《机械原理课程设计按期望函数设计连杆机构b修订版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计按期望函数设计连杆机构b修订版.docx（30页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】机械原理课程设计按期望函数设计连杆机构b修订版机械原理课程设计任务书题目：连杆机构设计B3姓名：尹才华班级：机械设计制造及其自动化2010级车辆1班设计参数转角关系的期望函数连架杆转角范围计算间隔设计计算手工编程确定：a,b,c,d四杆的长度，以及在一个工作循环内每一计算间隔的转角偏差值459020.5y=lgx(1x2)设计要求：1.用解析法按计算间隔进行设计计算；2.绘制3号图纸1张，包括：(1)机构运动简图；(2)期望函数与机构实现函数在计算点处的对比表；(3)根据对比表绘制
2、期望函数与机构实现函数的位移对比图；3.设计说明书一份；4.要求设计步骤清楚，计算准确。说明书规范。作图要符合国家标。按时独立完成任务。目录第1节 平面四杆机构设计31.1连杆机构设计的基本问题31.2作图法设计四杆机构31.3 解析法设计四杆机构3第2节 设计介绍52.1按预定的两连架杆对应位置设计原理52.2 按期望函数设计6第3节 连杆机构设计83.1连杆机构设计83.2变量和函数与转角之间的比例尺83.3确定结点值83.4 确定初始角、93.5 杆长比m,n,l的确定133.6 检查偏差值133.7 杆长的确定133.8 连架杆在各位置的再现函数和期望函数最小差值的确定15总结18参考
3、文献19附录20第1节 平面四杆机构设计1.1连杆机构设计的基本问题 连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件（如要求存在曲柄、杆长比恰当等）、动力条件（如适当的传动角等）和运动连续条件等。 根据机械的用途和性能要求的不同，对连杆机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求可归纳为以下三类问题：(1)预定的连杆位置要求；(2)满足预定的运动规律要求；(3)满足预定的轨迹要求;连杆设计的方法有：解析法、作图法和实验法。1.2作图法设计四杆机构 对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对
4、运动的几何关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。根据设计要求的不同分为四种情况 ： (1) 按连杆预定的位置设计四杆机构 (2) 按两连架杆预定的对应角位移设计四杆机构(3) 按预定的轨迹设计四杆机构(4) 按给定的急回要求设计四杆机构1.3 解析法设计四杆机构 在用解析法设计四杆机构时，首先需建立包含机构各尺度参数和运动变量在内的解析式，然后根据已知的运动变量求机构的尺度参数。现有三种不同的设计要求，分别是：(1) 按连杆预定的连杆位置设计四杆机构(2) 按预定的运动轨迹设计四杆机构(3) 按预定的运动规律设计四杆机构1) 按预定的两连架杆对应位置设计2) 按期望函数设计本次连
5、杆机构设计采用解析法设计四杆机构中的按期望函数设计。下面在第2节将对期望函数设计四杆机构的原理进行详细的阐述。第2节 设计介绍2.1按预定的两连架杆对应位置设计原理如下图所示：设要求从动件3与主动件1的转角之间满足一系列的对应位置关系,即=i=1, 2, ,n其函数的运动变量为由设计要求知、为已知条件。有为未知。又因为机构按比例放大或缩小，不会改变各机构的相对角度关系，故设计变量应该为各构件的相对长度，如取d/a=1 , b/a=l c/a=m , d/a=n 。故设计变量l、m、n以及、的计量起始角、共五个。如图所示建立坐标系Oxy，并把各杆矢量向坐标轴投影，可得2-1 为消去未知角，将上式
6、 两端各自平方后相加，经整理可得令=m, =-m/n, =,则上式可简化为： 2-2 式 2-2 中包含5个待定参数、及，故四杆机构最多可以按两连架杆的5个对应位置精度求解。2.2 按期望函数设计如上图所示，设要求设计四杆机构两连架杆转角之间实现的函数关系 (成为期望函数)，由于连架杆机构的待定参数较少，故一般不能准确实现该期望函数。设实际实现的函数为月(成为再现函数)，再现函数与期望函数一般是不一致的。设计时应该使机构的再现函数尽可能逼近所要求的期望函数。具体作法是：在给定的自变量x的变化区间到内的某点上，使再现函数与期望函数的值相等。从几何意义上与两函数曲线在某些点相交。这些点称为插值结点
7、。显然在结点处：故在插值结点上，再现函数的函数值为已知。这样，就可以按上述方法来设计四杆机构。这种设计方法成为插值逼近法。 在结点以外的其他位置，与是不相等的，其偏差为偏差的大小与结点的数目及其分布情况有关，增加插值结点的数目，有利于逼近精度的提高。但结点的数目最多可为5个。至于结点位置分布，根据函数逼近理论有 2-3试中i=1,2, ,3,n为插值结点数。 本节介绍了采用期望函数设计四杆机构的原理。那么在第3节将具体阐述连杆机构的设计。第3节 连杆机构设计3.1连杆机构设计设计参数表转角关系的期望函数连架杆转角范围计算间隔设计计算手工编程确定：a,b,c,d四杆的长度，以及在一个工作循环内每
