实例介绍
【实例简介】
该书籍提供了如何基于MATLAB软件进行机械原理里面一些机械结构的运动分析，里面还有MATLAB程序可供使用，很不错的一本书。
高等学校教材 ◎李滨城徐超编著 机械原理 MATLA 辅助分析 化学孓业約版祉 本书介绍了数学软件 MATLAB辅助机械原理分析的方法。运用解析法,通过建立 数学模型,对机构与机器进行精确的分析与综合,是机械原理学科发展的重要方向。全 书分为七章,分别应用 MATLAB进行了平面连杆机构的运动分析、平面连杆机构的力 分析、连杄机构设计、凸轮机构设计、齿轮机构设计、机械的运转及其速度波动的调节 和机构优化设计,每一专题内容通过数学模型的建立、计算实例的介绍、 MATLAB程 序的编制,深入浅出地介绍了 MATLAB在机槭原理中的应用。书中大量的程序实例不 但实用,更包含作者多年在机械原理教学中使用 MATLAB的经验。 本书既可作为高校机械类专业选修课的教材,也可作为学习机械原理和机械原理课 程设计的参考书。 图书在版编目(CIP)数据 机械原理 MATLAB辅助分析/李滨城,徐超编著 北京:化学工业出版社,2011.5 ISBN978-7-122-10596-7 I·机…Ⅲ.①李…②徐…Ⅲ,机构学-计算机 辅助分析软件包, MATLABⅣ.TH1139 中国版本图书馆CP数据核字.(2011)第026200号 责任编辑:杜进祥周永红 装帧设计:韩飞 责任校对:边涛 出版发行:化学工业出版社(北京市东城区青年溯南街13号邮政编码100011) 印刷:北京市振南印刷有限责任公司 装订:三河市宇新装订厂 710mm×100m1/16印张11%字数227千字 2011年7月北京第1版第1次印刷 购书咨询:010645188传真:010-64519686) 售后服务:010-64518899 网址:http://www.cipciom,cn 凡购买本书,如有缺损质量问题,本社销售中心负责调换。 定价:25.0元 版权所有违者必究 前 FOREWORD 机械原理 MATLAB辅助分析 现今,计算机辅助设计在机被原理学科中得到了广泛的应用。为了在教学中培 养学生利用计算机先进软件解决实际问题的思维方法和动手能力,我们从2007年开 始尝试在机械原理教学中应用 MATLAB辅助机械原理分析与综合,在多年教学改 革实践的基础上,编写了这本《机械原理 MATLAB辅助分析》 本书运用科学与工程计算语言 MATLAB进行编程计算,它是一种数值计算的 优秀工具,易学易用,一般学生只要经过10多个小时的练习就能够用它完成所需要 的计算。 本书在内容编写上首先是应用解析法建立分析或综合的数学模型,然后通过具 体的计算实例来说明数学模型的使用方法,接着用 MATLAB进行编程计算。书中 所附程序全部在计算机上调试通过,有些实例还根据运算结果绘制出了相应的分析 曲线图和设计仿真图。其目的一方面可加深学生对课程内容的理解,提高分析问题 和解决问题的能力;另一方面,意在培养学生独立编程能力,掌握 MATLAB编程 方法和技巧。 在编写本书过程中,编者参考了高等院校理工科机械类专业机械原理课程的现 行教学大纲,也参照了兄弟院校编写的《机械原理》有关教材。 江苏科技大学有关领导和机械原理学科组对本书的编写和出版给予了热情的帮 助和支持,在此谨致深切的谢意。 由于编者水平有限,加之编写仓促,书中定有不妥之处,恳请读者批评指正。 编者 2010年10月 目录 CONTENTS 机械原理 MATLAB辅助分析 算一章平而连杆机构的运动分析 第一节平面连杆机构运动分析概述………… 第二节铰链四杆机构的运动分析… 1128 第三节曲柄滑块机构的运动分析 第四节导杆机构的运动分析……………………………………………………14 第五节六杆机构的运动分析 习题 ..···.·.4444·:4.:4.4···4a,:s 30 第二章平面连杆机构的力分析 35 第一节平面连杄机构力分析概述 甲曹鲁,度m曲·使普 35 第二节铰链四杆机构的力分析…… ………………………………37 第三节曲柄滑块机构的力分析 44 第四节导杆机构的力分析………… ………………………51 第五节六杆机构的力分析 :::·.