2022年机械原理大作业一连杆机构参考例子 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 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：机械原理大作业名师归纳总结 院系： 汽车工程学院车辆工程第 1 页,共 16 页班级：1101201 姓名：；学号：；指导老师：游斌弟- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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AB 280mm , BC 350mm , CD 320mm , AD 160mm,BE 175mm EF 220mm,x G 25mm,y G 80mm,构件 1 的角速度为 1 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,并对运算结果进行分析；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,如图名师归纳总结 3 所示； II级杆组 RPR,如图 4 所示；第 2 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 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名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 x 、y ,速度 v xB、v yB,加速度 a xB、a yB；x B = cos =280cos i ; y B = sin =280sin ; 图 3 v xB=dxB=-lisin=-yB；B；dtv yB=dyB=licos=x B;2xdta xB=2 d x B=-2 licos=-dt2a yB=2 d y B=-2lisin=-2y Bdt2图 4 名师归纳总结 （2） RRRII级杆组的运动分析x 、yC、速 度第 4 页,共 16 页如图 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 x B、yB、xD、y D、 速 度v xB、vyB、v xD、v yD图 6 和加速度a xB、ayB、a xD、ayD；求内运动副C 的位置- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析v 、vyC、加速度a 、ayC以及两杆的角位置2、3、角速度2、3和角加速度2、3；1位置方程x C=x D+ cos3=xB+l2cos22-l23得y C= y D+ sin3=yB+l2sin2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A 0cos2+B 0sin2-C 0=0式中：A 0=2l2x -x B 0=2 y B-y DC 0=l22+lBD3其中,lBD=x -xD2 +yB-yD2；为保证机构的装配,必需同时满意lBDl2+l 和 3lBDl2-l302B、C、D 为解三角方程式A 0cos2+B 0sin2-C 0=0可求得2=2arctanB 0A 02+B02-CA 0+C0“ ” 表示上式中,“ +” 表示 B、C、D 三个运动副为顺时针排列；逆时针排列；将2代入x C=x D+l3cos3= x B+ l2cos2中可求得x C、y C,而后即可求得y C=y D+l 3sin3= y B+ l2sin23= arctany C-yDx C-xD2）速度方程名师归纳总结 将 式x C=x D+l3cos3=x B+l2cos2对 时 间 求 导 可 得 两 杆 的 角 速 度第 5 页,共 16 页y C=y D+l 3sin3=y B+l2sin22、3为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析2 = C 3 x -x +S y -y / G 13 = C 2 x -x +S y -y / G 1式中：G 1 = C S C S 2C 2 = l 2 cos 2 , S 2 = l 2 sin 2C 3 = l 3 cos 3 , S 3 = l 3 sin 3内运动副 C 点的速度 v Cx、v Cy 为v Cx = x B-2 2 l sin 2 = x D-3 3 l sin 3v Cy =y + 2 2 l cos 2 = y D + 3 3 l cos 33）加速度方程两杆的角加速度2、3为2式中：2=（G2C 3+G S）G 3 3 13=（G2C 2+G S）G 3 2 1G 2=x D-x B+22C 2-32C 3G 3=y D-y B+22S 2-32S 3内运动副 C 的加速度a Cx、a Cy为a Cx=xB-2 2 lsin2-22l2cosa Cy=yB+2 2 lcos2-22l2sin2（3）RPRII 级杆组的运动分析名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 x 、yG 以 及F点 的 运 动 参 数x F、yF、v xF、vyF、axF、ayF,求杆 5 的角位移5、角速度5、角加速度5；5= arctanyF-yGx F-xG5= d dt552 = ddt255、运算编程程序流程：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 