机构运动分析基本杆组法程序设计

机械原理实验报告

实验名称班级学号姓名日期成绩指导教师

（签字）

机构运动分析基本杆组法

程序编写说明

机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。图解法最为基本，简单明了，易于观察各部分间运动的相互关系、大小、方向，缺点是不精确，对于复杂运动关系分析起来较为困难，另外对于多个位置要重复作图，很麻烦；解析法精确可靠，对于一个确定的机构可列写出最终表达式，当原动件角度变化时可直接得出结果，但缺点是解析式的求解很麻烦，易出错，对于每个机构都要单独列写表达式，通用性较差。所以，能否找到一种既为精确又具有通用性的分析方法呢？对于平面机构，采用“基于C++编程的基本杆组分析法”。

基于C++编程的解析法采用杆组分析的方法，设计通用的Ⅱ级杆组子程序，可对一般的Ⅱ级机构进行运动分析。指导书中给出了6种分析基本杆组的子程序，对于确定的机构，给出初始条件，然后调用相应的子程序即可得到结果，大大简化了工作量。以下是几种基本杆组分析的图解：

单杆运动分析 RRR 杆组运动分析 RRP 杆组运动分析

RPR 杆组运动分析 PRP 杆组运动分析 RPP 杆组运动分析

编程过程中变量较多易出现错误，因而要求我们在编程过程中务必做到认真细心，完全掌握解析机构运动的方法，准确分析构件的杆组组成，确定坐标点。本次上机不仅仅加深了我们对于机械构件运动的理解，还提供机会让我们第一次使用C++编程的方法解决实际问题，使得大家对于C++有了更为深入的理解。

例3-1 图示平面四杆机构中，已知各构件尺寸：lAB=24mm,lAD=78mm,lCD=48mm,Ƴ=100 º, 并知原动件角速度为10rad/s沿逆时针方向回转。试求转角为60 º时构件2和3的角速度和角加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */ #include

#include /* 输入输出头文件 */ #include using namespace std;

void main() /* 主程序 */

{ofstream outfile("1.txt", ios_base::out); if (!outfile)

{cerr

double d1=0.024, d3=0.048, xa=0,ya=0, xd=0.078, yd=0; double dv=10, da=0, df=0, c1=0; int i,n;

cout

cout>df>>n; df *= PI/180; c1 *= PI/180; cout

cout

for ( i=1; i

{ cout

outfile

输出结果：

例3-6 图3-12所示为牛头刨床的机构运动简图。设已知各构件的尺寸为：l1=125mm,l3=600mm,l4=150mm,原动件1的方位角θ1=0-360和等角速度w1=1rad/s。求出该机构中各从动件的方位角、角速度和角加速度以及E 点的位移、速度和加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */ #include /* 输入输出头文件 */ void main() /* 主程序 */ {

double d1=0.125,d3=0.6,d4=0.15,xa=0,ya=0,xc=0,yc=-0.275,xg=0,yg=0.3; double dv=1,da=0,df=0,c1=0; int i,n; cout

cout

cout>df>>n;

df *= PI/180; c1 *= PI/180; kp=1; cout

cout

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0; SSL();

l1=w=m=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2; x2=xc;y2=yc;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0; RPR();

l=r=d3;af=0;ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=xc;y11=yc;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0; SSL();

if ( ct2

cout

l1=d4;m=-1;

ct2=0;cv2=ca2=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2; x2=xg;y2=yg;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0; RRP();

if ( ct1

cout

cout>df; }

输出结果：

3-6图示四杆机构中，lAB=60mm,lCD=90mm,lAD=lBC=120mm,w2=10rad/s.试用瞬心法求：（1）当φ=165°时，C 点的速度Vc.

