機械原理課程設計zdp,機械,原理,課程設計,zdp 課 程 設 計 書 機械原理課程設計 任務書 題目：連桿機構(gòu)設計B4-b 設計參數(shù) 轉(zhuǎn)角關(guān)系的期望函數(shù) 連架桿轉(zhuǎn)角范圍 計算間隔 設計計算 手工 編程 確定：a,b,c,d四桿的長度，以及在一個工作循環(huán)內(nèi)每一計算間隔的轉(zhuǎn)角偏差值 60° 85° 2° 0.5° y=㏑x(1≦x≦2) 設計要求： 1.用解析法按計算間隔進行設計計算； 2.繪制3號圖紙1張，包括： (1)機構(gòu)運動簡圖； (2)期望函數(shù)與機構(gòu)實現(xiàn)函數(shù)在計算點處的對比表； (3)根據(jù)對比表繪制期望函數(shù)與機構(gòu)實現(xiàn)函數(shù)的位移對比圖； 3.設計說明書一份； 4.要求設計步驟清楚，計算準確。說明書規(guī)范。作圖要符合國家標。按時獨立完成任務。 目錄 第1節(jié) 平面四桿機構(gòu)設計 3 1.1連桿機構(gòu)設計的基本問題 3 1.2作圖法設計四桿機構(gòu) 3 1.3 解析法設計四桿機構(gòu) 3 第2節(jié) 設計介紹 5 2.1按預定的兩連架桿對應位置設計原理 5 2.2 按期望函數(shù)設計 6 第3節(jié) 連桿機構(gòu)設計 8 3.1連桿機構(gòu)設計 8 3.2變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺 8 3.3確定結(jié)點值 8 3.4 確定初始角、 9 3.5 桿長比m,n,l的確定 13 3.6 檢查偏差值 13 3.7 桿長的確定 13 3.8 連架桿在各位置的再現(xiàn)函數(shù)和期望函數(shù)最小差值的確定 15 總結(jié) 18 參考文獻 19 附錄 20 第1節(jié) 平面四桿機構(gòu)設計 1.1連桿機構(gòu)設計的基本問題 連桿機構(gòu)設計的基本問題是根據(jù)給定的要求選定機構(gòu)的型式，確定各構(gòu)件的尺寸，同時還要滿足結(jié)構(gòu)條件（如要求存在曲柄、桿長比恰當?shù)龋?、動力條件（如適當?shù)膫鲃咏堑龋┖瓦\動連續(xù)條件等。 根據(jù)機械的用途和性能要求的不同，對連桿機構(gòu)設計的要求是多種多樣的，但這些設計要求可歸納為以下三類問題： (1)預定的連桿位置要求； (2)滿足預定的運動規(guī)律要求； (3)滿足預定的軌跡要求; 連桿設計的方法有：解析法、作圖法和實驗法。 1.2作圖法設計四桿機構(gòu) 對于四桿機構(gòu)來說，當其鉸鏈中心位置確定后，各桿的長度 也就確定了。用作圖法進行設計，就是利用各鉸鏈之間相對運動 的幾何關(guān)系，通過作圖確定各鉸鏈的位置，從而定出各桿的長度。 根據(jù)設計要求的不同分為四種情況 ： (1) 按連桿預定的位置設計四桿機構(gòu) (2) 按兩連架桿預定的對應角位移設計四桿機構(gòu) (3) 按預定的軌跡設計四桿機構(gòu) (4) 按給定的急回要求設計四桿機構(gòu) 1.3 解析法設計四桿機構(gòu) 在用解析法設計四桿機構(gòu)時，首先需建立包含機構(gòu)各尺度參數(shù)和運動變量在內(nèi)的解析式，然后根據(jù)已知的運動變量求機構(gòu)的尺度參數(shù)?，F(xiàn)有三種不同的設計要求，分別是： (1) 按連桿預定的連桿位置設計四桿機構(gòu) (2) 按預定的運動軌跡設計四桿機構(gòu) (3) 按預定的運動規(guī)律設計四桿機構(gòu) 1) 按預定的兩連架桿對應位置設計 2) 按期望函數(shù)設計 本次連桿機構(gòu)設計采用解析法設計四桿機構(gòu)中的按期望函數(shù)設計。下面在第2節(jié)將對期望函數(shù)設計四桿機構(gòu)的原理進行詳細的闡述。 第2節(jié) 設計介紹 2.1按預定的兩連架桿對應位置設計原理 如下圖所示： 設要求從動件3與主動件1的轉(zhuǎn)角之間滿足一系列的對應位置關(guān)系,即=i=1, 2,… ,n其函數(shù)的運動變量為由設計要求知、為已知條件。有為未知。又因為機構(gòu)按比例放大或縮小，不會改變各機構(gòu)的相對角度關(guān)系，故設計變量應該為各構(gòu)件的相對長度，如取d/a=1 , b/a=l c/a=m , d/a=n 。