1、课 程 设 计 书1机械原理课程设计任务书题目：连杆机构设计 B3姓名：尹才华班级：机械设计制造及其自动化 2010 级车辆 1 班设计参数连架杆转角范围 计算间隔 设计计算mm手工 编程转角关系的期望函数y=lgx(1x2)45 90 2 0.5确定：a,b,c,d 四杆的长度，以及在一个工作循环内每一计算间隔的转角偏差值 i设计要求：1.用解析法按计算间隔进行设计计算；2.绘制 3 号图纸 1 张，包括：(1)机构运动简图；(2)期望函数与机构实现函数在计算点处的对比表；(3)根据对比表绘制期望函数与机构实现函数的位移对比图；3.设计说明书一份；4.要求设计步骤清楚，计算准确。说明书规范。
2、作图要符合国家标。按时独立完成任务。课 程 设 计 书2目录第 1 节 平面四 杆机构设计 31.1 连杆机构设计的基本问题 .31.2 作图法设 计四杆机构 .31.3 解析法设计四杆机构 3第 2 节 设 计介绍 52.1 按预定的两连架杆对应位置设计原理 .52.2 按期望函 数设计 6第 3 节 连杆 机构设计 83.1 连杆机构设计 .83.2 变量和函数与转角之间的比例尺 .83.3 确定结点值 .83.4 确定 初始角 0、 93.5 杆长比 m,n,l 的确定 133.6 检查偏 差值 .133.7 杆长的 确定 133.8 连架杆 在各位置的再现函数和期望函数最小差值 的确定
3、 .15总结 18参考文献 19附录 20课 程 设 计 书3第 1 节 平面四杆机构设计1.1 连杆机构设计的基本问题连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条件（如要求存在曲柄、杆长比恰当等） 、动力条件（如适当的传动角等）和运动连续条件等。根据机械的用途和性能要求的不同，对连杆机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求可归纳为以下三类问题：(1)预定的连杆位置要求；(2)满足预定的运动规律要求；(3)满足预定的轨迹要求;连杆设计的方法有：解析法、作图法和实验法。1.2 作图法设计四杆机构对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也
4、就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对运动的几何关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。根据设计要求的不同分为四种情况 ：(1) 按连杆预定的位置设计四杆机构(2) 按两连架杆预定的对应角位移设计四杆机构课 程 设 计 书4(3) 按预定的轨迹设计四杆机构(4) 按给定的急回要求设计四杆机构1.3 解析法设计四杆机构在用解析法设计四杆机构时，首先需建立包含机构各尺度参数和运动变量在内的解析式，然后根据已知的运动变量求机构的尺度参数。现有三种不同的设计要求，分别是：(1) 按连杆预定的连杆位置设计四杆机构(2) 按预定的运动轨迹设计四杆机构(3) 按预定的运动规律设计四杆
5、机构1) 按预定的两连架杆对应位置设计2) 按期望函数设计本次连杆机构设计采用解析法设计四杆机构中的按期望函数设计。下面在第 2 节将对期望函数设计四杆机构的原理进行详细的阐述。课 程 设 计 书5第 2 节 设计介绍2.1 按预定的两连架杆对应位置设计原理如下图所示： yx4312o 0 i i i 0dacb设要求从动件 3 与主动件 1 的转角之间满足一系列的对应位置关系,即 = i=1, 2, ,n 其函数的运动变量为 由设计要求i3)(1if i知 、 为已知条件。有 为未知。又因为机构按比例放大或缩1 2小，不会改变各机构的相对角度关系，故设计变量应该为各构件的相对长度，如取 d/
6、a=1 , b/a=l c/a=m , d/a=n 。故设计变量l、m、n 以及 、 的计量起始角 、 共五个。如图所示建立坐130标系 Oxy，并把各杆矢量向坐标轴投影，可得)cos()cos(cos l2-1 课 程 设 计 书6yxo=f()F )cos()sin(sin 01032 iiiml为消去未知角 ，将上式 两端各自平方后相加，经整理可得i2 )2/(1()cs()()cos()cos( 201030301 nn lmiiii 令 =m, =-m/n, = ,则上式可简化为：p1p2 )2/12nl 2-2piiii 2010310301 cos()cs()cs( 式 2-2
7、中包含 5 个待定参数 、 、 、 、及 ，故四杆01200机构最多可以按两连架杆的 5 个对应位置精度求解。2.2 按期望函数设计如上图所示，设要求设计四杆机构两连架杆转角之间实现的函数关系 (成为期望函数)，由于连架杆机构的待定参数较少，xfy故一般不能准确实现该期望函数。设实际实现的函数为月(成为再现函数 )，再现函数与期望函数一般是不一致的。设)xFy计时应该使机构的再现函数尽可能逼近所要求的期望函数。具体作法是：在给定的自变量 x 的变化区间 到 内的某点上，使再现函0xm数与期望函数的值相等。从几何意义上 与 两函数曲线)(Fy)(xfy课 程 设 计 书7在某些点相交。这些点称为
