机械原理研究性作业Word格式文档下载.docx
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二、机构结构分析
三、机构运动分析及程序设计
1设计机构的位置分析及程序
2设计机构的位置分析及程序
3设计机构的位置分析及程序
4、机构运动分析结果
1位置求解结果
2速度求解结果
3加速度求解结果
五、workingmodel仿真
1位置仿真与解析结果
2速度仿真与解析结果
3加速度仿真与解析结果
6、分析结果与Workingmodel仿真的比较
七、结论总结机构运动分析工作
八、研究感想
1:
对研究工作的初步认识
2研究过程的体会
3研究学习成果
4进一步研究的设想
九、参考文献
一、引言：
中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，滑枕的移动速度是不均匀的。
大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。
滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。
采用单刃刨刀加工，在滑枕回程时不切削。
主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。
普通牛头刨床由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。
仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。
移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身（卧式）或立柱（立式）上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。
牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。
牛头刨床的动力经减速后，固定一短轴在短轴另侧安装滑块，下方轴承安长摇杆，滑块在长摇杆上滑动。
长摇杆上端有滑枕，摇杆通过连杆带动滑枕前后运动。
施主动力时，滑块带动摇杆前后扇形摆动。
滑块位置在中心下面时。
同等转动圆心角，摇杆运动较大角度带动滑枕快速后退。
当在上方时，同样圆心角。
摇杆速度慢，滑枕有较大切削力。
调整短轴长度，就可调整滑枕行程。
主要特点：
1、牛头刨床的工作台能左右回转角度，工作台具有横向和升降的快速移动机构；
用以刨削倾斜的平面，从而扩大了使用范围。
2、刨床进给系统用凸轮机构，有10级进给量。
改变走刀量，也非常方便。
3、牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时，走刀自行打滑，无损机件保证机床的正常运行。
4、滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面，均有油泵打出的润滑油进行循润滑。
5、牛头刨床装有离合器及制动停车机构，所以在变换速度，启动机床及停车时，可不必切断电源，制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时之惯性冲程量不大于10毫米。
解析法相对于机构分析图解法而言，解析法不仅精度高，并且数据直观。
能够描述机构在整个运动循环过程中的运动特性，机构的运动学与动力学模型本质上是矢量方程，利用计算机编程得到一系列位置的精确分析结果。
结合mathematics使处理数据更加快捷简便。
研究目的是进一步巩固和加深所学理论知识，培养运用理论知识独立解决有关课程实际问题能力，并对机械的分析和设计有一个较完整的系统概念，通过对具体问题的分析、计算、制图、技术资料的使用，电算程序的编制及设计能力提高。
用解析发分析整个工作循环过程，并同仿真比较两个结果的吻合度。
二、机构结构分析
牛头刨床结构如右图，各构件尺寸为：
l1=1.25；
l3=6；
l4=1.5；
l6=2.60；
l7=5.5；
原动件1等角速度ω1=1rad/s
由以上可见基本杆组由两个构件和三个低副组成的Ⅱ级杆组。
所以为Ⅱ级杆组机构。
自由度计算：
n=5,Pl=7,Ph=0,则F=3n-（2Pl+Ph）=3*5-（2*7+0）=1
l6+l1=s3，l3+l4=l7+sE
并写成投影方程为
s3cosθ3-l1cosθ1=0
s3sinθ3-l6-l1sinθ1=0
l3cosθ3+l4cosθ4-sE=0
l3sinθ3+l4sinθ4-l7=0
利用Mathematica求解θ3、θ4、s3及sE，程序为