8、一计算间隔的转角偏差值459020.5y=lgx(1x2) 注：本次采用编程计算,计算间隔0.53.2变量和函数与转角之间的比例尺 根据已知条件y=lgx(1x2)为铰链四杆机构近似的实现期望函数， 设计步骤如下：（1）根据已知条件,可求得，。（2）由主、从动件的转角范围=45、=90确定自变量和函数与转角之间的比例尺分别为：31 3.3确定结点值 设取结点总数m=3，由式2-3可得各结点处的有关各值如表(3-1)所示。表（3-1） 各结点处的有关各值11.0670.02823.01584321.5000.176122.552.6531.9330.286241.98585.573.4 确定初始
9、角、 通常我们用试算的方法来确定初始角、,而在本次连杆设计中将通过编程试算的方法来确定。具体思路如下： 任取、，把、取值与上面所得到的三个结点处的、的值代入P134式8-17 从而得到三个关于、的方程组，求解方程组后得出、，再令=m, =-m/n, =。然求得后m,n,l的值。由此我们可以在机构确定的初始值条件下找到任意一位置的期望函数值与再现函数值的偏差值。当时，则视为选取的初始、角度满足机构的运动要求。具体程序如下：#include#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main() int i; float p0,
10、p1,p2,a0,b0,m,n,l,a5; float A,B,C,r,s,f1,f2,k1,k2,j; /*定义变量 */ float u1=1.0/45,u2=0.301/90,x0=1.0,y0=0.0; /*定自变量、函数与转角的比例尺*/float a3,b3,a16,b13; FILE *p; if(p=fopen(d:zdp.txt,w)=NULL) printf(cant open the file!); exit(0); a0=3.015; /*a=，b=*/ a1=22.5; a2=41.985; b0=8.43; b1=52.65; b2=85.57; printf(pl
11、ease input a0: n); scanf(%f,&a0); printf(please input b0: n); scanf(%f,&b0); for(i=0;i3;i+)a1i=cos(bi+b0)*t); a1i+3=cos(bi+b0-ai-a0)*t); b1i=cos(ai+a0)*t);p0=(b10-b11)*(a14-a15)-(b11-b12)*(a13-a14)/(a10-a11)*(a14-a15)-(a11-a12)*(a13-a14); p1=(b10-b11-(a10-a11)*p0)/(a13-a14); p2=b10-a10*p0-a13*p1; m=
12、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=%fn,p0,p1,p2,m,n,l); fprintf(p,p0=%f,p1=%f,p2=%f,m=%f,n=%f,l=%fn,p0,p1,p2,m,n,l); printf(n); fprintf(p,n); for(i=0;i5;i+)printf(please input one angle of fives(0-60): ); scanf(%f,&a5); printf(when the angle is %fn,a5); fprin
13、tf(p,when the angle is %fn,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=%fn,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=(log10(j)-y0)/u2; k1=f1-r; k2=f2-r; printf(r=%f,s=%f,f1=%
14、f,f2=%f,k1=%f,k2=%fn,r,s,f1,f2,k1,k2); fprintf(p,r=%f,s=%f,f1=%f,f2=%f,k1=%f,k2=%fn,r,s,f1,f2,k1,k2); /*把结果输出到指定文档 */ printf(nn); fprintf(p,nn); 结合课本P135，试取=115，=9.2时：程序运行及其结果为:p0=0.150801,p1=-0.455498,p2=-0.695530,m=0.150801,n=0.331069,l=1.262095when the angle is 0.000000r=0.000000,s=1.015115,f1=-1
15、18.902710,f2=-0.003361,k1=-118.902710,k2=-0.003361when the angle is 3.015000r=8.421259,s=1.083889,f1=-122.410431,f2=8.430011,k1=-130.831696,k2=0.008752when the angle is 22.500000r=52.651871,s=1.260708,f1=-135.666092,f2=52.650013,k1=-188.317963,k2=-0.001858when the angle is 41.985001r=85.584282,s=1.2
