牛頭刨床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 課程設(shè)計(jì)

江蘇師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書題目：牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析系別 專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 2014年1月8日目錄一、概述1.1、課程設(shè)計(jì)的目的———————————————21.2、工作原理——————————————————21.3、設(shè)計(jì)要求——————————————————31.4、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)——————————————————41.5、創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量————————————4二、牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析2.1、方案分析——————————————————52.2、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸的綜合與確定—————————52.2、桿組拆分——————————————————62.4、繪制刀頭位移曲線圖—————————————7三、牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及程序3.1、解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析—————————————82、程序編寫過程（計(jì)算機(jī)C語言程序） 103.3、 計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果———————————————123.4、 位移、速度和加速度運(yùn)動(dòng)曲線圖與分析—————13四、小結(jié)心得體會(huì)———————————————————18五、參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)———————————————————19一、概述1.1、課程設(shè)計(jì)的目的目的:機(jī)械課程創(chuàng)新設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，他是機(jī)制專業(yè)課程學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)制專業(yè)課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本專業(yè)課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提髙計(jì)算、分析、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。2、工作原理牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)來完成工件的平面切削加工的機(jī)床。圖1為其參考示意圖。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速傳動(dòng)裝置（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。刨床工作時(shí)，刨頭6由曲柄2帶動(dòng)右行，刨刀進(jìn)行切削，稱為工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；刨刀左行時(shí)，即為空回行程，此行程無工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)連同工件在垂直紙面方向上做一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。

機(jī)械系統(tǒng)示意圖刨頭阻力曲線圖1機(jī)械系統(tǒng)示意圖刨頭阻力曲線圖1執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖圖1牛頭刨床3、設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)軸與曲柄軸2平行，刨刀刀刃E點(diǎn)與較鏈點(diǎn)C的垂直距離為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2轉(zhuǎn)速偏差為土5%。要求導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值。執(zhí)行構(gòu)件的傳動(dòng)效率按0.95計(jì)算，系統(tǒng)有過載保護(hù)。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)。1?4、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)題 號(hào)1導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)速n(r/min)248機(jī)架l (mm)O2O1380工作行程H(mm)310行程速比系數(shù)K1.46連桿與導(dǎo)桿之比l/lBC O1B0.25導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析工作阻力F (N)max4500導(dǎo)桿質(zhì)量m(kg)420滑塊6質(zhì)量m(kg)670導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4s4(kg?m2)1.11.5、創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量根據(jù)給定的工作原理和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸；導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。