2机构的速度分析及程序
对位置方程进行求导可得
v3cosθ3−s3ω3sinθ3+l1ω1sinθ1=0
s3ω3cosθ3+v3sinθ3−l1ω1cosθ1=0
l3ω3sinθ3+l4ω4sinθ4+vE=0
l3ω3cosθ3+l4ω4cosθ4=0
利用Mathematica求解ω3、ω4、v3及vE，程序为
3机构的加速度分析及程序
对速度方程进行求导可得
a3cosθ3−α3s3sinθ3=v3ω3sinθ3+v3ω3sinθ3+s3ω3ω3cosθ3−ω1ω1l1cosθ1
a3sinθ3−α3s3cosθ3=s3ω3ω3sinθ3−v3ω3cosθ3−v3ω3cosθ3−ω1ω1l1cosθ1
−α3l3sinθ3−α4l4sinθ4−aE=l3ω3ω3cosθ3+l4ω4ω4cosθ4
l3α3cosθ3+l4α4cosθ4=l3ω3ω3sinθ3+l4ω4ω4sinθ4
利用Mathematica求解α3、α4、a3及aE，程序为
利用Mathematica求解θ3、θ4及sE的结果，并画出的图形如下：
利用Mathematica求解ω3、ω4及vE的结果，并画出的图形如下：
利用Mathematica求解α3、α4及aE的结果，并画出的图形如下：
5、WorkingModel仿真结果及分析
1、利用Workingmodel仿真θ3、θ4及sE的结果，并画出的图形如下：
θ3仿真与解析结果：
θ4仿真与解析结果：
Se仿真与解析结果：
2、利用Workingmodel仿真ω3、ω4及vE的结果，并画出的图形如下：
ω3仿真与解析结果：
ω4仿真与解析结果：
vE仿真与解析结果：
3、利用Workingmodel仿真α3、α4及aE的结果，并画出的图形如下
α3仿真与解析结果：
α4仿真与解析结果：
aE仿真与解析结果：
将仿真结果与解析法结果比较，发现解析法结果与仿真结果形状上基本一致，由于坐标系不同，图形具体形状有一些区别。
说明理论计算结果较为精确。
牛头刨床的最大特点是它的急回特性，这可以从滑块的速度图看出。
该图中，滑块在前4秒的速度基本稳定，这有利于对工件的平稳刨削。
而在4-5秒回程期间，滑块4速度急速变大，大大缩短了回程的时间，滑枕有较大切削力，这有利于提高工作效率。
理论计算结果与仿真结果吻合较好，证明运算的正确性。
对研究工作的初步认识：
最初认为可以像研究四杆机构一样，通过分析每个构件或杆件的位置情况及每个转动副和移动副的不同时刻随时间改变的位置变换，对特定位置的速度、加速度的计算认识机构。
但在实际操作时发现仅这样也不容易分析。
于是认真系统的设计研究步骤。
通过上网查询了解牛头刨床对研究内容有明确的认识。
2、研究过程的体会：
通过本次研究，让我们初步对研究工作有了一些认知。
研究工作的开始，首先需要明确机构的用途工作原理。
简单分析机构的组成，通过计算，建模等手段对研究对象进行深入的了解。
使用如WorkingModel类的软件来进行仿真，提高整体认知，在仿真过程初步了解到研究对象可能遇到的问题。
之后分析研究对象的计算机解法，建立计算模型。
可以借助如Matlab来帮助研究者完成繁杂的计算工作，并得到精确的数据，相当的提供了效率和工作的准确性。
解析与仿真的结果做比较观察吻合度的出结论。
研究过程中我们自主学习从未接触过的软件的使用，不断的摸索各个功能的实现方式，虽然耗费时间较长，但都有较好的结果。
尝试选择较好的检索方式查询资料，初步掌握一些设计数据的算法。
还有计算机绘图水平也一定的提高，并对所学知识有进一步了解。
还有组内人员的配合由最初的各执己见到后来的相互商讨，取长补短，对顺利完称研究有较大帮助。
我们深刻认识“功到自然成”的含义，只有不断努力锻炼自己才能迎接和挑战更大的机遇。
3、研究学习成果：
（1）对牛头刨床机构有了深入了解并自主学习了WorkingModel和Mathematic两个软件。
（2）完成了对牛头刨床机构解析法的运动分析，并在计算机辅助仿真下进行对比。
（3）完成了对牛头刨床机构的仿真。
4、进一步研究的设想：
我设想能否通过一些软件的辅助，通过明确了工作行程，主动地计算出各个牛头刨床机构中构件的尺寸，方便实际的加工。
因为材料的不同，硬度、韧性等各有不同，刨床加工切削力度对材料的破坏程度影响不同。
希望可以利用急回特性相关尺寸改变，主动地计算出刨床对材料施加的力的大小，防止材料被破坏浪费资源。
9、参考文献
1.《working_model_教程》
2.《Mathematica_8_教程》
3孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：
高等教育出版社，2006.
