成稿机械原理课程设计说明书1铰链式颚式破碎机方案分析.docx

机械原理课程设计
—铰链式颚式破碎机

目录

一．机构简介与设计数据3

二．图解法连杆机构运动分析及动态静力分析5

三．杆组法颚式破碎机的运动分析及动态静力分析
11

四．飞轮设计

五．主要收获

颚式破碎机

一、机构简介与设计数据
（1）机构简介
颚式破碎机是一种破碎矿石的机械，如图所示，机器经皮带（图中未画）使曲柄2顺时针回转，然后通过构件3，4，5是动颚板6向左摆向固定于机架1上的定额板7时，矿石即被轧碎；当动颚板6向右摆定颚板时，被轧碎的矿石即下落。
由于机器在工作过程中载荷变化很大，将影响曲柄和电动机的匀速运转。为了减小主轴速度的波动和电动机的容量，在O2轴的两端各装一个大小和重量完全相同的飞轮，其中一个兼作皮带轮用。

图1.1 六杆铰链式破碎机

图1.2 工艺阻力
（2）设计数据

设计内容
连杆机构的远动分析
符号
n2
Lo2A
L1
L2
h1
h2
lAB
lO4B
LBC
Lo6c
单位
r/min
mm
数据
170
100
1000
940
850
1000
1250
1000
1150
1960

连杆机构远动的动态静力分析
飞轮转动惯量
的确定
IO6D
G3
JS3
G4
JS4
G5
JS5
G6
JS6

mm
N
Kg m2
N
Kg m2
N
Kg m2
N
Kg m2

600
5000
25.5
2000
9
2000
9
9000
50
0.15

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。

二、连杆机构的运动分析：
（一）特殊位置
（1）曲柄在1位置时，构件2水平时， 以A为圆心，以1250mm为半径画圆，以O4为圆心，以1000mm为半径画圆，交于B点。以B为圆心1150mm为半径画圆， 再以O6 为圆心，以1960mm为半径画圆，在圆O6和圆B的交点为C。据此一位置各构件位置确定。

O2O2

2加速度分析：
17.8rad/s
= ==× μ和 值的大小：
×μ×μ ×μ 根据加速度多边形按图3按比例尺μ量取、数值：=×μ=×μ=×μ

3.连杆机构的动态静力分析
对各受力杆件列力平衡方程和力矩平衡方程

杆6 Fry+F56X-F16x=m6a6x
F16y-Fry-F56y+G6=m6a6y
对O6取矩 F56xl6x+1/2G6l6x+F56yl6y+1/2Frxl6y=Jε6

6的方程
Fi6=1/2ao6c*m6=2968.7N
Mi6=ao6ct/Lo6c*Js6=165.26N.M
Fr16x+Fr*cos(4.96)+Fr56x-Fi6*cos(2.95)=0
Fr16y-Frsin(4.96)+Fi6*sin(2.95)+Fr56y-G6=0
Fr*Lcd+1/2Lo6c*G6*sin(4.96)+Fr56x*Lo6c*cos(4.96)-Mi6-Fr56y*Lo6c*sin(4.96)=0

杆5 F45x-F65x=m5a5x
F65y-F45y+G5=m5a5y
对B点取矩 F65xl5y+1/2G5l5x-F65yl5x=Jε5

5的方程

Fi5=as5*m5=660.9N Mi5=acbt/Lcb*Js5=50.6NM
Fr45x-Fr56x-Fi5*cos(1.1)=0
Fr45y-Fr56y+Fi5sin(1.1)-G5=0
1/2Fi5*Lbc*sin( -7.26)-Mi5-Fr56y*Lbc*cos(7.260)-Fr56x*Lbc*sin(7.26)-1/2G5*Lbc*cos(7.29)=0

杆4 F14x-F43x=m4a4x
F14y-F43y+G4=m4a4y
对B取矩 F14xl4x-1/2G4l4x-F14yl4y=Jε4

4的方程
Fi4=as4*m4=424.9N Mi4=ao4bt/Lo4b*Js4=20.87NM

Fr14x—Fr45x—Fr43x—Fi4*cos(20.9)=0
Fr14y—Fr45y—Fr43y+Fi4*sin(20.9)—G4=0
1/2Fi4*Lo4b*sin(35.26)+(Fr45x+Fr43x)*Lo4b*sin(14.36)
+Mi4-(Fr45y+Fr43y+1/2G4)*Lo4b*cos(14.36)=0