16、14625,f1=-138.668655,f2=85.570007,k1=-224.252930,k2=-0.014275when the angle is 45.000000r=90.008965,s=1.201865,f1=-138.300964,f2=89.773056,k1=-228.309937,k2=-0.235909由程序运行结果可知:当取初始角=115、=9.2时(=k1(k2)所以所选初始角符合机构的运动要求。3.5 杆长比m,n,l的确定 由上面的程序结果可得m=0.150801,n=0.331069,l=1.262095。3.6 检查偏差值 对于四杆机构,其再现的函数值可
17、由P134式8-16求得 3-2 式中: A=sin() ； B=cos()-n ;C=- ncos()/m 按期望函数所求得的从动件转角为 3-3 则偏差为 若偏差过大不能满足设计要求时,则应重选计量起始角、以及主、从动件的转角变化范围、等，重新进行设计。同样由上面的程序运行结果得出每一个取值都符合运动要求，即 ：=k1(k2) (3.7 杆长的确定 根据杆件之间的长度比例关系m，n，l和这样的关系式b/a=l c/a=m d/a=n确定各杆的长度，当选取主动杆的长度后，其余三杆长的度随之可以确定；在此我们假设主动连架杆的长度为 a=60 ,则确定其余三杆的长度由下面的程序确定:#inclu
18、de #include #include void main()float a=60,b,c,d;float m=0.150801,n=0.331069,l=1.262095;FILE *p;if(p=fopen(d:zdp.txt,w)=NULL)printf(cant open the file!);exit(0);b=l*a;c=m*a;d=n*a;printf(a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn,a,b,c,d);fprintf(p,a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn,a,b,c,d);fclose(p); 运行结果为: a=60.000000b=72.725700c=9.
19、048060d=19.8641403.8 连架杆在各位置的再现函数和期望函数最小差值的确定如下面的程序:#include#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()float a0=115,b0=9.2,m=0.150801,n=0.331069,l=1.262095; float A,B,C,s,j,k1,k2,k;float x0=1.0,y0=0.0,u1=1.0/45,u2=0.301/90 ;float x130,y1130,y2130,a1130,f1130,f2130,r130;int i;FILE
20、 *p;if(p=fopen(d:zdp.txt,w)=NULL)printf(cant open the file! );exit(0);printf( i a1i f1i ri k xi y1i y2inn);fprintf(p, i a1i f1i ri k xi y1i y2inn);for(i=0; a1i=45;i+)a10=0;A=sin(a1i+a0)*t);B=cos(a1i+a0)*t)-n;C=(1+m*m+n*n-l*l)/(2*m)-n*cos(a1i+a0)*t)/m;j=x0+u1*a1i; s=sqrt(A*A+B*B-C*C);f1i=2*(atan(A+s)
21、/(B+C)/(t)-b0;f2i=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0;ri=(log10(j)-y0)/u2;k1=f1i-ri;k2=f2i-ri;xi=a1i*u1+x0;y2i=log10(xi);if(abs(k1)abs(k2)k=k1;y1i=f1i*u2+y0;printf( %-4d %-5.1f %-10.4f %-8.4f %-8.4f %-7.4f %-8.4f %0.4fn,i,a1i,f1i,ri,k,xi,y1i,y2i);fprintf(p, %-4d %-5.1f %-10.4f %-8.4f %-8.4 %-7.4f %-8.4f %0.4f
22、n,i,a1i,f1i,ri,k,xi,y1i,y2i);elsek=k2;y1i=f2i*u2+y0;printf( %-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%-9.4f%-10.4f%2.4fn,i,a1i,f2i,ri,k,xi,y1i,y2i);fprintf(p,%-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%-9.4f%-10.4f%2.4fn,i,a1i,f2i,ri,k,xi,y1i,y2i);a1i+1=a1i+0.5;fclose(p);程序运行结果见附录。设计总结本次课程设计，完成了用解析法中的按期望函数设计连杆机构的工作。得到了两连
23、架杆转角关系满足函数y=lg2（1x2）的连杆机构。不足之处在于因为减小计算量而取m=3，具有一定的误差；若要较高的精度，则可以取m=4、m=5。在本次设计中，有一个非常重要且易出错的环节确定初始角、的值。这一环节我采用了C语言编程结合手算的方法来求解。编程因为公式多，变量多而比较麻烦、手算计算量比较大。因而在设计中我遇到了很多大小不同的问题，程序多次修改，手算多次验证。最终在不懈努力下得到了正确的初始角。本次课程设计，从不知道如何下手到完成。我学到了很多的东西，掌握了课程设计书的书写格式，为以后的设计打下了良好的基础。参考文献：【1】孙恒，陈作模，葛文杰 . 机械原理M . 7版 . 北京:
