铰链式颚式破碎机方案分析机械原理课程设计说明书大学论文.doc

东北大学机械原理课程设计 铰链式颚式破碎机方案分析

机械原理课程设计说明书

题目： 铰链式颚式破碎机方案分析

班 级 ：机械工程
姓 名 ：
学 号 ：
指导教师 ：
成 绩 ：

目 录
一 设计题目……………………………………………………………………1
二 已知条件及设计要求…………………………………………………1
2.1已知条件……………………………………………………………………1
2.2设计要求……………………………………………………………………1
三. 机构的结构分析…………………………………………………………2
3.1六杆铰链式破碎机………………………………………………………2
3.2四杆铰链式破碎机………………………………………………………2
四. 机构的运动分析…………………………………………………………2
4.1六杆铰链式颚式破碎机的运动分析…………………………………2
4.2编写主程序并运行………………………………………………………2
4.3四杆铰链式颚式破碎机的运动分析…………………………………5
4.4编写主程序并运行………………………………………………………5
五.机构的动态静力分析……………………………………………………8
5.1六杆铰链式颚式破碎机的静力分析…………………………………8
5.2编写主程序并运行………………………………………………………9
5.3四杆铰链式颚式破碎机的静力分析…………………………………13
5.4编写主程序并运行………………………………………………………14
六. 工艺阻力函数及飞轮的转动惯量函数 ……………………17
6.1工艺阻力函数程序 ……………………………………………………17
6.2飞轮的转动惯量函数程序……………………………………………17
七 .对两种机构的综合评价……………………………………………21

八 . 主要的收获和建议…………………………………………………21
九 . 参考文献………………………………………………………………21

一.设计题目：铰链式颚式破碎机方案分析
二.已知条件及设计要求
2.1 已知条件

图1.1 六杆铰链式破碎机 图1.2 工艺阻力

图1.3 四杆铰链式破碎机
图(a)所示为六杆铰链式破碎机方案简图。主轴1的转速为n1 = 170r/min，各部尺寸为：lO1A = 0.1m, lAB = 1.250m, lO3B = 1m, lBC = 1.15m, lO5C = 1.96m, l1=1m, l2=0.94m, h1=0.85m, h2=1m。各构件质量和转动惯量分别为：m2 = 500kg, Js2 = 25.5kg•m2, m3 = 200kg, Js3 = 9kg•m2, m4 = 200kg, Js4 = 9kg•m2, m5=900kg, Js5=50kg•m2, 构件1的质心位于O1上，其他构件的质心均在各杆的中心处。D为矿石破碎阻力作用点，设LO5D = 0.6m，破碎阻力Q在颚板5的右极限位置到左极限位置间变化，如图(b)所示，Q力垂直于颚板。
图(c)是四杆铰链式颚式破碎机方案简图。主轴1 的转速n1=170r/min。lO1A = 0.04m, lAB = 1.11m, l1=0.95m, h1=2m, lO3B=1.96m，破碎阻力Q的变化规律与六杆铰链式破碎机相同，Q力垂直于颚板O3B，Q力作用点为D，且lO3D = 0.6m。各杆的质量、转动惯量为m2 = 200kg, Js2=9kg•m2，m3 = 900kg, Js3=50kg•m2。曲柄1的质心在O1 点处，2、3构件的质心在各构件的中心。
2.2 设计要求
试比较两个方案进行综合评价。主要比较以下几方面：
1. 进行运动分析，画出颚板的角位移、角速度、角加速度随曲柄转角的变化曲线。
2. 进行动态静力分析，比较颚板摆动中心运动副反力的大小及方向变化规律，曲柄上的平衡力矩大小及方向变化规律。
3. 飞轮转动惯量的大小。
三.机构的结构分析
3.1六杆铰链式破碎机
六杆铰链式粉碎机拆分为机架和主动件①，②③构件组成的RRR杆组，④⑤构件组成的RRR杆组。
2
1
①
＋10
4
2
3
②
③
11
＋ ⑤
8
7
9
6
5
3
④