4.XX百科，摘要。
网址
摘要：
本文利用MATLAB计算四杆机构杆件在运动中的运动参数，绘制函数图象.
关键词：
四杆机构，MATLAB
1.1分析思路
在本例中，运用MATLAB建立平面四杆机构的运动模型，借用MATLAB解析出机构的运动规律。
本例的四杆机构是特殊的曲柄摇杆机构，满足的杆长条件为：
最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。
且最短杆作为曲柄，以此构成曲柄摇杆机构。
1.2建立MATLAB数学模型
L1=600mm,L2=240mm,L3=500mm,L4=400mm建立一个平面四杆机构，与X轴正方向夹角分别为：
th1,th2,th3,th4,角速度分别为：
w1,w2,w3,w4,角加速度分别为：
a1,a2,a3,a4,曲柄L2以等角速度w2=30°
/s旋转，在运动中th2每隔18°
记录运动规律，由矢量法可得位移矢量方程：
L1+L4=L2+L3;
沿X，Y轴投影，得到角位移方程组：
L1*cos（th1）+L4*cos（th4）=L2*cos（th2）+L3*cos（th3）;
L1*sin（th1）+L4*sin（th4）=L2*sin（th2）+L3*sin（th3）;
此方程组可有MATLAB解得；
解角位移方程组：
令A=2*L2*L4;
B=2*L4*（L2*cos（th2）-L1）;
C=L3^2-L2^2-L1^2-L4^2+2*L1*L2*cos（th2）;
th4=2*atan（（A-sqrt（A.^2+B^2-C^2））/（B-C））;
D=L4*sin（th4）-L2*sin（th2）;
th3=2*atan（（l3+sqrt（l3^2-D^2））/D）;
角速度分析：
对角位移方程组求导得：
-L4*w4*sin（th4）=-L2*w2*sin（th2）-L3*w3*sin（th3）;
L4*w4*cos（th4）=L2*w2*cos（th2）+L3*w3*cos（th3）;
可以解得w3,w4:
W3=-w2*L2*sin（th2-th4）/（L3*sin（th3-th4））;
W4=w2*l2*sin（th2-th3）/（L4*sin（th4-th3））;
加速度分析：
对角速度方程组求导,可以解得ac3,ac4;
ac3=（-w2*w2*l2*cos（th2-th4）-w3*w3*l3*cos（th3-th4）+w4*w4*l4）/（l4*sin（th3-th4））;
ac4=（w2*w2*l2*cos（th2-th3）+w3*w3*l3-w4*w4*l4*cos（th4-th3））/（l4*sin（th4-th3））;
1.3流程图：
1.4程序及数据
th2=[0:
18:
360].*pi/180;
L1=240,L2=600,L3=400,L4=500;
w2=pi/6;
fori=1:
length（th2）
A（i）=2*l1*L3*sin（th2（i））;
B（i）=2*l3*（L1*cos（th2（i））-L4）;
C（i）=L2^2-L3^2-L4^2-L3^2+2*L4*L1*cos（th2（i））;
th4（i）=2*atan（（A（i）-sqrt（A（i）.^2+B（i）.^2-C（i）.^2））/（B（i）-C（i）））;
D（i）=L1*sin（th4（i））-L1*sin（th2（i））;
th3（i）=2*atan（（L2-sqrt（L2^2-D（i）.^2））/D（i））;
w3（i）=（-w2*L1*sin（th2（i）-th4（i）））/（L2*sin（th3（i）-th4（i）））;
w4（i）=w2*L1*sin（th2（i）-th3（i））/（L2*sin（th4（i）-th3（i）））;
p1（i）=-w2*w2*L1*cos（th2（i）-th4（i））-w3（i）.^2*L2*cos（th3（i）-th4（i））+w4（i）.^2*L1;
p2（i）=w2^2*L1*cos（th2（i）-th3（i））-w4（i）.^2*L3*cos（th4（i）-th3（i））+w3（i）.^2*L2;
a3（i）=p1（i）/（L1*sin（th3（i）-th4（i）））;
a4（i）=p2（i）/（L1*sin（th4（i）-th3（i）））;
end
数据
1.5函数图象
th3
th4
a3
a4
w3
w4
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