24、高等教育出版社,2006。【2】孙恒，陈作模 . 机械原理M . 6版 . 北京:高等教育出版社,2001。附录：i为序列号 a1i= f1i= ri = k = xi为自变量 y1i为再现函数值 y2i为望函数值i a1i f1i ri k xi y1i y2i0 0.0 -0.0033 0.0000 -0.0033 1.0000 -0.0000 0.00001 0.5 1.4408 1.4349 0.0059 1.0111 0.0048 0.00482 1.0 2.8657 2.8541 0.0116 1.0222 0.0096 0.00953 1.5 4.2722 4.2579 0.01
25、43 1.0333 0.0143 0.01424 2.0 5.6613 5.6468 0.0145 1.0444 0.0189 0.01895 2.5 7.0335 7.0209 0.0126 1.0556 0.0235 0.02356 3.0 8.3896 8.3807 0.0090 1.0667 0.0281 0.02807 3.5 9.7303 9.7263 0.0039 1.0778 0.0325 0.03258 4.0 11.0560 11.0582 -0.0022 1.0889 0.0370 0.03709 4.5 12.3674 12.3766 -0.0092 1.1000 0.
26、0414 0.041410 5.0 13.6649 13.6816 -0.0168 1.1111 0.0457 0.045811 5.5 14.9490 14.9737 -0.0248 1.1222 0.0500 0.050112 6.0 16.2201 16.2531 -0.0330 1.1333 0.0542 0.054413 6.5 17.4787 17.5200 -0.0413 1.1444 0.0585 0.058614 7.0 18.7251 18.7747 -0.0496 1.1556 0.0626 0.062815 7.5 19.9597 20.0173 -0.0576 1.1
27、667 0.0668 0.066916 8.0 21.1828 21.2482 -0.0654 1.1778 0.0708 0.071117 8.5 22.3948 22.4675 -0.0727 1.1889 0.0749 0.075118 9.0 23.5959 23.6755 -0.0796 1.2000 0.0789 0.079219 9.5 24.7864 24.8723 -0.0859 1.2111 0.0829 0.083220 10.0 25.9666 26.0582 -0.0916 1.2222 0.0868 0.087221 10.5 27.1367 27.2334 -0.
28、0966 1.2333 0.0908 0.091122 11.0 28.2970 28.3980 -0.1010 1.2444 0.0946 0.095023 11.5 29.4477 29.5523 -0.1046 1.2556 0.0985 0.098824 12.0 30.5889 30.6964 -0.1075 1.2667 0.1023 0.102725 12.5 31.7209 31.8305 -0.1096 1.2778 0.1061 0.106526 13.0 32.8439 32.9548 -0.1109 1.2889 0.1098 0.110227 13.5 33.9581
29、 34.0694 -0.1114 1.3000 0.1136 0.113928 14.0 35.0635 35.1746 -0.1111 1.3111 0.1173 0.117629 14.5 36.1604 36.2704 -0.1100 1.3222 0.1209 0.121330 15.0 37.2490 37.3571 -0.1081 1.3333 0.1246 0.124931 15.5 38.3293 38.4347 -0.1055 1.3444 0.1282 0.128532 16.0 39.4014 39.5035 -0.1021 1.3556 0.1318 0.132133
30、16.5 40.4656 40.5636 -0.0979 1.3667 0.1353 0.135734 17.0 41.5220 41.6150 -0.0931 1.3778 0.1389 0.139235 17.5 42.5705 42.6581 -0.0875 1.3889 0.1424 0.142736 18.0 43.6114 43.6928 -0.0813 1.4000 0.1459 0.146137 18.5 44.6448 44.7193 -0.0745 1.4111 0.1493 0.149638 19.0 45.6707 45.7378 -0.0671 1.4222 0.15
31、27 0.153039 19.5 46.6893 46.7483 -0.0591 1.4333 0.1561 0.156340 20.0 47.7005 47.7511 -0.0506 1.4444 0.1595 0.159741 20.5 48.7046 48.7461 -0.0416 1.4556 0.1629 0.163042 21.0 49.7015 49.7337 -0.0322 1.4667 0.1662 0.166343 21.5 50.6913 50.7137 -0.0224 1.4778 0.1695 0.169644 22.0 51.6742 51.6864 -0.0122