3.2四杆铰链式破碎机
四杆铰链式破碎机拆分为机架和主动件①，②③构件组成的RRR杆组。
2
1
①
＋③
7
5
3
6
4
2
②

四.机构的运动分析
4.1六杆铰链式颚式破碎机的运动分析。
1) 调用bark函数求主动件①的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实 值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
2）调用rrrk函数求②、③构件组成的RRR杆组进行运动分析。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实 值
-1
2
4
3
2
3
r23
r34
t
w
e
p
vp
ap
3） 调用rrrk函数对④、⑤构件组成的RRR杆组进行运动分析。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实 值
1
3
6
5
4
5
r35
r56
t
w
e
p
vp
ap
4.2编写主程序并运行。
按一定的步长，改变主动件的位置角度，使其在0-360°变化，便可求出机构各点在整个运动循环内的运动参数并打印输出。
(1) 主程序。
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main()
{ static double p[20][2],vp[20][2],ap[20][2];
static double t[10],w[10],e[10],del;
static double pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
double r12,r23,r34,r35,r56,r68;
double pi,dr;
int i,ic;
FILE *fp;
char *m[]={"p","vp","ap"};
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
r12=0.1;r23=1.25;r34=1.0;r35=1.15;r56=1.96;r68=0.6;
w[1]=(-pi*17.0/3.0);e[1]=0.0;del=1.0;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;
p[4][1]=0.94;p[4][2]=-1.0;
p[6][1]=-1.0;p[6][2]=0.85;
printf("\nThe Kinematic Parameters of Member5\n");
printf("No THETA1 T5 W5 E5\n");
printf(" deg rad rad/s rad/s/s\n");
if((fp=fopen("file_ww.txt","w"))==NULL)
{printf("Can't open this file.\n");
exit(0);}
fprintf(fp,"\nThe Kinematic Parameters of Member5\n");
fprintf(fp,"No THETA1 T5 W5 E5\n");
fprintf(fp," deg rad rad/s rad/s/s\n");
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(-1,2,4,3,2,3,r23,r34,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,3,6,5,4,5,r35,r56,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,7,5,0.0,r56/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,8,5,0.0,r68,0.0,t,w,e,p,vp,ap); printf("\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,t[5],w[5],e[5]);
fprintf(fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,t[5],w[5],e[5]);
pdraw[i]=t[5];
vpdraw[i]=w[5];
apdraw[i]=e[5];
if((i%16)==0){getch();}}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m);}
(2)运行结果。
①杆件5的运动参数：
The Kinematic Parameters of Pole5
No THETA1 T5 W5 E5
deg rad rad/s rad/s/s

1 0.000 -1.658 0.346 3.956
2 -15.000 -1.653 0.392 2.002
3 -30.000 -1.647 0.400 -0.932
4 -45.000 -1.641 0.362 -4.355
5 -60.000 -1.637 0.274 -7.506
6 -75.000 -1.633 0.146 -9.612
7 -90.000 -1.632 -0.001 -10.183
8 -105.000 -1.633 -0.145 -9.165
9 -120.000 -1.637 -0.265 -6.904
10 -135.000 -1.641 -0.345 -3.981
11 -150.000 -1.646 -0.382 -1.008
12 -165.000 -1.652 -0.377 1.519
13 -180.000 -1.657 -0.341 3.297
14 -195.000 -1.662 -0.284 4.237
15 -210.000 -1.666 -0.220 4.436
16 -225.000 -1.668 -0.156 4.121
17 -240.000 -1.670 -0.10 3.584
18 -255.000 -1.671 -0.051 3.105
19 -270.000 -1.672 -0.007 2.898
20 -285.000 -1.672 0.036 3.063
21 -300.000 -1.671 0.085 3.571
22 -315.000 -1.669 0.142 4.247
23 -330.000 -1.667 0.209 4.791
24 -345.000 -1.663 0.281 4.817
25 -360.000 -1.658 0.346 3.956
②运动图形：

4.3四杆铰链式颚式破碎机的运动分析。
1）调用bark函数求主动件①的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
game
t
w
e
p
vp
ap
实 值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
2）调用rrrk函数求②、③构件组成的RRR杆组进行运动分析。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
r1
r2
t
w
e
p
vp
ap
实 值
1
2
6
4
2
3
r24
r46
t
w
e
p
vp
ap
4.4编写主程序并运行。
按一定的步长，改变主动件的位置角度，使其在0-360°变化，便可求出机构各点在整个运动循环内的运动参数并打印输出。
(1)主程序。
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main()
{ static double p[20][2],vp[20][2],ap[20][2];
static double t[10],w[10],e[10],del;
static double pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
static int ic;
double r12,r24,r46;
double pi,dr;
int i;
FILE *fp;
char *m[]={"p","vp","ap"};
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
r12=0.04;r24=1.11;r46=1.96;
w[1]=(-(17.0/3.0)*pi);e[1]=0.0;del=1.0;
p[1][1]=0.0;
p[1][2]=0.0;
p[6][1]=-0.95;
p[6][2]=2.0;
printf("\nThe Kinematic Parameters of Member3\n");
printf("No THETA1 T3 W3 E3\n");
printf(" deg rad rad/s rad/s/s\n");
if((fp=fopen("file_ww.txt","w"))==NULL)
{ printf("Can't open this file.\n");
exit(0);}
fprintf(fp,"\nThe Kinematic Parameters of Member3\n");
fprintf(fp,"No THETA1 T3 W3 E3\n");
fprintf(fp," deg rad rad/s rad/s/s\n");
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(1,2,6,4,2,3,r24,r46,t,w,e,p,vp,ap);
bark(2,0,3,2,0.0,r24/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,5,3,0.0,r46/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
printf("\n%2d %12.3f %12.3f %12.3f %12.3f",i+1,t[1]/dr,t[3]/dr,w[3],e[3]); fprintf(fp,"\n%2d %12.3f %12.3f %12.3f %12.3f",i+1,t[1]/dr,t[3]/dr,w[3],e[3]);
pdraw[i]=t[3];
vpdraw[i]=w[3];
apdraw[i]=e[3];
if((i%16)==0){getch();}}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m);}
(2)运行结果。
①杆件3的运动参数：
The Kinematic Parameters of Pole3
No THETA1 T3 W3 E3
deg rad rad/s rad/s/s

