牛头刨床机构的设计及运动分析.docx
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牛头刨床机构的设计及运动分析
机械原理课程设计编写说明书
设计题目：
牛头刨床机构的设计及运动分析（01）
目录
1设计任务及要求……………………………………………
2数学模型的建立……………………………………………
3程序框图……………………………………………………
4程序清单及运行结果………………………………………
5设计总结……………………………………………………
6参考文献……………………………………………………
一、设计任务及要求
已知：
曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路X-X位于导杆端点B所作圆弧的平分线上，数据见下表：
设计内容
导杆机构的运动分析
单位
r/min
mm
符号
n2
lo2o4
lo2A
lo4B
lBC
lo4s4
数据
60
380
110
540
135
270
要求：
（1）作机构的运动简图
（2）用C语言编写主程序调用子程序，对机构进行运动分析，动态显示，并打印程序及运算结果。
（3）画出导轨4的角位移Ψ，角速度Ψ’，角加速度Ψ”。
二、数学模型
如图四个向量组成封闭四边形，于是有
按复数式可以写成
a（cosα+isinα）-b（cosβ+isinβ）+d（cosθ3+isinθ3）=0
（1）
由于θ3=90º，上式可化简为
a（cosα+isinα）-b（cosβ+isinβ）+id=0
（2）
根据
（2）式中实部、虚部分别相等得
acosα-bcosβ=0（3）
asinα-bsinβ+d=0（4）
（3）（4）联立解得
β=arctan
（5）
b=
（6）
将
（2）对时间求一阶导数得
ω2=β’=
ω1cos（α-β）（7）
υc=b’=-aω1sin（α-β）（8）
将
（2）对时间求二阶导数得
（9）ε3=β”=
[aε1cos（α-β）-aω
sin（α-β）-2υcω2]
ac=b”=-aε1sin（α-β）-aω
cos（α-β）+bω
（10）
ac即滑块沿杆方向的加速度，通常曲柄可近似看作均角速转动，则ε3=0。
三、程序框图
输入a,d,ω1,输入N
作循环，For（i=0;i=N;i++）
依次计算β，b,ω2,υc,ε2,ac
将计算的β，b,ω2,υc,ε2,ac结果分别存入数组或文件中
按格式输出所有计算结果
初始化图形系统
绘制直角坐标系
直角坐标系下分别绘出角位移、角速度、角加速度图象
4、程序清单及运算结果
#include"math.h"
#include"conio.h"
#include
#definePI3.1415926
#defineM0.017453/*M=PI/180*/
main（）
{intP1,i=0,j=0,P_1[71];
floatP_3[71],P_31[71],P_311[71];
floatP3,P31,P311,w3;
floats3,s31,s311;
FILE*f1;
if（（f1=fopen（"fdata.txt","w"））==NULL）
{printf（"fdata.txtfilecannotopen!
\n"）;
exit（0）;
}
clrscr（）;
printf（"jiaoduweiyisudujiaojiasudu\n"）;
for（P1=0;P1<360;P1+=5）
{i++;
if（i%12==0）
{getch（）;
printf（"jiaoduweiyisudujiaojiasudu\n"）;
}
if（P1>=0&&P1<90||P1>270&&P1<=360）
{P3=atan（（380+110*sin（P1*M））/（110*cos（P1*M）））;
P3/=M;
}
elseif（P1==90||P1==270）
{P3=90;}
elseif（P1>90&&P1<270）
{P3=PI+atan（（380+110*sin（P1*M））/（110*cos（P1*M）））;
P3/=M;
}
if（P3!
=90&&P3!