=:··..4:··““·4“““+“++:·+t 58 习题…………………………………………………………-………………………68 第三章莲杆机构设计 第一节铰链四杆机构类型判断 72 第二节几何法按连杆上活动铰链已知位置设计四杆机构… ……………………77 第三节位移矩阵法按连杆预定位置设计四杆机构 第四节解析法按连杆预定位置设计四杆机构 第五节按预定的运动规律设计四杆机构· 97 第六节按行程速比系数及有关参数设计四杆机构 102 习题 ……112 算四章凸轮机构设计 117 笫一节推杆常用的运动规律 …………………………………117 第二节凸轮轮廓曲线的设计 118 第三节程序设计实例 ………………122 习题 130 第五章齿轮机构设计 第一节渐开线函数的计算 133 第二节渐开线标准直齿圆柱齿轮的设计计算 ·:.+.....::...·..:=.::· 138 第三节直齿圆柱齿轮机构传动设计计算 143 第四节渐开线齿轮的范成…………………………………………………“145 习题 150 算六章机的运转及其遠度波动的调节 151 第一节机槭的运转及其速度波动的调节概述 番福 …·151 第二节机械系统的等效动力学模型……………………………………152 第三节机槭运动方程式 156 第四节机槭运转的速度波动及其调节方法…………………………………,165 习题……………… 167 第七章机构优化设计 169 第一节平面连杆机构再现已知运动规律的优化设计… 169 第二节凸轮机构最大压力角及其位置的确定……………………………174 习題……………………………………… 178 参者文獻 第一章平面连杆机构的运动分析 第一节平面连杆机构运动分析概述 机构的运动分析,就是按照已知的起始构件运动规律来确定机构中其他构件的 动。它的具体任务:一是求构件的位置;二是求构件的速度;三是求构件的加 速度 、数学模型的建立 平面连杆机构属闭环机构,在用解析法进行机构运动分析时,采用封闭矢量 多边形法求解较为简便。首先建立机构封闭矢量方程式,然后对时间求一阶导数 得到速度方程,对时间求二阶导数得到加速度方程。 二、程序设计 每个平面连杆机构运动分析 MATLAB程序都由主程序和子函数两部分组 成,其程序设计流程如图1-1所示。 开始 开始 输入已知参数,如各构件尺寸等 输入已知参数,如各构件尺寸等 调用子函数 求解位移表达式 求机构的位移、速度和加速度 求解速度表达式 用图形输出计算结果 求解加速度表达式 机构运动仿真 结:) 结束 (a)主程序 b)子函数 图1-1平面连杆机构运动分析程序设计流程 子函数的任务是求机构在某一位置时,各构件的位移、速度和加速度;主程 机械原理 MATLAB辅助分析 序的任务是求机构在一个工作循环内各构件的位移、速度和加速度的变化规律, 并用线图表示出来,同时进行机构运动仿真。 第二节铰链四杆机构的运动分析 在图1-2所示的铰链四杆机构中,已知各构件的尺寸及原动件1的方位角a1 和匀角速度ω,需对其位置、速度和加速度进行分析。 、数学模型的建立 为了对机构进行运动分析,先如图1-2建立直角坐标系,并将各构件表示为 杆矢,为了求解方便,将各杆矢用 指数形式的复数表示。 1.位置分析 B2 如图1-2所示,由封闭图形 ABCDA可写出机构各杆矢所构成 a1 63的封闭矢量方程 +=+(1 其复数形式表示为 图1-2铰链四杆机构 l1en+l2e2=l3e3+l4(1-2) 将上式的实部和虚部分离,得 l1 tl2 cosb2=l3 cos03+l Lysin@1 +l2 sin02=L3 sine (1-3) 由于式(1-3)是一个非线性方程组,直接求解比较困难,在这里借助几何方法进 行求解,在图中连接BD,由此得 D=2 +4A-2L1 cos 9=arcsin(,sing BD 2-l rccs 2LBDL3 63=π 82=arcsin ls sinBa-Li sinel 1-4) 2.