牛頭刨床機構(gòu)運動分析

1、高等機構(gòu)學(xué)題 目: 牛頭刨床機構(gòu)運動分析 院系名稱： 機械與動力學(xué)院 專業(yè)班級： 機械工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2015年 12 月 17日目錄一 問題描述- 1 -二 運動分析- 1 -2.1矢量法構(gòu)建機構(gòu)獨立位置方程- 1 -2.2機構(gòu)速度分析- 2 -2.3機構(gòu)加速度分析- 2 -2.4機構(gòu)運動線圖繪制- 2 -三 總結(jié)- 4 -附錄一：Matlab程序- 4 -牛頭刨床機構(gòu)運動分析一 問題描述如圖1-1所示的牛頭刨床機構(gòu)中，。設(shè)曲柄以等角速度逆時針方向回轉(zhuǎn)，試對其進(jìn)行運動分析，求出該機構(gòu)中各從動件的方位角、角速度和角加速度以及各

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

3、方程對時間求一次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣的形式，得機構(gòu)的加速度方程如下：利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機構(gòu)的角加速度或加速度，程序見附錄一。2.4機構(gòu)運動線圖繪制通過Matlab進(jìn)行計算求解，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)行機構(gòu)運動線圖的繪制，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)065.51205332.59410.539965-0.109810.307637-0.118610.34853-28.965511.1924106

4、5.65572332.1920.5372520.253198-0.7080.2743048.030792-22.32418.7866822066.46514329.94020.5218150.535518-1.48240.590145.27322-14.04626.1811633067.72708326.47270.4972380.712078-1.942540.804263.31001-8.152624.3487984069.26803322.30340.4664380.820063-2.20130.951652.075193-4.545893111264.8277

5、-0.04979-0.827572.028851-1.11722-4.6977511.43938-6.4132226090.23848269.4158-0.00563-1.041272.550617-1.40769-4.1197210.07757-5.5821727087.96417274.98810.048015-1.227693.009584-1.65755-3.35038.37744-4.3721636065.53832332.52050.53947-0.155560.435637-0.1680910.5192-29.408411.39973圖2-2 機構(gòu)的運動線圖三 總結(jié)通過對牛頭刨床

6、機構(gòu)的運動分析，讓我們學(xué)會了如何使用矩陣法建立平面機構(gòu)的運動方程。對機構(gòu)進(jìn)行運動分析的關(guān)鍵是獨立位置方程的建立和求解，由于獨立位置方程是一個非線性方程組，計算難度較大。本文借用了Matlab軟件進(jìn)行編程求解獨立位置方程，同時對牛頭刨床機構(gòu)進(jìn)行了運動仿真，并繪制了牛頭刨床機構(gòu)的運動線圖，完成了從理論分析到編程求解的運動分析過程。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(

7、x(2)+l4*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=

8、theta(4);%計算連桿3、連桿4、滑塊2和C點的速度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=ome

9、ga(4);%計算連桿3、連桿4的角加速度，滑塊2及C點的加速度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(the

10、ta3)-S3*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

11、=alpha(2);alpha4=alpha(3);ac=alpha(4);end(3)主程序SixBar_main.m% 牛頭刨床機構(gòu)運動分析%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 計算牛頭刨床機構(gòu)位移，角速度，角加速度for n1=1:459 theta1(n1)=-2*pi+5.8119+(n1-1)*hd; theta,omega,alpha=Six

12、_Bar(theta0,theta1(n1),omega1,alpha1,h,h1,h2,l1,l3,l4); S3(n1)=theta(1); %滑塊2相對于CD桿的位移 theta3(n1)=theta(2); %桿3轉(zhuǎn)過的角度 theta4(n1)=theta(3); %桿4轉(zhuǎn)過的角度 Sc(n1)=theta(4); %桿5的位移 v3(n1)=omega(1); %滑塊2相對于CD桿的速度 omega3(n1)=omega(2); %桿3轉(zhuǎn)過的角速度 omega4(n1)=omega(3); %桿4轉(zhuǎn)過的角速度 vc(n1)=omega(4); %桿5的速度 a3(n1)=alpha

13、(1); %滑塊2相對于CD桿的加速度 alpha3(n1)=alpha(2); %桿3轉(zhuǎn)過的角加速度 alpha4(n1)=alpha(3); %桿4轉(zhuǎn)過的角加速度 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',thetaOme

14、gaAlpha,'sheet1','b1:j459');% 位移，角速度，角加速度和四桿機構(gòu)圖形輸出figure(1);n1=1:459;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(hl

15、ine2,'LineWidth',1.5);grid on;hold on;title('位移線圖');xlabel('時間/s');axes(haxes(1);ylabel('角位移 / circ');axes(haxes(2);ylabel('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(

16、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');xlabel('時間/s');axes(haxes(1);ylabel('角速度 / radcd

17、ots-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,alph

18、a4,t,ac);set(hline1,'LineWidth',1.5);set(hline2,'LineWidth',1.5);grid on;hold on;title('角加速度線圖');xlabel('時間/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,

19、'alpha_4');text(1.25,-4.5,'a_c');%繪制牛頭刨床機構(gòu)subplot(2,2,4);n1=20;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);x(4)=h2*1000;y(4)=h1*1000;x(5)=

20、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

21、)+(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*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(1

22、4)=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(17)=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;

23、axis(-350 800 -250 950);title('牛頭刨床運動仿真');grid on;xlabel('mm');ylabel('mm');plot(x(1),y(1),'o');plot(x(2),y(2),'o');plot(x(4),y(4),'o');plot(x(5),y(5),'o');plot(x(7),y(7),'o');%牛頭刨床機構(gòu)運動仿真figure(2)m=moviein(20);j=0;for n1=1:5:360 j=j+1;

24、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); 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

25、)=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)*1000-50)*sin(theta3(n1);