8、插值结点。显然在结点处： 0)(xfF故在插值结点上，再现函数的函数值为已知。这样，就可以按上述方法来设计四杆机构。这种设计方法成为插值逼近法。在结点以外的其他位置， 与 是不相等的，其偏差)(xFy)(xfy为 )(xfy偏差的大小与结点的数目及其分布情况有关，增加插值结点的数目，有利于逼近精度的提高。但结点的数目最多可为 5 个。至于结点位置分布，根据函数逼近理论有2-3mixxmmi 2)1(cos)(21)(2100 试中 i=1,2, ,3,n 为插值结点数。本节介绍了采用期望函数设计四杆机构的原理。那么在第 3 节将具体阐述连杆机构的设计。课 程 设 计 书8第 3 节 连杆机构设
9、计3.1 连杆机构设计设计参数表连架杆转角范围 计算间隔 设计计算mm手工 编程转角关系的期望函数y=lgx(1x2)45 90 2 0.5确定：a,b,c,d 四杆的长度，以及在一个工作循环内每一计算间隔的转角偏差值 i注：本次采用编程计算,计算间隔 0.53.2 变量和函数与转角之间的比例尺根据已知条件 y=lgx(1x2)为铰链四杆机构近似的实现期望函数，设计步骤如下：（1）根据已知条件 , ,可求得 ，10x2m0y。30.ym（2）由主、从动件的转角范围 =45、 =90确定自变mm课 程 设 计 书9量和函数与转角之间的比例尺分别为：45/1)(0mmxu903.y3.3 确定结点
10、值设取结点总数 m=3，由式 2-3 可得各结点处的有关各值如表(3-1)所示。表（3-1） 各结点处的有关各值3.4 确定初始角 、0通常我们用试算的方法来确定初始角 、 ,而在本次连杆0设计中将通过编程试算的方法来确定。具体思路如下：任取 、 ，把 、 取值与上面所得到的三个结点处00的 、 的值代入 P134 式 8-17ii PPiiii 2010310301 )cos()cos()cos( 从而得到三个关于 、 、 的方程组，求解方程组后得出12、 、 ，再令 =m, =-m/n, =P01201 2。然)/(2nlm求得后 m,n,l 的值。由此我们可以在机构确定的初始值条件下xi
11、yiilguxi/)(0uyii/)(01 1.067 0.0282 3.015 8432 1.500 0.1761 22.5 52.653 1.933 0.2862 41.985 85.5731课 程 设 计 书10找到任意一位置的期望函数值与再现函数值的偏差值 。当时，则视为选取的初始、角度 满足机构的运动要求。10具体程序如下：#include#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()int i;float p0,p1,p2,a0,b0,m,n,l,a5; float A,B,C,r,s,f1,f2,k1
12、,k2,j; /*定义变量 */float u1=1.0/45,u2=0.301/90,x0=1.0,y0=0.0; /*定自变量、函数与转角的比例尺*/float a3,b3,a16,b13;FILE *p;if(p=fopen(“d:zdp.txt“,“w“)=NULL)printf(“cant open the file!“);exit(0);a0=3.015; /*a= ，b= */00a1=22.5;a2=41.985;b0=8.43;课 程 设 计 书11b1=52.65;b2=85.57;printf(“please input a0: n“);scanf(“%f“,printf
13、(“please input b0: n“);scanf(“%f“,for(i=0;i#include #include void main()float a=60,b,c,d;float m=0.150801,n=0.331069,l=1.262095;课 程 设 计 书15FILE *p;if(p=fopen(“d:zdp.txt“,“w“)=NULL)printf(“cant open the file!“);exit(0);b=l*a;c=m*a;d=n*a;printf(“a=%fnb=%fnc=%fnd=%fn“,a,b,c,d);fprintf(p,“a=%fnb=%fnc=%f
14、nd=%fn“,a,b,c,d);fclose(p); 运行结果为 :a=60.000000b=72.725700c=9.048060d=19.8641403.8 连架杆在各位置的再现函数和期望函数最小差值 的确定如下面的程序:#include#include#include#define PI 3.1415926#define t PI/180void main()float a0=115,b0=9.2,m=0.150801,n=0.331069,l=1.262095; 课 程 设 计 书16float A,B,C,s,j,k1,k2,k;float x0=1.0,y0=0.0,u1=1.0
