牛頭刨床運動特性數(shù)值仿真(MATLAB仿真)論文正文

1、 機械工程學院畢業(yè)論文題 目：牛頭刨床運動特性的數(shù)值仿真 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 11級5班 姓 名： 李 寧 學 號： 1666110513 指導教師： 李同杰副教授 日 期： 2015年 6 月4日 目錄引言2第一章 緒論21.1 研究課題的意義21.2 六桿機構的研究現(xiàn)狀21.3本課題的目的3第二章 牛頭刨床概論32.1牛頭刨床概述32.1.2牛頭刨床特點：52.2 牛頭刨床的運動機構簡介5第三章 計算機仿真的概述及MATLAB簡介53.1計算機仿真的介紹53.2計算機仿真的國內現(xiàn)狀63.3計算機仿真技術的發(fā)展73.4 MATLAB簡介73.4.2主要功能：83.4.

2、3MATLAB優(yōu)缺點8第四章 運動學仿真94.1 數(shù)學模型的建立94.1.1位置分析94.1.2速度分析104.1.3加速度分析104.2 計算實例11第五章 MATLAB模型的構建115.1 程序框圖115.2 子程序部分的解析125.3 主要程序的執(zhí)行界面145.3.1計算牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度155.4牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度圖形輸出165.4.1角位移及位移線圖165.4.2角速度及加速度線圖175.4.3角速度及速度線圖205.5牛頭刨床機構運動仿真225.5.1程序輸入225.6 輸出結果分析27第六章 總結27致 謝28參考文獻29附錄30 牛頭刨床運動特性

3、的數(shù)值仿真摘要：本文以牛頭刨床作為研究對象，以其六桿機構運動簡圖為基礎建立數(shù)學模型，推導其運動過程，并對其進行求解；再運用MATLAB軟件編制程序，實現(xiàn)人機交互的參數(shù)化仿真，形象直觀地反應出牛頭刨床的運功軌跡，速度和加速度變化的規(guī)律及在不同輸入?yún)?shù)時，牛頭刨床運動特性的比較顯示，最后還仿真出牛頭刨床的運動過程，實現(xiàn)機構形象而精確的運動分析。使其運動特性和輸入?yún)?shù)結合在一起，通過改變六桿機構的參數(shù)就可以顯示在不同參數(shù)下的運動特性。關鍵詞：牛頭刨床； 仿真方法； MATLAB； 數(shù)學模型；引言伴隨著科技發(fā)展和計算機的高度應用，關于桿件機構的運動仿真的開發(fā)與研究具有越來越重要的意義。眾所周知，牛頭刨

4、床是一種常見的金屬切削機床，其導桿機構作為主要執(zhí)行機構，實現(xiàn)將回轉運動轉變?yōu)橹本€往復運動的重要功能，本文將著重于研究牛頭刨床桿機構的運動，將在其運動基礎上，應用MATLAB軟件對其運動進行計算和仿真研究，從而開發(fā)出機構運動仿真程序和仿真設計效果圖，將靜態(tài)機構變?yōu)閯討B(tài)機構，旨在能更加準確地描繪出連桿平面上的連桿曲線，為其他的研究，應用提供了更可靠的依據(jù)。為了提高工作效率與滿足工況要求，應使牛頭刨床機構系統(tǒng)滿足: 工作行程時，近似勻速運動; 空回行程時，有急回作用。因此本文將介紹平面連桿機構運動學仿真分析的發(fā)展情況。從牛頭刨床的連桿機構的運動學三個方面進行具體分析:即運用數(shù)學建模對位置、速度和加速

5、度分析。平面六桿機構運動學分析是理論力學中的運動學的基礎，在較早的時候，就有學者對其進行分析，經(jīng)過了幾代學者們的努力，現(xiàn)已形成了較為成熟的機構分析的方法和理論。隨著MATLAB的發(fā)展，運用MATLAB仿真更加成為了主流方式。第一章 緒論1.1 研究課題的意義平面連桿機構的機構運動分析是不考慮外力對機構所造成的影響，而僅從幾何角度出發(fā)，根據(jù)已知的原動件的運動規(guī)律（通常假設為勻速運動），確定機構其它構件上各點的位移、速度、加速度，或構件的角位移、角速度、角加速度等運動參數(shù)。無論是分析研究現(xiàn)有機械的工作性能，還是優(yōu)化綜合新機械，機構運動分析都是十分重要的。 通過MATLAB對運動機構的軌跡和位移分析