杆3 -F23x-F43x=m3a3x
F23y-F43y+G3=m3a3y
对B取矩 F23xl3x+1/2G3l3x-F23yl3y=Jε3

3的方程
Fi3=as3*m3=709.26N Mi3=aabt/Lab*Js3=570.87NM
Fr23x+Fr43x—Fi3*cos(5.11)=0
Fr23y+Fr43y—G3+Fi3*sin(5.11)=0
1/2Fi3Lab*cos()+1/2G3*Lab*sin(3.27)-Mi3-Fr43y*Lab*sin(3.27)-Fr43x*Lab*cos(3.27)=0

2的方程
Fr12x-Fr23x=0
Fr12y-Fr23y-G2=0

当曲柄处于180。的时候
，，，，，，，，，

所以通过列矩阵求解
F12y =21230.3N F12x= 1578.42 N F32x=-4684N F32y =17812N F43x=6451N F43y =12970N F14x =-26061N F14y=-5790N
F45x = -32915N F45y = 5332N F56x =-33575N F56y=3332 N F16x =-5335N F16y =20434N

三 杆组法颚式破碎机的运动分析及动态静力分析
机构的结构分析
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。
++

（1）调用bark函数对主动件①进行运动分析。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
4
2
3
3
2
r34
r23
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）程序清单：
#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],wdraw[370];
static int ic;
double r12,r23,r34,r35,r56;
double pi,dr;
int i;
FILE *fp;
r12=0.1; r34=1.0; r23=1.250;
r35=1.15; r56=1.96;
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;
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
t[1]=0.0; w[1]=-17*pi/3; e[1]=0.0; del=15;

printf("\n The Kinematic Parameters of Point6\n");
printf("No THETA1 t5 w5 e5\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-90*dr;
bark(1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,4,2,3,3,2,r34,r23,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,3,6,5,4,5,r35,r56,t,w,e,p,vp,ap);

wdraw[i]=t[1]/dr;
pdraw[i]=t[5];
vpdraw[i]=w[5];
apdraw[i]=e[5];

}
if((fp=fopen("六杆运动8888888.txt","w"))==NULL)
{
printf("Can't open this file./n");
exit(0);
}
for(i=0;i<=ic;i++){
printf("%12.3f %12.3f %12.3f %12.3f\n",wdraw[i],pdraw[i],vpdraw[i],apdraw[i]);
fprintf(fp,"%e %e %e %e\n",wdraw[i],pdraw[i],vpdraw[i],apdraw[i]);
if((i%18)==0)getch();}
fclose(fp);
getch();
draw1(del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic);}
运算结果：
The Kinematic Parameters of Point5
THETA1 t5 w5 e5
deg rad rad/s rad/s/s
-9.00000e+01 -1.63238e+00 -1.37677e-03 -1.01835e+01
-1.05000e+02 -1.63348e+00 -1.45454e-01 -9.16482e+00
-1.20000e+02 -1.63654e+00 -2.64803e-01 -6.90406e+00
-1.35000e+02 -1.64108e+00 -3.45263e-01 -3.98081e+00
-1.50000e+02 -1.64647e+00 -3.81662e-01 -1.00778e+00
-1.65000e+02 -1.65210e+00 -3.77125e-01 1.51876e+00
-1.80000e+02 -1.65741e+00 -3.40696e-01 3.29712e+00
-1.95000e+02 -1.66202e+00 -2.84290e-01 4.23741e+00
-2.10000e+02 -1.66573e+00 -2.19724e-01 4.43601e+00
-2.25000e+02 -1.66849e+00 -1.56345e-01 4.12137e+00
-2.40000e+02 -1.67036e+00 -9.95969e-02 3.58405e+00
-2.55000e+02 -1.67146e+00 -5.06328e-02 3.10541e+00
-2.70000e+02 -1.67188e+00 -6.91431e-03 2.89782e+00
-2.85000e+02 -1.67166e+00 3.64486e-02 3.06340e+00
-3.00000e+02 -1.67078e+00 8.48847e-02 3.57078e+00
-3.15000e+02 -1.66912e+00 1.42323e-01 4.24740e+00
-3.30000e+02 -1.66655e+00 2.09172e-01 4.79134e+00
-3.45000e+02 -1.66295e+00 2.80705e-01 4.81744e+00
-3.60000e+02 -1.65832e+00 3.46484e-01 3.95596e+00
-3.75000e+02 -1.65286e+00 3.91648e-01 2.00206e+00
-3.90000e+02 -1.64698e+00 4.00498e-01 -9.32100e-01
-4.05000e+02 -1.64131e+00 3.61788e-01 -4.35539e+00
-4.20000e+02 -1.63658e+00 2.73734e-01 -7.50567e+00
-4.35000e+02 -1.63346e+00 1.46198e-01 -9.61223e+00
-4.50000e+02 -1.63238e+00 -1.37677e-03 -1.01835e+01
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7、8、9、10点及矿石破碎阻力作用点11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
2
0
7
2
0.0
r27
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
4
0
8
3
0.0
r48
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
3
0
9
4
0.0
r39
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
6
0
10
5
0.0
r610
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
r611
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
9
10
0
11
11
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
4
2
3
8
7
3
0
0
3
2
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