速度分析 将式(1-2)对时间t求一次导数,得速度关系 tl202e=l30 (1-5) 第一章平面连杆机构的运动分析 将上式的实部和虚部分离,得 G1 w1 cosB)+li az cos]2=l3w3 cose 1-6) Liw sinB1+1202 sinB2=l3 w3 sinB3 若用矩阵形式来表示,则上式可写为 l2 singa l3 sina Li sinB aI (1-7) l2 cost2 Co 3 -l, 解上式即可求得二个角速度2、aB3 3.加速度分析 将式(12)对时间t求二次导数,可得加速度关系表达式 -L2 sine ls sinB3 ]ra2 w2 L2 cose2 als cos03 1o2 141coS61 le coste -l3 cose 1 an2 L2 sine2 (3 l3 sinO3 I La3 u1 1 siney (18) 解上式即可求得二个角加速度a2、a3。 二、计算实例 例1-1】如图1-2所示,已知铰链四杆机构各构件的尺寸为:l1 101.6mm,l=254mm,l3=177.8mm,l4=304.8mm,原动件1以匀角速度 1=250rad/s逆时针转动,计算构件2和构件3的角位移、角速度及角加速度, 并绘制出运动线图。 三、程序设计 铰链四杆机构 MATLAB程序由主程序 crank rocker main和子函数 crank rocker两部分组成。 1.主程序 crank_ rocker_main文件 兴著并菁兴并菁普并普菁暑菁#“萧誓養美赀黄并“兴弹一萧萧兴浙普兴黃蒉景是吴暑普暑州,暑 1.输入已知数据 clear i ll=101.6;2=254;l3=177.8;l4=304.8 omega=250; alpha1=0 hd=pi/180;du=180/pi; %2.调用子函数 crank rocker计算铰链四杆机构位移,角速度,角加速度 forn1=1:361 theta=(nl-1)*hd: Theta, omega, alpha]-crank rocker(thetal, omega, alpha1, 11, 12, 13. 14) theta2(nl)=theta(1): theta(n1)=theta(2) 【实例截图】
【核心代码】
该书籍提供了如何基于MATLAB软件进行机械原理里面一些机械结构的运动分析，里面还有MATLAB程序可供使用，很不错的一本书。
高等学校教材 ◎李滨城徐超编著 机械原理 MATLA 辅助分析 化学孓业約版祉 本书介绍了数学软件 MATLAB辅助机械原理分析的方法。运用解析法,通过建立 数学模型,对机构与机器进行精确的分析与综合,是机械原理学科发展的重要方向。全 书分为七章,分别应用 MATLAB进行了平面连杆机构的运动分析、平面连杆机构的力 分析、连杄机构设计、凸轮机构设计、齿轮机构设计、机械的运转及其速度波动的调节 和机构优化设计,每一专题内容通过数学模型的建立、计算实例的介绍、 MATLAB程 序的编制,深入浅出地介绍了 MATLAB在机槭原理中的应用。书中大量的程序实例不 但实用,更包含作者多年在机械原理教学中使用 MATLAB的经验。 本书既可作为高校机械类专业选修课的教材,也可作为学习机械原理和机械原理课 程设计的参考书。 图书在版编目(CIP)数据 机械原理 MATLAB辅助分析/李滨城,徐超编著 北京:化学工业出版社,2011.5 ISBN978-7-122-10596-7 I·机…Ⅲ.①李…②徐…Ⅲ,机构学-计算机 辅助分析软件包, MATLABⅣ.TH1139 中国版本图书馆CP数据核字.(2011)第026200号 责任编辑:杜进祥周永红 装帧设计:韩飞 责任校对:边涛 出版发行:化学工业出版社(北京市东城区青年溯南街13号邮政编码100011) 印刷:北京市振南印刷有限责任公司 装订:三河市宇新装订厂 710mm×100m1/16印张11%字数227千字 2011年7月北京第1版第1次印刷 购书咨询:010645188传真:010-64519686) 售后服务:010-64518899 网址:http://www.cipciom,cn 凡购买本书,如有缺损质量问题,本社销售中心负责调换。 定价:25.0元 版权所有违者必究 前 FOREWORD 机械原理 MATLAB辅助分析 现今,计算机辅助设计在机被原理学科中得到了广泛的应用。