6、，可以直觀的觀察到機構上的某構件與預定的位置是否相符、構件上某點的運動軌跡與預定的軌跡要求是一致，從而可以確定從動件的運動行程，并且可以判斷從動件在運動過程中是否會發(fā)生碰撞或者用來確定機構的外形尺寸。通過加速度和速度分析可以了解機構從動件的加速度、速度的變化規(guī)律能否達到工作要求。 在本設計課題中通過對機構的加速度和速度分析，就可以在設計牛頭刨床時延長刀具壽命；此外還保證了刀具的急回性能，從而提高了生產(chǎn)率。1.2 六桿機構的研究現(xiàn)狀機構運動分析是機構運動分支的一種，甚至包括了運動誤差計算等一系列問題，知曉機構的主動輸入和構件的尺寸，從中選出最優(yōu)的裝配構型，進而得到從動件的運動規(guī)律。對機構進行運動

7、分析，也就是對機構的位移，加速度，速度等相關參數(shù)進行分析，這些運動參數(shù)將能客觀準確的評價六桿機構的工作性能，運動效率等參數(shù)。通過對位移的分析，可以確定一些構件在運動中所需的運行空間和是否在運動過程中與其他構件發(fā)生干涉。通過對速度的分析，可以確定機構中的從動件速度是否滿足工作要求。與此之外，速度分析也是加速度分析和受力分析所必要的一環(huán)。通過對加速度的分析，可以得知機構的慣性力，在高速行進的機械中，一般要求對動強度，震動等力學性能計算，這些變量可以說都與動載荷有著直接的關系，所以對于加速度的分析，也是本文對于運動學計算不可缺少的一部分。平面連桿機構運動綜合在工程應用中有重要的意義，一直為機構學領域

8、的經(jīng)典課題之一。較早時人們主要用幾何圖解法，但是其求解精度和適用范圍都受到了極大的限制。隨著計算機技術的發(fā)展，在軌跡綜合中引入了計算機，并開始出現(xiàn)代數(shù)法和優(yōu)化法，把機構學問題轉化為數(shù)學問題。1.3本課題的目的本課題的目的是通過編制MATLAB程序，對牛頭刨床運動分析和運動仿真，以此觀察牛頭刨床的運動特性是否合乎要求。從而全面考察在本科學習階段所學的力學、運動學、以及機械設計制造及其自動化專業(yè)的基本知識和技能，在鞏固所學專業(yè)課知識的同時為以后走上工作崗位提供一次歷練的機會，通過本次畢業(yè)設計能夠全面考察本科階段的學習成果。第二章 牛頭刨床概論2.1牛頭刨床概述2.1.1牛頭刨床簡介： 牛頭刨床是一

9、種平式小刨床的通俗稱呼, 滑枕帶著刨刀，作直線往復運動的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛頭而得名，主要由床身、滑枕、刀架、橫梁和工作臺組成。機床的主參數(shù)是最大刨削長度。牛頭刨床主要有普通牛頭刨床、仿形牛頭刨床和移動式牛頭刨床等。牛頭刨床,依其傳動方式可以分為流體式和曲拐式兩種。曲拐式的發(fā)展歷史較早,因其構造簡單,制作容易,目前比較流體式的用得普遍,本文擬談的也偏重這一式。近年來因為銑床,磨床的發(fā)展,在生產(chǎn)量較大的工場里,牛頭刨床的作用已經(jīng)不是太明顯。但是在工具工場或雜件廠中,它還是不可或缺的。牛頭刨床主要是用于單件小批生產(chǎn)中刨削中小型工件上的平面、成形面和溝槽?；淼姆祷匦谐趟俣却笥诠ぷ餍谐趟俣扔?/p>

10、于采用單刃刨刀加工，且在滑枕回程時不切削，因此牛頭刨床的生產(chǎn)率較低。普通牛頭刨床由滑枕帶著刨刀作水平直線往復運動，刀架可在垂直面內回轉一個角度，并可手動進給，工作臺帶著工件作間歇的橫向或垂直進給運動，常用于加工平面、溝槽和燕尾面等。仿形牛頭刨床是在普通牛頭刨床上增加一仿形機構，用于加工成形表面，如透平葉片。移動式牛頭刨床的滑枕與滑座還能在床身（臥式）或立柱（立式）上移動，適用于刨削特大型工件的局部平面。牛頭刨床在金屬切削加工中應用較廣，適合刨削長度不超過1000mm的中小型工件。 圖2-1 牛頭刨床2.1.2牛頭刨床特點：牛頭刨床主要用于單件小批量生產(chǎn)中的刨削中小型工件上的平面、成型面和溝槽。

