机械原理大作业一

1、大作业（一）平面连杆机构的运动分析（题号： _10B_ ）学校：西北农林科技大学学院：机械与电子工程学院指导老师：郭红利一题目及原始数据；二、牛头刨床机构的运动分析方程三计算程序框图；四计算源程序；五计算结果；六运动线图及运动分析七参考书；一、题目及原始数据；图 b 所示的为一牛头刨床（级机构） 。假设已知各构件的尺寸如表 2 所示，原动件 1 以等角速度 1=1rad/s 沿着逆时针方向回转，试求各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨头 C 点的位移、速度和加速度的变化情况。F'yF5C62hAB1h1h23E 4 Dxb）表 2牛头刨床机构的尺寸参数（单位：mm）题号lABl C

2、Dl DEhh1h2ABC7 A180960160900460110 h=120h =135h =140222要求：每三人一组，每人一个题目，每组中至少打印出一份源程序，每人计算出原动件从 0 360时（N=36 ） 各运动变量的大小， 并绘出各组对应的运动线图以及 E 点的轨迹曲线 。二、牛头刨床机构的运动分析方程1）位置分析建立封闭矢量多边形由图可知=3 ，故未知量有3 、 4 、 S3 、 S5 。利用两个封闭图形ABDEA和 EDCGE ，建立两个封闭矢量方程，由此可得：l 4 cos 4s3 cos 3h2l1 cos 1l 4 sin 4s3 sin 3h1l1 sin 1（式）把

3、（式）写成投影方程得：l 3 cos 3s50l 4 cos 4l 4 sin 4l3 sin 3h由以上各式用型转化法可求得34 s3 s5 ，23xbh2l1 *cos1解：ybh1l1 *sin1xdl 4 *cos4ydl4 *sin4s3( xdxb )2( yd yb )2sinxbxds3xcxdl3 *sinxdl3 *( xbxd ) / s3ycydl3 *cosydl3 *( ybyd ) / sstan3ycydxcxds5xcae AEh12h22tan4yd(hyc )l 4 *cos4高斯消去法求解2.速度分析对（式）求一次导数得：l 4 *sin4*4s3 &#

4、39;*cos 3s3 *sin3 *3l1 *sin1 * 1l 4 *cos4 *4s3 '*sin3s3 *cos3 *3l1 *cos 1 *1l 4 *sin4*4l3 *sin3 *3s5 '0l 4 *cos4 *4l3 *cos3 *30（式）矩阵式 ：cossin003s3 sin 3l4 sin40s 3'l sin113s3 cos 3l4 cos 40w 3l cosl3 sin 3l4 sin41= w111（）w 40l3 cos 3l4 cos 40s 5'0采用高斯消去法可求解（式）可解得角速度3, 4;3.加速度分析把式对时间求

5、导数得矩阵式 ：cos3s3 sin3l 4 sin40''sins3 cosl 4 cos0s33343=0l 3 sin3l 4 sin40l 3 cos3l 4 cos414''0 s5w3 sin's3 w3 cosl4 w4cos3s3 sin334w3 cos3s3' cos3s3 w3 sin3l4 w4sin40l 3 w3 cos3l4 w4cos40l 3 w3 sin3l4 w4sin4（式）0l1w1 cos 10+ w1l1w1 sin 10000采用高斯消去法可求解（式）可得角加速度3，4三程序流程图开始读入： l1，

6、l2 ，l 2 ，l3 ，l 4，l5，l 6，xG 及 yG 和2，3， 5 及6（或l AB ， l CD ， lDE ， h， h1， h2 及 lBD ，2 ，3， 4 及 5）的初值， N， 1， E位I =（I -1）× 10置分析调用牛顿迭代法子程序求解位置方程（G1）求得 2， 3，4 5及6（或 lBC5）并计算及 yG， sx调用系数矩阵A 子程序，并计算A速调用原动件位置参数列阵B 子程序，并计算 B度分J=1， N析1B（J） =B（J） 调用高斯消去法子程序求解速度方程（2）求得 23l， vCv及 v， ，456BC）再求出ExEy， 及 （或J=1， N

