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机械原理课程设计报告说明书

机械原理课程设计说明书

题目：

码头吊车机构的设计及分析 

班级：

机械0908

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

2011年9月23日

 码头吊车机构的设计及分析  

一、题目说明

图示为某码头吊车机构简图。

它是由曲柄摇杆机构与双摇杆机构串联成的。

已知：

lo1x=2.86m,lo1y=4m,lo4x=5.6m,lo4y=8.1m,l3=4m,l3'=28.525m,a3'=0.25°,l3´´=8.5m,a3´´=7°,l4=3.625m,l4´=8.35m,a4'=184°，l4´´=1m,a4´´=95°,l5=25.15m,l5'=2.5m,a5'=24°。

图中S3、S4、S5为构件3、4、5的质心，构件质量分别为：

m3=3500kg,m4=3600kg,m5=5500kg,K点向左运动时载重Q为50kN，向右运动时载重为零，曲柄01A的转速n3=1.06r/min。

二、内容要求与作法

1.对双摇杆机构O3CDO4进行运动分析，以O3C为主动件，取步长为1°计算K点位置，根据K点的近似水平运动要求，依据其纵坐标值决定O3C的摆动范围。

2.按O3C的摆动范围设计曲柄摇杆机构O1ABO3，使摇杆O3B的两个极限位置对应于选定是K点轨迹范围。

3.对整个机构进行运动分析，绘出K点水平方向的位移、速度和加速度线图。

4.只计构件3、4、5的质量，进行机构的动态静力分析，绘制固定铰链处反力矢端图及平衡力矩Td线图。

上机前认真读懂所用的子程序，自编主程序，初始位置取K点的右极限位置。

主程序中打开一数据文件“DGRAPS”，写入需要显示图形的数据。

三、课程设计说明书内容

上机结束后，每位学生整理课程设计说明书一份，其内容应包括：

1.机构简图和已知条件

2.连架杆O3C摆动范围的确定方法及曲柄摇杆机构尺寸的设计过程。

3.杆组的拆分方法及所调用的杆组子程序中虚参与实参对照表。

4.自编程序中主要标识符说明。

5.主程序框图。

6.自编程序及计算结果清单。

7.各种线图：

①K点坐标位置；②K点水平位移、速度和加速度线图；③平衡力矩线图；④固定铰链处反力矢端图。

8.以一个位置为例，用图解法对机构进行运动分析，与解析法计算结果比较误差。

9.主要收获与建议。

指导教师参考上述内容提出具体要求，学生按指导教师的要求书写并装订成册。

一、题目说明：

11点向左运动时载重Q为50kN,向右运动时载重为零，曲柄Ⅰ的转速n3=1.06r/min

已知尺寸：

固定铰链坐标：

P4x=P4y=0,P1x=2.86m,P1y=4m,P7x=5.6m,P7y=8.1m,

杆长：

r45=28.525;r56=3.625;r67=25.15;r43=4.0;r511=8.35;

r48=8.5;r59=1.0;r710=2.5;

构件质量：

m3=3500kg,m4=3600kg,m5=5500kg,

99

IVIV

5656

11115

VV

III7III7

8II2108II210

332

II

11

44

机构简图拆分杆组

二运动方案及机构设计：

①以构件3为主动件：

（1）调用bark函数求5点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

4503r450.00.0twepvpap

（2）调用rrrk函数求6点的运动参数

形参

mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap

实参

157645r56r67twepvpap

（3）调用bark函数求4构件的位置角，角速度，角加速度和11点的位置，速度，加速度

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

501140.0r511gam1twepvpap

（4）程序–对11点的运动轨迹分析

#include"graphics.h"

#include"subk.c"/*运动分析子程序*/

#include"draw.c"/*绘图子程序*/

main（）

{

staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;

staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];

staticintic;/*定义静态变量*/

doubler45,r56,r511,r67;

doublegam1;

doublepi,dr;

doubler2,vr2,ar2;

inti;/*定义局部变量*/

FILE*fp;

/*定义文件指针变量*/

r45=28.525;r56=3.625;r511=8.35;r67=25.15;

gam1=-184.0;del=1.0;

/*赋值*/

t[4]=0.0;w[4]=0.0;e[4]=0.0;

w[1]=0.0;e[1]=0.0;

pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;/*求弧度*/

gam1=gam1*dr;

p[4][1]=0.0;

p[4][2]=0.0;

w[3]=1.06*2*pi/60；

p[7][1]=5.6;

p[7][2]=8.1;/*赋值*/

printf（"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;

printf（"NoTHETA1S11V11A11\n"）;

printf（"degmm/sm/s/s\n"）;