11、他的主要特點有：（1） 牛頭刨床的工作臺能左右回轉角度，工作臺具有橫向和升降的快速移動機構用于刨削傾斜的平面，從而擴大了使用范圍。（2） 刨床的進給系統(tǒng)采用凸輪機構，有10級進給量。改變走刀量，也非常方便。（3） 牛頭刨床在走刀系統(tǒng)內裝有過載安全機構，當由于操作不慎或者受到外力影響與切削超載時，走刀自行打滑，無損機件保證機床的正常運行。（4） 滑枕和床身導軌間以及其具有速度的齒輪副和主要的滑動導軌面，均有油泵打出的潤滑油進行循環(huán)潤滑。（5） 牛頭刨床裝有離合器及控制停車機構，所以在變換速度，啟動機床或停車時，可不必切斷電源，制動停車機構能使滑枕當離合器脫開時其慣性沖量不大于10毫米。 2.2

12、牛頭刨床的運動機構簡介牛頭刨床的主運動為滑枕帶動刨刀做直線往復運動，其傳動路線為：電動機-皮帶輪-齒輪變速機構-曲柄擺桿機構。進給運動為工作臺做水平或垂直運動，其傳動路線為：電動機-皮帶輪-齒輪變速機構-棘輪機構-進給絲桿-工作臺。牛頭刨床的傳動機構主要由以下幾種機構組成：(1)齒輪變速機構齒輪變速機構由幾組滑動齒輪組成，通過調整齒輪的不同組合來改變齒輪變速機構的傳動比，使刨床可以獲得不同的切削速度。(2)曲柄擺桿機構曲柄擺桿機構由擺桿齒輪、擺桿、偏心滑塊組成，其作用是將擺桿齒輪的旋轉運動變?yōu)榛淼闹本€往復運動。當擺桿齒輪旋轉一周時，偏心滑塊帶動擺桿來回擺動一次，與擺桿連接的滑枕就往復運動一次

13、。第三章 計算機仿真的概述及MATLAB簡介3.1計算機仿真的介紹 仿真是對現(xiàn)實系統(tǒng)的某一層次抽象屬性的模仿。人們利用這樣的模型進行試驗，從中得到所需的信息，然后幫助人們對現(xiàn)實世界的某一層次的問題做出決策。仿真是一個相對概念，任何逼真的仿真都只能是對真實系統(tǒng)某些屬性的逼近。仿真是有層次的，既要針對所欲處理的客觀系統(tǒng)的問題，又要針對提出處理者的需求層次，否則很難評價一個仿真系統(tǒng)的優(yōu)劣。 4仿真技術是以相似原理、系統(tǒng)技術、信息技術及其應用領域有關的專業(yè)技術為基礎,以計算機和各種物理效應設備為工具,利用系統(tǒng)模型對真實的或設想的系統(tǒng)進行動態(tài)實驗研究的一門多學科的綜合性技術。就是在模擬環(huán)境下對真實環(huán)境下

14、的產(chǎn)品的性能和特征進行預測。仿真包括建模、施加負載和約束到預測在真實狀況下的響應。 仿真技術綜合集成了計算機、網(wǎng)絡技術、自動控制技術、多媒體技術、圖形圖象技術、信息處理等多個技術領域的知識,已經(jīng)發(fā)展成為一門熱門的技術。 根據(jù)仿真模型類型及實現(xiàn)方式的不同,仿真技術經(jīng)歷了以下5個階段：(1)40年代之前：物理仿真(2)50到60年代：模擬仿真(3)60到70年代：混合仿真(4)70到80年代：數(shù)字仿真(5)80年代之后：基于圖形工作站的三維可是交互仿真1隨著虛擬仿真技術的發(fā)展，對于機械傳動機構的運動學和動力學分析越來越普遍，通過對牛頓經(jīng)典力學建立起完整的運動和動力學仿真數(shù)學模型，使用已擁有的計算機

15、軟件包，建立機構的計算機模型，對機構在實際使用中的工況進行仿真，預測其整體性能，進而改進機構設計，提高性能。仿真模擬具有縮短設計周期降低設計成本，在機構運行前預先評估設計的作用和功效。2借助高速、大存儲量數(shù)字計算機及相關技術，對復雜真實系統(tǒng)的運行過程或狀態(tài)進行數(shù)字化模擬的技術叫做計算機仿真，是應用電子計算機對系統(tǒng)的結構、功能和行為以及參與系統(tǒng)控 制的人的思維過程和行為進行動態(tài)性比較逼真的模仿。它具有高效、安全、受環(huán)境條件的約束較少、可改變時間比例尺等優(yōu)點，已成為分析、設計、運行、評價、培訓系統(tǒng)（尤其是復雜系統(tǒng)）的重要工具。6跟據(jù)計算機仿真技術所能達到的效果，可以將其分為：虛擬現(xiàn)實仿真、可視化仿