15、/45,u2=0.301/90 ;float x130,y1130,y2130,a1130,f1130,f2130,r130;int i;FILE *p;if(p=fopen(“d:zdp.txt“,“w“)=NULL)printf(“cant open the file! “);exit(0);printf(“ i a1i f1i ri k xi y1i y2inn“);fprintf(p,“ i a1i f1i ri k xi y1i y2inn“);for(i=0; a1i=45;i+)a10=0;A=sin(a1i+a0)*t);B=cos(a1i+a0)*t)-n;C=(1+m*m+
16、n*n-l*l)/(2*m)-n*cos(a1i+a0)*t)/m;j=x0+u1*a1i; s=sqrt(A*A+B*B-C*C);f1i=2*(atan(A+s)/(B+C)/(t)-b0;f2i=2*(atan(A-s)/(B+C)/(t)-b0;ri=(log10(j)-y0)/u2;k1=f1i-ri;k2=f2i-ri;xi=a1i*u1+x0;y2i=log10(xi);课 程 设 计 书17if(abs(k1)abs(k2)k=k1;y1i=f1i*u2+y0;printf(“ %-4d %-5.1f %-10.4f %-8.4f %-8.4f %-7.4f %-8.4f %0
17、.4fn“,i,a1i,f1i,ri,k,xi,y1i,y2i);fprintf(p,“ %-4d %-5.1f %-10.4f %-8.4f %-8.4 %-7.4f %-8.4f %0.4fn“,i,a1i,f1i,ri,k,xi,y1i,y2i);elsek=k2;y1i=f2i*u2+y0;printf(“ %-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%-9.4f%-10.4f%2.4fn“,i,a1i,f2i,ri,k,xi,y1i,y2i);fprintf(p,“%-6d%-7.1f%-12.4f%-10.4f%-10.4f%-9.4f%-10.4f%2.4fn“
18、,i,a1i,f2i,ri,k,xi,y1i,y2i);a1i+1=a1i+0.5;fclose(p);程序运行结果见附录。课 程 设 计 书18设计总结本次课程设计，完成了用解析法中的按期望函数设计连杆机构的工作。得到了两连架杆转角关系满足函数 y=lg2（1x2）的连杆机构。不足之处在于因为减小计算量而取 m=3，具有一定的误差；若要较高的精度，则可以取 m=4、m=5。在本次设计中，有一个非常重要且易出错的环节确定初始角 、 的值。这一环节我采用了 C 语言编程结合手算的方法来求0解。编程因为公式多，变量多而比较麻烦、手算计算量比较大。因而在设计中我遇到了很多大小不同的问题，程序多次修改
19、，手算多次验证。最终在不懈努力下得到了正确的初始角。课 程 设 计 书19本次课程设计，从不知道如何下手到完成。我学到了很多的东西，掌握了课程设计书的书写格式，为以后的设计打下了良好的基础。参考文献：【1】孙恒，陈作模，葛文杰 . 机械原理M . 7 版 . 北京:高等教育出版社,2006。【2】孙恒，陈作模 . 机械原理M . 6 版 . 北京:高等教育出版社,2001。课 程 设 计 书20附录：i 为序列号 a1i= f1i= ri = k = ii ixi为自变量 y1i为再现函数值 y2i为望函数值i a1i f1i ri k xi y1i y2i0 0.0 -0.0033 0.00
20、00 -0.0033 1.0000 -0.0000 0.00001 0.5 1.4408 1.4349 0.0059 1.0111 0.0048 0.00482 1.0 2.8657 2.8541 0.0116 1.0222 0.0096 0.00953 1.5 4.2722 4.2579 0.0143 1.0333 0.0143 0.01424 2.0 5.6613 5.6468 0.0145 1.0444 0.0189 0.01895 2.5 7.0335 7.0209 0.0126 1.0556 0.0235 0.02356 3.0 8.3896 8.3807 0.0090 1.0667
21、 0.0281 0.02807 3.5 9.7303 9.7263 0.0039 1.0778 0.0325 0.03258 4.0 11.0560 11.0582 -0.0022 1.0889 0.0370 0.03709 4.5 12.3674 12.3766 -0.0092 1.1000 0.0414 0.0414课 程 设 计 书2110 5.0 13.6649 13.6816 -0.0168 1.1111 0.0457 0.045811 5.5 14.9490 14.9737 -0.0248 1.1222 0.0500 0.050112 6.0 16.2201 16.2531 -0.
