铰链式颚式破碎机机械原理设计.doc

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 ：
姓 名 ：
学 号 ：
指导教师 ：
成 绩 ：

2011 年 9 月 26 日
目 录
一 设计题目……………………………………………………………………1
二 已知条件及设计要求…………………………………………………3
2.1已知条件……………………………………………………………………3
2.2设计要求……………………………………………………………………3
三. 机构的结构分析…………………………………………………………4
3.1六杆铰链式破碎机………………………………………………………4
3.2四杆铰链式破碎机………………………………………………………4
四. 机构的运动分析…………………………………………………………4
4.1六杆铰链式颚式破碎机的运动分析…………………………………4
4.2四杆铰链式颚式破碎机的运动分析…………………………………7
五.机构的动态静力分析………………………………………………… 10
5.1六杆铰链式颚式破碎机的静力分析…………………………………10
5.2四杆铰链式颚式破碎机的静力分析…………………………………16
六. 工艺阻力函数及飞轮的转动惯量函数 ……………………12
6.1工艺阻力函数程序 ……………………………………………………21
6.2飞轮的转动惯量函数程序……………………………………………21
七 .对两种机构的综合评价……………………………………………21
八 . 主要的收获和建议…………………………………………………22
九 . 参考文献………………………………………………………………22

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
10
④
⑤
B
O5
C
D
7
11
6
3
5
●
●
●
②
9
8
●
●
2
3
③
六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，④⑤构件组成的RRR杆组。
①
2
1
●
A
O1

+ +

3.2四杆铰链式破碎机
6
②
③
A
O3
3
D
5
7
4
2
B
●
●
●
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。
①
2
1
●
A
O1

+

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中2点的运动参数。见表4.1。
表4.1
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函数对由②③构件组成的RRR杆组进行运动分析。见表4.2。
表4.2
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函数对由④⑤构件组成的RRR杆组进行运动分析。见表4.3。
表4.3
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）六杆运动程序：
#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 draw[370],tdraw[370],wdraw[370],edraw[370];
static int ic;
double r12,r23,r34,r35,r56,r67,gam1;
double pi,dr;
double r2,vr2,ar2;
int i;
FILE *fp;
r12=0.1; r34=1.0;r23=1.250;
r56=1.96;r35=1.15; r67=0.6;
gam1=0.0;
pi=4.0*atan(1.0);
w[1]=-170.0*2*pi/60.0;e[1]=0.0; del=15.0;
dr=pi/180.0;
p[1][1]=0.0;/*try again */
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("\n The Kinematic Parameters of Point6\n");
printf("No THETA1 S7 V7 A7\n");
printf(" 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);

draw[i]=t[1]/dr;
tdraw[i]=t[5];
wdraw[i]=w[5];
edraw[i]=e[5];
if((fp=fopen("file_ww.txt","w"))==NULL)
{
printf("Can't open this file./n");
exit(0);
}
for(i=0;i<=ic;i++)
{printf("\n%2d %12.3f %12.3f %12.3f%12.3f\n",i+1,draw[i],tdraw[i],wdraw[i],edraw[i]);
fprintf(fp,"\n%2d %e %e %e %e\n",i+1,draw[i],tdraw[i],wdraw[i],edraw[i]);
if((i%18)==0)getch();
}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,tdraw,wdraw,edraw,ic);
}
运算结果：
The Kinematic Parameters of Point5
No THETA1 T7 W7 E7
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

图4.1六杆机构颚板角位置、角速度、角加速度随曲柄转角的变化曲线

4.2四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中2点的运动参数。见表4.4。
表4.4
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函数对由②③构件组成的RRR杆组进行运动分析。见表4.5。
表4.5
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）四杆运动程序：
#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 draw[370],tdraw[370],wdraw[370],edraw[370];
static int ic;
double r12,r34,r23,r45,gam1;
double pi,dr;
double r2,vr2,ar2;
int i;
FILE *fp;
r12=0.04;
r34=1.96;
r23=1.11;
r45=0.6;
gam1=0.0;
pi=4.0*atan(1.0);
w[1]=-170.0*2*pi/60.0; e[1]=0.0; del=15.0;
dr=pi/180.0;
p[1][1]=0.0;/*try again */
p[1][2]=0.0;
p[4][1]=-0.95;
p[4][2]=2.0;
printf("\n The Kinematic Parameters of Point6\n");
printf("No THETA1 S3 V3 A3\n");
printf(" 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);