16、真、數(shù)值仿真。6計算機仿真通過建立某一過程和某一系統(tǒng)的模式，來描述該過程或該系統(tǒng)，然后用一系列有目的、有條件的計算機仿真實驗來刻畫系統(tǒng)的特征，從而得出數(shù)量指標，為決策者提供有關這一過程或系統(tǒng)得定量分析結果，作為決策的理論依據(jù)。3 3.2計算機仿真的國內現(xiàn)狀計算機仿真技術作為一門新興的高科技技術,在制造業(yè)產(chǎn)品設計和制造,及其他大規(guī)模復雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中,一直是不可缺少的工具,它在縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質量、減少損失、節(jié)約經(jīng)費等方面發(fā)揮了巨大的作用。在從產(chǎn)品的設計、制造至測試維護的整個生命周期中,計算機仿真技術貫穿始終。 在我國計算機仿真軟件的開發(fā)仍是一個比較薄弱的環(huán)節(jié)，制約了計算機輔助技術的

17、發(fā)展。在計算機輔助分析軟件開發(fā)方面，我國目前至少落后于美國等發(fā)達國家十年。計算機軟件是高技術和高附加值的商品，目前的國際市場為美國等發(fā)達國家所壟斷。僅以有限元計算分析軟件為例，目前的世界年市場份額達5億美元，并且以每年 15%的速度遞增。相比之下，我國自己民族的軟件工業(yè)還非常弱小，僅占有很少量的市場份額。作為一個國家，一個民族不能長期依賴于引進外國的技術和產(chǎn)品，因此我們必須加大力度開發(fā)自己的計算機分析軟件，只有這樣才能改變在技術上和經(jīng)濟上受制于人的局面。73.3計算機仿真技術的發(fā)展計算機仿真技術給我們社會的發(fā)展和經(jīng)濟的提高帶來了重大的效益，因此計算機仿真得到了迅速的發(fā)展?，F(xiàn)在,計算機仿真技術正

18、從人和計算機共同同研究數(shù)學映射模型為主的方式逐漸向人、信息、計算機相融合的智能化、集成化、協(xié)調化高度一體的仿真發(fā)展。3.4 MATLAB簡介3.4.1MATLAB概述MATLAB軟件是由美國Math Work公司于1982年推出，它提供了強大的矩陣處理和繪圖功能，主要包括：核心函數(shù)和工具箱。MATLAB是工程中常用的數(shù)學分析軟件，它的面向對象的平臺能非常容易的實現(xiàn)面向對象和可視化軟件設計。為了實現(xiàn)對平面連桿機構運動性能仿真，依據(jù)實時求解位置約束方程組解定出連桿機構的運動的軌跡，再運用差分法和插值法獲得云頂曲線，以面向對象的形式搭建機構模型，實現(xiàn)了對常見的連桿機構的運動特性分析和仿真。這種方法編

19、程容易實現(xiàn)，操作簡單易行，運算精度高，并能輸出AVI格式動畫，對于設計者簡化優(yōu)化模型，提高設計效率具有很大幫助。12MATLAB被廣泛應用于自動控制和數(shù)理統(tǒng)計等工程領域，利用該軟件的仿真工具箱，我們可以再完成設計之后，方便地實現(xiàn)對連桿的動態(tài)仿真分析，完成對現(xiàn)有設備的設計方案以及對新產(chǎn)品的設計性能檢驗，可以從眾多的設計方案中尋找出最好佳設計方案，大大提高設計水平和質量。8圖3-4 MATLAB 工作界面MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并稱為四大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶

20、界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C+，JAVA的支持?？梢灾苯诱{用,用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到MATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調用，此外許多的MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就

21、可以用。93.4.2主要功能： （1）數(shù)值分析（2）工程與科學繪圖（3）符號和數(shù)值計算（4）控制系統(tǒng)的設計與仿真（5）數(shù)字圖像和信號處理（6）通訊系統(tǒng)的仿真與設計（7）金融與財務工程3.4.3MATLAB優(yōu)缺點優(yōu)點：(1)易學易用性：MATLAB不需要用戶有高深的數(shù)學知識和程序設計能力，不需要用戶深刻了解算法及編程技巧。(2)可擴展性：MATLAB最重要的特點是易于擴展，它允許用戶自行建立指定功能的M文件。對于一個從事特定領域的工程師來說，不僅可利用MATLAB所提供的函數(shù)及基本工具箱函數(shù)，還可方便地構造出專用的函數(shù)，從而大大擴展了其應用范圍。當前支持MATLAB的商用Toolbox(工具箱)