（2）当φ=165°时，构件三的BC 线上（或其延长线上）速度最小的E 点的位置及其速度的大小。

（3）当Vc=0时，φ角之值。（有两个解）

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */ #include /* 输入输出头文件 */ void main() /* 主程序 */ {

double d2=0.06,d3=0.12,d4=0.09,xa=0,ya=0,xd=0.12,yd=0;

double dv=10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

l2="

cv="

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

af=0;l=r=d2;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

m=1;l1=d3;l2=d4;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=xd;y2=yd;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RRR();

af=0;l=r=d4;ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=xd;y11=yd;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

if ( ct2

ct2 *= 180/PI;

cout

cin>>CT;

}

输出结果：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d2=0.06,d3=0.12,d4=0.09,xa=0,ya=0,xd=0.12,yd=0;

double dv=10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

l2="

cv="

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

af=0;l=r=d2;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

m=1;l1=d3;l2=d4;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=xd;y2=yd;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RRR();

af=0;l=r=0.189;ct=ct1;cv=cv1;ca=ca1;

SSL();

if ( ct1

ct1 *= 180/PI;

cout

cin>>CT;

}

输出结果：

3-14．图示曲柄滑块机构中，已知lAB=30mm,lAC=100mm,lBD=50mm,lDE=40mm,曲柄以等角速度w1=10rad/s回转。试确定Ψ1=45º 时，D 点和E 点的速度和加速度，以及构件2的角速度和角加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=0.03,d4=0.1,xa=0,ya=0;

double dv=-10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

l=r=d1;af=0;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

l1=w=m=0;

x1=-d4;y11=0;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

RPR();

l=0.05;r=sqrt(0.05*0.05+0.04*0.04);af=atan(0.04/0.05);

ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

SSL();

if ( ct2

ct2 *= 180/PI;

cout

cin>>c1;

}

输出结果：

3-15. 图示机构中，lAE=70mm,lAB=40mm,lEF=60mm,lDE=35mm,lCD=75mm,lBC=50mm,原动

件以等角速度w1=10rad/s回转。试确定当 Ψ1=50º 时，C 点的速度和加速度。

基本杆组：

主程序：

#include"机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include

#include /* 输入输出头文件 */

#include

using namespace std;

void main()

{

ofstream outfile("1.txt", ios_base::out);

if (!outfile)

{

cerr

exit(-1);}

double

d1=0.04,d2=0.06,d3=0.035,d4=0.075,d5=0.05,xa=0,ya=0,xe=0.07,ye=0,xx=0,yy=0,xxv=0,xxa=0,yyv=0,yya=0;

double dt=50,dv=10,da=0;

cout

dt=(PI/180)*dt;

kp=1;

l1=d2;m=1;

x1=xe;xv1=0;xa1=0;y11=0;yv1=0;ya1=0;

x2=xa;xv2=0;xa2=0;y2=0;yv2=0;ya2=0;

ct2=dt;cv2=dv;ca2=da;

RRP();

l=r=d3;af=0;ct=ct1+PI;cv=cv1;ca=ca1;

x1=xe;xv1=0;xa2=0;y11=0;yv1=0;ya2=0;

SSL();

xx=x2;xxv=xv2;xxa=xa2;yy=y2;yyv=yv2;yya=ya2;

l=r=d1;af=0;ct=dt+PI;cv=dv;ca=da;

x1=xa;xv1=0;xa2=0;y11=ya;yv1=0;ya2=0;

SSL();

l1=d5;l2=d4;m=1;

x1=x2;xv1=xv2;xa1=xa2;y11=y2;yv1=yv2;ya1=ya2;

x2=xx;xv2=xxv;xa2=xxa;y2=yy;yv2=yyv;ya2=yya;

RRR();

l=r=d4;

af=0;ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=x2;xv1=xv2;xa1=xa2;y11=y2;yv1=yv2;ya1=ya2;

SSL();

cout

outfile

cout

outfile

cout

outfile

}

输出结果：

3-16. 图示凸轮机构中，已知凸轮1以等角速度w1=10rad/s转动，凸轮为一偏心圆，其半径R=25mm，lAB=15mm，lAD=50mm，Ψ1=90º。试求构件2的角速度和角加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=15,d2=25,d4=50,xa=0,ya=0,xd=-50,yd=0;

double w1=10,c1=0;

int w2,af2;

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180; kp=1;

cout

l=r=d1;af=0;ct=c1;cv=w1;ca=0;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

l1=d2;

w=0;

m=-1;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=xd;y2=yd;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RPR();

cout

}

输出结果：

3-25. 图示机构中，已知原动件1以等角速度w1=10rad/s逆时针方向转动，lAB=100mm,lBC=300mm,e=30mm.当Ψ1=60º时，求构件2的转角、角速度和角加速度，构件3速度和加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=45,d2=225,d3=180,xa=0,ya=0;

double dv=10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

l1="