22、0330 1.1333 0.0542 0.054413 6.5 17.4787 17.5200 -0.0413 1.1444 0.0585 0.058614 7.0 18.7251 18.7747 -0.0496 1.1556 0.0626 0.062815 7.5 19.9597 20.0173 -0.0576 1.1667 0.0668 0.066916 8.0 21.1828 21.2482 -0.0654 1.1778 0.0708 0.071117 8.5 22.3948 22.4675 -0.0727 1.1889 0.0749 0.075118 9.0 23.5959 23.67
23、55 -0.0796 1.2000 0.0789 0.079219 9.5 24.7864 24.8723 -0.0859 1.2111 0.0829 0.083220 10.0 25.9666 26.0582 -0.0916 1.2222 0.0868 0.087221 10.5 27.1367 27.2334 -0.0966 1.2333 0.0908 0.091122 11.0 28.2970 28.3980 -0.1010 1.2444 0.0946 0.095023 11.5 29.4477 29.5523 -0.1046 1.2556 0.0985 0.098824 12.0 30
24、.5889 30.6964 -0.1075 1.2667 0.1023 0.102725 12.5 31.7209 31.8305 -0.1096 1.2778 0.1061 0.106526 13.0 32.8439 32.9548 -0.1109 1.2889 0.1098 0.110227 13.5 33.9581 34.0694 -0.1114 1.3000 0.1136 0.113928 14.0 35.0635 35.1746 -0.1111 1.3111 0.1173 0.117629 14.5 36.1604 36.2704 -0.1100 1.3222 0.1209 0.12
25、1330 15.0 37.2490 37.3571 -0.1081 1.3333 0.1246 0.124931 15.5 38.3293 38.4347 -0.1055 1.3444 0.1282 0.128532 16.0 39.4014 39.5035 -0.1021 1.3556 0.1318 0.132133 16.5 40.4656 40.5636 -0.0979 1.3667 0.1353 0.135734 17.0 41.5220 41.6150 -0.0931 1.3778 0.1389 0.139235 17.5 42.5705 42.6581 -0.0875 1.3889
26、 0.1424 0.142736 18.0 43.6114 43.6928 -0.0813 1.4000 0.1459 0.146137 18.5 44.6448 44.7193 -0.0745 1.4111 0.1493 0.149638 19.0 45.6707 45.7378 -0.0671 1.4222 0.1527 0.1530课 程 设 计 书2239 19.5 46.6893 46.7483 -0.0591 1.4333 0.1561 0.156340 20.0 47.7005 47.7511 -0.0506 1.4444 0.1595 0.159741 20.5 48.7046
27、 48.7461 -0.0416 1.4556 0.1629 0.163042 21.0 49.7015 49.7337 -0.0322 1.4667 0.1662 0.166343 21.5 50.6913 50.7137 -0.0224 1.4778 0.1695 0.169644 22.0 51.6742 51.6864 -0.0122 1.4889 0.1728 0.172945 22.5 52.6501 52.6519 -0.0018 1.5000 0.1761 0.176146 23.0 53.6191 53.6102 0.0089 1.5111 0.1793 0.179347 2
28、3.5 54.5813 54.5616 0.0198 1.5222 0.1825 0.182548 24.0 55.5368 55.5059 0.0308 1.5333 0.1857 0.185649 24.5 56.4855 56.4435 0.0419 1.5444 0.1889 0.188850 25.0 57.4275 57.3744 0.0531 1.5556 0.1921 0.191951 25.5 58.3628 58.2987 0.0642 1.5667 0.1952 0.195052 26.0 59.2915 59.2164 0.0752 1.5778 0.1983 0.19