22、有數(shù)百種之多。而由個人開發(fā)的Toolbox則不可計數(shù)。 (3)高效性：MATLAB語句功能十分強大，一條語句可完成十分復雜的任務。如FFT語句可完成對指定數(shù)據(jù)的快速傅立葉變換，這相當于上百條C語言語句的功能。它大大加快了工程技術人員從事軟件開發(fā)的效率。據(jù)MATHWOKS公司聲稱，MATLAB軟件中所包含的MATLAB源代碼相當于70萬行C代碼。 由于MATLAB具有如此之多的特點，在歐美高等院校，MATLAB已成為應用于線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；在研究單位、工業(yè)部門，MATLAB也被廣泛用于研究和解決各種工程問題。當前在

23、全世界有超過40萬工程師和科學家使用它來分析和解決問題。 缺點：(1) MATLAB是一種解釋性語言，因此它的實時效率是相當差的。(2) MATLAB程序不能脫離其環(huán)境運行，因為MATLAB不是計算機語言，雖然如今它已經(jīng)可以進行編譯，但是還不太方便。第四章 運動學仿真4.1 數(shù)學模型的建立為了對機構進行運分析，根據(jù)牛頭刨床的工作原理，對其機構進行簡化，其簡機構如下圖所示，將各構件視為桿矢。并將各桿矢用指數(shù)形式的復數(shù)表示。圖4-14.1.1位置分析機構簡圖如圖4-1所示，由于這里有四個未知量，為了求解需要建立兩個封閉矢量方程。由封閉圖形可ABCA可寫出機構一個封閉矢量方程l6+l1=s3 (4-

24、1) 其復數(shù)形式表示為 l6ei2+l1ei1=s3ei3 (4-2)將上式實部和虛部分離，得: l1cos1=s3cos3l6+l1sin=s3sin3 (4-3) 由式4-3得 s3=l1cos12+l6+l1sin123=arcosl1cos1s3 (4-4) 由封閉圖形CDEGC可以寫出機構另一個封閉矢量方程 l3+l4=l6+sE (4-5)其復數(shù)表達式為 l3ei3+l4ei4=l6'ei2+sE (4-6)將上式的實部和虛部分離，得 l3cos3+l4cos4-sE=0l3sin3+l4sin4=l6' (4-7) 由式（4-7）得 4=arcsinl6'

25、-l3sin3l4sE=l3cos3+l4cos4 (4-8)4.1.2速度分析將式(4-2)和式(4-6)對時間t求一次導數(shù)，得速度關系 il1w1ei1=v23sin3+is3w3ei3il3w3ei3+il4w4ei4=vE (4-9)將上式的實部和虛部分離，得 l1w1cos1=v23sin3+is3w3ei3-l1w1sin1=v23cos3-s3w3sin3l3cos3+l4w4cos4=0-l3w3sin3-l4sin4=vE (4-10)若用矩陣形式來表示，則上式可寫為cos3-s3sin300sin3s3cos3000-l3sin3-l4sin4-10l3cos3l4cos4

26、0 v23w3w1vE=w1-l1sin1l1cos100 (4-11)4.1.3 加速度分析將式（4-2）和（4-6）對時間t求二次導數(shù)，可得加速度關系表達式 cos3-s3sin300sin3s3cos3000-l3sin3-l4sin4-10l3cos3l4cos40a23a3a4aE= -w3sin3-v23sin3-s3w3cos300w3cos3v23cos3-s3w3sin3000-l3cos3-l4w4cos400-l3w3sin3-l4w3sin40v23w3w4vE+w1-l1w1cos1-l1w1sin1004.2 計算實例如圖 4-1 所示，牛頭刨床主運動機構個構件的尺

27、寸為：l1=125mm,l3=600mm,l4=150mml6=275mm,l6'=575mm,原動件1以勻角速度w1=1rad/s逆時針轉動，計算該機構中各從動件的角位移、角速度、和角加速度以及刨頭5上E點的位置、速度和加速度，并繪制出運功線圖。第五章 MATLAB模型的構建 5.1 程序框圖牛頭刨床主運動機構MATLAB程序由主程序six_bar_main 和子函數(shù)six_bar兩部分組成。其程序設計流程如下圖所示： 開始開始輸入已知參數(shù)，如各構件尺寸等輸入已知參數(shù)，如各構件尺寸等求解位移表達式 調用子函數(shù)求機構的位置、速度和加速度求解速度表達式用圖形輸出計算結果求解加速度表達式機