程序清单
#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];
static double sita1[370],fr1draw[370],sita2[370],fr2draw[370],sita3[370],
fr3draw[370],tbdraw[370],tb1draw[370];
static double fr[20][2],fe[20][2];
static int ic;

double r12,r23,r34,r35,r56;
double r27,r48,r39,r610,r611;
int i;
double pi,dr;
double fr1,bt1,fr4,bt4,fr6,bt6,we1,we2,we3,we4,we5,tb,tb1;

FILE*fp;

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;

r12=0.1; r23=1.25; r34=1.0; r35=1.15;r56=1.96;
r27=r23/2;
r48=r34/2;
r39=r35/2;
r610=r56/2;
r611=0.6;

pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
w[1]=-170*2*pi/60; e[1]=0.0; del=15;
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 BT1 FR4 BT4 FR6 BT6 TB TB1\n");
printf(" (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N.m) (N.m) \n");
if((fp=fopen("六杆受力8888888.doc","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 BT1 FR4 BT4 FR6 BT6 TB TB1\n" );
fprintf(fp," (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N.m) (N.m) \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(1,4,2,3,3,2,r34,r23,t,w,e,p,vp,ap);
rrrk(1,3,6,5,4,5,r35,r56,t,w,e,p,vp,ap);
bark(2,0,7,2,0.0,r27,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(4,0,8,3,0.0,r48,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(3,0,9,4,0.0,r39,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,10,5,0.0,r610,0.0,t,w,e,p,vp,ap);
bark(6,0,11,5,0.0,r611,0.0,t,w,e,p,vp,ap);

rrrf(3,6,5,9,10,0,11,11,4,5,p,vp,ap,t,w,e,fr);
rrrf(4,2,3,8,7,3,0,0,3,2,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[7][1]*vp[7][1]+(ap[7][2]+9.81)*vp[7][2])*sm[2]-e[2]*w[2]*sj[2];
we3=-(ap[8][1]*vp[8][1]+(ap[8][2]+9.81)*vp[8][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,11,fe);
we5=-(ap[10][1]*vp[10][1]+(ap[10][2]+9.81)*vp[10][2])*sm[5]-e[5]*w[5]*sj[5]+fe[11][1]*vp[11][1]+fe[11][2]*vp[11][2];
tb1=-(we1+we2+we3+we4+we5)/w[1];

printf("%3d %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f\n",i+1,t[1]/dr,fr1,bt1/dr,fr4,bt4/dr,fr6,bt6/dr,tb1,tb1);
fprintf(fp,"%1d %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f %7.1f\n",i+1,t[1]/dr,fr1,bt1/dr,fr4,bt4/dr,fr6,bt6/dr,tb1,tb1);

tbdraw[i]=tb;
tb1draw[i]=tb1;

fr1draw[i]=fr1;sita1[i]=bt1;
fr2draw[i]=fr4;sita2[i]=bt4;
fr3draw[i]=fr4;sita3[i]=bt4;

if((i%16)==0){getch();}
}
fclose(fp);
getch();
draw2(del,tbdraw,tb1draw,ic);
draw3(del,sita1,fr1draw,sita2,fr2draw,sita3,fr3draw,ic);

getch();}
#include"math.h"
extf(p,vp,ap,t,w,e,nexf,fe)
double p[20][2],vp[20][2],ap[20][2],t[10],w[10],e[10],fe[20][2];
{
double pi,dr;
pi=4.0*atan(1.0);
dr=pi/180.0;
if(w[5]<0)
{
fe[nexf][1]=(-t[1]/dr-90.0)*(85000.0/182.0)*cos(-t[5]-pi/2);
fe[nexf][2]=-(-t[1]/dr-90.0)*(85000.0/182.0)*sin(-t[5]-pi/2);
}
else{fe[nexf][1]=0;fe[nexf][2]=0;}