故設計變量l、m、n以及、的計量起始角、共五個。如圖所示建立坐標系Oxy，并把各桿矢量向坐標軸投影，可得 2-1 為消去未知角，將上式 兩端各自平方后相加，經(jīng)整理可得 令=m, =-m/n, =,則上式可簡化為： 2-2 式 2-2 中包含5個待定參數(shù)、、、、及，故四桿機構(gòu)最多可以按兩連架桿的5個對應位置精度求解。 2.2 按期望函數(shù)設計 如上圖所示，設要求設計四桿機構(gòu)兩連架桿轉(zhuǎn)角之間實現(xiàn)的函數(shù)關(guān)系 (成為期望函數(shù))，由于連架桿機構(gòu)的待定參數(shù)較少，故一般不能準確實現(xiàn)該期望函數(shù)。設實際實現(xiàn)的函數(shù)為月(成為再現(xiàn)函數(shù))，再現(xiàn)函數(shù)與期望函數(shù)一般是不一致的。設計時應該使機構(gòu)的再現(xiàn)函數(shù)盡可能逼近所要求的期望函數(shù)。具體作法是：在給定的自變量x的變化區(qū)間到內(nèi)的某點上，使再現(xiàn)函數(shù)與期望函數(shù)的值相等。從幾何意義上與兩函數(shù)曲線在某些點相交。 這些點稱為插值結(jié)點。顯然在結(jié)點處： 故在插值結(jié)點上，再現(xiàn)函數(shù)的函數(shù)值為已知。這樣，就可以按上述方法來設計四桿機構(gòu)。這種設計方法成為插值逼近法。 在結(jié)點以外的其他位置，與是不相等的，其偏差為 偏差的大小與結(jié)點的數(shù)目及其分布情況有關(guān)，增加插值結(jié)點的數(shù)目，有利于逼近精度的提高。但結(jié)點的數(shù)目最多可為5個。至于結(jié)點位置分布，根據(jù)函數(shù)逼近理論有 2-3 試中i=1,2, … ,3,n為插值結(jié)點數(shù)。 本節(jié)介紹了采用期望函數(shù)設計四桿機構(gòu)的原理。那么在第3節(jié)將 具體闡述連桿機構(gòu)的設計。 第3節(jié) 連桿機構(gòu)設計 3.1連桿機構(gòu)設計 設計參數(shù)表 轉(zhuǎn)角關(guān)系的期望函數(shù) 連架桿轉(zhuǎn)角范圍 計算間隔 設計計算 手工 編程 確定：a,b,c,d四桿的長度，以及在一個工作循環(huán)內(nèi)每一計算間隔的轉(zhuǎn)角偏差值 60° 85° 2° 0.5° y=㏑x(1≦x≦2) 注：本次采用編程計算,計算間隔0.5° 3.2變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺 根據(jù)已知條件y=㏑x(1≦x≦2)為鉸鏈四桿機構(gòu)近似的實現(xiàn)期望函數(shù)， 設計步驟如下： （1）根據(jù)已知條件,,可求得，。 （2）由主、從動件的轉(zhuǎn)角范圍=60°、=85°確定自變量和函數(shù)與轉(zhuǎn)角之間的比例尺分別為： 3—1 3.3確定結(jié)點值 設取結(jié)點總數(shù)m=3，由式2-3可得各結(jié)點處的有關(guān)各值如表(3-1)所示。 表（3-1） 各結(jié)點處的有關(guān)各值 1 1.067 0.065 4.02° 7.97° 2 1.500 0.405 30.0° 49.68° 3 1.933 0.659 55.98° 80.83° 3.4 確定初始角、 通常我們用試算的方法來確定初始角、,而在本次連桿設計中將通過編程試算的方法來確定。具體思路如下： 任取、，把、取值與上面所得到的三個結(jié)點處的、的值代入P134式8-17 從而得到三個關(guān)于、、的方程組，求解方程組后得出、、，再令=m, =-m/n, =。然 求得后m,n,l的值。由此我們可以在機構(gòu)確定的初始值條件下找 到任意一位置的期望函數(shù)值與再現(xiàn)函數(shù)值的偏差值。當 時，則視為選取的初始、角度滿足機構(gòu)的運動要求。 具體程序如下： #include #include #define PI 3.1415926 #define t PI/180 void main() { int i; float p0,p1,p2,a0,b0,m,n,l,a5; float A,B,C,r,s,f1,f2,k1,k2,j; float u1=1.0/60,u2=0. 