机械原理课程设计--铰链式鄂式破碎机连杆机构的运动分析.概要

机械原理课程设计任务书（八）

姓名 于长友 专业 液压传动与控制 班级 液压09-1班 学号 0907240123

一、设计题目：铰链式鄂式破碎机连杆机构的运动分析 二、系统简图：

1

23

45

6

7

D

B

A

C

O Q 矿石飞轮n O 4

62l 1

l 2

1

h 2

h O 2

3

1210

87"7'76

1

O 2

45

911

2

三、工作条件

已知：各构件尺寸及重心位置（构件2的重心在2O ，其余构件的重心均位于构件的中点），曲柄每分钟转数2n 。 四、原始数据

连杆机构的运动分析

2n

2O A

l

1l

2l

h 1

2h

AB l

4O B l

BC l

6O C

L

min

r

mm

170 100

1000

940

850

1000 1250 1000 1150

1960

五、要求：

1）选择适当比例尺画出机构简图。

2）用所学的计算机语言编写程序，对机构进行运动分析和受力分析，打印程序和计

算结果。

3）画出C 点或D 的位移、速度和加速度曲线。

4）编写出设计说明书。 指导教师：郝志勇、席本强

开始日期： 2011年 6月 25日 完成日期： 2011年 6月 29日

目录

1.设计任务及要求 (3)

2.数学模型的建立 (3)

3.程序框图 (9)

4.程序清单及运行结果 (10)

5.设计总结 (18)

6.参考文献 (19)

1、 设计任务及要求

已知：曲柄转数min /1702

r n =，杆长mm l A O 1002=，

m l 10001=,mm l 9402=,mm l AB 1250=，

mm l B O 10004

=,mm l BC 1150= ,mm l C O 1960

6

=, mm h 8501=，mm h 10002=，各构件的中心位

置,飞轮转动惯量15.0=δ。

要求：1）选择适当比例尺画出机构简图。

2）用所学的计算机语言编写程序，对机构进行运动分

析和受力分析，打印程序和计算结果。用程序设计机构图形动态显示。

3）画出C 点或D 的位移、速度和加速度曲线。 4）编写出设计说明书

2、数学模型的建立

由以知可以知道10ε=，12/60n ωπ= 建立如图坐标系:先以42ABO O 四杆做研究 如图四个向量组成封闭四边形，于是有

04321=--+Z Z Z Z （1）

按复数式可以写成

)sin (cos )sin (cos )sin (cos )sin (cos 443322114242=+-+-+++θθθθθθθθi l i l i l i l O O B O AB A O （2）

由于2

42

2arctan()h l θπ=-

根据（2）式中实部、虚部分别相等得

0cos cos cos cos 43214242=--+θθθθO O B O AB A O l l l l （3）

0sin sin sin sin 43214242=--+θθθθO O B O AB A O l l l l （4）

由（3）、（4）式联立消去θ2得

)cos(2sin )sin 2sin 2(cos )cos 2cos 2(4122223410344104224242424422442θθθθθθθθ+--++=

-+-O O A O AB O O B O A

O O O B O B A O O O B O B A O l l l l l l l l l l l l l l （5）

令：)cos(2-22sin 2sin 2cos 2cos 2412

22214

114

1142242424

2

4

4

2

42442θθθθθθ+-++=-=-=O O A O AB O O B O A

O O O B O B O A O O O B O B O A O l l l l l l N l l l l M l l l l L ,

则（5）式可简化为

1

3131sin cos N M L =+θθ

（6） 解得之 21

21

121

2

1

13arcsin

arcsin

M

L L M

L N +-+=θ （7）

由（3）、（4）式联立消去3θ得

)cos(2sin )sin 2sin 2(cos )cos 2cos 2(4122222

412414224214422422θθθθθθθθ-+---=-+-O O A O O O AB A O B

O O O AB AB A O O O AB AB A O l l l l l l l l l l l l l l （8）

令

：

)

c o s

2s i

n

2s i n

2c

o s

2c o s 2412

2222124124224214422422θθθθθθ-+--=-=-=O O A O O O A O B

O O O AB AB A O O O AB AB A O l l l l l N l l l l M l l l l L

（9）

则（8）式可简化为

2

2222sin cos N M L =+θθ

（10）

解得之

22

22

222

22

22arcsin

arcsin

M

L L M

L N +-+=θ （11）

将（3）（4）两式同时对t 求一阶导数联立得

132132)

sin()sin(2ωθθθθω--=

AB A O l l

123213)

sin()sin(42ωθθθθω--=

B O A O l l

将（3）（4）两式同时对t 求一阶导数联立得

)

sin()cos()cos()sin(232

3232

231213112422θθωθθωθθωθθεε-+-----=

AB B O AB A O A O l l l l l

)

sin()cos()cos()sin(3222

3223212131134422θθωθθωθθωθθεε---+----=

B O AB B O A O A O l l l l l 同理对64BCO O 四杆进行研究，由图可以知道13θθ'=，

13ωω'=，13εε'=: 如图四个向量组成封闭四边形，于是有

04321='

