2022年机械原理大作业一连杆机构参考例子 .pdf

连杆机构运动分析机械原理大作业课程名称：机械原理设计题目：机械原理大作业院系： 汽车工程学院车辆工程班级：1101201 姓名：。 。 。 。学号：。 。 。 。 。 。 。指导教师：游斌弟精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页连杆机构运动分析大作业 1 连杆机构运动分析1、运动分析题目如下图机构，已知机构各构件的尺寸为280mmAB,350mmBC,320mmCD,160mmAD，175mmBE220mmEF，25mmGx，80mmGy，构件 1 的角速度为110rad/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。图 12、对机构进行结构分析该机构由I 级杆组 RR 原动件1 、 II级杆组 RRR 杆 2、杆 3和 II级杆组 RPR 滑块 4 及杆 5组成。 I 级杆组 RR ，如图 2 所示； II 级杆组 RRR ，如图3 所示； II级杆组 RPR ，如图 4 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页连杆机构运动分析图 2 图 2 图 4 3、建立坐标系建立以点A为原点的固定平面直角坐标系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页连杆机构运动分析4、各基本杆组运动分析的数学模型（ 1）同一构件上点的运动分析：如图 5 所示的构件AB, 已知杆AB 的角速度=10/rad s， AB 杆长il=280mm, 可求得 B 点的位置Bx、By，速度xBv、yBv，加速度xBa、yBa。= cos =280cosBixl; = sin =280sinBiyl; 图 3 =-sin=-BxBiBdxvlydt；=cos=;ByBiBdyvlxdt222B2=-cos=-BxBid xalxdt；2222=-sin=-ByBiBd yalydt。图 4 （2） RRRII级杆组的运动分析如图 6 所示是由三个回转副和两个构件组成的II级组。已知两杆的杆长2l、3l和两个外运动副B、D的 位 置 Bx、By、Dx、Dy 、 速 度xByBxDyDvvvv、图 6 和加速度xByBxDyDaaaa、 。求内运动副C 的位置CCx 、y 、速度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 16 页连杆机构运动分析xCyCv 、v 、加速度xCyCa 、a以及两杆的角位置23、 、角速度23、和角加速度23、 。1位置方程33223322=+ cos=+cos=+ sin=+sinCDBCDBxxlxlyylyl为求解上式，应先求出2或3，将上式移相后分别平方相加，消去3得02020cos+sin-=0ABC式中：02=2(x -x )BDAl02=2 (-)BDBlyy222023=+-BDClll其中，22=(x -x) +(-)BDBDBDlyy。为保证机构的装配，必须同时满足23+BDlll和23-BDlll解三角方程式02020cos+sin-=0ABC可求得2220000200+B-C=2arctan+CBAA上式中，“+”表示 B、C、D 三个运动副为顺时针排列；“”表示B、C、D 为逆时针排列。将2代入33223322=+cos=+cos=+sin=+sinCDBCDBxxlxlyylyl中可求得CCxy、，而后即可求得3-=arctan-CDCDyyxx2）速度方程将 式33223322=+cos=+cos=+sin=+sinCDBCDBxxlxlyylyl对 时 间 求 导 可 得 两 杆 的 角 速 度23、为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 16 页连杆机构运动分析2313221=(x -x )+S (y -y ) /=(x -x )+S (y -y ) /BDjDBBDDBCGCG式中：12332=-GC S C S222222=cos,=sinClSl333333=cos,=sinClSl内运动副 C 点的速度CxCyvv、为2 223 332 223 33=-sin=-sin=y +cos=+cosCxBDCyBDvxlxlvlyl3）加速度方程两杆的角加速度23、为223331322321=G+/=G+/（CGS）G（CGS）G式中：22222332232233=-+-=-+-DBDBGxxCCGyySS内运动副 C 的加速度CxCyaa、为22 2222222 22222=-sin-cos=+cos-sinCxBCyBaxllayll（3）RPRII 级杆组的运动分析精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页连杆机构运动分析图 5 图 7 是由两个构件与两个外转动副和一个内移动副组成的RPRII级组。