7、调用系数矩阵A 子程序，并计算其矩阵DA调用系数矩阵B 子程序，并计算其矩阵DB(1)= 2， (2)= 3(3)= 4， (4)= 5加速度K=1， NDB （ K） =DB（K ） 1分析=1， NB（ K）=- DA （K ， ） 1（） +DB（K ）调用高斯消去法子程序求解加速度方程（ 3）求得 ，2345 及 6（或 l BC ， C）再求出aEx 及 aEy打印结果结束迭代次数IT=0IT=IT+1调用位置方程 （ 1）子程序代入 i 的初值，并计算f i| fi | EY求得 i 值NYIT ITmax?停止N调用系数矩阵A调用高斯消去法子程序求解 A i =fi，求出 ii

8、=i + i四、计算源程序#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<math.h>#define PI 3.1415926#define N 4#define E 0.0001#define T 1000void Solutionangle(double 12,double ); /*迭代法求角位移*/void Solutionspeed(double NN,double N,double 12,double ); /* 角速度求解 */void Solutionacceleration(doubleNN,dou

9、bleNN,double N,double12);/* 角加速度求解 */void GaussianE(double NN,double N,double N);/*高斯消去 */void FoundmatrixA(double 12,double NN); /创建系数矩阵 Avoid FoundmatrixB(double 12,double ,double N);/创建系数矩阵 Bvoid FoundmatrixDA(double 12,double NN);/创建矩阵 DAvoid FoundmatrixDB(double 12,double ,double N);/创建矩阵 DB/ 定

10、义全局变量double l1=180,l3=960,l4=160,h=900,h1=460,h2=110,as1=1.0;/ 主函数 void main()int i,j; FILE *fp;double shuju3612;double psvalue12,aNN,daNN,bN,dbN,ang1;/ 建立文件，并制表头if(fp=fopen("shuju","w")=NULL)printf("Cann't open this file.n");exit(0);fprintf(fp,"nL1 =%lf",

11、l1);fprintf(fp,"ns3ang3fprintf(fp,"s3'as3fprintf(fp,"s3''aas3ang4as4aas4s5");s5'");s5'' n");/ 计算数据并写入文件 psvalue0=480;psvalue1=65*PI/180;psvalue2=10*PI/180;psvalue3=5 00;for(i=0;i<36;i+)ang1=i*PI/18;Solutionangle(psvalue,ang1);FoundmatrixB(psva

12、lue,ang1,b);FoundmatrixA(psvalue,a);Solutionspeed(a,b,psvalue,ang1);FoundmatrixDA(psvalue,da);FoundmatrixDB(psvalue,ang1,db);Solutionacceleration(a,da,db,psvalue);for(j=1;j<3;j+)psvaluej=psvaluej*180/PI;for(j=0;j<12;j+)shujuij=psvaluej;fprintf(fp,"n");for(j=0;j<12;j+)fprintf(fp,&q

13、uot;%12.3f ",shujuij);for(j=1;j<3;j+)psvaluej=psvaluej*PI/180;for(j=0;j<4;j+)psvaluej+=psvaluej+4;fclose(fp);/ 输出数据 for(i=0;i<36;i+)ang1=i*PI/18;printf("n输出 ang1=%d时的求解 n",i*10);printf("angleangspeedangacceleration:n");for(j=0;j<4;j+)printf("%lft",shuju

14、ij);printf("n");for(j=4;j<8;j+)printf("%lft",shujuij);printf("n");for(j=8;j<12;j+)printf("%lft",shujuij);printf("n");/* 矢量法求角位移 */void Solutionangle(double value12,double ang1)double ae,s3,ang3,ang4,s5,t=0; s3=value0;ang3=value1;ang4=value2;s5=