draw[i]=t[1]/dr;
tdraw[i]=t[3];
wdraw[i]=w[3];
edraw[i]=e[3];
}
if((fp=fopen("file_ww.txt","w"))==NULL)
{ printf("Can't open this file./n");
exit(0);
}
for(i=0;i<=ic;i++)
{printf("\n%2d %12.3f %12.3f %12.3f%12.3f\n",i+1,draw[i],tdraw[i],wdraw[i],edraw[i]);
fprintf(fp,"\n%2d %e %e %e %e\n",i+1,draw[i],tdraw[i],wdraw[i],edraw[i]);
if((i%18)==0)getch();
}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,tdraw,wdraw,edraw,ic);
}
运算结果：
The Kinematic Parameters of Point3
No THETA1 S3 V3 A3
deg m m/s m/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 0.105 -5.988

图4.1四杆机构颚板角位置、角速度、角加速度随曲柄转角的变化曲线

五.机构的动态静力分析
5.1六杆铰链式颚式破碎机的静力分析
（1）调用bark函数对主动件①进行运动分析。见表4.1。
（2） 调用rrrk函数对由②③构件组成的RRR杆组进行运动分析。见表4.2。
（3） 调用rrrk函数对由④⑤构件组成的RRR杆组进行运动分析。见表4.3。
（4）求各构件的质心11、8、9、10点及矿石破碎阻力作用点7点的运动参数。见表5.1~表5.5。
表5.1 7点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
6
0
7
5
0.0
r67
0.0
t
w
e
p
vp
ap
表5.2 8点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
2
0
8
2
0.0
r23/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
表5.3 9点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
9
3
0.0
r34/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap

表5.4 10点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
10
4
0.0
r35/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap

表5.5 11点运动参数
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
6
0
11
5
0.0
r56/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
（5）调用rrrf对由④⑤杆组成的RRR杆组进行静力分析。见表5.6。
表5.6
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
实值
3
6
5
10
11
0
7
7
4
5
p
vp
ap
t
w
e
fr
（6）调用rrrf对由②③杆组成的RRR杆组进行静力分析。见表5.7。
表5.7
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
实值
2
4
3
8
9
0
3
0
2
3
p
vp
ap
t
w
e
fr
（7）调用barf对主动件①进行静力分析。见表5.8。
表5.8
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实值
1
1
2
1
p
ap
e
fr
&tb

