牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

1、高等機(jī)構(gòu)學(xué)題 目: 牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 院系名稱： 機(jī)械與動(dòng)力學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 機(jī)械工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2015年 12 月 17日目錄一 問(wèn)題描述- 1 -二 運(yùn)動(dòng)分析- 1 -2.1矢量法構(gòu)建機(jī)構(gòu)獨(dú)立位置方程- 1 -2.2機(jī)構(gòu)速度分析- 2 -2.3機(jī)構(gòu)加速度分析- 2 -2.4機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖繪制- 2 -三 總結(jié)- 4 -附錄一：Matlab程序- 4 -牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析一 問(wèn)題描述如圖1-1所示的牛頭刨床機(jī)構(gòu)中，。設(shè)曲柄以等角速度逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)，試對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，求出該機(jī)構(gòu)中各從動(dòng)件的方位角、角速度和角加速度以及各

2、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖。圖1-1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)二 運(yùn)動(dòng)分析2.1矢量法構(gòu)建機(jī)構(gòu)獨(dú)立位置方程如圖2-1所示，以E為坐標(biāo)原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及其方位角。其中共有四個(gè)未知量。圖2-1 坐標(biāo)系建立以兩個(gè)封閉圖形ABDEA和EDCFE為基準(zhǔn)構(gòu)建兩個(gè)封閉矢量位置方程，即：將上述矢量方程分別沿X軸和Y軸進(jìn)行投影，得牛頭刨床機(jī)構(gòu)的獨(dú)立位置方程如下：利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機(jī)構(gòu)的位置，程序見附錄一。2.2機(jī)構(gòu)速度分析將機(jī)構(gòu)的位置方程對(duì)時(shí)間求一次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣的形式，得機(jī)構(gòu)的速度方程如下：利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機(jī)構(gòu)的角速度或速度，程序見附錄一。2.3機(jī)構(gòu)加速度分析將機(jī)構(gòu)的速度

3、方程對(duì)時(shí)間求一次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣的形式，得機(jī)構(gòu)的加速度方程如下：利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機(jī)構(gòu)的角加速度或加速度，程序見附錄一。2.4機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖繪制通過(guò)Matlab進(jìn)行計(jì)算求解，得到各構(gòu)件的位置、速度和加速度，如表2-1所示。根據(jù)所求得的各構(gòu)件的位置、速度及加速度，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖的繪制，如圖2-2所示。程序見附錄一。表2-1 各構(gòu)件的位置、速度和加速度/()/m/(rad/s)/(m/s)/(rad/s2)/(m/s2)065.51205332.59410.539965-0.109810.307637-0.118610.34853-28.965511.19241065.6557

4、2332.1920.5372520.253198-0.7080.2743048.030792-22.32418.7866822066.46514329.94020.5218150.535518-1.48240.590145.27322-14.04626.1811633067.72708326.47270.4972380.712078-1.942540.804263.31001-8.152624.3487984069.26803322.30340.4664380.820063-2.20130.951652.075193-4.545893111264.8277-0.049

5、79-0.827572.028851-1.11722-4.6977511.43938-6.4132226090.23848269.4158-0.00563-1.041272.550617-1.40769-4.1197210.07757-5.5821727087.96417274.98810.048015-1.227693.009584-1.65755-3.35038.37744-4.3721636065.53832332.52050.53947-0.155560.435637-0.1680910.5192-29.408411.39973圖2-2 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖三 總結(jié)通過(guò)對(duì)牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分

6、析，讓我們學(xué)會(huì)了如何使用矩陣法建立平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析的關(guān)鍵是獨(dú)立位置方程的建立和求解，由于獨(dú)立位置方程是一個(gè)非線性方程組，計(jì)算難度較大。本文借用了Matlab軟件進(jìn)行編程求解獨(dú)立位置方程，同時(shí)對(duì)牛頭刨床機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，并繪制了牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖，完成了從理論分析到編程求解的運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程。附錄一：Matlab程序(1)子函數(shù)PosionFun.mfunction f=Position_Fun(x,theta1,h,h1,h2,l1,l3,l4)f= x(1)*cos(x(2)+l4*cos(x(3)-h2-l1*cos(theta1); x(1)*sin(x(2)+l