点的轨迹；3）已知 F 点和 G 点的运动参数可求出杆 4Matlab 程序yy1=yy/180*pi;% 转化为弧度F 点的运动参数, 从而求出 F5 的角位移、 角速度、 角 加速度；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析xb=280*cosyy1;% 点 B 的 x 坐标 yb=280*sinyy1;% 点 B 的 y 坐标 w=10;% 杆 AB 的角速度 vxb=-w*yb;% 点 B 的速度在 x 方向的重量 vyb=w*xb;% 点 B 的速度在 y 方向的重量 axb=-w*w*xb;% 点 B 的加速度在 x 方向的重量 ayb=-w*w*yb;% 点 B 的加速度在 y 方向的重量 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 方向的重量 vyd=0;% 点 D 的速度在 y 方向的重量 axd=0;% 点 D 的加速度在 x 方向的重量 ayd=0;% 点 D 的加速度在 y 方向的重量 jbcd=ones1,3601;% 给角 BCD 赋初值 fdb=ones1,3601;%. 给角 BD 赋初值 li=350;% 杆 BC 的长度 lj=320;% 杆 CD 的长度 lbd=ones1,3601;% 给 BD 赋初值 fi=ones1,3601;% 给杆 BC 的角位移赋初值 fj=ones1,3601;% 给杆 CD 的角位移赋初值 xc=ones1,3601;% 给点 Cx 坐标赋初值 yc=ones1,3601;% 给点 Cy 坐标赋初值 ci=ones1,3601;% 给中间变量赋初值 cj=ones1,3601;% 给中间变量赋初值 wi=ones1,3601;% 给杆 BC 的角速度赋初值 wj=ones1,3601;% 给杆 CD 的角速度赋初值 ss=ones1,3601;% 给 ss赋初值 ffg=ones1,3601;% 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 方向的重量 vyg=0;% 点 G 的速度在 y 方向的重量 axg=0;% 点 G 的加速度在 x 方向的重量 ayg=0;% 点 G 的加速度在 y 方向的重量 wgf=ones1,3601;% 给杆 GF 的角速度赋初值%求角 BCD ,角 BD for m=1:3601 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析lbd1,m=sqrtxd-xb1,m2+yd-yb1,m2; if lbd1,m<li+lj&&lbd1,m>abslj-li jbcd1,m=acosli*li+lbd1,m*lbd1,m-lj*lj/2*li*lbd1,m; elseif lbd1,m=li+lj jbcd1,m=0; elseif lbd1,m=abslj-li&&li>lj jbcd1,m=0; elseif lbd1,m=abslj-li&&li<lj jbcd1,m=pi; end if xd>xb1,m && yd>=yb1,m fdb1,m=atanyd-yb1,m/xd-xb1,m; elseif xd=xb1,m && yd>yb1,m fdb1,m=pi/2; elseif xd<xb1,m&&yd>=yb1,m fdb1,m=atanyd-yb1,m/xd-xb1,m+pi; elseif xd=xb1,m&&yd<yb1,m fdb1,m=3*pi/2; elseif xd>xb1,m&&yd<yb1,m fdb1,m=atanyd-yb1,m/xd-xb1,m+2*pi; elseif xd<xb1,m&&yd<yb1,m fdb1,m=atanyd-yb1,m/xd-xb1,m+pi; end fi1,m=fdb1,m-jbcd1,m;% 杆 BC 的角位移 if fi1,m<0 fi1,m=fi1,m+2*pi; end end %求点 C 的坐标 xc=xb+li*cosfi; yc=yb+li*sinfi; for n=1:3601% 求杆 CD 的角位移 if xc1,n>xd && yc1,n>=yd fj1,n=atanyc1,n-yd/xc1,n-xd; elseif xc1,n=xd && yc1,n>yd 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析fj1,n=pi/2; elseif xc1,n<xd && yc1,n>=yd fj1,n=atanyc1,n-yd/xc1,n-xd+pi; elseif xc1,n<xd && yc1,n<yd fj1,n=atanyc1,n-yd/xc1,n-xd+pi; elseif xc1,n=xd && yc1,n<yd fj1,n=pi/2*3; elseif xc1,n>xd && yc1,n<=yd fj1,n=atanyc1,n-yd/xc1,n-xd+2*pi; end end ci=li*cosfi; cj=lj*cosfj; si=li*sinfi; sj=lj*sinfj; g1=ci.*sj-cj.*si; %求杆 BC、 CD 的角速度 wi=cj*vxd-cj.*vxb+sj*vxd-sj.*vyb./g1; wj=ci*vxd-ci.*vxb+si*vxd-si.*vyb./g1; g2=-axb+wi.2.*ci-wj.2.*cj; g3=-ayb+wi.2.