}
运行结果：

The Kineto-static Analysis of a Six-bar Linkase
NO THETA1 FR1 BT1 FR4 BT4 FR6 BT6 TB TB1
(deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N.m) (N.m)
The Kineto-static Analysis of a Six-bar Linkase
NO THETA1 FR1 BT1 FR4 BT4 FR6 BT6 TB TB1
(deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N) (deg.) (N.m) (N.m)
1 0.0 4442.5 -157.9 2351.4 10.3 1669.1 5.0 534.3 534.3
2 -15.0 4901.8 144.8 2892.4 7.9 899.3 17.6 1038.1 1038.1
3 -30.0 8299.6 117.0 3106.8 5.1 488.2 138.1 1434.5 1434.5
4 -45.0 12072.4 106.5 3110.5 1.6 1814.6 171.7 1547.8 1547.8
5 -60.0 15119.0 101.3 3165.4 -1.1 3120.1 178.1 1271.0 1271.0
6 -75.0 16826.9 97.9 3539.8 -0.3 4005.1 -179.3 644.2 644.2
7 -90.0 16909.1 94.8 4392.1 3.7 4247.2 -178.5 -144.6 -144.6
8 -105.0 3361.2 89.9 12148.1 14.6 9873.8 109.0 -883.8 -883.8
9 -120.0 11111.1 -79.8 19692.7 16.5 18718.3 95.0 -1407.8 -1407.8
10 -135.0 25758.8 -80.7 26713.5 16.8 27580.9 89.3 -1626.3 -1626.3
11 -150.0 40085.4 -81.1 33069.4 16.2 36047.5 86.2 -1559.2 -1559.2
12 -165.0 53732.5 -81.7 38768.2 15.3 43999.9 84.4 -1292.9 -1292.9
13 -180.0 66530.2 -82.5 43954.6 14.1 51469.2 83.3 -931.2 -931.2
14 -195.0 78457.1 -83.7 48874.0 12.8 58577.5 82.9 -565.2 -565.2
15 -210.0 89592.8 -85.1 53826.3 11.6 65486.0 82.7 -261.0 -261.0
16 -225.0 100079.8 -86.7 59118.9 10.5 72355.8 82.8 -57.6 -57.6
17 -240.0 110102.7 -88.4 65024.0 9.6 79329.5 83.0 32.3 32.3
18 -255.0 119876.8 -90.2 71745.8 9.1 86530.5 83.1 24.0 24.0
19 -270.0 129642.7 -91.9 79401.0 8.8 94074.1 83.2 -39.8 -39.8
20 -285.0 15509.2 -94.2 433.6 137.6 1276.2 -1.6 -205.3 -205.3
21 -300.0 14401.7 -99.0 487.5 149.1 1486.1 -2.4 -338.7 -338.7
22 -315.0 12555.3 -104.5 261.9 102.2 1767.2 -2.6 -361.5 -361.5
23 -330.0 10038.5 -111.8 716.5 25.1 1994.9 -1.8 -227.6 -227.6
24 -345.0 7059.0 -125.0 1556.8 13.9 2011.8 0.5 80.8 80.8
25 -360.0 4442.5 -157.9 2351.4 10.3 1669.1 5.0 534.3 534.3

图5.1 六杆机构曲柄上的平衡力矩的变化规律

四．飞轮设计
由于图解法 采用计算机绘图（Solidworks），所以误差较小。与解析法求得相接近。用Excel绘制力矩图，求功计算最大盈亏功。
C点的角速度与角加速度和曲柄的转动角度的关系数据表:

0
-15
-30
-45
-60
-75
-90
-105
-120
-135
534.3
1038.1
1434.5
1547.8
1271.0
644.2
-144.6
-883.8
-1407.8
-1626。3.

-150
-165
-180
-195
-210
-225
-240
-255
-270
-285
-1559.2
-1292.9
-931.2
-565.2
-261.0
-57.6
32.2
24.0
-39.8
-205.3

-300
-315
-330
-345
-360
250
260
270
280
290
-338.7
-361.5
-227.6
80.8
534.3
-956.9
-461.5
27.3
-475.3
933.6

300
310
320
330
340
350
360
-1310.6
-1561.6
-1658.2
-1596.8
-1393.7
-1081.5
-706.6

根据盈亏功的原理，求得各盈亏功值，并作能量指示图。以曲柄的平均驱动力矩为分界线，求出各区段的盈亏功值如下：
ΔW1=1867.25Nm ΔW2=-2010.03Nm ΔW3=104.90Nm
ΔW4=--180.90Nm ΔW5=218.86Nm