-'-'+'Z Z Z Z （12）

按复数式可以写成

0)sin (cos )sin (cos )sin (cos )sin (cos 443322

116464='+'-'+'-'+'+'+'θθθθθθθθi l i l i l i l O O C O BC B O （13） 由于12

412

2arctan(

)h h l l θπ+'=-+ 根据（13）式中实部、虚部分别相等得

0cos cos cos cos 432

14664='-'-'+'θθθθO O C O BC B O l l l l

（14）

0sin sin sin sin 432

14664='-'-'+'θθθθO O C O BC B O l l l l

（15）

由（14）、（15）式联立消去2

θ'得 )cos(2sin )sin 2sin 2(cos )cos 2cos 2(412

222341034

4104644664466646664θθθθθθθθ'+'--++=''-'+''-'O O B O BC O O C O B

O O O C O C B O O O C O C B O l l l l l l l l l l l l l l （16）

令：)cos(2sin 2sin 2cos 2cos 2412

2221111

111

4644

6464

6

4

464θθθθθθ'-'+---=''-'=''-'='O O B O BC O O B O C O O O BC BC B O O O BC BC B O l l l l l l N l l l l M l l l l L

则（16）式可简化为

13131

sin cos N M L '=''+''θθ

（17） 解得之 2

1

21

12

1

2

1

13

arcsin

arcsin M L L M L N '+''-'+''='θ （18）

由（14）、（15）式联立消去3θ'得

)cos(2sin )sin 2sin 2(cos )cos 2cos 2(412

22224124

14644646464464θθθθθθθθ'-'+---=''-'+''-'O O B O O O BC B O C

O O O BC BC B O O O BC BC B O l l l l l l l l l l l l l l （19）

令：

)cos(2sin 2sin 2cos 2cos 24122222412

412

4644646422464θθθθθθ'-'+---=''-'=''-'='O O B O O O BC B O C

O O O AB AB A O O O BC BC B O l l l l l l N l l l l M l l l l L

则（19）式可简化为

22222

sin cos N M L '=''+''θθ （20） 解得之 2

2

22

22

2

2

2

22

arcsin

arcsin M L L M L N '+''-'+''='θ （21）

将（14）（15）两式同时对t 求一阶导数联立得

1

32132)sin()sin(4ωθθθθω''-''-'='BC B O l l 1

23

2

13)sin()sin(64ωθθθθω''-''-'='C O B O l l 将（14）（15）两式同时对t 求一阶导数联立得

)sin()cos()cos()sin(23

2323223121311

2

644θθωθθωθθωθθεε'-''+'-''-'-''-'-''='BC C O BC B O B O l l l l l )sin()cos()cos()sin(32

3223222121211

3

6644θθθθωωθθωθθεε'-''-''+'-'-''-'-''-='C O C O BC B O B O l l l l l 求C 点的位移，速度，加速度：

C O C C O C C O C l a l V l S 6663

3εωθ'='='=

3、程序框图

输入 A O l 2 AB l 2h 1l 2l C O l 6 B O l 4 2l BC l

输入 2n N

作循环，For(i=0;i

依次计算 θ2 θ3 ω2 ω3 2ε 3ε

2

θ' 3θ' 2ω' 3ω' 2ε' 3ε' C S C V C a

计算θ2 θ3 ω2 ω3 2ε 3ε

2

θ' 3θ' 2ω' 3ω' 2ε' 3ε' C S C V C a

的结果分别存入数组或文件中 按格式输出所有计算结果

初始化图形系统 绘制直角坐标系

直角坐标系下分别绘出C 点的位移、速度、加速度曲线

绘制出机构动画

4、程序清单及运行结果

#include "stdio.h"

#include "math.h"

#include "stdlib.h"

#include "conio.h"

#include "graphics.h"

#define pi 3.1415926515

#define N 100

void init_graph(void);

void initview();

void draw();

float

sita1[N+1],sita2[N+1],sita3[N+1],

omigar2[N+1],omigar3[N+1],epsl2[N+1],epsl3[N+1];

float

lo2A=100,lAB=1250,lo4B=1000,lo2o4=1372.40,n=17.80,ipsl1 =0;

main()

