机械原理课程设计-平面六杆机构的运动分析及动态静力分析

机械原理课程设计Ⅰ机械原理课程设计的任务和要求1.独立完成2.保证出勤时间3.答辩.平面六杆机构的运动分析及动态静力分析三、设计题目一、目的1.巩固、加深、理解已学的知识；2.综合运用已学知识,结合实际设计,解决实际问题二、要求四、题目及数据（方案）分配指定五、设计任务及步骤任务:用解析法作机构的运动分析和动态静力分析步骤：1.用图解法作机构的运动分析②用图解法画出指定2个位置的机构运动简图、速度图、加速度图和全组同学数据构成的从动件的S、v、a曲线(要求S、v、a曲线数据列表,同组同学比例尺一致)。---画在2#上,每人9个图,1个数据表①将主动件转一周分成5等分,分别为0,1,2¨¨4位置。6,7位置为左右极限位置;从动件位于1=0时为机构的起始位置(即0位置);8位置为受力起始点---小组(4人)每人2个位置,共分析8个位置2.用解析法作机构的运动分析①将主动件转一周分成5等分,分别为0,1,2¨¨4位置。5位置为右极限位置;从动件位于1=0时为机构的起始位置(即0位置)

,6,7位置为受力起始点和终止点;---共分析8个位置②根据已知尺寸及主动件的n1(orω1),求其余构件的i,ωi,εi(or某点的xi

,yi

,axi

,ayi

,vxi

,vyi),

及质心点的sxi

,syi

,vsxi

,vsyi

,asxi

,asyi

。③建立数学模型,程序设计,上机运算,输出结果。3.用解析法作机构的动态静力分析(不计f)①根据上述求出的εi,asxi

,asyi

,求出构件的惯性力Fix,Fiy,惯性力偶Mi;②画出各构件的受力图,列出力的平衡方程式(注意受力起始点、终止点两位置,工作阻力Pr有突变.力分析两种情况:Pr=0,Pr≠0)受力起始点:力突然加上,Pr=0→Pr受力终止点:力突然去掉,Pr=Pr→0应分别做2次:

Pr=0Pr=Pr∴力分析输出结果为10组③求解上述平衡方程组，得到各运动副的反力FRijx，FRijy及主动件上的平衡力矩(驱动力矩)M1。④建立数学模型，程序设计，上机运算，输出结果。4.绘制从动件i(xi

oryi

)

,v(ω),a(ε)曲线图;M1曲线图;5.整理说明书(统一说明书用纸)要求:步骤清楚,叙述简明,语句通顺,书写端正,内容全面.①封面(统一购买)②目录③设计任务书及设计题目④按μL绘制机构运动简图;(画出两极限位置)⑥图解法运动分析计算过程;⑦解析法数学模型(过程详细),程序框图,重要的变量说明,程序简要说明等;⑧结果分析与评估,设计体会与收获等;⑨参考资料.必须用钢笔或黑色签字笔书写6.上交的作业①源程序(打印);②解析法完成的运动分析,力分析结果及、v、a曲线图，M1曲线图；(打印)③图解法完成的运动分析:（画在2#零件图上)④说明书。19周周四完成图解法运动分析19周周五完成解析法运动分析的推导19周周六完成受力分析数学模型的建立19周周日编制程序

20周周一、周二1-8节，上机---T507机房

20周周三：写说明书,打印源程序及结果曲线。

20周周四答辩①图解法和程序设计在非上机时间完成②运动分析上机8学时；③力分析上机8学时；④整理说明书及打印4学时⑤答辩4学时7.时间分配（2周40学时）Ⅱ用解析法作机构的运动分析（矢量方程解析法）1.矢量分析法的基本原理(教材P37-42)i构件某构件上一点P1)位置分析2)速度分析3)加速度分析机构运动分析iXP，YPvPx，vPyaPx，aPy关键2.举例已知:ω1逆时针及尺寸,求：2

，3，ω2，ω3，ε2，

ε3

，XP，YP，vPx，vPy，aPx，aPy。BACDPba21341234OyxBACDPba解:①建立直角坐标系,并将各构件以矢量形式表示出来(坐标系和各构件矢量方向的选取均与解题结果无关);②建立机构的矢量关系式---位置方程1234OyxBACDPba根据各构件所构成的矢量封闭形，得：2③将矢量方程式投影到X、Y轴上；1234OyxBACDPba角意义：x轴正向逆时针转到矢量l

