x坐标随杆AB角位移的变化

点F的y坐标随杆AB角位移的变化

点F的速度随杆AB角位移的变化

点F的绝对加速度随杆AB角位移的变化

杆5的角位移所以1的角位移的变化

杆5的角速度

杆5的角加速度

五、对计算结果的分析

1、点F的速度在x方向的分量和在y方向的分量在大小上变化规律基本一致，在AB杆角位移在50°——100°是速度增加很快，其绝对速度增加也较快，从加速度的图像可以明显看出此时加速度增加迅速。

2、从图像可以看出AB杆转动一周，GF杆转动两周，而且其角速度变化较大，适合应用于要求杆件在不同阶段速度差异较大的场合。

杆件5的角速度在主动件角位移约为89°时取得最大值，角加速度在主动件角位移约为78°和101°时分别取得正向和负向最大值。

其角加速度变化规律不明显且起伏较大，这对杆件的冲击较大，应注意杆件的强度。