28、構運動仿真結束 結束 子程序框圖 主程序框圖 5.2 子程序部分的解析functiontheta,omega,alpha=six_bar(theta1,omega1,alpha1,l1)l1=l1(1);l3=l1(2);l4=l1(3);l6=l1(4);l61=l1(5);%1計算角位移和線位移s3=sqrt(l1*cos(theta1)*(l1*cos(theta1)*(l6*l1*sin(theta1)*(l6*l1*sin(thetal)）；%s3表示滑塊2相對于CD桿的位移theta3=acos(l1*cos(theta1)/s3);%theta3表示桿3轉過角度theta4=pi

29、-asin(l61-l3*sin(theta3)/l4);%theta4表示桿4轉過角度sE=l3*cos(theta3)+l4cos(theta4);%sE表示桿5的位移theta(1)=s3;theta(2)theta3;theta(3)=theta4;theta(4)=sE;%2計算角速度和線速度A=sin(theta3),s3*cos(theta3),0,0; %從動件位置參數(shù)矩陣-cos(theta3),s3,sin(theta3),0,0;0, l3*sin(theta3),l4*(theta4),1;0,l3*cos(theta3),l4cos(theta4),0;B=l1*co

30、s(theta1);l1*sin(theta);0;0 %原動件位置參數(shù)矩陣omega=A(omega1*B);v2=omega(1); %滑塊2的速度omega3=omega(2); %構件3的角速度omega4=omega(3); %構件4的角速度vE=omega(4) % 構件5的速度%3計算角加速度和加速度A= sin(theta3),s3*cos(theta3),0,0; %從動件位置參數(shù)矩陣- cos(theta3),s3,sin(theta3),0,0;0, l3*sin(theta3),l4*(theta4),1;0,l3*cos(theta3),l4cos(theta4),0

31、;At=omega3*cos(theta3),(v2*cos(theta)-s3*omega3*sin(theta3),0,0;-omega3*sin(theta3),(-v2*sin(theta3)-s3*omega3*cos(theta3),0,0;0,l3*omega3*cos(theta3),l4*omega4*cos(theta4),0;0,-l3*omega3*sin(theta3),-l4*omega4*sin(theta4),0; Bt=-l1*omega1*sin(theta1);-l1*omega1*cos(theta1);0;0;Alpha=A(-At*omega*ome

32、ga1*Bt); %機構從動件的加速度矩陣a2=alpha(1); %a2表示滑塊2的加速度alpha3=alpha(2); %alpha3表示桿件3的角加速度alpha4=alpha(3); %alpha4表示桿件4的角加速度aE=alpha(4); %構件5的加速度5.3 主要程序的執(zhí)行界面圖5-3 MATLAB 程序執(zhí)行主界面通過上圖，可以看出MATLAB的基本操作界面以及運行窗口，通過命令的編寫與執(zhí)行，可以得到下圖的結論，在牛頭刨床機構的運動仿真中，憑借著MATLAB強大的圖形可視化能力，可以得到實時的速度，加速度，位移曲線。不僅如此，在MATLAB的程序編寫同時，可以實時觀察到程序的

33、錯誤所在，通過添加不同的標注，可以給用戶一個直觀，準確的概念，了解到程序的功能，每一步在做什么。在此基礎上，采用子函數(shù)與主函數(shù)的調用，使程序分工更加明確，語句更加流暢。通過修改子函數(shù)的變量，可以對多個機構同時進行模擬，進行相對應的比較，相比于手工計算，大大縮短了工程量，減輕了人們計算的負擔。這種可視化的界面，面對群體廣泛，易上手。也因此成為機構仿真的一大利器。5.3.1 計算牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度在MATLAB中新建M文件 圖5-3-1-1其計算程序為：%1.輸入已知數(shù)據(jù)clear;l1=0.125;l3=0.600;l4=0.150;l6=0.275;l61=0.575;omeg

34、a1=1;alpha1=0;hd=pi/180;du=180/pi;%2.調用子函數(shù)six_bar計算牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度for n1=1:459; theta1(n1)=-2*pi+5.8199+(n1-1)*hd; ll=l1,l3,l4,l6,l61; theta,omega,alpha=six_bar(theta1(n1),omega1,alpha1,ll); s3(n1)=theta(1); %s3表示滑塊2相對CD桿的位移 theta3(n1)=theta(2); %theta3表示桿3轉過角度 theta4(n1)=theta(3); %theta4表示桿4轉過角度

