机械原理大作业1(10).pdf

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1、Harbin Institute of TechnologyHarbin Institute of Technology机械原理大作业一机械原理大作业一课程名称：机械原理设计题目：连杆机构运动分析院系：机电工程学院班级：设 计 者：学号：指导教师：设计时间：2014 年 6 月 6 日1 1、运动分析题目、运动分析题目在如图所示的干草压缩机中，已知：lAB=150mm,lBC=600mm,lCE=120mm,lCD=500mm,lEF=600mm,xD=400mm,yD=500mm,yF=600mm,曲柄1 作等速转动，其转速 n1=50r/min。求在一个运动循环中活塞5 的位移，速度和加速

2、度变化曲线。2 2、建立坐标系、建立坐标系建立以点 A 为原点的固定平面直角系1.各基本杆组的运动分析数学模型（1 1）原动件原动件 ABAB（级组）（级组）已知原动件 AB 的转角1=02原动件 AB 的角速度1=5/3rad/s原动件 AB 的角加速度1=0运动副 A 的位置坐标 xA=0 yA=0A 点与机架相连，即该点速度和加速度均为 0。运动副 A 的速度 vxA=0 vyA=0运动副 A 的加速度 axA=0 ayA=0原动件 AB 长度 lAB=150mm可求出运动副 B 的位置坐标 xB=xA+lABcos1yB=xA+lABsin1运动副 B 的速度 vxB=vxA-1 lA

3、B sin1 vyB=vyA+1 lAB cos1运动副 B 的加速度22axB=axA-1 lAB cos1-1lAB sin1ayB=ayA-1 lAB sin1+1lAB cos1（2 2）BCD BCD（RRRRRR级杆组）级杆组）由（1）知 B 点位置坐标、速度、加速度运动副 D 点位置坐标 xD=400mm yD=500D 点与机架相连，即该点速度和加速度均为 0。运动副 D 的速度 vxD=0 vyD=0运动副 D 的加速度 axD=0 ayD=0杆 BC 长 lBC=600mm杆 CD 长 lC=500mm可求得 BC 杆相对于 X 轴正方向转角2=2arctan2202000

4、00CD 杆相对于 x 轴正方向转角 3=arctan2222其中 A0=2lBC（xD-xB）,B0=2lBC（yD-yB）,C0=,=()2(）2求导可得 BC 杆2、2和 CD 杆3、3。则运动副 C 的位置坐标 xC=xB+lBCcos2yC=xB+lBCsin2最后求导得 vXc、vyC以及 axC、ayC。（3 3）构件）构件 2 2 上上 E E 点的运动点的运动仍然使用（1）中的方法分析。BE 为同一构件上的两点由（1）知B 点位置坐标、速度、加速度以及构件2 的转角、角速度和角加速度。可求出点 E 的位置坐标 xE=xB+lBEcos2yE=xB+lBEsin2点 E 的速度

5、 vxE=vxB2 lBE sin2 vyE=vyB+2 lBE cos2点 E 的加速度22axE=axB-2 lBE cos2-2lBE sin2ayE=aYB-2 lBE sin2+2lBE cos（4 4）FEFE（RRPRRP级杆组）级杆组）由（4）知 F 点置坐标、速度、加速度杆FE lFE=600mm导轨FG与x轴正方向夹角5=0由几何关系解出杆4与x轴正方向夹角4=arcsin（A0/lFE）+5其中A0=（xE-xG)sin(5)-(yE-yG)cos(5)得运动副F点位置坐标XF=xE+lFEcos(4)yF=yE+lEFsin(5)滑块F在导轨上的位移s=(xF-xG)/

6、cos(5)最后求导得vXF、vYF以及axF、ayF。2.编程程序段以下程序段采用MATLAB编写（1）用RR类模块求B点运动f1=0:pi/180:2*pi;%原动件AB杆转角范围02%w1=5*pi/3;%AB杆角速度%e1=0;%AB杆角加速度%xA=0;yA=0;vxA=0;vyA=0;axA=0;ayA=0;%运动副A位置、速度、加速度%l1=150;%杆AB长%xB=xA+cos(f1)*l1;%运动副B位置%yB=yA+sin(f1)*l1;vxB=vxA-w1*l1*sin(f1);%运动副B速度%vyB=vyA+w1*l1*cos(f1);axB=axA-w12*l1*co