15、value3; double xb,yb,xd,yd,xc,yc;while(t<T)xb=h2+l1*cos(ang1);yb=h1+l1*sin(ang1);xd=l4*cos(ang4);yd=l4*sin(ang4);s3=sqrt(xd-xb)*(xd-xb)+(yd-yb)*(yd-yb);xc=xd+l3*(xb-xd)/s3;yc=yd+l3*(yb-yd)/s3;ang3=atan2(yc-yd,xc-xd);s5=xc;ae=sqrt(h1*h1+h2*h2);if(fabs(yc-h)<E)迭代失败 .n",ang1*180/PI);exit(0);

16、return;elseang4=atan(yd-yc+h)/(l4*cos(ang4);value0=s3;value1=ang3;value2=ang4;value3=s5;while(value1>2*PI)value1-=2*PI;while(value1<0)value1+=2*PI;while(value2>PI)value2-=2*PI;while(value2<-PI)value2+=2*PI;t+=1;if(t>=T)printf("%f/* 角速度求解 */void Solutionspeed(double a2NN,double b2

17、N,double value12,double ang1)double p2N;GaussianE(a2,b2,p2);value4=p20;value5=p21;value6=p22;value7=p23;/* 角加速度求解 */void Solutionacceleration(double a3NN,double da3NN,doubledb3N,double value12)int i,j;double bkN=0;double p3N;for(i=0;i<N;i+)for(j=0;j<N;j+)bki+=-da3ij*value4+j;bki+=db3i*as1;Gaus

18、sianE(a3,bk,p3);value8=p30;value9=p31;value10=p32;value11=p33;/* 高斯消去法解矩阵方程 */void GaussianE(double a4NN,double b4N,double p4N)int i,j,k;double a4gNN,b4gN,t;for(i=0;i<N;i+)for(j=0;j<N;j+)a4gij=a4ij;for(i=0;i<N;i+)b4gi=b4i;/ 施主对角线上的值尽可能大if(a4g00<a4g10 && a4g01>a4g11)for(j=0;j&l

19、t;N;j+)t=a4g0j;a4g0j=a4g1j;a4g1j=t;t=b4g0;b4g0=b4g1;b4g1=t;if(a4g22<a4g32 && a4g23>a4g33)for(j=0;j<N;j+)t=a4g2j;a4g2j=a4g3j;a4g3j=t;t=b4g2;b4g2=b4g1;b4g3=t;/ 初等行变换 for(j=0;j<N;j+) for(i=0;i<N;i+)if(i!=j)for(k=0;k<N;k+)if(k!=j)a4gik-=a4gij/a4gjj*a4gjk;b4gi-=b4gj*a4gij/a4gjj;

20、a4gij=0;for(i=0;i<N;i+)b4gi/=a4gii;p40=b4g0;p41=b4g1;p42=b4g2;p43=b4g3;/ 创建系数矩阵 Avoid FoundmatrixA(double value512,double a5NN)double s3,ang3,ang4,s5;s3=value50;ang3=value51;ang4=value52;s5=value53;a500=cos(ang3);a501=-s3*sin(ang3);a502=-l4*sin(ang4);a510=sin(ang3);a511=s3*cos(ang3);a512=l4*cos(a

21、ng4);a521=-l3*sin(ang3);a522=-l4*sin(ang4);a523=-1;a531=l3*cos(ang3);a532=l4*cos(ang4);a503=a513=a520=a530=a533=0;/ 创建系数矩阵 Bvoid FoundmatrixB(double value612,double ang1,double b6N)b60=-l1*sin(ang1)*as1;b61=l1*cos(ang1)*as1;b62=b63=0;/ 创建矩阵 DAvoid FoundmatrixDA(double value712,double da7NN)double s3

22、,ang3,ang4,s5,s3g,as3,as4,s5g; s3=value70;ang3=value71;ang4=value72;s5=value73; s3g=value74;as3=value75;as4=value76;s5g=value77; da700=-as3*sin(ang3); da701=-s3g*sin(ang3)-s3*cos(ang3)*as3; da702=-l4*cos(ang4)*as4;da710=as3*cos(ang3); da711=s3g*cos(ang3)-s3*sin(ang3)*as3; da712=-l4*sin(ang4)*as4;da7