已 知G点 的 坐 标 yGGx 、 以 及F点 的 运 动 参 数yFFxFyFxFyFxvvaa、 ， 求杆 5 的角位移5、 角速度5、 角加速度5。5-y= arctan-FGFGyxx55=ddt2552=ddt5、计算编程程序流程：1）已知杆AB 的角速度和杆AB 的长度可求出B 点的运动参数；2）已知 B、D 两点的运动参数可求出C 点的运动参数及杆2、杆 3 的运动参数， 然后再通过同一构件上点的运动分析可求出F 点的运动参数， 从而求出 F点的轨迹；3）已知 F 点和 G 点的运动参数可求出杆5 的角位移、 角速度、 角加速度。4Matlab 程序yy1=yy/180*pi;% 转化为弧度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页连杆机构运动分析xb=280*cos(yy1);% 点 B 的 x 坐标yb=280*sin(yy1);% 点 B 的 y 坐标w=10;% 杆 AB 的角速度vxb=-w*yb;% 点 B 的速度在x 方向的分量vyb=w*xb;% 点 B 的速度在 y 方向的分量axb=-w*w*xb;% 点 B 的加速度在x 方向的分量ayb=-w*w*yb;% 点 B 的加速度在y 方向的分量xd=0;% 点 D 的 x 坐标yd=160;% 点 D 的 y 坐标vxd=0;% 点 D 的速度在x 方向的分量vyd=0;% 点 D 的速度在y 方向的分量axd=0;% 点 D 的加速度在x 方向的分量ayd=0;% 点 D 的加速度在y 方向的分量jbcd=ones(1,3601);% 给角 BCD 赋初值fdb=ones(1,3601);%? 给角 BD 赋初值li=350;% 杆 BC 的长度lj=320;% 杆 CD 的长度lbd=ones(1,3601);% 给 BD 赋初值fi=ones(1,3601);% 给杆 BC 的角位移赋初值fj=ones(1,3601);% 给杆 CD 的角位移赋初值xc=ones(1,3601);% 给点 Cx 坐标赋初值yc=ones(1,3601);% 给点 Cy 坐标赋初值ci=ones(1,3601);% 给中间变量赋初值cj=ones(1,3601);% 给中间变量赋初值wi=ones(1,3601);% 给杆 BC 的角速度赋初值wj=ones(1,3601);% 给杆 CD 的角速度赋初值ss=ones(1,3601);% 给 ss赋初值ffg=ones(1,3601);% 给构件 5 的角位移赋初值xg=-25;% 点 G 的 x 坐标yg=80;% 点 G 的 y 坐标vxg=0;% 点 G 的速度在x 方向的分量vyg=0;% 点 G 的速度在y 方向的分量axg=0;% 点 G 的加速度在x 方向的分量ayg=0;% 点 G 的加速度在y 方向的分量wgf=ones(1,3601);% 给杆 GF 的角速度赋初值%求角 BCD ，角 BD for m=1:3601 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页连杆机构运动分析lbd(1,m)=sqrt(xd-xb(1,m)2+(yd-yb(1,m)2); if (lbd(1,m)abs(lj-li) jbcd(1,m)=acos(li*li+lbd(1,m)*lbd(1,m)-lj*lj)/(2*li*lbd(1,m); elseif lbd(1,m)=(li+lj) jbcd(1,m)=0; elseif (lbd(1,m)=abs(lj-li)&(lilj) jbcd(1,m)=0; elseif (lbd(1,m)=abs(lj-li)&(lixb(1,m) & yd=yb(1,m) fdb(1,m)=atan(yd-yb(1,m)/(xd-xb(1,m); elseif (xd=xb(1,m) & ydyb(1,m) fdb(1,m)=pi/2; elseif (xd=yb(1,m) fdb(1,m)=atan(yd-yb(1,m)/(xd-xb(1,m)+pi; elseif (xd=xb(1,m)&ydxb(1,m)&ydyb(1,m) fdb(1,m)=atan(yd-yb(1,m)/(xd-xb(1,m)+2*pi; elseif (xdxb(1,m)&ydyb(1,m) fdb(1,m)=atan(yd-yb(1,m)/(xd-xb(1,m)+pi; end fi(1,m)=fdb(1,m)-jbcd(1,m);% 杆 BC 的角位移if fi(1,m)xd & yc(1,n)=yd) fj(1,n)=atan(yc(1,n)-yd)/(xc(1,n)-xd); elseif (xc(1,n)=xd & yc(1,n)yd) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页连杆机构运动分析fj(1,n)=pi/2; elseif (xc(1,n)=yd) fj(1,n)=atan(yc(1,n)-yd)/(xc(1,n)-xd)+pi; elseif (xc(1,n)xd & yc(1,n)yd) fj(1,n)=atan(yc(1,n)-yd)/(xc(1,n)-xd)+pi; elseif (xc(1,n)=xd & yc(1,n)xd & yc(1,n)xg & yf(1,i)=yg ffg(1,i)=atan(yf(1,i)-yg)/(xf(1,i)-xg); elseif xf(1,i)=xg & yf(1,i)yg ffg(1,i)=pi/2; elseif xf(1,i)=yg ffg(1,i)=atan(yf(1,i)-yg)/(xf(1,i)-xg)+pi; elseif xf(1,i)xg & yf(1,i)yg ffg(1,i)=atan(yf(1,i)-yg)/(xf(1,i)-xg)+pi; elseif xf(1,i)=xg & yf(1,i)xg & yf(1,i)yg ffg(1,i)=atan(yf(1,i)-yg)/(xf(1,i)-xg)+2*pi; end end %求杆 GF 的角速度for i=1:3601 if ss(1,i)=0 wgf(1,i)=0; else wgf(1,i)=(vyf(1,i)*cos(ffg(1,i)-vxf(1,i)*sin(ffg(1,i)/ss(1,i); end end %求杆 GF 的角加速度vss=vxf.*cos(ffg)+vyf.*sin(ffg); egf=(ayf.*cos(ffg)-axf.*sin(ffg)-2*vss.*wgf)./ss; %画图%plot(xf,yf,r) %plot(yy,xf,k-,yy,yf,r-) %plot(yy,vxf,k-,yy,vyf,r-) %plot(yy,axf,k-,yy,ayf,r-) %plot(yy,ffg,k-) %plot(yy,wgf,k-) plot(yy,egf,k-) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页连杆机构运动分析grid on% 画网格线6、计算结果1F 点的运动参数图 6 点 F 的运动轨迹-150-100-50050100-50050100150200250精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页连杆机构运动分析050100150200250300350400-150-100-50050100150200250图 7 点 F 的 x 坐标和 y 坐标随杆AB 角位移的变化050100150200250300350400-4000-3000-2000-100001000200030004000图 8 点 F 的速度在x 和 y 方向的分量随杆AB 的角位移的变化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页连杆机构运动分析05010015020025030035040050010001500200025003000350040004500图 9 点 F 的绝对速度随杆B 的角位移的变化050100150200250300350400-1-0.500.511.5x 105图 10 点 F 的加速度在x 和 y 方向的分量随杆AB 角位移的变化精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页连杆机构运动分析0501001502002503003504000246810121416x 104图 11 点 F 的绝对加速度随杆AB 角位移的变化对结果的分析：实线分别表示表示点F 的在 x 方向上的坐标、速度、加速度随 AB 角位移的变化，虚线表示其在y 方向上的坐标、速度、加速度随AB 角位移的变化。可以看出点F 的轨迹是一个封闭的类似于“8”字的图形。另外可以发现杆AB 旋转一周，点F 类似于转了两周。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）构件 5 的角位移、角速度、角加速度图 12 构件 5 的角位移05010015020025030035040001234567精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页连杆机构运动分析050100150200250300350400101520253035404550图 13 构件 5 的角速度050100150200250300350400-800-600-400-2000200400600图 14 构件 5 的角加速度结果分析： 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， 适合应用于要求在不同阶段速度差异较大的场合。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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页