7、4*sin(x(3)-h1-l1*sin(theta1); l3*cos(x(2)+l4*cos(x(3)-x(4); l3*sin(x(2)+l4*sin(x(3)-h;end(2)子函數(shù)Six_Bar.mfunction theta,omega,alpha=Six_Bar(theta0,theta1,omega1,alpha1,h,h1,h2,l1,l3,l4)theta=fsolve(x)Position_Fun(x,theta1,h,h1,h2,l1,l3,l4),theta0);S3=theta(1);theta3=theta(2);theta4=theta(3);Sc=theta(

8、4);%計(jì)算連桿3、連桿4、滑塊2和C點(diǎn)的速度A= cos(theta3) -S3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 0; sin(theta3) S3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0; 0 -l3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 1; 0 l3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0;B=-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1);0;0;omega=A(omega1*B);v3=omega(1);omega3=omega(2);omega4=omega(3);vc=omega(4);

9、%計(jì)算連桿3、連桿4的角加速度，滑塊2及C點(diǎn)的加速度A= cos(theta3) -S3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 0; sin(theta3) S3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0; 0 -l3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 1; 0 l3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0;At=-sin(theta3) -v3*sin(theta3)-S3*omega3*cos(theta3) -l4*omega4*cos(theta4) 0; cos(theta3) v3*cos(theta3)-S

10、3*omega3*sin(theta3) -l4*omega4*sin(theta4) 0; 0 -l3*omega3*cos(theta3) -l4*omega4*cos(theta4) 0; 0 -l3*omega3*sin(theta3) -l4*omega4*sin(theta4) 0;B=-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1);0;0;Bt=-l1*omega1*cos(theta1);-l1*omega1*sin(theta1);0;0;alpha=A(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt);a3=alpha(1);alpha3=alpha

11、(2);alpha4=alpha(3);ac=alpha(4);end(3)主程序SixBar_main.m% 牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析%輸入已知數(shù)據(jù)clear;l1=0.2;l3=0.96;l4=0.16;h=0.8;h1=0.36;h2=0.12;omega1=5;alpha1=0;hd=pi/180;du=180/pi;theta0=0.3;60*hd;270*hd;0.45;%調(diào)用子函數(shù) Six_Bar 計(jì)算牛頭刨床機(jī)構(gòu)位移，角速度，角加速度f(wàn)or n1=1:459 theta1(n1)=-2*pi+5.8119+(n1-1)*hd; theta,omega,alpha=Six_Bar(t

12、heta0,theta1(n1),omega1,alpha1,h,h1,h2,l1,l3,l4); S3(n1)=theta(1); %滑塊2相對(duì)于CD桿的位移 theta3(n1)=theta(2); %桿3轉(zhuǎn)過(guò)的角度 theta4(n1)=theta(3); %桿4轉(zhuǎn)過(guò)的角度 Sc(n1)=theta(4); %桿5的位移 v3(n1)=omega(1); %滑塊2相對(duì)于CD桿的速度 omega3(n1)=omega(2); %桿3轉(zhuǎn)過(guò)的角速度 omega4(n1)=omega(3); %桿4轉(zhuǎn)過(guò)的角速度 vc(n1)=omega(4); %桿5的速度 a3(n1)=alpha(1); %

13、滑塊2相對(duì)于CD桿的加速度 alpha3(n1)=alpha(2); %桿3轉(zhuǎn)過(guò)的角加速度 alpha4(n1)=alpha(3); %桿4轉(zhuǎn)過(guò)的角加速度 ac(n1)=alpha(4); %桿5的加速度 theta0=theta;endthetaOmegaAlpha=theta3*du,theta4*du,Sc,omega3,omega4,vc,alpha3,alpha4,ac;xlswrite(Positon_Speed_Acceleration.xls,thetaOmegaAlpha,sheet1,b1:j459);% 位移，角速度，角加速度和四桿機(jī)構(gòu)圖形輸出figure(1);n1=1

14、:459;t=(n1-1)*2*pi/360;% 繪角位移和位移線圖 subplot(2,2,1); plot(t,theta3*du,r-.,LineWidth,1.5);hold on;grid on;axis auto;haxes,hline1,hline2=plotyy(t,theta4*du,t,Sc);set(hline1,LineWidth,1.5);set(hline2,LineWidth,1.5);grid on;hold on;title(位移線圖);xlabel(時(shí)間/s);axes(haxes(1);ylabel(角位移 / circ);axes(haxes(2);yl