/*在屏幕上写表头*/

if（（fp=fopen（"file1","w"））==NULL）

{

printf（"Can'topenthisfile.\n"）;

exit（0）;

}

fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;

fprintf（fp,"NoTHETA1S11V11A11\n"）;

fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;

/*在文件filel中写表头*/

ic=（int）（360.0/del）;

for（i=0;i<=ic;i++）

{

t[3]=（i）*del*dr;

bark（4,5,0,3,r45,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;

rrrk（1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap）;

bark（5,0,11,4,0.0,r511,gam1,t,w,e,p,vp,ap）;

printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[3]/dr,

p[11][2],vp[11][1],ap[11][1]）;

fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[3]/dr,

p[11][2],vp[11][1],ap[11][1]）;

pdraw[i]=p[11][2];

vpdraw[i]=vp[11][1];

apdraw[i]=ap[11][1];

if（（i%10）==0）{getch（）;}

}

fclose（fp）;

getch（）;

draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic）;

getch（）;

}

（5）数据--随主动件3演变的11点运动参数（从全部数据中筛选出的数据）

TheKinematicParametersofPoint11

NoTHETA1S11V11A11

degmm/sm/s/s

9392.00029.651-6.540-17.087

9493.00020.156-14.10987.044

9594.00020.127-8.76314.530

9695.00020.176-7.2396.574

9796.00020.244-6.4443.914

9897.00020.315-5.9382.660

9998.00020.385-5.5801.955

10099.00020.451-5.3091.515

101100.00020.511-5.0961.219

102101.00020.565-4.9211.011

103102.00020.612-4.7750.859

104103.00020.653-4.6490.744

105104.00020.686-4.5400.655

106105.00020.713-4.4420.586

107106.00020.733-4.3550.531

108107.00020.747-4.2750.487

109108.00020.755-4.2010.451

110109.00020.756-4.1320.422

111110.00020.752-4.0680.399

112111.00020.742-4.0070.380

113112.00020.727-3.9480.364

114113.00020.708-3.8920.352

115114.00020.684-3.8380.343

116115.00020.656-3.7840.336

117116.00020.625-3.7320.331

118117.00020.591-3.6800.328

119118.00020.555-3.6290.328

120119.00020.517-3.5770.329

121120.00020.478-3.5250.333

122121.00020.439-3.4720.338

123122.00020.401-3.4180.347

124123.00020.364-3.3630.358

125124.00020.331-3.3050.373

126125.00020.302-3.2450.393

127126.00020.280-3.1810.419

128127.00020.266-3.1130.454

129128.00020.263-3.0380.500

130129.00020.275-2.9550.564

131130.00020.306-2.8590.655

132131.00020.361-2.7460.791

133132.00020.450-2.6061.006

134133.00020.586-2.4221.380

135134.00020.791-2.1542.124

所以O3C的摆动范围为93°~134°

②计算主动件和连杆杆长:

（1）程序:

#include"math.h"

#include"stdio.h"

main（）{

staticdoublel1,l2,l3,l4,max,min;

staticdoublelx,ly;

staticdoublethea0,thea1,thea2,pi,dr;

/*弧度率*/

pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;

/*赋值*/

l3=4.0;l4=sqrt（2.86*2.86+4*4）;

lx=2.86;ly=4.0;

thea0=atan2（ly,lx）+25.0*dr;

thea1=93.0*dr-thea0;thea2=134.0*dr-thea0;

/*计算两杆长度*/

min=sqrt（l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos（thea1））;max=sqrt（l3*l3+l4*l4-2*l3*l4*cos（thea2））;

l2=（max+min）/2;l1=（max-min）/2;

printf（"\n\nl1=%12.3fl2=%12.3f",l1,l2）;

}

（2）数据:

l1=1.388l2=2.780

三、运动分析计算及动态静力分析

1.以构件1为主动件对整体运动分析：

（1）调用bark函数求2点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

1201r120.00.0twepvpap

（2）调用rrrk函数求3点的运动参数

形参

mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap

实参

142332r34r23twepvpap

（3）调用bark函数求5点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

40530.0r45gam1twepvpap

（4）调用rrrk函数求6点的运动参数

形参

mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap

实参

157645r56r67twepvpap

（5）调用bark函数求11点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

501140.0r511gam2twepvpap

（6）程序--对11点位置，速度，加速度分析:

#include"graphics.h"

#include"subk.c"

#include"draw.c"

main（）{

/*定义静态数组*/

staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2];

staticdoublet[10],w[10],e[10];

staticdoublepdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];