35、 sE(n1)=theta(4); %sE表示桿5的位移 v2(n1)=omega(1); %滑塊2的速度 omega3(n1)=omega(2); %構件3的角速度 omega4(n1)=omega(3); %構件4的角速度 vE(n1)=omega(4); %構件5的速度 a2(n1)=alpha(1); %a2表示滑塊2的加速度 alpha3(n1)=alpha(2); %alpha3表示桿3的角加速度 alpha4(n1)=alpha(3); %alpha4表示桿4的角加速度 aE(n1)=alpha(4); %構件5的角加速度end保存后另外重新建立M文件輸入5.2中的子程序，然后回

36、到主程序部分點擊運行鍵。主函數(shù)和子函數(shù)的程序需要保存在同一文件夾中，以便運行時調用子函數(shù)。圖5-3-1-2其在MATLAB中的調試狀態(tài)如下圖圖5-3-1-35.4牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度圖形輸出 5.4.1角位移及位移線圖 角位移及位移圖線程序為：%3.位移、角速度、角加速度、和牛頭刨床圖形輸出figure(3);n1=1:459;t=(n1-1)*2*pi/360;subplot; %繪角位移及位移線圖plot(t,theta3*du,'r-.');grid on;hold on;axis auto;haxes,hline1,hline2=plotyy(t,thet

37、a4*du,t,sE);grid on;hold on;xlabel('時間/s')axes(haxes(1);ylabel('角位移/circ')axes(haxes(2);ylabel('位移/m')hold on;grid on;text(1.15,-0.15,'theta_3')text(3.40,0.27,'theta_4')text(2.25,-0.15,'s_E')其前部程序為5.3.1所輸入的程序。運行結果如下圖：圖5-4-15.4.2角速度及加速度線圖角速度及速度線圖程序為：%1.

38、輸入已知數(shù)據(jù)clear;l1=0.125;l3=0.600;l4=0.150;l6=0.275;l61=0.575;omega1=1;alpha1=0;hd=pi/180;du=180/pi;%2.調用子函數(shù)six_bar計算牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度for n1=1:459; theta1(n1)=-2*pi+5.8199+(n1-1)*hd; ll=l1,l3,l4,l6,l61; theta,omega,alpha=six_bar(theta1(n1),omega1,alpha1,ll); s3(n1)=theta(1); theta3(n1)=theta(2); theta4(

39、n1)=theta(3); sE(n1)=theta(4); v2(n1)=omega(1); omega3(n1)=omega(2); omega4(n1)=omega(3); vE(n1)=omega(4); a2(n1)=alpha(1); alpha3(n1)=alpha(2); alpha4(n1)=alpha(3); aE(n1)=alpha(4);endsubplot; %繪角加速度及加速度線圖figure(3);n1=1:459;t=(n1-1)*2*pi/360;subplot; plot(t,alpha3,'r-.');grid on;hold on;axi

40、s auto;haxes,hline1,hline2=plotyy(t,alpha4,t,aE);grid on;hold on;xlabel('時間/s')axes(haxes(1);ylabel('角加速度/radcdots-2')axes(haxes(2);ylabel('加速度/mcdots-2')hold on;grid on;text(1.5,0.3,'alpha_3')text(3.5,0.51,'alpha_4')text(1.5,-0.11,'a_E')其運行結果如下圖所示： 圖5

41、-4-25.4.3角速度及速度線圖角速度及速度線圖程序為;%1.輸入已知數(shù)據(jù)clear;l1=0.125;l3=0.600;l4=0.150;l6=0.275;l61=0.575;omega1=1;alpha1=0;hd=pi/180;du=180/pi;%2.調用子函數(shù)six_bar計算牛頭刨床機構位移，角速度，角加速度for n1=1:459;theta1(n1)=-2*pi+5.8199+(n1-1)*hd;ll=l1,l3,l4,l6,l61; theta,omega,alpha=six_bar(theta1(n1),omega1,alpha1,ll); s3(n1)=theta(1)

42、;theta3(n1)=theta(2);theta4(n1)=theta(3);sE(n1)=theta(4);v2(n1)=omega(1);omega3(n1)=omega(2);omega4(n1)=omega(3);vE(n1)=omega(4);a2(n1)=alpha(1);alpha3(n1)=alpha(2);alpha4(n1)=alpha(3);aE(n1)=alpha(4);endsubplot; %繪角速度及速度線圖figure(3);n1=1:459;t=(n1-1)*2*pi/360;subplot; plot(t,omega3,r-.);grid on;hold