1 0.000 -1.632 0.014 -6.232
2 -15.000 -1.632 -0.077 -6.098
3 -30.000 -1.634 -0.163 -5.591
4 -45.000 -1.637 -0.240 -4.731
5 -60.000 -1.641 -0.301 -3.553
6 -75.000 -1.646 -0.343 -2.117
7 -90.000 -1.651 -0.362 -0.501
8 -105.000 -1.656 -0.357 1.192
9 -120.000 -1.661 -0.327 2.848
10 -135.000 -1.666 -0.274 4.339
11 -150.000 -1.669 -0.201 5.544
12 -165.000 -1.671 -0.113 6.358
13 -180.000 -1.672 -0.016 6.703
14 -195.000 -1.672 0.082 6.545
15 -210.000 -1.670 0.174 5.894
16 -225.000 -1.667 0.253 4.807
17 -240.000 -1.663 0.313 3.384
18 -255.000 -1.658 0.351 1.746
19 -270.000 -1.653 0.364 0.030
20 -285.000 -1.647 0.352 -1.639
21 -300.000 -1.642 0.317 -3.149
22 -315.000 -1.638 0.261 -4.415
23 -330.000 -1.635 0.189 -5.375
24 -345.000 -1.632 0.105 -5.988
25 -360.000 -1.632 0.014 -6.232
②运动图形：

五.机构的动态静力分析
5.1六杆铰链式颚式破碎机的动态静力分析。
（1）求质点7，9，10,11及矿石破碎产生阻力的作用点8的运动参数；
①调用bark函数对质点7进行运动分析：
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
game
t
w
e
p
vp
ap
实 值
6
0
7
5
0.0
r56/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
②调用bark函数对质点8进行运动分析：
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
game
t
w
e
p
vp
ap
实 值
6
0
8
5
0.0
r68
0.0
t
w
e
p
vp
ap
③调用bark函数对质点9进行运动分析：
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
game
t
w
e
p
vp
ap
实 值
3
0
9
4
0.0
r35/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
④调用bark函数对质点10进行运动分析：
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
game
t
w
e
p
vp
ap
实 值
4
0
10
3
0.0
r34/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
⑤调用bark函数对质点11进行运动分析：
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
game
t
w
e
p
vp
ap
实 值
2
0
11
2
0.0
r23/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
（2）调用rrrf函数对④、⑤构件构成的RRR杆组进行动态静力分析：
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
实 值
6
3
5
7
9
8
0
8
5
形式参数
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr

实 值
4
p
vp
ap
t
w
e
fr

（3）调用rrrf函数对②、③构件构成的RRR杆组进行动态静力分析：
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
实 值
4
2
3
10
11
3
0
0
3
形式参数
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr

实 值
2
p
vp
ap
t
w
e
fr

（4）调用barf函数对主动件1进行动态静力分析：
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实 值
1
1
2
1
p
ap
e
fr
&tb