=270）
s3=110*cos（P1*M）/cos（P3*M）;
elseif（P3==90）
s3=440;
else
s3=240;
s31=-110*6.3*sin（（P1-P3）*M）;
P31=110*6.3*cos（（P1-P3）*M）/s3;
w3=P31;
P311=（6.3*6.3*110*sin（（P3-P1）*M））-2*w3*s31;
P_1[j]=P1;
P_3[j]=P3;
P_31[j]=P31;
P_311[j]=P311;
printf（"%d%6.4f%6.4f%6.4f\n",P_1[j],P_3[j],P_31[j],P_311[j]）;
fprintf（f1,"%d%6.4f%6.4f%6.4f\n",P_1[j],P_3[j],P_31[j],P_311[j]）;
}
j=j+1;
fclose（f1）;
}
（1）程序运行结果
Jiaoduweiyisudujiaojiasudu
073.85690.48713545.2410
574.29120.60563298.7236
1074.81520.71313056.4053
1575.42050.81052819.8806
2076.09930.89842590.1260
2576.84430.97752367.6550
3077.64871.04842152.6230
3578.50641.11161944.9271
4079.41141.16771744.2717
4580.35821.21721550.2241
5081.34171.26031362.2594
6083.40001.32931002.1545
6584.46581.3557828.7104
7085.55061.3771658.7670
7586.65031.3934491.6280
8087.76121.4051326.5978
8588.87931.4120162.9724
9090.00001.57500.0000
9591.12301.4120-162.8737
10092.24121.4051-326.4991
10593.35201.3934-491.5290
11094.45181.3771-658.6653
Jiaoduweiyisudujiaojiasudu
11595.53651.3558-828.6074
12096.60241.3294-1002.0498
12597.64521.2977-1179.6742
13098.66071.2604-1362.1470
13599.64431.2172-1550.1101
140100.59111.1678-1744.1528
145101.49611.1117-1944.8036
150102.35381.0484-2152.4961
155103.15830.9776-2367.5242
160103.90330.8985-2589.9907
165104.58210.8106-2819.7402
170105.18750.7132-3056.2615
180106.14590.4872-3545.0913
185106.48170.3571-3793.4160
190106.70950.2149-4040.1492
195106.81950.0600-4280.6279
200106.8013-0.1081-4508.6533
205106.6445-0.2892-4716.2061
210106.3388-0.4832-4893.1987
215105.8743-0.6891-5027.3159
220105.2423-0.9052-5104.0347
225104.4354-1.1291-5106.9404
230103.4489-1.3572-5018.4829
Jiaoduweiyisudujiaojiasudu
235102.2813-1.5845-4821.2866
240100.9355-1.8052-4500.0879
24599.4196-2.0119-4044.2471
25097.7478-2.1967-3450.5139
25595.9407-2.35162725.5784
26094.0251-2.4687-1887.6504
26592.0338-2.5418-966.4163
27090.0000-1.5750-0.3448
27587.9729-2.5419964.6959
28085.9814-2.46891886.0481
28584.0657-2.35182724.1545
29082.2584-2.19703449.3188
26592.0338-2.5418-966.4163
27090.0000-1.5750-0.3448
27587.9729-2.5419964.6959
28085.9814-2.46891886.0481
28584.0657-2.35182724.1545
29082.2584-2.19703449.3188
Jiaoduweiyisudujiaojiasudu
29580.5863-2.01224043.2969
30079.0701-1.80564499.3887
30577.7240-1.58504820.8208
31076.5561-1.35765018.2305
31575.5693-1.12965106.8682
32074.7621-0.90565104.1118
32574.1297-0.68955027.5117
33073.6649-0.48364893.4844
33573.3590-0.28964716.5571
34073.2019-0.10844509.0503
34573.18340.05974281.0542
35073.29320.21474040.5911
Jiaoduweiyisudujiaojiasudu
35573.52080.35693793.865
②导杆3的角位移的，角速度，角加速度曲线图的设计程序
#include
#include
#include
#definepi3.1415926
main（）
{floatw1=2*pi*60/60,M1=110,M6=380;
floatP3,P1,s3,w3,s31,s311;
intgd=DETECT,gmode,i;
initgraph（&gd,&gmode,""）;
clrscr（）;
for（P1=0;P1<=2*pi;P1+=1.0/1000*pi）
{if（P1>=0&&P1pi*1.5&&P1<=2*pi）
P3=atan（（M6+M1*sin（P1））/（M1*cos（P1）））;
elseif（P1==pi/2||P1==1.5*pi）
P3=pi/2;
else
P3=pi+atan（（M6+M1*sin（P1））/（M1*cos（P1）））;
if（P1!
=pi/2&&P1!
