封面11机械原理课程设计.docx
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封面11机械原理课程设计
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：
装备1101
姓名：
刘挺
学号：
20111231
指导教师：
成绩：
2013年10月31日
码头吊车机构的设计及分析
一、题目说明
图示为某码头吊车机构简图。
它是由曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联成的。
已知：
lo1x=2.86m,lo1y=4m,lo4x=5.6m,lo4y=8.1m,l3=4m,l3'=28.525m,a3'=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O1A的转速n3=1.1r/min；要求K点的运动轨迹近似水平。
二、O3C的摆动范围的确定
对双摇杆机构O3CDO4进行运动分析，以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的摆动范围。
②
6
3
（1）机构分析
（2）对主动件
进行运动分析bark
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
对由
、
构件组成的RRR杆组进行运动分析rrrk。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
4
2
3
3
2
r34
r23
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求5点的竖直运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
6
2
0.0
r26
gam8
t
w
e
p
vp
ap
（3）程序：
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;
doubler12,r34,r23,r26,gam1,gam8;
doublepi,dr;
char*m[]={"p","vp","ap"};
inti;
FILE*fp;
r12=28.525;r23=3.625;r34=25.15;r26=8.35;gam1=176.0;w[1]=10.0;del=1.0;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;p[4][1]=5.6;;p[4][2]=8.1;
pi=4.0*atan（1.0）;
dr=pi/180.0;
gam8=gam1*dr;
printf（"\nTheKinematicParametersofPoint6\n"）;
printf（"NoTHETA1S6V6A6\n"）;
printf（"degmm/sm/s/s\n"）;
if（（fp=fopen（"file1","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint6\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETA1S6V6A6\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[1]=（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（2,0,6,2,0.0,r26,gam8,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[6][2],vp[6][2],ap[6][2]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[6][2],vp[6][2],ap[6][2]）;
pdraw[i]=p[6][2];
vpdraw[i]=vp[6][2];
apdraw[i]=ap[6][2];
if（（i%10）==0）{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m）;
}
（4）运算结果：
TheKinematicParametersofPoint6
NoTHETA1S6V6A6
degmm/sm/s/s
1~18（0~91.000）不符合要求
19~92不可装配
9392.00029.651-2209.503-5317462.169
9493.00020.156-82.961163184.532
9594.00020.12716.76119371.329
9695.00020.17635.4545327.691
9796.00020.24440.5271159.170
9897.00020.31540.850-567.160
9998.00020.38539.050-1402.597
10099.00020.45136.182-1838.861
101100.00020.51132.748-2071.488
102101.00020.56529.016-2190.293
103102.00020.61225.142-2240.845
104103.00020.65321.219-2247.976
105104.00020.68617.312-2225.936
106105.00020.71313.461-2183.196
107106.00020.7339.700-2124.891
108107.00020.7476.051-2054.130
109108.00020.7552.536-1972.736
110109.00020.756-0.829-1881.669
111110.00020.752-4.027-1781.276
112111.00020.742-7.042-1671.440
113112.00020.727-9.856-1551.656
114113.00020.708-12.452-1421.068
115114.00020.684-14.809-1278.470
116115.00020.656-16.906-1122.280
117116.00020.625-18.718-950.477
118117.00020.591-20.214-760.521
119118.00020.555-21.360-549.216
120119.00020.517-22.116-312.528
121120.00020.478-22.433-45.326
122121.00020.439-22.253258.995
123122.00020.401-21.503609.046
124123.00020.364-20.0941016.243
125124.00020.331-17.9131496.007
126125.00020.302-14.8172069.627
127126.00020.280-10.6172767.255
128127.00020.266-5.0603632.898
129128.00020.2632.2004733.123
130129.00020.27511.6586173.097
131130.00020.30624.0458128.137
132131.00020.36140.50710911.188
133132.00020.45062.95715133.465
134133.00020.58694.92122146.945
135134.00020.791143.85035549.088
136135.00021.109229.57468384.608
137~333（136.000~332.000）不可装配334~361（333.000~360.000）不符合要求
（5）K点坐标位置，速度，加速度线图
三、按O3C的摆动范围设计曲柄摇杆机构O1ABO3
由数据分析可知，K点在93°至134°之间为近似水平运动，O3C所以的摆角范围是93°至134°。
计算程序如下：
#include"math.h"
#include"stdio.h"
main（）
{
staticdoublepi,dr,l1,l2,gam6,gam1,gam2,gam3,gam4,gam5,a,b,c,d,e,f;
a=4.0;b=2.86;c=4.0;gam1=25.0;gam2=93.0;gam3=134.0；gam6=atan2（c,b）;
pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;
gam4=（gam2-gam1）*dr-gam6;gam5=（gam3-gam1）*dr-gam6;
d=sqrt（b*b+c*c）;e=sqrt（a*a+d*d-2*a*d*cos（gam4））;
f=sqrt（a*a+d*d-2*a*d*cos（gam5））;l1=（f-e）/2;l2=（f+e）/2;
printf（"\nl1=%6.3fl2=%6.3f",l1,l2）;
}输出结果：
l1=1.388l2=2.780
④
四、对整个机构进行运动分析，并绘出K点水平方向的位移、速度和加速度线图。
⑤
②
①
8