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

af=0;l=r=d1;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

m=1;l1=d2;ct2=0;cv2=0;ca2=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=0;y2=0;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RRP();

af=30*PI/180;l=d2;r=d3;ct=ct1;cv=cv1;ca=ca1;

SSL();

if ( ct

ct *= 180/PI;

cout

}

输出结果：

3-26. 图示摆动导杆机构中，已知曲柄AB 以等角速度w1=10rad/s转动，

lAB=100mm,lAC=200mm,lCK=40mm.当Ψ1=30º时，求构件3的角速度和角加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=100,d2=200,d3=40,xa=0,ya=0,xc=0,yc=-200;

double w1=10,c1=0;

int w2,af2;

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180; kp=1;

cout

l=r=d1;af=0;ct=c1;cv=w1;ca=0;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0; SSL();

l1=0;

w=d3;

m=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2; x2=xc;y2=yc;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0; RPR();

cout

}

输出结果：

机械原理实验报告

实验名称班级学号姓名日期成绩指导教师

（签字）

机构运动分析基本杆组法

程序编写说明

单杆运动分析 RRR 杆组运动分析 RRP 杆组运动分析

RPR 杆组运动分析 PRP 杆组运动分析 RPP 杆组运动分析

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */ #include

#include /* 输入输出头文件 */ #include using namespace std;

void main() /* 主程序 */

{ofstream outfile("1.txt", ios_base::out); if (!outfile)

{cerr

double d1=0.024, d3=0.048, xa=0,ya=0, xd=0.078, yd=0; double dv=10, da=0, df=0, c1=0; int i,n;

cout

cout>df>>n; df *= PI/180; c1 *= PI/180; cout

cout

for ( i=1; i

{ cout

outfile

输出结果：

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */ #include /* 输入输出头文件 */ void main() /* 主程序 */ {

double d1=0.125,d3=0.6,d4=0.15,xa=0,ya=0,xc=0,yc=-0.275,xg=0,yg=0.3; double dv=1,da=0,df=0,c1=0; int i,n; cout

cout

cout>df>>n;

df *= PI/180; c1 *= PI/180; kp=1; cout

cout

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0; SSL();

l1=w=m=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2; x2=xc;y2=yc;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0; RPR();

l=r=d3;af=0;ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=xc;y11=yc;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0; SSL();

if ( ct2

cout

l1=d4;m=-1;

ct2=0;cv2=ca2=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2; x2=xg;y2=yg;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0; RRP();

if ( ct1

cout

cout>df; }

输出结果：

3-6图示四杆机构中，lAB=60mm,lCD=90mm,lAD=lBC=120mm,w2=10rad/s.试用瞬心法求：（1）当φ=165°时，C 点的速度Vc.

（2）当φ=165°时，构件三的BC 线上（或其延长线上）速度最小的E 点的位置及其速度的大小。

（3）当Vc=0时，φ角之值。（有两个解）

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */ #include /* 输入输出头文件 */ void main() /* 主程序 */ {

double d2=0.06,d3=0.12,d4=0.09,xa=0,ya=0,xd=0.12,yd=0;

double dv=10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

l2="

cv="

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

af=0;l=r=d2;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

m=1;l1=d3;l2=d4;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=xd;y2=yd;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RRR();

af=0;l=r=d4;ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=xd;y11=yd;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

if ( ct2

ct2 *= 180/PI;

cout

cin>>CT;

}

输出结果：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d2=0.06,d3=0.12,d4=0.09,xa=0,ya=0,xd=0.12,yd=0;

double dv=10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

l2="

cv="

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

af=0;l=r=d2;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

m=1;l1=d3;l2=d4;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=xd;y2=yd;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RRR();

af=0;l=r=0.189;ct=ct1;cv=cv1;ca=ca1;

SSL();

if ( ct1

ct1 *= 180/PI;

cout

cin>>CT;

}

输出结果：

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=0.03,d4=0.1,xa=0,ya=0;

double dv=-10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

l=r=d1;af=0;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

l1=w=m=0;

x1=-d4;y11=0;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

RPR();

l=0.05;r=sqrt(0.05*0.05+0.04*0.04);af=atan(0.04/0.05);

ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

SSL();

if ( ct2

ct2 *= 180/PI;

cout

cin>>c1;