93/685,x0=1.0,y0=0.0; float a[3],b[3],a1[6],b1[3]; FILE *p; if((p=fopen("d:\\zdp.txt","w"))==NULL) { printf("can't open the file!"); exit(0); } a[0]=4.02; a[1]=30; a[2]=55.98; b[0]=7.97; b[1]=49.68; b[2]=80.83; printf("please input a0: \n"); scanf("%f",&a0); printf("please input b0: \n"); scanf("%f",&b0); for(i=0;i<3;i++) { a1[i]=cos((b[i]+b0)*t); a1[i+3]=cos((b[i]+b0-a[i]-a0)*t); b1[i]=cos((a[i]+a0)*t); } p0=((b1[0]-b1[1])*(a1[4]-a1[5])-(b1[1]-b1[2])*(a1[3]-a1[4]))/ ((a1[0]-a1[1])*(a1[4]-a1[5])-(a1[1]-a1[2])*(a1[3]-a1[4])); p1=(b1[0]-b1[1]-(a1[0]-a1[1])*p0)/(a1[3]-a1[4]); p2=b1[0]-a1[0]*p0-a1[3]*p1; m=p0; n=-m/p1; l=sqrt(m*m+n*n+1-2*n*p2); printf("p0=%f,p1=%f,p2=%f,m=%f,n=%f,l=%f\n",p0,p1,p2,m,n,l); fprintf(p,"p0=%f,p1=%f,p2=%f,m=%f,n=%f,l=%f\n",p0,p1,p2,m,n,l); printf("\n"); fprintf(p,"\n"); for(i=0;i<5;i++) {printf("please input one angle of fives(0--60): "); scanf("%f",&a5); printf("when the angle is %f\n",a5); fprintf(p,"when the angle is %f\n",a5); A=sin((a5+a0)*t); B=cos((a5+a0)*t)-n; C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos((a5+a0)*t)/m; j=x0+u1*a5; printf("A=%f,B=%f,C=%f,j=%f\n",A,B,C,j); s=sqrt(A*A+B*B-C*C); f1=2*(atan((A+s)/(B+C)))/(t)-b0; f2=2*(atan((A-s)/(B+C)))/(t)-b0; r=(log(j)-y0)/u2; k1=f1-r; k2=f2-r; printf("r=%f,s=%f,f1=%f,f2=%f,k1=%f,k2=%f\n",r,s,f1,f2,k1,k2); fprintf(p,"r=%f,s=%f,f1=%f,f2=%f,k1=%f,k2=%f\n",r,s,f1,f2,k1,k2); printf("\n\n"); fprintf(p,"\n\n"); } } 結(jié)合課本P135，試取=86°，=24°時： 程序運行及其結(jié)果為: p0=0.601242,p1=-0.461061,p2=-0.266414,m=0.601242,n=1.304040,l=1.938257 when the angle is 0.000000 r=0.000000,s=1.409598,f1=-125.595070,f2=-0.296147,k1=-125.595070,k2=-0.296147 when the angle is 4.020000 r=7.954308,s=1.538967,f1=-130.920624,f2=7.970002,k1=-138.874939,k2=0.015694 when the angle is 30.000000 r=49.732372,s=1.924767,f1=-152.252411,f2=49.680004,k1=-201.984787,k2=-0.052368 when the angle is 55.980000 r=80.838707,s=1.864505,f1=-161.643921,f2=80.830002,k1=-242.482635,k2=-0.008705 when the angle is 60.000000 r=85.018051,s=1.836746,f1=-162.288574,f2=84.909149,k1=-247.306625,k2=-0.108902 由程序運行結(jié)果可知:當取初始角=86°、=24°時(=k1(k2))所以所選初始角符合機構(gòu)的運動要求。 