上所测得的角度。用i表示i矢量位置134=0l1cos1+l2cos2–l3cos3–l4cos4=0l1sin1+l2sin2–l3sin3=021234OyxBACDPba13=12

，3

符号包括在角度里，不用考虑在哪一象限已知2134OyxBACDPba13P点的坐标：2XP=l1cos1+acos2+bcos(90°+2)YP=l1sin1+asin2+bsin(90°+2)2134OyxBACDPba132④位置方程对时间求一次导数,得到速度方程;-l2sin2·ω2+l3sin3·ω3=ω1l1sin1l2cos2·ω2-l3cos3·ω3=-ω1l1cos1ω2,ω3规定:ω逆时针为正;(若已知ω1顺时针,则代负值)2134OyxBACDPba132vPx

,vPy正负号意义:在x、y轴上的投影⑤位置方程对时间求二次导,得到加速度方程-l2sin2·ε2

+l3sin3·ε3

=ω22l2cos2

–ω32l3cos3

+ω12l1cos1

l2cos2·ε2

-l3cos3·ε3

=ω22l2sin2

–ω32l3sin3

+ω12l1sin1

ε2,ε3

正负号意义:“+”加速转,与ω一致.Ⅲ用解析法作机构的动态静力分析(不计f)不计惯性力-静力计算计惯性力-动力计算动态静力分析方法:解析法∑Px=0∑Py=0∑Mo=0规定:逆时针力矩为正每个受力构件:PiyPix一、力分析步骤1)算出惯性力,惯性力矩OyxSiMQSi点为构件MQ质心Mi2)建立数学模型建立直角坐标系,画各构件受力图,将各力分解为沿两坐标轴的两个分力,再分别对每个构件列出力平衡方程(共3n个),然后联立求解.每个构件受力:运动副反力(两个投影),重力,惯性力,惯性力矩,阻力(工作件),驱动力矩(原动件).∑Px=0∑Py=0∑M=0二、注意事项1)Pij表示i构件作用于j构件上的运动副总反力FRijPij=-Pji

统一用Pij的形式表示;即:用(-Pij)代表Pji121P21xP21y2-P21x-P21y2)平面低副反力未知量的数目:力的三要素---大小、方向、作用点低副：二个未知量转动副:大小,方向(已知作用线通过铰链中心)

不计f,分解为沿x,y轴两个方向的分力力在x轴方向上分力的大小力在y轴方向上分力的大小移动副:大小,作用点(作用线位置)(已知方向⊥导路)M12P12S213)力在轴上的投影(α与一致)xyαPx=Pcosα

Py=Psinαα:从x轴正向到P力逆时针方向测量的角度投影的正负号由α值决定,P只代入大小即可.K---取矩点,xK,yK---取矩点的坐标;B---力作用点,xB,yB---力作用点坐标;Pix,Piy---Pi力在x,y轴上的分力(投影)4)力对点的力矩的表达形式

(教材59)统一形式:MK=(yK-yB)Pix+(xB-xK)PiyK(xK,yK)BPiyPixPiOyx5)力是矢量,未知力分解x轴分力y轴分力未知力:符号包含在变量内(一律先假设为正向,由算出的结果确定它们是沿x,y轴正向或反向.)PAyPAxPByPBxyxAB∑Px=0∑Py=0PBx+PAx=0PBy+PAy=0已知力:G、Pr，数据输入时都为正值(标量),则方程中该力前应为负号;惯性力、惯性力矩均画为正向.GPAyPAxPByPBxyxABPBy+Pay

–G=0代正值注意:1)明确已知数据中各个符号的意义,单位;2)程序中长度单位用m(与转动惯量Js一致);3)清楚工作行程与空回行程;(根据阻力(力矩)方向判断)4)清楚哪些构件考虑惯性力(有质量)5)起始位置:从工作行程的起点开始找原动件所处的位置.输出格式:

I=1

1=

2=3=

4=

5=

ω2=ω3=ε2

=ε3=Pr=0(orPr=

N)P12x