7
6
5
4
2
1
（1）机构分析
③
3
（2）对主动件
进行运动分析bark
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
对
组成的RRR杆组进行运动分析rrrk
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
4
2
3
3
2
r34
r23
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求5点运动参数bark
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
5
3
0.0
r45
gam7
t
w
e
p
vp
ap
对
组成的RRR杆组进行运动分析rrrk
形式参数
m
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
5
8
7
4
5
r57
R78
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求6点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
6
4
0.0
r56
gam8
t
w
e
p
vp
ap
（3）程序：
由于从右极限位置开始，则有1构件起始位置角度可计算得到为12，计算如下：
根据余弦定理，cosA=（4*4+1.39*1.39-4*4-2.86）/（2*4*1.39）解得：
A=124
所以有角为124-[180-（93-25）]=12
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;
doubler12,r23,r34,r45,r56,r57,r78,gam1,gam2,gam7,gam8，pi,dr;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"p","vp","ap"};r12=1.39;r23=2.78;r34=4.0;r45=28.525;r56=8.35;r57=3.625;r78=25.15;
r56=8.35;gam1=25;gam2=176;w[1]=0.115;e[1]=0.0;del=10.0;
p[4][1]=0.0;p[4][2]=0.0;p[1][1]=2.86;p[1][2]=4.0;p[8][1]=5.6;p[8][2]=8.1;
pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;
gam7=gam1*dr;gam8=gam2*dr;
printf（"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
printf（"NoTHETA1S6V6A6\n"）;
printf（"degmm/sm/s/s\n"）;
if（（fp=fopen（"file1","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETA1S6V6A6\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;
ic=（int）（360/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[1]=（i*del+12）*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,gam7,t,w,e,p,vp,ap）;
rrrk（1,5,8,7,4,5,r57,r78,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（5,0,6,4,0.0,r56,gam8,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[6][1],vp[6][1],ap[6][1]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[6][1],vp[6][1],ap[6][1]）;
pdraw[i]=p[6][1];vpdraw[i]=vp[6][1];apdraw[i]=ap[6][1];
if（（i%10）==0）{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m）;
}
（4）运行结果：
TheKinematicParametersofPoint5
NoTHETA1S6V6A6
degmm/sm/s/s
112.000-0.8250.008-0.367
222.000-1.227-0.513-0.281
332.000-2.280-0.850-0.180
442.000-3.759-1.091-0.144
552.000-5.573-1.294-0.122
662.000-7.667-1.458-0.093
772.000-9.972-1.572-0.056
882.000-12.407-1.627-0.017
992.000-14.882-1.6250.019
10102.000-17.313-1.5710.052
11112.000-19.627-1.4710.080
12122.000-21.757-1.3310.104
13132.000-23.649-1.1570.125
14142.000-25.254-0.9520.144
15152.000-26.527-0.7220.158
16162.000-27.438-0.4770.163
17172.000-27.976-0.2370.150
18182.000-28.169-0.0210.138
19192.000-28.0360.2050.167
20202.000-27.5150.4910.207
21212.000-26.5260.8140.212
22222.000-25.0561.1160.181
23232.000-23.1751.3480.123
24242.000-21.0131.4840.056
25252.000-18.7201.522-0.004
26262.000-16.4321.483-0.045
27272.000-14.2441.396-0.066
28282.000-12.2051.289-0.073
29292.000-10.3331.179-0.071
30302.000-8.6231.076-0.064
31312.000-7.0620.984-0.057
32322.000-5.6310.903-0.051
33332.000-4.3190.828-0.049
34342.000-3.1200.750-0.056
35352.000-2.0540.646-0.088
36362.000-1.2050.446-0.195
37372.000-0.8250.008-0.367
（5）K点水平方向的位移、速度和加速度线图：
④
10
五、进行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
（1）结构分析
7
6
③
5
②
⑤
①
9
8
3
2
1
110
4
（2）对主动件
进行运动分析bark
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
对
组成的RRR杆组进行运动分析rrrk
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
4
2
3
3
2
r34
r23
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求5点运动参数bark
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
5
3
0.0
r45
gam7
t
w
e
p
vp
ap
对
组成的RRR杆组进行运动分析rrrk
形式参数
m
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
5
8
7
4
5
r57
R78
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求6点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
6
4
0.0
r56
gam8
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求9点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
9
3
0.0
r49
gam9
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求10点的运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
10
4
0.0
r510
gam10
t
w
e
p
vp
ap
调用bark函数，求11点的运动参数
形式参数
n1
升级会员 