32、 1.4889 0.1728 0.172945 22.5 52.6501 52.6519 -0.0018 1.5000 0.1761 0.176146 23.0 53.6191 53.6102 0.0089 1.5111 0.1793 0.179347 23.5 54.5813 54.5616 0.0198 1.5222 0.1825 0.182548 24.0 55.5368 55.5059 0.0308 1.5333 0.1857 0.185649 24.5 56.4855 56.4435 0.0419 1.5444 0.1889 0.188850 25.0 57.4275 57.3744
33、 0.0531 1.5556 0.1921 0.191951 25.5 58.3628 58.2987 0.0642 1.5667 0.1952 0.195052 26.0 59.2915 59.2164 0.0752 1.5778 0.1983 0.198053 26.5 60.2137 60.1276 0.0861 1.5889 0.2014 0.201154 27.0 61.1293 61.0326 0.0967 1.6000 0.2044 0.204155 27.5 62.0383 61.9312 0.1071 1.6111 0.2075 0.207156 28.0 62.9409 6
34、2.8237 0.1172 1.6222 0.2105 0.210157 28.5 63.8369 63.7101 0.1269 1.6333 0.2135 0.213158 29.0 64.7265 64.5905 0.1361 1.6444 0.2165 0.216059 29.5 65.6097 65.4649 0.1448 1.6556 0.2194 0.218960 30.0 66.4864 66.3335 0.1529 1.6667 0.2224 0.221861 30.5 67.3567 67.1963 0.1603 1.6778 0.2253 0.224762 31.0 68.
35、2205 68.0535 0.1670 1.6889 0.2282 0.227663 31.5 69.0779 68.9050 0.1730 1.7000 0.2310 0.230464 32.0 69.9290 69.7510 0.1780 1.7111 0.2339 0.233365 32.5 70.7736 70.5914 0.1821 1.7222 0.2367 0.236166 33.0 71.6118 71.4265 0.1853 1.7333 0.2395 0.238967 33.5 72.4436 72.2563 0.1873 1.7444 0.2423 0.241768 34
36、.0 73.2690 73.0808 0.1882 1.7556 0.2450 0.244469 34.5 74.0879 73.9000 0.1879 1.7667 0.2478 0.247270 35.0 74.9004 74.7142 0.1862 1.7778 0.2505 0.249971 35.5 75.7065 75.5233 0.1832 1.7889 0.2532 0.252672 36.0 76.5061 76.3273 0.1788 1.8000 0.2559 0.255373 36.5 77.2993 77.1264 0.1728 1.8111 0.2585 0.257
37、974 37.0 78.0860 77.9207 0.1653 1.8222 0.2612 0.260675 37.5 78.8661 78.7101 0.1561 1.8333 0.2638 0.263276 38.0 79.6398 79.4947 0.1451 1.8444 0.2664 0.265977 38.5 80.4069 80.2746 0.1323 1.8556 0.2689 0.268578 39.0 81.1674 81.0499 0.1176 1.8667 0.2715 0.271179 39.5 81.9214 81.8205 0.1009 1.8778 0.2740
38、 0.273680 40.0 82.6688 82.5866 0.0821 1.8889 0.2765 0.276281 40.5 83.4095 83.3483 0.0612 1.9000 0.2790 0.278882 41.0 84.1436 84.1054 0.0381 1.9111 0.2814 0.281383 41.5 84.8710 84.8582 0.0127 1.9222 0.2838 0.283884 42.0 85.5917 85.6067 -0.0150 1.9333 0.2863 0.286385 42.5 86.3056 86.3508 -0.0452 1.9444 0.2886 0.288886 43.0 87.0128 87.0907 -0.0780 1.9556 0.2910 0.291387 43.5 87.7132 87.82