=1.5*pi）
s3=M1+M6;
elses3=M6-M1;
s31=-M1*w1*sin（P1-P3）;
w3=M1*w1*cos（P1-P3）/s3;
s3=sqrt（M1*M1+M6*M6+2*M1*M6*sin（P1））;
putpixel（100+P1*180/pi,60+s3*sin（P3）/2.5,5）;/*位移*/
line（100,200,500,200）;/*坐标系*/
line（495,205,500,200）;
line（495,195,500,200）;
line（100,10,100,350）;
line（95,15,100,10）;
line（105,15,100,10）;
putpixel（100+P1*180/pi,188+M1*w1*cos（P1-P3）/s3*30,6）;/*速度*/
putpixel（100+P1*180/pi,200+（w1*w1*
1*sin（P3-1）-2*w3*s31）/s3*6,4）;/*加速度*/
}
outtextxy（400,120,"v:
sudu"）;
outtextxy（220,230,"s:
weiyi"）;
outtextxy（400,300,"a:
jiasudu"）;
getch（）;
}
（2）程序运行结果图如下:
③导杆机构运动模拟程序：
#include
#include
#include
voidpist（floatx0,floaty0,floatl,floath,floattheta）;
voidpirot（floatx0,floaty0,floatl）;
voidsgd（）;
main（）
{intgd=DETECT,gmode,n;
initgraph（&gd,&gmode,""）;
for（n=1;n<=60;n++）
{setbkcolor（0）;
sgd（）;
}
getch（）;
}
/*摇块子程序*/
voidpist（floatx0,floaty0,floatl,floath,floattheta）
{floatx,y;
x=x0-cos（theta）*1/2+h/2*sin（theta）;
y=y0+1/2*sin（theta）+h/2*cos（theta）;
moveto（x,y）;
linerel（l*cos（theta）,-l*sin（theta））;
linerel（-h*sin（theta）,-h*cos（theta））;
linerel（-l*cos（theta）,l*sin（theta））;
lineto（x,y）;
}
/*支点子程序*/
voidpirot（floatx0,floaty0,floatl）
{floatpi=3.1415926;
floatx,y;
inti,n;
inth=4;
setcolor（3）;
circle（x0,y0,3）;
setcolor（150）;
x=x0-1/2;
y=y0+sin（pi/3）*l;
moveto（x0,y0）;
lineto（x,y）;
linerel（20,0）;
lineto（x0,y0）;
n=1/4;
for（i=0;i<=n;i++）
{moveto（x+i*h,y+h）;
lineto（x+（i+1）*h,y）;
}
}
/*连杆，摇块，导轨程序*/
voidsgd（）
{inti;
intx04,y04,x02,y02;
intl04b=580;
intl02a=110;
floatxa,ya,xb,yb,l;
floatss,theta;
for（i=0;i<=59;i++）/*循环动画*/
{ss=i*0.1;
x04=380;x02=380;/*坐标计算*/
y04=320;y02=135;
xa=x02+l02a*cos（ss）;
ya=y02+l02a*sin（ss）;
l=sqrt（（xa-x04）*（xa-x04）+（ya-y04）*（ya-y04））;
xb=x04+（xa-x04）*l04b/l;
yb=y04+（ya-y04）*l04b/l;
theta=-atan（（ya-y04）/（xa-x04））;
setcolor（14）;
cleardevice（）;/*清屏*/
circle（xa+4,ya-8,3）;
setcolor
（2）;
line（x02,y02,xa+4,ya-8）;
line（xb,yb,x04,y04）;
setcolor（9）;
pirot（x02,y02,16）;/*画支点Xo4,Xo2*/
pirot（x04,y04,16）;
pist（xa,ya,20,10,theta）;
delay（250）;
}
}
（3）程序运行结果图如下：
5、设计总结：
通过这次课程设计，我对机械设计和制造有了深入的了解，对机械设计的有了更深入的了解。
本次设计使我对导杆机构的设计.加工有了一个初步的认识。
在设计过程中让我了解用解析法分析机构的速度和加速度的步骤，了解用矢量方程解析法分析机构的位移、速度和加速度，了解了其运动特点，掌握平面四杆机构的运动特征及其设计的基本问题
在同学的热心帮助下，我的第一次课程设计终于完成了，在这次设计中，我学到了很多东西，了解了C语言的运用，知道了机械设计制造专业的的任务。
将来的发展方向，在设计过程中也发现了自己的许多不足之处，之后我会不断加强自己。
加强这方面的能力。
6、参考文献：
（1）谭浩强C程序设计（第二版）
（2）《机械原理》孙恒、陈作模，高等教育出版社，1995.8
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