23、21=-l3*cos(ang3)*as3; da722=-l4*cos(ang4)*as4; da731=-l3*sin(ang3)*as3; da732=-l4*sin(ang4)*as4; da703=da713=da720=da723=da730=da733=0;/ 创建矩阵 DBvoid FoundmatrixDB(double value812,double ang1,double db8N)db80=-l1*as1*cos(ang1);db81=-l1*as1*sin(ang1);db82=db83=0;四、计算结果、数据10B: lAB =180, lCD =960, lDE =

24、160,h=900,h1=460,h2=135程序运行结果：输出 ang1=0 时的求解angleangspeedangacceleration:504.03907674.795444-9.495711409.583017198.7513870.098628-0.157357-95.52202218.4911250.270992-0.379393-267.416873输出 ang1=10 时的求解angleangspeedangacceleration:538.73219775.993711-11.339083389.224179197.2797130.138772-0.205532-135.

25、726082-33.6464690.193548-0.180789-197.071140输出 ang1=20 时的求解angleangspeedangacceleration:572.42565077.533490-13.505230362.809939187.5957150.167668-0.223341-165.511310-75.7452400.141311-0.030832-147.198703输出 ang1=30 时的求解angleangspeedangacceleration:603.83354279.322650-15.730731331.874448171.3362350.18

26、9198-0.218510-187.964199-109.3066970.1079950.081095-112.082167输出 ang1=40 时的求解angleangspeedangacceleration:631.92921581.302128-17.818172297.500218149.8363410.206101-0.196427-205.198868-136.0457020.0874010.168929-86.713350输出 ang1=50 时的求解angleangspeedangacceleration:655.89528783.435335-19.612773260.468

27、398124.1710600.220187-0.160339-218.604642-157.2058070.0751120.242928-67.783866输出 ang1=60 时的求解angleangspeedangacceleration:675.08299185.700444-20.984446221.36052195.2371320.232630-0.112076-229.118402-173.6142790.0681770.309123-53.324566输出 ang1=70 时的求解angleangspeedangacceleration:688.99380888.084993-2

28、1.817377180.61983963.8105690.244175-0.052735-237.413048-185.8542850.0645190.370066-42.223597输出 ang1=80 时的求解angleangspeedangacceleration:697.25233690.582388-22.005185138.58600930.5765810.2552450.016790-244.016229-194.4007920.0624750.425589-33.864710输出 ang1=90 时的求解angleangspeedangacceleration:699.5966

29、7493.188858-21.45125495.514468-3.8589440.2659880.095384-249.371483-199.6947010.0605040.473506-27.864485输出 ang1=100 时的求解angleangspeedangacceleration:695.86563395.900697-20.07251951.589105-38.9652700.2762790.181437-253.859385-202.1535810.0570460.510449-23.857448输出 ang1=110 时的求解angleangspeedangaccelera

30、tion:685.98327798.711634-17.8050296.933394-74.2787720.2857190.272715-257.783709-202.1115290.0504730.532809-21.287355输出 ang1=120 时的求解angleangspeedangacceleration:669.950064101.609969-14.610191-38.372057-109.3767710.2936160.366385-261.317271-199.6687580.0390470.537342-19.160070输出 ang1=130 时的求解angleang

31、speedangacceleration:647.841627104.575458-10.480584-84.257919-143.8146040.2989510.459054-264.396466-194.4146810.0207550.520667-15.693075输出 ang1=140 时的求解angleangspeedangacceleration:619.821421107.575800-5.446130-130.610778-176.9993890.3003110.546571-266.540129-184.964518-0.0070200.476940-7.771361输出 a

32、ng1=150 时的求解angleangspeedangacceleration:586.184918110.5620080.415063-177.176221-207.9625260.2957480.623253-266.552595-168.266256-0.0477580.3935499.812596输出 ang1=160 时的求解angleangspeedangacceleration:547.454933113.4624076.953911-223.398352-235.0030720.2826650.680257-262.100065-138.903553-0.1051830.24

33、632744.899562输出 ang1=170 时的求解angleangspeedangacceleration:504.544302116.17661013.908306-268.184887-255.2825610.2579890.703480-249.323224-89.538230-0.1802410.000287106.600867输出 ang1=180 时的求解angleangspeedangacceleration:458.971730118.57466820.844503-309.643625-264.7640060.2191350.672921-223.057053-14.

