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1、 机械原理课程设计说明书 设计题目 :平面六杆机构 学 院：机械工程学院 姓 名：林立 班 级：机 英 101 同组人员：刘建业 张浩 指导老师：王淑芬 题目三：平面六杆机构. 一. 机构简介 1.此平面六杆机构主要由一个四杆机构，和一个曲柄滑块机 构构成，其中四杆机构是由1杆，2杆，3杆和机架构成的 曲柄摇杆机构，1杆为主动件，转速为90rpm，匀速转动。其中滑块机构由3杆，4杆，滑块5和机架构成，以四杆机构的摇杆为主动件 2.设计要求：各项原始数据如图所示，要求对机构的指定位置进行运动分析和动态静力分析，计算出从动件的位移，速度（角速度），加速度（角加速度）和主动件的平衡力偶M，进行机构运
2、动分析，建立数学模型。之后进行动态静力分析，建立数学模型，必须注意，工作行程和返回行程阻力的大小，方向，主动件处于何位置时有力突变，需要计算两次。 二. 机构运动分析：1.首先分析1杆，2杆，3杆和机架组成的四杆机构，可列复数矢量方程 （1-1） 应用欧拉公式 将实部和虚部分 离得 把以上两式消元整理得其中 解之可得 （1） 速度分析 将式（1-1）对时间t求导，可得 联解以上两式可求得两个未知角速度，3杆和2杆的角速 度和 （2）加速度分析 将式（1-1）对时间t两次求导。可得 联解以上两式可求得两个未知的角加速度，3杆和2杆的角 加速度和 2. 分析由3杆，4杆，滑块5和机架构成的对心曲柄
3、滑块机构 可列复数矢量方程，其中为滑块的位移 （2-2） 将实部和虚部分离得 （1）速度分析 将式（2-2）对时间t求导，可得 滑块的速度V 四杆的角速度 （2） 加速度分析 将式（2-2）对时间t两次求导，可得 滑块的加速度C 四杆的角加速度 三 动态静力分析 1.首先分析滑块5，其受重力G，支持力，支座反力F45，阻力Pr=2000KN，惯性力 由滑块的力平衡方程可得到。 2.分析杆4，使用静待换则， C点有支座反力和,惯性力， ，E处有支座反力，对E点取矩可 列平衡方程 力平衡方程 由此可得3. 分析杆3，C点处有支座反力和，因杆3质量忽 略，故无惯性力，对D点取矩可列平衡方程 4.分析
4、杆2，C处有支座反力和，惯性力 对B点取矩。可列平衡方程 5.根据以上所列方程可解得 6.继续分析杆2，B处有支座反力，惯性力 ，可列力的平衡方程 7.分析杆1，由于杆1质量忽略，故无惯性力，在B处有支座 反力，和加在杆上的力偶矩M，对A点取矩，可列力 的平衡方程得 四 用matlab进行计算并得出滑块的位移、速度、加速度以及 作用在主动件的平衡力偶的图像1. 滑块位移图像 2. 滑块速度图像3. 滑块加速度曲线4. 平衡力偶图像五 机构运动简图 1.起始位置2. 任意位置六设计结果分析与设计心得 1.结果分析：经过使用复数矢量法建立数学模型，并通过 Matlab的计算与绘图可知，滑块的位移图
5、像为余弦函数， 当曲柄的转动角度为（0.377+2K）rad时，有最大值 0.6638m，当曲柄的角度为0.377+（2K+1）rad时， 有最小位移为0.4502m。滑块的速度图像为余弦函数，滑 块的最大速度为0.8868m/s，最小速度为0m/s. 滑块的加速度图像近似于余弦函数，最大加速度为 7.7421m/s*s,最小加速度为-20.2257m/s*s.加在曲柄上的平 衡力矩图像也同样为余弦函数，最大力矩为 227.6055KN*m.最小力矩为-342.7158. 2.设计心得： 这次第一次做课程设计，我们小组遇到了挺大的挑战。我们从一开始自学matlab到重新学课本上并没有掌握很好的
6、知识。我们花了很多精力和时间。许多看似简单的问题，但当我们真正下手去解决时发现，我们之前想的太简单了。我们不得不从最基本的重新来做。 我们在这次设计中学会了脚踏实地，也学会了互相合作。这些对我们日后的生活，学习，工作都有很多的益处。我们也学会了不轻视任何一个简单的问题。 七.matlab设计源程序 clc;clearw1=3*pi;a=0.36;b=0.32;l1=0.10; l2=0.43;l3=0.22;l4=0.52;m2=6;m4=25;m5=45;m4c=9.6;m2c=2.8;m2b=2.8;Js2=0.02;Js4=0.28;pr=2100;t=0.3770:2*pi/50:4*