为了在教学中培 养学生利用计算机先进软件解决实际问题的思维方法和动手能力,我们从2007年开 始尝试在机械原理教学中应用 MATLAB辅助机械原理分析与综合,在多年教学改 革实践的基础上,编写了这本《机械原理 MATLAB辅助分析》 本书运用科学与工程计算语言 MATLAB进行编程计算,它是一种数值计算的 优秀工具,易学易用,一般学生只要经过10多个小时的练习就能够用它完成所需要 的计算。 本书在内容编写上首先是应用解析法建立分析或综合的数学模型,然后通过具 体的计算实例来说明数学模型的使用方法,接着用 MATLAB进行编程计算。书中 所附程序全部在计算机上调试通过,有些实例还根据运算结果绘制出了相应的分析 曲线图和设计仿真图。其目的一方面可加深学生对课程内容的理解,提高分析问题 和解决问题的能力;另一方面,意在培养学生独立编程能力,掌握 MATLAB编程 方法和技巧。 在编写本书过程中,编者参考了高等院校理工科机械类专业机械原理课程的现 行教学大纲,也参照了兄弟院校编写的《机械原理》有关教材。 江苏科技大学有关领导和机械原理学科组对本书的编写和出版给予了热情的帮 助和支持,在此谨致深切的谢意。 由于编者水平有限,加之编写仓促,书中定有不妥之处,恳请读者批评指正。 编者 2010年10月 目录 CONTENTS 机械原理 MATLAB辅助分析 算一章平而连杆机构的运动分析 第一节平面连杆机构运动分析概述………… 第二节铰链四杆机构的运动分析… 1128 第三节曲柄滑块机构的运动分析 第四节导杆机构的运动分析……………………………………………………14 第五节六杆机构的运动分析 习题 ..···.·.4444·:4.:4.4···4a,:s 30 第二章平面连杆机构的力分析 35 第一节平面连杄机构力分析概述 甲曹鲁,度m曲·使普 35 第二节铰链四杆机构的力分析…… ………………………………37 第三节曲柄滑块机构的力分析 44 第四节导杆机构的力分析………… ………………………51 第五节六杆机构的力分析 :::·.=:··..4:··““·4“““+“++:·+t 58 习题…………………………………………………………-………………………68 第三章莲杆机构设计 第一节铰链四杆机构类型判断 72 第二节几何法按连杆上活动铰链已知位置设计四杆机构… ……………………77 第三节位移矩阵法按连杆预定位置设计四杆机构 第四节解析法按连杆预定位置设计四杆机构 第五节按预定的运动规律设计四杆机构· 97 第六节按行程速比系数及有关参数设计四杆机构 102 习题 ……112 算四章凸轮机构设计 117 笫一节推杆常用的运动规律 …………………………………117 第二节凸轮轮廓曲线的设计 118 第三节程序设计实例 ………………122 习题 130 第五章齿轮机构设计 第一节渐开线函数的计算 133 第二节渐开线标准直齿圆柱齿轮的设计计算 ·:.+.....::...·..:=.::· 138 第三节直齿圆柱齿轮机构传动设计计算 143 第四节渐开线齿轮的范成…………………………………………………“145 习题 150 算六章机的运转及其遠度波动的调节 151 第一节机槭的运转及其速度波动的调节概述 番福 …·151 第二节机械系统的等效动力学模型……………………………………152 第三节机槭运动方程式 156 第四节机槭运转的速度波动及其调节方法…………………………………,165 习题……………… 167 第七章机构优化设计 169 第一节平面连杆机构再现已知运动规律的优化设计… 169 第二节凸轮机构最大压力角及其位置的确定……………………………174 习題……………………………………… 178 参者文獻 第一章平面连杆机构的运动分析 第一节平面连杆机构运动分析概述 机构的运动分析,就是按照已知的起始构件运动规律来确定机构中其他构件的 动。它的具体任务:一是求构件的位置;二是求构件的速度;三是求构件的加 速度 、数学模型的建立 平面连杆机构属闭环机构,在用解析法进行机构运动分析时,采用封闭矢量 多边形法求解较为简便。首先建立机构封闭矢量方程式,然后对时间求一阶导数 得到速度方程,对时间求二阶导数得到加速度方程。 