{ int i,k;

float l1,l2,m1,m2,n1,n2;

float theta1,detat;

float theta2,theta3,omiga2,omiga3,ipsl2,ipsl3,

omiga1=2*pi*n/60;

detat=2*pi/(N*omiga1);

for(i=0;i<=N;i++)

{

theta1=omiga1*detat*i;

/*系数计算*/

l1=2* lo2A * lo4B*cos(theta1)-2* lo4B* lo2o4;

m1=2* lo2A * lo4B*sin(theta1);

n1= lo2A *lo2A+ lo4B*lo4B+ lo2o4 * lo2o4 - lAB * lAB -2* lo2A * lo2o4 *cos(theta1);

l2=2* lo2A * lAB *cos(theta1)- lAB * lo2o4*2;

m2=2* lo2A * lAB *sin(theta1);

n2= lo4B * lo4B - lo2A * lo2A - lAB * lAB - lo2o4* lo2o4+2* lo2A * lo2o4*cos(theta1);

/*计算转角*/

theta2=asin(n2/sqrt(l2*l2+m2*m2))-asin(l2/sqrt(l2*l2+m2 *m2));

theta3=asin(n1/sqrt(l1*l1+m1*m1))-asin(l1/sqrt(l1*l1+m1

*m1));

/*计算角速度*/

omiga2=omiga1*lo2A*sin(theta3-theta1)/(lAB*sin(theta2-t heta3));

omiga3=omiga1*lo2A*sin(theta1-theta2)/(lo4B*sin(theta3-theta2));

/*计算角加速度*/

/*ipsl2*/

ipsl2=lo2A*ipsl1*sin(theta1-theta3)+lo2A*omiga1*omiga1* cos(theta1-theta3);

ipsl2+= lAB *omiga2*omiga2*cos(theta3-theta2)- lo4B *omiga3*omiga3;

ipsl2=ipsl2/( lAB *sin(theta3-theta2));

/*ispl3*/

ipsl3=-lo2A*ipsl1*sin(theta1-theta2)-lo2A ;

ipsl3-=lAB*omiga2*omiga2-lo4B*omiga3*omiga3*cos(theta2-theta3);

ipsl3=ipsl3/( lo4B *sin(theta2-theta3));

/*计算结果存入数组中*/

sita1[i]=theta1;

sita2[i]=theta2;

sita3[i]=theta3;

omigar2[i]=omiga2;

omigar3[i]=omiga3;

epsl2[i]=ipsl2;

epsl3[i]=ipsl3;

}

/*输出运算结果*/

for(i=0;i<=N;i++)

{

printf("i=%d\n,sita1[i]=%f\t,sita2[i]=%f\t,sita3[i]= %f\t,omigar2[i]=%f\t,omgiar3[i]=%f\t,epsl2[i]=%f\t, epsl3[i]=%f\n\n",i,sita1[i],sita2[i],sita3[i],omigar 2[i],omigar3[i],epsl2[i],epsl3[i]);

}

init_graph();/*初始化图形系统*/

initview();/*建立坐标系*/

/*画构件2的角位移、角速度、角加速度*/

draw(sita2,150,25);

setcolor(WHITE);

setlinestyle(1,1,1);

draw(omigar2,150,150);

setcolor(RED);

setlinestyle(2,1,1);

draw(epsl2,150,50);

/*画构件3的角位移、角速度、角加速度*/ setcolor(YELLOW);

draw(sita3,300,10);

setcolor(WHITE);

setlinestyle(1,1,1);

draw(omigar3,300,100);

setcolor(RED);

setlinestyle(2,1,1);

draw(epsl3,300,50);

}

void init_graph()

{

int gd=DETECT,gmode;

initgraph(&gd,&gmode,"c:\\turboc2");

}

void initview()

{int i,j,px,py;

cleardevice();

setfillstyle(SOLID_FILL,BLUE);

bar(100,0,500,479);

setcolor(YELLOW);

for(i=0;i<=1;i++)

{px=100;

py=150+i*150;

setcolor(YELLOW);

line(px,py,px+300,py);

line(px,py-100,px,py+100);

line(px,py-100,px-3,py-100+5);

line(px,py-100,px+3,py-100+5);

line(px+300,py,px+300-5,py+3);

line(px+300,py,px+300-5,py-3);

setcolor(YELLOW);

settextstyle(1,HORIZ_DIR,2);

outtextxy(px+300,py,"t");

}

}

void draw(array,py,scale)/*array要做图的数组，py起始y

位置，scale纵向放大倍数*/ float array[N+1];

int py,scale;

{

int i;

float f,x,y;

moveto(100,200);

for(i=0;i<=N;i++)

{

x=100+300*i/N;

y=py+array[i]*scale;

lineto(x,y);

}

}

数据显示

i=1

……

……