用解析法求出刨頭6的位移、速度、加速度及導(dǎo)桿4的角速度和角加速度，并編程繪制運(yùn)動(dòng)線圖編寫計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析說明書，包括問題的數(shù)學(xué)模型、程序框圖、源程序及計(jì)算結(jié)果圖表等內(nèi)容。二、牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析2.1、方案分析機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)，自由度為F=3n-(2pp)=3X5-(2X7+0)=1,1h曲柄為機(jī)構(gòu)原動(dòng)件；通過曲柄帶動(dòng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)使刨刀往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削功能，能滿足功能要求工作性能，工作行程中，刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其具有急回作用，可滿足任意行程速比系數(shù)K的要求；傳遞性能，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角恒為90°，傳動(dòng)性能好，能承受較大的載荷，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈較長(zhǎng)，傳動(dòng)間隙較大；動(dòng)力性能，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊震動(dòng)較小；結(jié)構(gòu)和理性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，尺寸和質(zhì)量也較小，制造和維修也較容易；經(jīng)濟(jì)性，無特殊工藝和設(shè)備要求，成本較低。2.2、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸的綜合與確定由已知數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算得圖（2）牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖由K=黑得出。=3366。O]A=O]O2sin(O/2)=380xsin(33.66。/2)=110(mm)O1B=(H/2)/sin(9/2)=535(mm)BC=OBC=O1BxLBC/LO1B=535x0.25=134(mm)H=O1B-(O1B-O1Bcos?/2))/2=523(mm)3、桿組拆分3、桿組拆分I級(jí)桿組II級(jí)桿組III級(jí)桿組II級(jí)桿組II級(jí)桿組2.4、繪制刀頭位移曲線圖01120°150°01120°150°197°343°—0.230—0.246—0.2980.020三、牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及程序3.1、解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析如圖，建立直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及方位角。利用兩個(gè)封閉圖形ABCA及BDEGB。投影方程式為

圖（3）牛頭刨床結(jié)構(gòu)分析圖scos0=1cos0（1）3 3T Tssin0=1+1sin03 3 6T T（21cos0+1cos0一S=03 3 4 4 E（3）1sin0+1sin0=1'（4）33446①求0、①、a、333由公式（1）和（2）得1+1sin00二arctan-6 TT< 1cOs01TT兀 兀1+1sin00二arctan-6 TT< 1cOs01TT兀 兀-<0<—2i21+1sin00=兀+arctan-6 TT3 1cos0TTi<0.<<3上式等價(jià)于1cos00二arccotii3l+1sin0611求03對(duì)時(shí)間一階導(dǎo)得1co(1+1sin0)①=―1_1T6 T-3 12+12+211sin06T 6TT求對(duì)時(shí)間二階導(dǎo)：(12-12)11o2cos0a二——6 T64T T-<(12+12+211sin0)2

6T 6TT②求滑塊E的S、v、EE由（3）、（4）式得：S=1cos0+1cos0E3344H-1sin00二arcsm < <4 / <5）6）7）（8）（910）11）求對(duì)時(shí)間一階導(dǎo)得：（12）13）14)15)3l（12）13）14)15)3二—―3^ 34lcos0443lsin?—0)V二—3 TOC\o"1-5"\h\zE cos04求對(duì)時(shí)間二階導(dǎo)得32lsin0+32lsin0—alcos0a二一3-i 3I 4 33 34 lcos044alsin(0—0)+32lcos(0—0)—32la二一一I 3 4 3~3 3 4 4-4E cos04根據(jù)設(shè)計(jì)要求，不同位置的速度、加速度、位移都不同，將利用C語言編寫程序，達(dá)到輸出各個(gè)位置的速度、加速度以及位移的目的。程序的源代碼以及執(zhí)行程序之后顯示結(jié)果均予以顯示。