二、程序设计 每个平面连杆机构运动分析 MATLAB程序都由主程序和子函数两部分组 成,其程序设计流程如图1-1所示。 开始 开始 输入已知参数,如各构件尺寸等 输入已知参数,如各构件尺寸等 调用子函数 求解位移表达式 求机构的位移、速度和加速度 求解速度表达式 用图形输出计算结果 求解加速度表达式 机构运动仿真 结:) 结束 (a)主程序 b)子函数 图1-1平面连杆机构运动分析程序设计流程 子函数的任务是求机构在某一位置时,各构件的位移、速度和加速度;主程 机械原理 MATLAB辅助分析 序的任务是求机构在一个工作循环内各构件的位移、速度和加速度的变化规律, 并用线图表示出来,同时进行机构运动仿真。 第二节铰链四杆机构的运动分析 在图1-2所示的铰链四杆机构中,已知各构件的尺寸及原动件1的方位角a1 和匀角速度ω,需对其位置、速度和加速度进行分析。 、数学模型的建立 为了对机构进行运动分析,先如图1-2建立直角坐标系,并将各构件表示为 杆矢,为了求解方便,将各杆矢用 指数形式的复数表示。 1.位置分析 B2 如图1-2所示,由封闭图形 ABCDA可写出机构各杆矢所构成 a1 63的封闭矢量方程 +=+(1 其复数形式表示为 图1-2铰链四杆机构 l1en+l2e2=l3e3+l4(1-2) 将上式的实部和虚部分离,得 l1 tl2 cosb2=l3 cos03+l Lysin@1 +l2 sin02=L3 sine (1-3) 由于式(1-3)是一个非线性方程组,直接求解比较困难,在这里借助几何方法进 行求解,在图中连接BD,由此得 D=2 +4A-2L1 cos 9=arcsin(,sing BD 2-l rccs 2LBDL3 63=π 82=arcsin ls sinBa-Li sinel 1-4) 2.速度分析 将式(1-2)对时间t求一次导数,得速度关系 tl202e=l30 (1-5) 第一章平面连杆机构的运动分析 将上式的实部和虚部分离,得 G1 w1 cosB)+li az cos]2=l3w3 cose 1-6) Liw sinB1+1202 sinB2=l3 w3 sinB3 若用矩阵形式来表示,则上式可写为 l2 singa l3 sina Li sinB aI (1-7) l2 cost2 Co 3 -l, 解上式即可求得二个角速度2、aB3 3.加速度分析 将式(12)对时间t求二次导数,可得加速度关系表达式 -L2 sine ls sinB3 ]ra2 w2 L2 cose2 als cos03 1o2 141coS61 le coste -l3 cose 1 an2 L2 sine2 (3 l3 sinO3 I La3 u1 1 siney (18) 解上式即可求得二个角加速度a2、a3。 二、计算实例 例1-1】如图1-2所示,已知铰链四杆机构各构件的尺寸为:l1 101.6mm,l=254mm,l3=177.8mm,l4=304.8mm,原动件1以匀角速度 1=250rad/s逆时针转动,计算构件2和构件3的角位移、角速度及角加速度, 并绘制出运动线图。 三、程序设计 铰链四杆机构 MATLAB程序由主程序 crank rocker main和子函数 crank rocker两部分组成。 1.主程序 crank_ rocker_main文件 兴著并菁兴并菁普并普菁暑菁#“萧誓養美赀黄并“兴弹一萧萧兴浙普兴黃蒉景是吴暑普暑州,暑 1.输入已知数据 clear i ll=101.6;2=254;l3=177.8;l4=304.8 omega=250; alpha1=0 hd=pi/180;du=180/pi; %2.调用子函数 crank rocker计算铰链四杆机构位移,角速度,角加速度 forn1=1:361 theta=(nl-1)*hd: Theta, omega, alpha]-crank rocker(thetal, omega, alpha1, 11, 12, 13. 14) theta2(nl)=theta(1): theta(n1)=theta(2) 【实例截图】
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