7、s(f1)-e1*l1*sin(f1);%运动副B加速度%ayB=ayA-w12*l1*sin(f1)+e1*l1*cos(f1);plot(xB,yB)%绘出运动副B运动轨迹%（2）用RRR级杆组模块求C点运动xD=400;%运动副D位置、速度、加速度%yD=500;vxD=0;vyD=0;axD=0;ayD=0;l2=600;%杆BC长%l3=500;%杆CD长%LBD=realsqrt(xD-xB).2+(yD-yB).2);%BD间距离%A0=2*l2*(xD-xB);B0=2*l2*(yD-yB);C0=l22+LBD.2-l32;f2=2*atan(B0+1*realsqrt(A0

8、.2+B0.2-C0.2)./(A0+C0);%杆BC转角%xC=xB+l2*cos(f2);%运动副C位置%yC=yB+l2*sin(f2);f3=atan(yC-yD)./(xC-xD)+pi;%杆CD转角%C2=l2*cos(f2);S2=l2*sin(f2);C3=l3*cos(f3);S3=l3*sin(f3);G1=C2.*S3-C3.*S2;w2=(C3.*(vxD-vxB)+S3.*(vyD-vyB)./G1;%杆BC角速度%w3=(C2.*(vxD-vxB)+S2.*(vyD-vyB)./G1;%杆CD角速度%vxC=vxB-l2*w2.*sin(f2);%运动副C速度%vy

9、C=vxB+l2*w2.*cos(f2);G2=axD-axB+w2.2.*C2-w3.2.*C3;G3=ayD-ayB+w2.2.*S2-w3.2.*S3;e2=(G2.*C3+G3.*S3)./G1;%杆BC角加速度%e3=(G2.*C2+G3.*S2)./G1;%杆CD角加速度%axC=axB-l2*e2.*sin(f2)-l2*w2.2.*cos(f2);%运动副C加速度%ayC=ayB+l2*e2.*cos(f2)-l2*w2.2.*sin(f2);plot(xC,yC)%绘出运动副C运动轨迹%（3）用RR类模块求构件2上E点的运动lBE=480;%杆BE长%xE=xB+lBE*co

10、s(f2);%E位置、速度、加速度%yE=yB+lBE*sin(f2);vxE=vxB-lBE*w2.*sin(f2);vyE=vyB+lBE*w2.*cos(f2);axE=axB-lBE*w2.2.*cos(f2)-lBE*e2.*sin(f2);ayE=ayB-lBE*w2.2.*sin(f2)+lBE*e2.*cos(f2);plot(xE,yE)%绘出点E运动轨迹%（4）用 RRP级杆组模块求 F 点的运动xG=-100;yG=600;l4=600;%杆FE长%f5=0;%导轨FG与x轴正方向夹角%A0=(xE-xG)*sin(f5)-(yE-yG)*cos(f5);f4=asin(

11、A0/l4)+f5;%杆FE转角%xF=xE-l4*cos(f4);%运动副F位置%yF=yE+l4*sin(f4);s=(xF-xG)/cos(f5);%滑块在导轨上距G点的位移%Q1=-vxE;Q2=-vyE;Q3=l4*sin(f4)*sin(f5)+l4*cos(f4)*cos(f5);w4=(-Q1*sin(f5)+Q2*cos(f5)/Q3;%杆EF角速度%vxF=vxE+l4*w4.*(-sin(f4);%运动副F速度%vyF=vyE+l4*w4.*cos(f4);vF=vxF*cos(f5)+vyF*sin(f5);%滑块沿导轨运动速度%Q4=-axE+l4*w4.2*cos(

12、f4);Q5=-ayE+l4*w4.2.*sin(f4);e4=(-Q4*sin(f5)+Q5*cos(f5)/Q3;%杆EF角加速度%axF=axE+l4*e4*(-sin(f4)+l4*w4.2.*(-cos(f4);%运动副F加速度%ayF=axE+l4*e4*cos(f4)+l4*w4.2.*(-sin(f4);aF=axF*cos(f5)+ayF*sin(f5);%滑块沿导轨运动加速度%f=f1/pi*180;figure(1);plot(f,s)%绘出滑块在导轨上的位移-时间曲线%figure(2);plot(f,vF/1000)%绘出滑块在导轨上的速度-时间曲线%figure(3);plot(f,aF/1000)%绘出滑块在导轨上的加速度-时间曲线%滑块F的位移、速度、加速度。（图为原动件旋转一周内的变化曲线）滑块F位移曲线；f/角度滑块F速度曲线；f/角度滑块F加速度曲线；f/角度