7、pi+0.3770;for i=1:length(t); x1=t(i); A=-2*l1*l3*sin(x1)+2*l3*a; B=-2*l1*l3*cos(x1)+2*l3*b; C=-l22+l12+l32+a2+b2-2*l1*(b*cos(x1)+a*sin(x1); y=(A-sqrt(A2+B2-C2)/(B-C); x3=2*atan(y); x2=asin(l3*sin(x3)-l1*sin(x1)/l2); x4=asin(l3*sin(x3)/l4); w2=(-w1*l1*sin(x1-x3)/(l2*sin(x2-x3); w3=(w1*l1*sin(x1-x2)/(
8、l3*sin(x3-x2); w4=-(l3*w3*cos(x3)/(l4*cos(x4); c2=-(w12*l1*cos(x1-x3)-w22*l2*cos(x2-x3)+w32*l3)/(l3*sin(x2-x3); c3=(w12*l1*cos(x1-x2)+w22*l2-w32*l3*cos(x3-x2)/(l3*sin(x3-x2); c4=(l4*w42*sin(x4)+l3*w32*sin(x3)-c3*l3*cos(x3)/(l4*cos(x4); v=-l3*w3*sin(x3)-l4*w4*sin(x4); s=l3*cos(x3)+l4*(sqrt(1-(l3/l4*s
9、in(x3)2); c=-c3*l3*sin(x3)-l3*w32*cos(x3)-c4*l4*sin(x4)-l4*w42*cos(x4); F45x=m5*c+pr*1000; F2434x=F45x+m4c*w42*l4*cos(x4)+m4c*l4*c4*sin(x4); F2434y=(m4c*l42*c4-F2434x*l4*sin(x4)/(-l4*cos(x4); F2324y=(-m2c*l22*c2*l3*sin(x3)-F2434x*l2*l3*sin(x2)*sin(x3)-F2434y*l2*l3*cos(x3)*sin(x2)/(l2*l3*cos(x2)*sin(
10、x3)-l2*l3*cos(x3)*sin(x2); F2324x=(F2434x*l3*sin(x3)-F2324y*l3*cos(x3)+F2434y*l3*cos(x3)/(l3*sin(x3); F21x=-F2324x-m2c*l2*c2*sin(x2)+m2c*w22*l2*cos(x2)-m2b*w12*l1; F21y=-F2324y-m2c*l2*c2*cos(x2)+m2c*w22*l2*sin(x2)+m2b*w12*l1*sin(x1); M=(F21x*l1*sin(x1)-F21y*l1*cos(x1)/1000; p(i)=s; q(i)=v; o(i)=c; u
11、(i)=M;end% plot(t,p)% xlabel(曲柄转动的角度（rad）)% ylabel(滑块的位移（m）)% title(滑块位移图像)% plot(t,q)% xlabel(曲柄转动的角度（rad）)% ylabel(滑块的速度（m/s）)% title(滑块速度图像)% plot(t,o)% xlabel(曲柄转动的角度（rad）)% ylabel(滑块的加速度（m/s*s）)% title(滑块加速度图像)% plot(t,u)% xlabel(曲柄转动的角度（rad）)% ylabel(平衡力矩（KN*m）)% title(平衡力矩图像) 八主要参考资料 【1】机械原理，孙恒，陈作模，葛文杰主编。北京：高等教育 出版社，2010 【2】MATLAB实用教程，MATLAB for Engineers主编。北京： 电子工业出版社，2010. 【3】理论力学，哈尔滨工业大学理论力学教研室编。北京：高 等教育出版社，2009.