}

输出结果：

3-15. 图示机构中，lAE=70mm,lAB=40mm,lEF=60mm,lDE=35mm,lCD=75mm,lBC=50mm,原动

件以等角速度w1=10rad/s回转。试确定当 Ψ1=50º 时，C 点的速度和加速度。

基本杆组：

主程序：

#include"机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include

#include /* 输入输出头文件 */

#include

using namespace std;

void main()

{

ofstream outfile("1.txt", ios_base::out);

if (!outfile)

{

cerr

exit(-1);}

double

d1=0.04,d2=0.06,d3=0.035,d4=0.075,d5=0.05,xa=0,ya=0,xe=0.07,ye=0,xx=0,yy=0,xxv=0,xxa=0,yyv=0,yya=0;

double dt=50,dv=10,da=0;

cout

dt=(PI/180)*dt;

kp=1;

l1=d2;m=1;

x1=xe;xv1=0;xa1=0;y11=0;yv1=0;ya1=0;

x2=xa;xv2=0;xa2=0;y2=0;yv2=0;ya2=0;

ct2=dt;cv2=dv;ca2=da;

RRP();

l=r=d3;af=0;ct=ct1+PI;cv=cv1;ca=ca1;

x1=xe;xv1=0;xa2=0;y11=0;yv1=0;ya2=0;

SSL();

xx=x2;xxv=xv2;xxa=xa2;yy=y2;yyv=yv2;yya=ya2;

l=r=d1;af=0;ct=dt+PI;cv=dv;ca=da;

x1=xa;xv1=0;xa2=0;y11=ya;yv1=0;ya2=0;

SSL();

l1=d5;l2=d4;m=1;

x1=x2;xv1=xv2;xa1=xa2;y11=y2;yv1=yv2;ya1=ya2;

x2=xx;xv2=xxv;xa2=xxa;y2=yy;yv2=yyv;ya2=yya;

RRR();

l=r=d4;

af=0;ct=ct2;cv=cv2;ca=ca2;

x1=x2;xv1=xv2;xa1=xa2;y11=y2;yv1=yv2;ya1=ya2;

SSL();

cout

outfile

cout

outfile

cout

outfile

}

输出结果：

3-16. 图示凸轮机构中，已知凸轮1以等角速度w1=10rad/s转动，凸轮为一偏心圆，其半径R=25mm，lAB=15mm，lAD=50mm，Ψ1=90º。试求构件2的角速度和角加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=15,d2=25,d4=50,xa=0,ya=0,xd=-50,yd=0;

double w1=10,c1=0;

int w2,af2;

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180; kp=1;

cout

l=r=d1;af=0;ct=c1;cv=w1;ca=0;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

l1=d2;

w=0;

m=-1;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=xd;y2=yd;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RPR();

cout

}

输出结果：

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=45,d2=225,d3=180,xa=0,ya=0;

double dv=10,da=0,c1=0;

kp=1;

cout

l1="

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180;

cout

af=0;l=r=d1;ct=c1;cv=dv;ca=da;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0;

SSL();

m=1;l1=d2;ct2=0;cv2=0;ca2=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2;

x2=0;y2=0;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0;

RRP();

af=30*PI/180;l=d2;r=d3;ct=ct1;cv=cv1;ca=ca1;

SSL();

if ( ct

ct *= 180/PI;

cout

}

输出结果：

3-26. 图示摆动导杆机构中，已知曲柄AB 以等角速度w1=10rad/s转动，

lAB=100mm,lAC=200mm,lCK=40mm.当Ψ1=30º时，求构件3的角速度和角加速度。

基本杆组：

主程序：

#include "机构运动分析子程序.h" /* 运动分析子程序 */

#include /* 输入输出头文件 */

void main() /* 主程序 */

{

double d1=100,d2=200,d3=40,xa=0,ya=0,xc=0,yc=-200;

double w1=10,c1=0;

int w2,af2;

cout

cin>>c1;

c1 *= PI/180; kp=1;

cout

l=r=d1;af=0;ct=c1;cv=w1;ca=0;

x1=xa;y11=ya;xv1=0;yv1=0;xa1=0;ya1=0; SSL();

l1=0;

w=d3;

m=0;

x1=x2;y11=y2;xv1=xv2;yv1=yv2;xa1=xa2;ya1=ya2; x2=xc;y2=yc;xv2=0;yv2=0;xa2=0;ya2=0; RPR();

cout

}

输出结果：

机构运动分析基本杆组法程序设计

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