机械原理MATLAB辅助分析
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,2011.5ISBN978-7-122-10596-7I·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,:s30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“““+“++:·+t58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a163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+lLysin@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 cos9=arcsin(,singBD2-lrccs2LBDL363=π82=arcsinls sinBa-Li sinel1-4)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 cose1-6)Liw sinB1+1202 sinB2=l3 w3 sinB3若用矩阵形式来表示,则上式可写为l2 singal3 sinaLi sinBaI(1-7)l2 cost2Co3-l,解上式即可求得二个角速度2、aB33.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 ]ra2w2 L2 cose2 als cos03 1o2141coS61le coste -l3 cose1an2 L2 sine2 (3 l3 sinO3 I La3u1 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:l1101.6mm,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 ill=101.6;2=254;l3=177.8;l4=304.8omega=250;alpha1=0hd=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=1:361theta=(nl-1)*hd:Theta, omega, alpha]-crank rocker(thetal, omega, alpha1, 11, 12, 13. 14)theta2(nl)=theta(1): theta(n1)=theta(2)
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华为C++语言编程规范
华为C++语言编程规范，内部资料se语言编程规范内部公开目录0说明前言代码总体原则与语言编程规范的关系规范实施、解释术语定义1常量62初始化和类型转换声明、定义与初始化类型转换3函数12内联函数函数参数函数指针4类...14类的设计构造、赋值和析构继承重载5作用域、模板和C+其他特性..25作用域模板其他6资源分配和释放287异常与错误处理33异常错误处理策略8标准库369程序效率语言特性的性能分级语言的性能优化指导华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开0并发4511风格48标小符命名与定义排版注释文件组织12可移植性(兼容性).4913全球化52多语言输入输出单一版本时区夏令时14业界编程规范和书籍55业界编程规编程指南《编程规范条规则、准则与最佳实践》《微软一站式示例代码库》扩展学习材料华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开语言编程规范0说明前言随着业务的发展和产品架构的演进,越来越多的传统电信产品使用C++语言,很多新型产品更是把C+作为首选。C艹继承于C,包含C的所有特性,同时又增加了新语言特性,如面向对象、泛型设计等。目前C-+使用现状是:基础技能薄弱,陷入很多误区,不能很好地发挥C++的作用。为了帮助团队合理使用C-+,规避语言陷阱,特制定本规范代码总体原则毘C语言编稈一样,C++编稈遵循通用原则:1、清晰第一。清晰性是易于维护、易于重构的程序必需只备的特征。2、简洁为美。简洁就是易于理解并且易于实现。3、选择合适的风格,与代码原有风格俣持一致。除此之外,C+编程还应该注意以下方面1、正确使用C+面向对象技术使得程序结枃清晰、简单,提高了代码的重用性,但又隐藏了很多內部实现细节,内存模型复杂,不小心会误入陷阱,比如:拷贝构造函数,赋值操作符,析构函数,重载等为了简化代码,改善代码结构,提髙编程效率,一些团队引入新特性和第三方库,如:模板技术、STL、Bost等,由于缺乏足够的理解,使用中屡次发生问题,比如对达代器( Iterator)使用不当导致功能失常,甚至稈序崩溃。所以,必须深入理解C艹+对象布局、內存模型等,了解编译器背后所做的处理,才能在编程中知道如何止确使用2、安全高效跟其他流行的高级语言、脚本语言相比,C艹+运行速度快,天然适合开发核心通信部件,但是这些部件对稳定性的要求非常高,不容许发生异常、失效以及崩溃。C艹-具有直接操作硬件、访问內存的能力提供了指针、地址运算等灵活特性,稈序员可以仟意发挥,增加了出锖的几率。所以在追求速度与灵峾性的冋同时,一定要注意保持程序的健壮性。在増强代码稳定性过桯中,程序员通常采用i-else等防御式编程,使得代码非常臃肿,可适当采用RAIⅠ、智能指针等技术华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开与语言编程规范的关系本文在《华为技术有限公司C语言编程规范》(简称C规范)基础上,通过详细阐述如何规避C++语言复杂性,避免C+-的低级错误,确保有效使用C-+语言特性,代码易于维扩。