29、8053 26.5 60.2137 60.1276 0.0861 1.5889 0.2014 0.201154 27.0 61.1293 61.0326 0.0967 1.6000 0.2044 0.204155 27.5 62.0383 61.9312 0.1071 1.6111 0.2075 0.207156 28.0 62.9409 62.8237 0.1172 1.6222 0.2105 0.210157 28.5 63.8369 63.7101 0.1269 1.6333 0.2135 0.213158 29.0 64.7265 64.5905 0.1361 1.6444 0.216
30、5 0.216059 29.5 65.6097 65.4649 0.1448 1.6556 0.2194 0.218960 30.0 66.4864 66.3335 0.1529 1.6667 0.2224 0.221861 30.5 67.3567 67.1963 0.1603 1.6778 0.2253 0.224762 31.0 68.2205 68.0535 0.1670 1.6889 0.2282 0.227663 31.5 69.0779 68.9050 0.1730 1.7000 0.2310 0.230464 32.0 69.9290 69.7510 0.1780 1.7111
31、 0.2339 0.233365 32.5 70.7736 70.5914 0.1821 1.7222 0.2367 0.236166 33.0 71.6118 71.4265 0.1853 1.7333 0.2395 0.238967 33.5 72.4436 72.2563 0.1873 1.7444 0.2423 0.2417课 程 设 计 书2368 34.0 73.2690 73.0808 0.1882 1.7556 0.2450 0.244469 34.5 74.0879 73.9000 0.1879 1.7667 0.2478 0.247270 35.0 74.9004 74.7
32、142 0.1862 1.7778 0.2505 0.249971 35.5 75.7065 75.5233 0.1832 1.7889 0.2532 0.252672 36.0 76.5061 76.3273 0.1788 1.8000 0.2559 0.255373 36.5 77.2993 77.1264 0.1728 1.8111 0.2585 0.257974 37.0 78.0860 77.9207 0.1653 1.8222 0.2612 0.260675 37.5 78.8661 78.7101 0.1561 1.8333 0.2638 0.263276 38.0 79.639
33、8 79.4947 0.1451 1.8444 0.2664 0.265977 38.5 80.4069 80.2746 0.1323 1.8556 0.2689 0.268578 39.0 81.1674 81.0499 0.1176 1.8667 0.2715 0.271179 39.5 81.9214 81.8205 0.1009 1.8778 0.2740 0.273680 40.0 82.6688 82.5866 0.0821 1.8889 0.2765 0.276281 40.5 83.4095 83.3483 0.0612 1.9000 0.2790 0.278882 41.0
34、84.1436 84.1054 0.0381 1.9111 0.2814 0.281383 41.5 84.8710 84.8582 0.0127 1.9222 0.2838 0.283884 42.0 85.5917 85.6067 -0.0150 1.9333 0.2863 0.286385 42.5 86.3056 86.3508 -0.0452 1.9444 0.2886 0.288886 43.0 87.0128 87.0907 -0.0780 1.9556 0.2910 0.291387 43.5 87.7132 87.8265 -0.1133 1.9667 0.2934 0.293788 44.0 88.4067 88.5581 -0.1513 1.9778 0.2957 0.296289 44.5 89.0934 89.2855 -0.1921 1.9889 0.2980 0.298690 45.0 89.7732 90.0090 -0.2358 2.0000 0.3002 0.3010