5.2编写主程序并运行。
按一定的步长，改变主动件的位置角度，使其在0-360°变化，便可求出机构各运动副反力及作用在主动件上的平衡力矩。
（1） 主程序。
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"extf.c"
#include"subf.c"
#include"draw.c"
main()
{static double p[20][2],vp[20][2],ap[20][2],fr[20][2];
static double t[10],w[10],e[10],del,sita1[370];
static double tb,tb1,fr1,bt1,fr4,bt4,fr6,bt6,we1,we2,we3,we4,we5;
static double fe[20][2],tbdraw[370],tb1draw[370],fr1draw[370];
static double fr2draw[370],sita2[370],fr3draw[370],sita3[370];
static int ic;
double r12,r23,r34,r35,r56,r68;
double pi,dr;
int i;
FILE *fp;
char *m[]={"tb","tb1","fr1","","fr2"};
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
r12=0.1;r23=1.25;r34=1.0;r35=1.15;r56=1.96;r68=0.6;
w[1]=(-pi*17.0/3.0);e[1]=0.0;del=1.0;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;
p[4][1]=0.94;p[4][2]=-1.0;
p[6][1]=-1.0;p[6][2]=0.85;
sm[1]=0.0;sm[2]=500.0;sm[3]=200.0;sm[4]=200.0;sm[5]=900.0;
sj[1]=0.0;sj[2]=25.5;sj[3]=9.0;sj[4]=9.0;sj[5]=50.0;
printf("\nThe Kineto-static Analysis of six-bar Linkbase\n");
printf("No THETA1 fr6 sita6 tb tb1\n");
printf(" deg N radian N.m N.m ");
if((fp=fopen("file_hhhh.txt","w"))==NULL)
{ printf("Can't open this file.\n");
exit(0);}
fprintf(fp,"\nThe Kineto-static Analysis of six-bar Linkbase\n");
fprintf(fp,"No THETA1 fr6 sita6 tb tb1\n");
fprintf(fp," deg N radian N.m N.m ");
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(-1,2,4,3,2,3,r23,r34,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,3,6,5,4,5,r35,r56,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,7,5,0.0,r56/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,8,5,0.0,r68,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(3,0,9,4,0.0,r35/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(4,0,10,3,0.0,r34/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(2,0,11,2,0.0,r23/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
rrrf(6,3,5,7,9,8,0,8,5,4,p,vp,ap,t,w,e,fr);
rrrf(4,2,3,10,11,3,0,0,3,2,p,vp,ap,t,w,e,fr);
barf(1,1,2,1,p,ap,e,fr,&tb);
fr1=sqrt(fr[1][1]*fr[1][1]+fr[1][2]*fr[1][2]);
bt1=atan2(fr[1][2],fr[1][1]);
fr4=sqrt(fr[4][1]*fr[4][1]+fr[4][2]*fr[4][2]);
bt4=atan2(fr[4][2],fr[4][1]);
fr6=sqrt(fr[6][1]*fr[6][1]+fr[6][2]*fr[6][2]);
bt6=atan2(fr[6][2],fr[6][1]);
we1=-(ap[1][1]*vp[1][1]+(ap[1][2]+9.81)*vp[1][2])*sm[1]-e[1]*w[1]*sj[1]; we2=-(ap[11][1]*vp[11][1]+(ap[11][2]+9.81)*vp[11][2])*sm[2]-e[2]*w[2]*sj[2]; we3=-(ap[10][1]*vp[10][1]+(ap[10][2]+9.81)*vp[10][2])*sm[3]-e[3]*w[3]*sj[3]; we4=-(ap[9][1]*vp[9][1]+(ap[9][2]+9.81)*vp[9][2])*sm[4]-e[4]*w[4]*sj[4];
extf(p,vp,ap,t,w,e,8,fe); we5=-(ap[7][1]*vp[7][1]+(ap[7][2]+9.81)*vp[7][2])*sm[5]-e[5]*w[5]*sj[5]+fe[8][1]*vp[8][1]+fe[8][2]*vp[8][2];
tb1=-(we1+we2+we3+we4+we5)/w[1]; printf("\n%2d%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f",i+1,t[1]/dr,fr6,bt6/dr,tb,tb1);
fprintf(fp,"\n%2d%10.3f%10.3f%10.3%10.3f%10.3f",i+1,t[1]/dr,fr6,bt6/dr,tb,tb1);
tbdraw[i]=tb; tb1draw[i]=tb1;
fr1draw[i]=fr1; sita1[i]=bt1;
fr2draw[i]=fr4;sita2[i]=bt4;
fr3draw[i]=fr6; sita3[i]=bt6;
if((i%16)==0){getch();}}
fclose(fp);
getch();
draw2(del,tbdraw,tb1draw,ic,m);
draw3(del,sita1,fr1draw,sita2,fr2draw,sita3,fr3draw,ic,m);}
运行结果：
The Kineto-static Analysis of six-bar Linkbase
No THETA1 fr6 sita6 tb tb1
deg N radian N.m N.m
1 0.000 9904.580 77.690 534.273 534.273
2 -15.000 10248.086 82.670 1038.104 1038.104
3 -30.000 10522.852 89.576 1434.513 1434.513
4 -45.000 10757.314 97.329 1547.760 1547.760
5 -60.000 10967.175 104.339 1270.987 1270.987
6 -75.000 11112.158 109.009 644.228 644.228
7 -90.000 11132.496