34、821184-0.265454-0.371999199.314672输出 ang1=190 时的求解angleangspeedangacceleration:413.004585120.51040627.115020-344.972134-259.1721090.1657180.567137-178.41932981.585955-0.344194-0.853747314.511221输出 ang1=200 时的求解angleangspeedangacceleration:369.545053121.84776731.889429-370.706568-235.7584360.0998870.

35、372457-112.937479187.297933-0.408887-1.378443436.158793输出 ang1=210 时的求解angleangspeedangacceleration:331.798652122.46934134.258483-383.133346-193.5930390.0220780.086043-25.631424297.241960-0.491104-1.905920568.696016输出 ang1=220 时的求解angleangspeedangacceleration:303.153821122.21913033.292190-378.091293

36、-130.922824-0.077456-0.29642788.941491425.795050-0.676887-2.496336760.311055输出 ang1=230 时的求解angleangspeedangacceleration:287.551415120.75313627.951831-349.551698-43.461002-0.227868-0.791435247.346675575.056468-1.094027-3.1643351076.851819输出 ang1=240 时的求解angleangspeedangacceleration:289.100599117.353

37、64117.210022-288.26571260.871402-0.467341-1.348797462.335114552.433286-1.593002-2.8155971309.871650输出 ang1=250 时的求解angleangspeedangacceleration:305.894540111.3673692.144459-189.884640115.218973-0.708552-1.550036642.73496012.240677-0.8709380.991883564.144526输出 ang1=260 时的求解angleangspeedangacceleratio

38、n:323.986413103.946293-11.427774-74.54374884.395898-0.738254-1.089162653.304280-255.6240690.3842483.565003-304.928302输出 ang1=270 时的求解angleangspeedangacceleration:335.30230997.031096-19.26144933.53200549.129286-0.637650-0.496091581.357015-130.1406340.6460452.981435-447.569870输出 ang1=280 时的求解angleangs

39、peedangacceleration:342.60035591.196115-21.943547128.36868738.126480-0.532397-0.071890506.691297-5.5851370.5462671.904793-405.499868输出 ang1=290 时的求解angleangspeedangacceleration:349.59568686.317539-21.260725210.76795644.168587-0.4460280.184434438.00288368.4157160.4535891.077375-389.377468输出 ang1=300

40、时的求解angleangspeedangacceleration:358.60789282.240708-18.666754281.19492360.502728-0.3701120.316464368.260484116.0577700.4272450.460440-415.756327输出 ang1=310 时的求解angleangspeedangacceleration:371.13040278.917555-15.254653338.89504784.027335-0.2936690.351067291.444179151.9537560.455712-0.052046-466.454

41、916输出 ang1=320 时的求解angleangspeedangacceleration:388.24923376.393061-11.922868382.397984112.840822-0.2097560.302612205.717135175.2885990.505389-0.486217-511.900005输出 ang1=330 时的求解angleangspeedangacceleration:410.64504774.745942-9.416616410.419610143.730687-0.1191250.190619115.320694173.2308150.523328

42、-0.760168-513.913856输出 ang1=340 时的求解angleangspeedangacceleration:438.22735074.001595-8.199258422.950752171.284625-0.0312500.05221130.029879137.2145640.471995-0.783284-454.129609输出 ang1=350 时的求解angleangspeedangacceleration:469.93168274.073764-8.319585421.739944190.3199580.042754-0.071138-41.11500379.0011180.372107-0.609234-358.898217an