C规范里面相同的内容,夲规范不再重复。例如头文伻、变量、表达式、代码编辑与编译、可测试性安全性、单元测试等章节经过审妉,完全适合C+,本规范不再重复。标识符命名与定义、注祥、排版与柊式等内容也适合C++,仅仅添加了少量的C+特有的规则和建议,合并成风格一章;涵数章节增加了內联函数、函数参数等内容;可移植性増加了64位以及C艹+专冇的薮据转换等內容;质量保证也符合C艹+的需要,将资源分配和释放部分C艹特有的内容编写成单独章节;宏、常量也符合C++,考虑到C++普遍使用 cons t,增加了常属性( const)章节。新増初始化和类型转换,类,作用域、模板与C艹-其他特性,异常与错误处理,并发,全球化等C艹特有的内容本规范和C规范有沖突的地方,以本规范为准。规范实施、解释本规范制定了编写C+语言程序的基本原则、规则和建议。木规范适用于公司内使用C++语言编码的所有软件。本规范自发布之日起生效,对以后新编写的和修改的代码应遵守本规范本规范由软件工稈体系发布和维护。实施屮遇到问题,可以到论坛http://hi3ms.huaweicom/group/1735/threads.htmi上讨论。在某些情况下需要违反本规范给出的规则时,相关团队必须通过一个正式的沇程来评审、决貪规则违反的部分,个体程序员不得违反本规范中的相关规则。术语定义原则:编程时必须坚持的指导思想规则:编程时强制必须遵守的约定。建议:编程时必效加以考虑的约定说明:对此原则/规则/建议进行必要的解释。示例:对此原则/规则/建议从好、不好两个方面给出例子。延伸阅读材料:建议进一步阅读的参考材料。常量不变的值更易于理餡、跟踪和分析,所以应该尽可能地使用常量代替变量,定义值的时侯,应该把 const作为默认的选项规则1.1使用 const常量取代宏华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开说明:宏是简单的文本替换,在预处理阶段时完成,运行报错时直接报相应的值;跟踪调试时也是显示值,而不是宏名;宏没有类型检查,不安全;宏没有作用域。示例defi: e MAX MSISDN LEN(20)//不好的例子const int MAX MSISDN LEN=20;/好的例子规则1.2一组相关的整型常量应定义为枚举说明:之所以使用枚举,基于:●枚举比# define或 const int更安全,因为编译器会检查参数值是否是否位于枚举取值范围内,从而避免错误发生。示例//好的例子enum DayofWeek( sunday, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday, saturday)ienum Ccloriblack, blue, whiter red, purp_e]BOOL CclorizeCalendar (DayofWeek today, Color todays Color)Coorizeca1 endor(b1ue, sunday);//编译报错,1ue和 Sunday位置错误//不好的例子:const int sunday=0iconst int monday= 1const int b⊥acKconst int blueBOOL CclorizeCalendar (int today, int todays ColorCoorizecalendar(blue, sunday);//不会报错当枚举值需要对应到具体数值时,须在声明时昰示赋值。否则不需要昰式赋值,以避免重复赋值,降低维护(增加、朋除成员)工作量示例好的例子:s协议里定义的设备I值,用于标识设备类型cnum TDcv-cclypcDEV UNKNOWN --l,DEV DSMP 0DEV工SMGDEV WAPPORTAL=2程序内部使用,仅用于分类的情況,不应该进行显式的赋值。示例/好的例子:程序中用来标识会话状态的枚举定义enum TSessionstateSESSION STATE INITISESSTON STATE CTOSEDSESSION STATE WA工TING●应当尽量避免枚举值亘复,如必须重复也要用己定义的枚举来修饰,例如:typed f enumRTCP SR 200,RTCP MIN TYPE RTCP SR//must be lowest known typeRTCP RR华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开RTCP SDES= 202RTCP BYE203,RTCP APP204,RTCP RTPFB=205RTCP PSEB =206/RTCP XR207RTCP RSI =208RTCP PUBPCRTS =209RTCP MAX TYPF= RTCP PUB PORTS //must be highest known typertcp type ti规则1.3不相关的常量,即使取值一样,也必须分别定义说明:一个常量只用来表示一个特定功能,即一个常量不能有多种用途。示例:/好的例子:协议和协议B,于机号( (MSISDN)的长度都是20。unsigned const int. A MAX MST SDN LEN0;unsigned const int B MAX MSI SDN LEN 20//或者使用不同的名字空间namespace alibunsigned const int MAX MSISDN LEN=20;namespace blibunsigned const int MAX MSISDN LEN =20建议1.1尽可能使用 const说明:在声明的变量或参数前加上关键字 const用于指明变量值不可被篡改。类成员函数加上 const限定符表明该函数不会修改类成员变量的状态使用 const常见的场景:函数参数:传递引用时,如果函数不会修改传入参数,该形参应声明为 const。