43、 on;axis auto;haxes,hline1,hline2=plotyy(t,omega4,t,vE);grid on;hold on;xlabel(時間/s)axes(haxes(1);ylabel(角速度/radcdots-1)axes(haxes(2);ylabel(速度/mcdots-1)hold on;grid on;text(3.1,0.35,omega_3)text(2.1,0.1,omega_4)text(5.5,0.45,v_E)其運行結果為：圖5-4-35.5牛頭刨床機構運動仿真 5.5.1程序輸入在5.3.1所創(chuàng)立的M文件中繼續(xù)輸如運動仿真的程序，其程序為：sub

44、plot(2,2,4); %牛頭刨床機構n1=20;x(1)=0;y(1)=0;x(2)=(s3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1);y(2)=(s3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);x(3)=0;y(3)=16*1000;x(4)=l1*1000*cos(theta1(n1);y(4)=s3(n1)*1000*sin(theta3(n1);x(5)=(s3(n1)*1000+50)*cos(theta3(n1);y(5)=(s3(n1)*1000+50)*sin(theta3(n1);x(6)=13*1000*cos(theta3(n1);y(6)

45、=13*1000*sin(theta3(n1);x(7)=13*1000*cos(theta3(n1)+14*1000*cos(theta4(n1);y(7)=13*1000*sin(theta3(n1)+14*1000*sin(theta4(n1);x(8)=13*1000*cos(theta3(n1)+14*1000*cos(theta4(n1)-900;y(8)=161*1000;x(9)=13*1000*cos(theta3(n1)+14*1000*cos(theta4(n1)+600;y(9)=161*1000;x(10)=(s3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1

46、);y(10)=(s3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);x(11)=x(10)+25*cos(pi/2-theta3(n1);y(11)=y(10)-25*sin(pi/2-theta3(n1);x(12)=x(11)+100*cos(theta3(n1);y(12)=y(11)+100*sin(theta3(n1);x(13)=x(12)-50*cos(pi/2-theta3(n1);y(13)=y(12)+50*sin(pi/2-theta3(n1);x(14)=x(10)-25*cos(pi/2-theta3(n1);y(14)=y(10)+25*sin(pi/2

47、-theta3(n1);x(15)=x(10);y(15)=y(10);x(16)=0;y(16)=0;x(17)=0;y(17)=16*1000;k=1:2;plot(x(k),y(k);hold on;k=3:4;plot(x(k),y(k);hold on;k=5:9;plot(x(k),y(k);hold on;k=10:15;plot(x(k),y(k);hold on;k=16:17;plot(x(k),y(k);hold on;grid on;axis(-500 600 0 650);title('牛頭刨床運動仿真');grid on;xlabel('mm

48、')ylabel('mm')plot(x(1),y(1),'o');plot(x(3),y(3),'o');plot(x(4),y(4),'o');plot(x(6),y(6),'o');plot(x(7),y(7),'o');hold on;grid on;xlabel('mm')ylabel('mm')axis(-400 600 0 650);%4牛頭刨床機構運動仿真figure(2)m=moviein(20);j=0; for n1=1:5:360j=j

49、+1;clf;x(1)=0;y(1)=0;x(2)=(s3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1); y(2)=(s3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);x(3)=0;y(3)=l6*1000 x(4)=l1*1000*cos(theta1(n1);y(4)=s3(n1)*1000*sin(theta3(n1);x(5)=(s3(n1)*1000+50)*cos(theta3(n1);y(5)=(s3(n1)*1000+50)*sin(theta3(n1);x(6)=l3*1000*cos(theta3(n1);y(6)=l3*1000*sin(theta

50、3(n1);x(7)=l3*1000*cos(theta3(n1)+l4*1000*cos(theta4(n1);x(7)=l3*1000*cos(theta3(n1)+l4*1000*cos(theta4(n1);y(7)=l3*1000*sin(theta3(n1)+l4*1000*sin(theta4(n1);x(8)=l3*1000*cos(theta3(n1)+l4*1000*cos(theta4(n1)-900;y(8)=l61*1000;x(9)=l3*1000*cos(theta3(n1)+l4*1000*cos(theta4(n1)+600;y(9)=l61*1000;x(10)=(s3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1);y(10)=(s3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);x(11)=x(10)+25*cos(pi/2-theta3(n1);y(11)=y(10)-25*sin(pi/2-theta3(n1);x(12)=x(11)+100*cos(theta3(n1);y(12)=y(11)+100*sin(theta3(n1);x(13)=x(12)-50*cos(pi/2-theta3(n1);y(13)=y(12)