3.5 桿長比m,n,l的確定 由上面的程序結(jié)果可得m=0.601242， n=1.304040, l=1.938257。 3.6 檢查偏差值 對于四桿機構(gòu),其再現(xiàn)的函數(shù)值可由P134式8-16求得 3-2 式中: A=sin() ； B=cos()-n ; C=- ncos()/m 按期望函數(shù)所求得的從動件轉(zhuǎn)角為 3-3 則偏差為 若偏差過大不能滿足設計要求時,則應重選計量起始角 、以及主、從動件的轉(zhuǎn)角變化范圍、等，重新進行設計。同樣由上面的程序運行結(jié)果得出每一個取值都符合運動要求，即 ： =k1(k2)) ( 3.7 桿長的確定 根據(jù)桿件之間的長度比例關(guān)系m，n，l和這樣的關(guān)系式b/a=l c/a=m d/a=n確定各桿的長度，當選取主動桿的長度后，其余三桿長的度隨之可以確定；在此我們假設主動連架桿的長度為 a=50 ,則確定其余三桿的長度由下面的程序確定: #include #include #include void main() { float a=50,b,c,d; float m=0.601242,n=1.304040,l=1.938257; FILE *p; if((p=fopen("d:\\zdp.txt","w"))=NULL) { printf("can't open the file!"); exit(0); } b=l*a; c=m*a; d=n*a; printf("a=%f\nb=%f\nc=%f\nd=%f\n",a,b,c,d); fprintf(p,"a=%f\nb=%f\nc=%f\nd=%f\n",a,b,c,d); fclose(p); } 運行結(jié)果為: a=50.000000 b=96.912849 c=30.062099 d=65.201996 3.8 連架桿在各位置的再現(xiàn)函數(shù)和期望函數(shù)最小差值的確定 如下面的程序: #include #include #include #define PI 3.1415926 #define t PI/180 void main() { float a0=86,b0=24,m=0.601242,n=1.304040,l=1.938257; float A,B,C,s,j,k1,k2,k; float x0=1.0,y0=0.0,u1=1.0/60,u2=0.693/85 ; float x[130],y1[130],y2[130],a1[130],f1[130],f2[130],r[130]; int i; FILE *p; if((p=fopen("d:\\zdp.txt","w"))==NULL) { printf("can't open the file! "); exit(0); } printf(" i a1[i] f1[i] r[i] k x[i] y1[i] y2[i]\n\n"); fprintf(p," i a1[i] f1[i] r[i] k x[i] y1[i] y2[i]\n\n"); for(i=0; a1[i]<=60;i++) { a1[0]=0; A=sin((a1[i]+a0)*t); B=cos((a1[i]+a0)*t)-n; C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos((a1[i]+a0)*t)/m; j=x0+u1*a1[i]; s=sqrt(A*A+B*B-C*C); f1[i]=2*(atan((A+s)/(B+C)))/(t)-b0; f2[i]=2*(atan((A-s)/(B+C)))/(t)-b0; r[i]=(log(j)-y0)/u2; k1=f1[i]-r[i]; k2=f2[i]-r[i]; x[i]=a1[i]*u1+x0; y2[i]=log(x[i]); if(abs(k1)

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