成员函数:访问函数(如get函数):不修改任何数据成员的函数:未调用非 cons t函数、未返回数据成员的非 const指针或引用的函数。数据成员:如果数据成员在对象构造之后个再发生变化,可将其定义为 cons t。2初始化和类型转换声明、定义与初始化规则2.1禁止用 memcpy、 memset初始化非POD对象说明:PO全称是“ Plain0 ld Data”,是C++98标准(ISO/IEC14882, first edition,19980901)中引入的一个概念,POD类型主要包括int,char, float, double, enumeration,woid,指针等原始类型及其集合类型,不能使用封装和面对对象特性(如用户定义的构造/赋值/析构函数、基类、虚函数等)。华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开由于非P0D类型比如非集合类型的 class对象,可能存在虚函数,内存布局不确定,跟编译器有关,滥用内存拷贝可能会导致严重的问题即使对集合类型的 class,使用直接的内存拷贝和比较,破坏了信息隐蔽和数据保护的作用,也不提倡memcpy、 memset操作示例:×××产品程序异常退出( corc dump)。经过现场环境的模似,程序产生 COREDUMP,其原因是:在初始化函数内使用 memset(this,0,sizeof(*this))进行了类的初始化,将类的虚函数表指针被清空,从而导致使用空指针。解决方案:使用C艹构造函数初始化,不要便用 memset函数初始化类对象建议2.1变量使用时才声明并初始化说明:变量在使用前未赋初值,是常见的低级编程错误。使用前才声明变量并同时初始化,非常方便地避免了此类低级错误。在函数开始位置声明所有变量,后面才使用变量,作用域覆盖整个函数实现,容易导致如下问题:程序难以理解和维护:变量的定义与使用分离变量难以合理初始化:在函数丌始时,经常没有足够的笮息进行变量初始化,往往用某个默认的空值(比如零)来初始化,这遥常是一种浪费,如果变量在被赋于有效值以前使用,还会导致错误。遵循变量作用域最小化原则与魷近声明原则,使得代码更容易阅读,方便了解变量的类型和初始值特别是,应使用初始化的方式替代声明再赋值示例:不好的例子:声明与初始化分离string name;//声明时未初始化:调用缺省构造函数nane=" zhangsan";//再次调用赋值操作符函数;声明与定义在不同的地方,理解相对困难好的例子:声明与初始化一体,理解相对容易string name(" zhangsan");//调用一次构造函数建议2.2避免构造函数做复杂的初始化,可以使用“init”函数说明:正如函数的变量都在函数内部初始化一样,类数据成员最好的初始化场所就是构造函数,数据成员都应该尽量在构造函数中初始化以下情况可以使用init(函数来初始化:需要提供初始化返回信息。数据成员初始化可能抛异常。●数据成员初始化大败会造成该类对象初始化失败,引起不确定状态数据成员初始化依赖this揞针:构造凶数没结束,对象就没有构造出来,构造凶数內不能使用this成员数据成员初始化需要调用虚函数。在构造函数和析构函数中调用虚函数,会导致未定乂的行为示例:数据成员初始化可能拋异常:cl ass CPPRule华为机密,未经许可不得扩散第页共页se语言编程规范内部公开publicCEPRule(): size (0), res (null)i//仅进行值初始化long init (int size)//根据传入的参数初始化size,分配资源resr vateint siResourceptrx res//使用方法CPPRule ait(100)建议2.3初始化列表要严格按照成员声明顺序来初始化它们说明:编译器会按照数据成员在类定义中声明的顺序进行初始化,而不是按照初始化列表中的顺序,如果打乱初始化列表的顺序实际上不起作用,但会造成阅读和理解上的混淆;特别是成员变量之间存在依赖关系时可能导致BUG示例://不好的例子:初始化顺序与声明顺序不一致class Emp-oyeepublic:Employee(const charx firstName, const charx lastNamefirstName (firstName), lastName (lastName)r email (firstName.+-astName t huawei. com)ipr-vate:string email, firstName lastName类定义emai1是在 firstName, lastName之前声明,它将首先初始化,但使用了未初始化的ratNam和 lastName,导致错误。在成员声明时,应按照成员相互依赖关系按顺序声明。建议2.4明确有外部依赖关系的全局与静态对象的初始化顺序说明:如果全尻对象A的成员变量有外部依赖,比如依赖另外一个全局变量B,在A的构造函数中访问B,隐含的规则就是B先于A初始化,然而全局与静态对象的初始化与析构顺序未有严格定义,无法确保B已经完成初始化,而每次生成可执行程序都可能发生变化,这类BUG难以定位。通常采用单件( Singleton)模式或者把有依赖关系的全局对象放在一个文件中定义来明确初始化顺序冋一个文件屮,若全局对象a在全局对象b之前定义,则a一定会在b之前初始化;但是不同文件中的全局对象就没有固定的初始化顺序。可以在main0或 pthread once(内初始化一个运行期间不回收的指针类型转换避免使用类型分支来定制行为:类型分支来定制行为容易出错,是企图用C+编写C代码的明显标志。这是一种很不灵活的技术,要添加新类型时,如果忘记修改所有分支,编译器也不会告知。使用模板和虚函数,让类型自己而不是调用它们的代码来决定行为。华为机密,未经许可不得扩散第页共页
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