2、程序源代碼(計(jì)算機(jī)C語言程序)#include<stdio.h>#include<math.h>#definePI3.1415926voidmain(){doublea=0.110,b=0.535,c=0.134,d=0.380,e=0.523,f=5;/*01A二AB,b=01B,c二BC,d=0102,e二H,f=sl*/doubleB,C,E,F,G,I,L,M,O;/*B=03,C=94,E=Se,F=?3,G=s4,I=Ve,L=a3,M=a4,O=ae*/doublex=0;printf("@1 @3 @4SeW3W4VeA3A4Ae\n");while(x<6.3){B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x)))； /*求?3*/if(B<0)B=PI+B;C=PI-asin((e-b*sin(B))/c)；/*求?4*/if(C<0)C=PI+C;E=b*cos(B)+c*cos(C);/*求Se*/F=(a*f*(a+d*sin(x)))/(d*d+a*a+2*d*a*sin(x))；/*求o3*/G=-(F*b*cos(B))/(c*cos(C))； /*求o4*/I=-(F*b*sin(B-C))/cos(C)； /*求Ve*/L=((d*d-a*a)*d*a*f*f*cos(x))/((d*d+a*a+2*d*a*sin(x))*(d*d+a*a+2*d*a*sin(x)))； /*求a3*/M=(F*F*b*sin(B)+G*G*c*sin(C)-L*b*cos(B))/(c*cos(C))；/*求a4*/0=-(L*b*sin(B-C)+F*F*b*cos(B-C)-G*G*c)/cos(C)； /*求ae*/printf("%3.0f%3.3f%3.3f%3.3f%3.3f%3.3f%3.3f%3.3f%3.3f%3.3f\n",x*180/PI,(B*180)/PI,(C*180)/PI,E,F,G,I,L,M,O)；x=x+PI*10/180；}}以上程序在C語言環(huán)境下運(yùn)行，執(zhí)行文件執(zhí)行輸出結(jié)果顯示見表13.3、計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果表1.各構(gòu)件的位置、速度和加速度

919394Se3334vea3a4ae/(°)/m/(rad/s)/(m/s)/(rad/s?)/(m/s073.856176.1070.0150.3870.430-0.2035.6455.694-3.0001074.814177.1420.0060.5660.593-0.2964.6553.622-2.5202076.098178.430-0.0050.7130.684-0.3733.7921.655-2.1043077.648179.835-0.0200.8320.711-0.4353.045-0.101-1.7384079.410181.235-0.0360.9270.680-0.4852.396-1.603-1.4115081.341182.524-0.0531.0000.602-0.5251.827-2.838-1.1126083.399183.617-0.0721.0550.485-0.5571.319-3.802-0.8337085.549184.446-0.0921.0930.340-0.5790.856-4.494-0.5688087.760184.962-0.1131.1150.175-0.5940.421-4.911-0.3129090.000185.138-0.1331.1220.000-0.6010.000-5.050-0.06110092.240184.962-0.1541.115-0.175-0.598-0.421-4.9110.19011094.451184.446-0.1751.093-0.340-0.586-0.856-4.4940.44412096.601183.617-0.1951.055-0.485-0.565-1.319-3.8020.70613098.659182.524-0.2141.000-0.602-0.533-1.827-2.8380.982140100.59(181.235-0.2320.927-0.680-0.489-2.396-1.6031.278150102.352179.835-0.2480.832-0.711-0.435-3.045-0.1011.603160103.902178.430-0.2620.713-0.684-0.368-3.7921.6551.966170105.186177.142-0.2740.566-0.593-0.288-4.6553.6222.377180106.144176.107-0.2820.387-0.430-0.195-5.6455.6942.846190106.708175.469-0.2870.170-0.196-0.085-6.7547.6623.379200106.799175.363-0.288-0.0860.0990.043-7.9419.1643.968210106.337175.891-0.284-0.3840.4320.193-9.1019.6684.576220105.240177.085-0.274-0.7190.7550.366-10.0298.5185.115230103.446178.860-0.258-1.0771.0000.558-10.3965.1265.406240100.933180.979-0.235-1.4331.0850.755-9.774-0.6275.18325097.745183.046-0.206-1.7440.9390.931-7.784-7.8034.17126094.022184.572-0.171-1.9590.5501.052-4.364-14.0882.28227090.000185.138-0.133-2.0370.0001.0900.000-16.634-0.20028085.978184.572-0.096-1.959-0.5501.0404.364-14.088-2.66529082.255183.046-0.062-1.744-0.9390.9187.784-7.803-4.52030079.067180.979-0.033-1.433-1.0850.7509.774-0.627-5.50231076.554178.860-0.010-1.077-1.0000.56310.3965