六杆受力程序
#include "graphics.h"
#include "subk.c"
#include "subf.c"
#include "draw.c"
main()
{
static double p[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
static double t[10],w[10],e[10],tbdraw[370],tb1draw[370],fr1draw[370],sita1[370],fr2draw[370],sita2[370],fr3draw[370],sita3[370];
static double fr[20][2],fe[20][2];
static int ic;
double r12,r34,r23,r35,r47,r56,r67;
double gam1,gam2,tb;
int i;
double pi,dr,fr6,bt6,we1,we2,we3,we4,we5,tb1;
FILE*fp;
char *m[]={"tb","tb1","fr1","","fr2"};
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]=25.2;sj[3]=9.0;sj[4]=9;sj[5]=50.0;
r12=0.1; r34=1.0;r23=1.250;
r56=1.96;r35=1.15; r67=0.6;
pi=4.0*atan(1.0);dr=pi/180.0;
w[1]=-170.0*2*pi/60.0;e[1]=0.0;del=15.0;
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("\n The Kineto-static Analysis of a Six-bar Linkase\n");
printf(" NO THETA1 FR1 BT TB TB1\n");
printf(" (deg.) (N) (deg.) (N.m) (N.m)\n");
if((fp=fopen("file.txt","w"))==NULL)
{
printf("Can't open this file./n");
exit(0);
}
fprintf(fp,"\n The Kineto-static Analysis of a Six-bar Linkase\n");
fprintf(fp,"NO THETA1 FR1 FR2 BT2 TB TB1\n" );
fprintf(fp," (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N.m)(N.m)\n" );
ic=(int)(360.0/del);
for(i=0;i<=ic;i++)
{
t[1]=(double)((-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,r67,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(2,0,8,2,0.0,r23/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(4,0,9,3,0.0,r34/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(3,0,10,4,0.0,r35/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,11,5,0.0,r56/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
rrrf(3,6,5,10,11,0,7,7,4,5,p,vp,ap,t,w,e,fr);
rrrf(2,4,3,8,9,0,3,0,2,3,p,vp,ap,t,w,e,fr);
barf(1,1,2,1,p,ap,e,fr,&tb);
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[8][1]*vp[8][1]+(ap[8][2]+9.81)*vp[8][2])*sm[2]-e[2]*w[2]*sj[2]; we3=-(ap[9][1]*vp[9][1]+(ap[9][2]+9.81)*vp[9][2])*sm[3]-e[3]*w[3]*sj[3]; we4=-(ap[10][1]*vp[10][1]+(ap[10][2]+9.81)*vp[10][2])*sm[4]-e[4]*w[4]*sj[4];
extf(p,vp,ap,t,w,e,7,fe);
we5=-(ap[11][1]*vp[11][1]+(ap[11][2]+9.81)*vp[11][2])*sm[5]-e[5]*w[5]*sj[5]+fe[7][1]*vp[7][1]+fe[7][2]*vp[7][2];
tb1=-(we1+we2+we3+we4+we5)/w[1];
printf("%2d %10.3f %10.3f %10.3f %10.3f %10.3f \n",i+1,t[1]/dr,fr6,bt6/dr,tb,tb1);
fprintf(fp,"%2d %10.3f %10.3f %10.3f %10.3f %10.3f",i+1,t[1]/dr,fr6,bt6/dr,tb,tb1);
tbdraw[i]=tb;
tb1draw[i]=tb1;
fr1draw[i]=fr6;sita1[i]=bt6;
fr2draw[i]=fr6;sita2[i]=bt6;
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);
}
extf(p,vp,ap,t,w,e,nexf,fe)
double p[20][2],vp[20],ap[20][2],t[10],w[10],e[10],fe[20][2];
int nexf;
{
double pi,dr;
pi=4.0*atan(1.0);dr=pi/180.0;
if(t[1]/dr<=-90.0&&t[1]/dr>=-273.0)
{
fe[nexf][1]=-85000.0/(-183.0*dr)*(t[1]+90*dr)*sin(t[5]);
fe[nexf][2]=85000.0/(-183.0*dr)*(t[1]+90*dr)*cos(t[5]);
}
else
{
fe[nexf][1]=0.0;
fe[nexf][2]=0.0;}}

运行结果：

The Kineto-static Analysis of a Six-bar Linkase
NO THETA1 FR4 BT2 TB TB1
(deg.) (N) (deg.) (N.m) (N.m)
1 0.000 9904.580 77.690 534.454 534.454
2 -15.000 10248.086 82.670 1038.448 1038.448
3 -30.000 10522.852 89.576 1434.905 1434.905
4 -45.000 10757.314 97.329 1548.067 1548.067
5 -60.000 10967.175 104.339 1271.113 1271.113
6 -75.000 11112.158 109.009 644.146 644.146
7 -90.000 11132.496 110.330 -144.853 -144.853
8 -105.000 13340.278 128.365 -883.912 -883.912
9 -120.000 16136.071 138.884 -1407.468 -1407.468
10 -135.000 19120.284 145.429 -1625.253 -1625.253
11 -150.000 22280.557 150.044 -1557.401 -1557.401
12 -165.000 25724.638 153.629 -1290.413 -1290.413
13 -180.000 29550.567 156.506 -928.440 -928.440
14 -195.000 33789.984 158.781 -562.443 -562.443
15 -210.000 38396.542 160.527 -258.404 -258.404
16 -225.000 43263.326 161.841 -55.542 -55.542
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