/*定义变量*/

staticintic;

doubledel,pi,dr;

doubler45,r56,r67,r511,r34,r12,r23;

doublegam1,gam2;

inti;

FILE*fp;

/*按顺序赋值*/

del=10.0;pi=4.0*atan（1.0）;dr=pi/180.0;

p[4][1]=0.0;p[4][2]=0.0;

p[7][1]=5.6;p[7][2]=8.1;

p[1][1]=2.86;p[1][2]=4.0;

t[1]=0.0;w[1]=1.06*2*pi/60;

r45=28.525;r56=3.625;

r67=25.15;r511=8.35;r34=4.0;

r12=1.388;r23=2.780;

gam1=25.0*dr;gam2=176.0*dr;

/*打印标题*/

printf（"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;

printf（"No.THETA1S11yS11xV11A11\n"）;

printf（"degmmm/sm/s/s\n"）;

if（（fp=fopen（"file_MO2.c","w"））==NULL）{

printf（"Can'topenthisfile.\n"）;

exit（0）;

}

fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint11\n"）;

fprintf（fp,"No.THETA1S11yS11xV11A11\n"）;

fprintf（fp,"degmmm/sm/s/s\n"）;

/*加入1,3点运动分析*/

ic=（int）（360.0/del）;

for（i=0;i<=ic;i++）{

t[1]=（i）*del*dr;

bark（1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;

rrrk（1,4,2,3,3,2,r34,r23,t,w,e,p,vp,ap）;

bark（4,0,5,3,0.0,r45,gam1,t,w,e,p,vp,ap）;

rrrk（1,5,7,6,4,5,r56,r67,t,w,e,p,vp,ap）;

bark（5,0,11,4,0.0,r511,gam2,t,w,e,p,vp,ap）;

printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[11][2],p[11][1],vp[11][1],ap[11][1]）;

fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,p[11][2],p[11][1],vp[11][1],ap[11][1]）;

pdraw[i]=p[11][1];vpdraw[i]=vp[11][1];apdraw[i]=ap[11][1];

if（（i%4）==0）{getch（）;}

}

fclose（fp）;getch（）;

draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic）;

}

（7）线图--11点水平位移，速度，加速度线图

（8）数据–随主动件1演变的11点运动参数

TheKinematicParametersofPoint11

No.THETA1S11yS11xV11A11

degmmm/sm/s/s

10.00020.132-1.4080.471-0.155

210.00020.156-0.9210.106-0.312

320.00020.142-1.158-0.399-0.285

430.00020.122-2.089-0.756-0.181

540.00020.158-3.481-1.004-0.140

650.00020.266-5.224-1.207-0.119

760.00020.422-7.259-1.375-0.093

870.00020.583-9.522-1.495-0.060

980.00020.705-11.932-1.561-0.023

1090.00020.756-14.400-1.5700.011

11100.00020.725-16.842-1.5270.042

12110.00020.625-19.179-1.4390.069

13120.00020.486-21.347-1.3120.092

14130.00020.351-23.288-1.1510.113

15140.00020.270-24.951-0.9600.131

16150.00020.286-26.292-0.7420.145

17160.00020.419-27.276-0.5070.152

18170.00020.627-27.887-0.2730.143

19180.00020.781-28.147-0.0610.129

20190.00020.735-28.0800.1510.147

21200.00020.525-27.6440.4140.187

22210.00020.328-26.7530.7220.199

23220.00020.263-25.3781.0210.176

24230.00020.333-23.5731.2610.126

25240.00020.478-21.4591.4120.064

26250.00020.625-19.1851.4660.007

27260.00020.724-16.8911.441-0.035

28270.00020.756-14.6801.365-0.059

29280.00020.727-12.6121.264-0.068

30290.00020.651-10.7101.157-0.067

31300.00020.547-8.9711.056-0.061

32310.00020.432-7.3840.965-0.055

33320.00020.319-5.9320.884-0.049

34330.00020.223-4.6010.810-0.046

35340.00020.154-3.3850.735-0.051

36350.00020.123-2.2980.640-0.075

37360.00020.132-1.4080.471-0.155

2.对整体机构动态静力分析

（1）调用bark函数求2点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

1201r120.00.0twepvpap

（2）调用rrrk函数求3点的运动参数

形参

mn1n2n3k1k2r1r2twepvpap

实参

142332r34r23twepvpap

（3）调用bark函数求5点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

40530.0r45gam1twepvpap

（4）调用bark函数求8点的运动参数

形参

n1n2n3kr1r2gamtwepvpap

实参

40830.0r48gam9twepvpap

（5）