*si-wj.2.*sj; %求杆 BC、 CD 的角加速度 ei=g2.*cj+g3.*sj./g1; ej=g2.*ci+g3.*si./g1; lbf=281.113856; ai=51.499/180*pi; fii=fi+ai*ones1,3601; %求点 F 的坐标、速度、加速度 xf=xb+lbf*cosfii; yf=yb+lbf*sinfii; vxf=vxb-lbf*wi.*sinfii; vyf=vyb+lbf*wi.*cosfii; axf=axb-lbf*wi.2.*cosfii-lbf*ei.*sinfii; ayf=ayb-lbf*wi.2.*sinfii-lbf*ei.*cosfii; 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析%求杆 GF 的角位移 for i=1:3601 ss1,i=sqrtxg-xf1,i2+yg-yf1,i2; if xf1,i>xg && yf1,i>=yg ffg1,i=atanyf1,i-yg/xf1,i-xg; elseif xf1,i=xg && yf1,i>yg ffg1,i=pi/2; elseif xf1,i<xg && yf1,i>=yg ffg1,i=atanyf1,i-yg/xf1,i-xg+pi; elseif xf1,i<xg && yf1,i<yg ffg1,i=atanyf1,i-yg/xf1,i-xg+pi; elseif xf1,i=xg && yf1,i<yg ffg1,i=3*pi/2; elseif xf1,i>xg && yf1,i<yg ffg1,i=atanyf1,i-yg/xf1,i-xg+2*pi; end end %求杆 GF 的角速度 for i=1:3601 if ss1,i=0 wgf1,i=0; else wgf1,i=vyf1,i*cosffg1,i-vxf1,i*sinffg1,i/ss1,i; end end %求杆 GF 的角加速度 vss=vxf.*cosffg+vyf.*sinffg; egf=ayf.*cosffg-axf.*sinffg-2*vss.*wgf./ss; %画图 %plotxf,yf,'r' %plotyy,xf,'k-',yy,yf,'r-' %plotyy,vxf,'k-',yy,vyf,'r-' %plotyy,axf,'k-',yy,ayf,'r-' %plotyy,ffg,'k-' %plotyy,wgf,'k-' plotyy,egf,'k-' 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析grid on% 画网格线6、运算结果 1F 点的运动参数图 6 点 F 的运动轨迹250200150100500名师归纳总结 -50-150-100-50050100第 12 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析250200150100500-50-100-150050100150200250300350400图 7 点 F 的 x 坐标和 y 坐标随杆AB 角位移的变化40003000200010000-1000-2000-3000名师归纳总结 -4000050100150200250300350400第 13 页,共 16 页图 8 点 F 的速度在x 和 y 方向的重量随杆AB 的角位移的变化- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析4500400035003000250020001500100050005501001502002503003504001.5x 10图 9 点 F 的肯定速度随杆B 的角位移的变化10.50-0.5-1050100150200250300350400名师归纳总结 图 10 点 F 的加速度在x 和 y 方向的重量随杆AB 角位移的变化第 14 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析16x 10414121086420050100150200250300350400图 11 点 F 的肯定加速度随杆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；另外可以发觉杆 AB 旋转一周,点 F 类似于转了两周；点 F 的速度在 x 方向的重量和在 y 方向的重量在大小上变化规律基本一样,在 AB 杆角位移在 50° 100°是速度增加很快, 其肯定速度增加也较快,速度增加快速；2）构件 5 的角位移、角速度、角加速度 7654321从加速度的图像可以明显看出此时加名师归纳总结 0050100150200250300350400第 15 页,共 16 页图 12 构件 5 的角位移- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 连杆机构运动分析504540353025201510050100150200250300350400图 13 构件 5 的角速度6004002000-200-400-600-800050100150200250300350400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,应留意杆件的强度；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 16 页