.126-5.70132074.760177.0850.007-0.719-0.7550.37610.0298.518-5.38433073.663175.8910.017-0.384-0.4320.2019.1019.668-4.81334073.201175.36：0.021-0.086-0.0990.0457.9419.164-4.16935073.292175.4690.0200.1700.196-0.0896.7547.662-3.55236073.856176.1070.0150.3870.430-0.2035.6455.694-3.0003.4、位移、速度和加速度的運(yùn)動(dòng)曲線圖與分析(MATLAB程序、圖)>>clearall;clc;w1=5;l1=0.110;l3=0.535;l6=0.380;l61=0.523;l4=0.134;form=1:3601o1(m)=pi*(m-1)/1800;o31(m)=atan((l6+l1*sin(o1(m)))/(l1*cos(o1(m))));ifo31(m)>=0o3(m)=o31(m);elseo3(m)=pi+o31(m);end;s3(m)=(l1*cos(o1(m)))/cos(o3(m));o4(m)=pi-asin((l61-l3*sin(o3(m)))/l4);se(m)=l3*cos(o3(m))+l4*cos(o4(m));ifo1(m)==pi/2o3(m)=pi/2;s3(m)=l1+l6;endifo1(m)==3*pi/2o3(m)=pi/2;s3(m)=l6-l1;endA1=[cos(o3(m)),-s3(m)*sin(o3(m)),0,0;sin(o3(m)),s3(m)*cos(o3(m)),0,0;0,-l3*sin(o3(m)),-l4*sin(o4(m)),-1;0,l3*cos(o3(m)),l4*cos(o4(m)),0];B1=w1*[-l1*sin(o1(m));l1*cos(o1(m));0;0];D1=A1\B1;E1(:,m)=D1;ds(m)=D1(1);w3(m)=D1(2);w4(m)=D1(3);ve(m)=D1(4);A2=[cos(o3(m)),-s3(m)*sin(o3(m)),0,0;sin(o3(m)),s3(m)*cos(o3(m)),0,0;0,-l3*sin(o3(m)),-l4*sin(o4(m)),-1;0,l3*cos(o3(m)),l4*cos(o4(m)),0];B2=-[-w3(m)*sin(o3(m)),(-ds(m)*sin(o3(m))-s3(m)*w3(m)*cos(o3(m))),0,0;w3(m)*cos(o3(m)),(ds(m)*cos(o3(m))-s3(m)*w3(m)*sin(o3(m))),0,0;0,-l3*w3(m)*cos(o3(m)),-l4*w4(m)*cos(o4(m)),0;0,-l3*w3(m)*sin(o3(m)),-l4*w4(m)*sin(o4(m)),0]*[ds(m);w3(m);w4(m);ve(m)];C2=w1*[-l1*w1*cos(o1(m));-l1*w1*sin(o1(m));0;0];B=B2+C2;D2=A2\B;E2(:,m)=D2;dds(m)=D2(1);a3(m)=D2(2);a4(m)=D2(3);ae(m)=D2(4);end;o11=o1*180/pi;y=[o3*180/pi;o4*180/pi];w=[w3;w4];a=[a3;a4];figure;subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11,se);title('位置線圖');xlabel('\it\thetal(°)');ylabel('\it\theta3\theta4,(°)Se(m)');gridonsubplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve);title('速度線圖')；xlabel('\it\thetal(°)');ylabel('\it\omega3\omega4(rad/s)Ve(m/s)');gridonsubplot(2l2);h3=plotyy(oll,a,oll,ae);title(加速度線圖')；xlabel('\it\theta1(°)');ylabel('\it\alpha3\alpha4(rad/sA2)\alphaE(m/sA2)');gridonF=[oll;o3./pi*l80;o4./pi*l80;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae]';G=F(l:l0:360l,:)

OO2OCJOJ—OO2OCJOJ—J—50圖（4）牛頭刨床運(yùn)動(dòng)位置線圖分析：隨著搖桿的擺動(dòng)，91的增大和減小，但搖桿牽引連桿，使得94的角度變化幅度不大，呈浮動(dòng)裝態(tài)。因?yàn)闀r(shí)和9/2之間的關(guān)系，其大小變化和91的變化相反，而牛頭刨床車刀的位移也隨著93的大小變化做相應(yīng)變化，當(dāng)93的角度最大時(shí)，則車刀的位移量最小，當(dāng)93達(dá)到實(shí)際運(yùn)動(dòng)中最小位置時(shí)，車刀的位移量最大。速度線團(tuán)1.510.50-0.550100 150 200 250 300350書速度線團(tuán)1.510.50-0.550100 150 200 250 300350書V/I400圖（5）牛頭刨床運(yùn)動(dòng)速度線圖分析：根據(jù)圖來進(jìn)行分析，搖桿的角速度33隨e1的角度變化而變化當(dāng)e在60°?120°范圍內(nèi)時(shí)，33達(dá)到最大，而ei在260°?280°,33最小。連桿4的角速度根據(jù)運(yùn)動(dòng)的狀況，其角速度呈浮動(dòng)狀態(tài)，其運(yùn)動(dòng)情況如圖中所示。ei為0°（360°）時(shí)，牛頭刨床的車刀正等待下一次切削（切削完畢），當(dāng)ei角度從零開始增大時(shí)，車刀的速度先減速，在ei達(dá)到80°?100°時(shí)，Ve達(dá)到最小，然后速度開