机械原理课程设计-机械运动参数测试仪分析

机械原理

课程设计说明书

学院：五邑大学机电工程学院

专业：机械工程及其自动化

班级：

学生：

学号：

题目：机械运动参数测试仪分析日期：2012.1.10

机械运动参数测试仪分析

戴苑城 AP0908106

一、仪器机构简介

如下图所示，实验仪器以蜗杆箱为分界，分为前后两部分。前部分主要分为：电机、传感器、传感圆盘；后部分别为：导轨架、导轨框，导杆、滑块、固定架和法兰盘。电机是整个机

构的动力源，透过蜗杆箱以蜗杆为原动件作减

速运动。动力由蜗轮主轴输出，传给法兰盘和

传感圆盘，由传感器接收传动圆盘的转动信

号，通过输出设备输出信号。

后部部分机构简化后如图所示，主要有法兰

盘滑块，导杆，导轨架和导轨框所构成。由蜗轮

主轴所输出的动力带动法兰盘转动，从而使后部

机构运动。由后部机构所得的运动简图如图所

示：

由简图可以清晰看到，所要研究的连杆有：、

、

和滑块组成。圆

盘

为动原件，移动副钉紧在圆盘

上，杆l3在移动副上滑动，通过杆传

递，最终带动滑块在水平面上滑动。

二、 机构分析

如上面见图所示可知，机构由

个活动构件所组成，共有

个低副，其中R1=42mm ，

l2=240mm,l3=180mm,l4=110mm,圆盘上的转动副与水平面的夹角为1θ，杆l3与水平面的夹角为2θ，圆盘R1的角速度w=1 rad/s,其自由度计算：

由自由度计算公式：3(2)l h F n p p =-+

可得该机构自由度

（1） 位置分析：机构矢量方程及方位角如图示，投影关系的以下公式：

OB BC OD CD l l l l +=- AO OB AB l l l +=

（2） 投影方程: MC l

: 222

222214141

3

112

2sin sin sin MC MD

AB AB BC

MC BC l l l l R l R l l l l l R l θθθ=+=++=+=+

BC l ：

322214141

2sin BC AB

AB l l l l R l R l θ=+=++

OD l : 112cos cos OD BC MD l R l l θθ=++

13

θθ

↔

:

112

222

14141

cos cos

2sin

AB

AB

R l

l R l R l

θθ

θ

=

=++

综上得：

222222 1131414132113141412

cos(2sin)cos[sin(2sin)sin] OD

l R l R l R l l R l R l R l

θθθθθθ=+-+++-+-++

11

322

14141

cos

arccos

2sin

R

R l R l

θ

θ

=

++

滑块D的位移方程：s=OD l+C

常数C：22

20210

cos cos

BC MC

C l l l R

θθ

=+-+（注：

20

θ为

2

θ的初始角，

θ为

1

θ的初始角）

三、计算机分析

本环节是以上面提及到的测试仪中的曲柄滑块机构和曲柄摆动导杆机构为测试对象，通过

实验了解位移、速度、加速度、角速度、角位移、角加速度的计算机测定方法，测算其机械结

构的各参数的理论值。

1.NX-UG软件对其机构建模并运动仿真

其模型的运动仿真动画截图如图所示：

研究滑块的位移-时间，速度-时间，加速度-时间的运动规律，用UG图表功能导出s-t,v-t,a-t的曲线图如下：

由位移图可知，s-t 曲线的波峰为400,波谷为260，说明滑块相对于位移坐标的零点最近值为260mm ，最远值为400mm ，与理论值相符，说明该UG 仿真模型成立。

2. MATLAB 软件对机构运动线图分析 在matlab 程序中，q0为夹角1θ的初始

角0θ=30°，圆盘半径R1=42，连杆杆长l2=240,导杆长l3=180,机架l4=110,所求的是滑块D 的位移s ，速度v,加速度a 对于圆盘转动角度1θ变化的关系曲线图。

公式推导：由运动简图可以知道，从水平x 轴方向和垂直y 轴方向得出的投影之和OD l 是：

22113141412

2

222

2113141412cos (2sin )cos [sin (2sin )sin ]OD l R l R l R l l R l R l R l θθθθθθ=+-+++-+-++

杆l3

与水平面的夹角为：2

cos arccos

R θθ=

因为滑块D 的位移s 与圆盘初始角0θ有关，所以存在一个常数C ，C 由初始角0θ决定，因此该滑块D 的位移

S=OD l +C

Matlab 程序如下：

q0=1/6*pi; %初始角 R1=42; %法兰盘半径 l2=240; l3=180; l4=110;

w1=1; %法兰盘角速度 y0=R1.*sin(q0); %R1对y 轴投影

h0=sqrt(R1.^2+l4.^2+2*R1*l4.*sin(q0)); %h0就是杆l3上的AB 段Lab e0=l3-h0; %e0就是杆l3上的BC 段Lbc q20=acos(R1.*cos(q0)./h0); %q20为2θ初始角 y01=y0+e0.*sin(q20);

c=e0.*cos(q20)+sqrt(l2.^2-y01.^2)+R1.*cos(q0); %常数C

q=q0:5*pi/180:13/6*pi*2; %给法兰盘定义两个周期的系列角度 x=R1.*cos(q); %R1对x 轴投影 y=R1.*sin(q); %R1对y 轴投影 h=sqrt(R1.^2+l4.^2+2*R1*l4.*sin(q)); %h 为Lab 的长 e=(l3-h); %Lbc 之长 q2=acos(R1.*cos(q)./h); %杆l3与水平面夹角