15、abel(位移/m);hold on;grid on;text(2.75,-0.4,theta_3);text(3,0.65,theta_4);text(5,-0.25,S_c);% 繪角速度及速度線圖 subplot(2,2,2); plot(t,omega3,r-.,LineWidth,1.5);grid on;hold on;axis auto;haxes,hline1,hline2=plotyy(t,omega4,t,vc);set(hline1,LineWidth,1.5);set(hline2,LineWidth,1.5);grid on;hold on;title(角速度線圖);

16、xlabel(時(shí)間/s);axes(haxes(1);ylabel(角速度 / radcdots-1);axes(haxes(2);ylabel(速度/mcdots-1);grid on;hold on;text(1.25,0.55,omega_3);text(4.65,2.25,omega_4);text(5,-2.85,v_c);% 繪角加速度和加速度線圖 subplot(2,2,3); plot(t,alpha3,r-.,LineWidth,1.5);grid on;hold on;haxes,hline1,hline2=plotyy(t,alpha4,t,ac);set(hline1,

17、LineWidth,1.5);set(hline2,LineWidth,1.5);grid on;hold on;title(角加速度線圖);xlabel(時(shí)間/s);axes(haxes(1);ylabel(角加速度 / radcdots-2);axes(haxes(2);ylabel(加速度/mcdots-2);grid on;hold on;text(3,6.5,alpha_3);text(4.25,17.5,alpha_4);text(1.25,-4.5,a_c);%繪制牛頭刨床機(jī)構(gòu)subplot(2,2,4);n1=20;x(1)=0;y(1)=0;x(2)=l4*1000*cos(

18、theta4(n1);y(2)=l4*1000*sin(theta4(n1);x(3)=l4*1000*cos(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1);y(3)=l4*1000*sin(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);x(4)=h2*1000;y(4)=h1*1000;x(5)=x(4)+l1*1000*cos(theta1(n1);y(5)=y(4)+l1*1000*sin(theta1(n1);x(6)=x(3)+100*cos(theta3(n1);y(6)=y(3)+100*sin(th

19、eta3(n1);x(7)=l4*1000*cos(theta4(n1)+l3*1000*cos(theta3(n1);y(7)=l4*1000*sin(theta4(n1)+l3*1000*sin(theta3(n1);x(8)=x(7)-900;y(8)=h*1000;x(9)=x(7)+600;y(9)=h*1000;x(10)=l4*1000*cos(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1);y(10)=l4*1000*sin(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);x(11)=x(10)+25*

20、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-theta3(n1);x(15)=x(10);y(15)=y(10);x(16)=0;y(16)=0;x(1

21、7)=x(4);y(17)=y(4);k=1:3;plot(x(k),y(k);hold on;k=4:5;plot(x(k),y(k);hold on;k=6:9;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(-350 800 -250 950);title(牛頭刨床運(yùn)動(dòng)仿真);grid on;xlabel(mm);ylabel(mm);plot(x(1),y(1),o);plot(x(2),y(2),o);plot(x(4),y(4)

22、,o);plot(x(5),y(5),o);plot(x(7),y(7),o);%牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真figure(2)m=moviein(20);j=0;for n1=1:5:360 j=j+1; clf; x(1)=0; y(1)=0; x(2)=l4*1000*cos(theta4(n1); y(2)=l4*1000*sin(theta4(n1); x(3)=l4*1000*cos(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1); y(3)=l4*1000*sin(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1);

23、 x(4)=h2*1000; y(4)=h1*1000; x(5)=x(4)+l1*1000*cos(theta1(n1); y(5)=y(4)+l1*1000*sin(theta1(n1); x(6)=x(3)+100*cos(theta3(n1); y(6)=y(3)+100*sin(theta3(n1); x(7)=l4*1000*cos(theta4(n1)+l3*1000*cos(theta3(n1); y(7)=l4*1000*sin(theta4(n1)+l3*1000*sin(theta3(n1); x(8)=x(7)-900; y(8)=h*1000; x(9)=x(7)+600; y(9)=h*1000; x(10)=l4*1000*cos(theta4(n1)+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1); y(10)=l4*1000*sin(theta4(n1)+(S3(n1)