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lijiyou
题目：
牛头刨床设计
1、题目及已知条件
牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。
图1为其参考示意图。
电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。
刨床工作时，滑枕5由曲柄1带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。
在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。
在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。
导杆机构
运动分析
转速n1（r/min）
60
机件lO2O4（mm）
360
工作行程H（mm）
375
行程速比系数K
1.44
连杆与导杆之比lBC/lO4B
0.33
导杆机构
动态静力分析
工作阻力Fmax（N）
9000
导杆质量m3（kg）
30.0
滑枕5质量m5（kg）
95.0
导杆3质心转到惯量Js3（kg·m2）
0.7
凸轮机构设计
从动件最大摆角ψmax
15°
从动件杆长lO9D（mm）
122
许用压力角
45°
推程运动角
60°
远休止角
10°
回程运动角
60°
2、设计要求
1.根据给定的数据确定机构的运动尺寸。
要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
2.导杆机构的运动分析。
将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型，编程分析出刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度，画出运动曲线，并打印上述各曲线图。
要求将主程序编制过程详细地写在说明书中。
3.导杆机构的动态静力分析。
通过建立机构仿真模型，并给系统加力，编制程序，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。
4.编写设计说明书一份。
应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。
机构中未知长度的计算过程及结果
5点的坐标
3、机构的结构分析
对机构的关键点编号并对机构拆分杆组
（引出线的标注为点，未引线的标注为杆件）
图3—1
4、牛头刨床的运动分析
4.1主动件的运动分析
函数的调用顺序及赋值如下：
1.调用bark函数求2点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
2.调用rprk函数求3点的运动参数。
形式参数
m
n1
n2
k1
k2
r1
r2
vr2
ar2
t
w
e
P
vp
ap
实值
1
3
2
3
2
0.0
&r2
&vr2
&ar2
t
w
e
P
vp
ap
3.调用bark函数求4点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
4
0
3
r34
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
4.调用rrpk函数求5点的运动参数。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
k3
r1
r2
vr2
ar2
实值
-1
4
6
5
4
5
6
r45
&r2
&vr2
&ar2
形式参数
t
W
e
p
Vp
ap
实值
t
W
e
p
Vp
ap
5．调用bark函数求7点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
7
3
0.0
r34/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
6．调用bark函数求8点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
4
0
8
4
0.0
r45/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
4.2牛头刨床的运动主程序
/*Note:
YourchoiceisCIDE*/
#include
#include
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370],
wdraw[370],edraw[370];
staticintic;
doubler12,r34,r45;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"p","vp","ap","w","e"};
r12=0.10061;r34=0.59035;r45=0.19482;
w[6]=0.0;e[6]=0.0;w[1]=5.44;e[1]=0.0;del=10.0;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;
p[3][1]=0.0;p[3][2]=-0.36;
p[6][1]=0.0;p[6][2]=0.21858;
pi=4.0*atan（1.0）;
dr=pi/180.0;
t[6]=t[6]*dr;
printf（"\nTheKinematicParametersofpoint5\n"）;
printf（"NoTHETALS5V5A5W3E3\n"）;
if（（fp=fopen（"f:
20082082.txt","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthefile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofpoint5\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETALS5V5A5W3E3\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/srad/srad/s/s"）;
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[1]=（i）*del*dr;
bark（1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rprk（1,3,2,3,2,0.0,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（3,4,0,3,r34,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrpk（-1,4,6,5,4,5,6,r45,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（3,0,7,3,0.0,r34/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（4,0,8,4,0.0,r45/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1],w[3],e[3]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1],w[3],e[3]）;
pdraw[i]=p[5][1];
vpdraw[i]=vp[5][1];
apdraw[i]=ap[5][1];
wdraw[i]=w[3];
edraw[i]=e[3];
if（（i%16）==0）{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m）;
draw2（del,wdraw,edraw,ic,m）;
}
4.3牛头刨床的计算结果与曲线图
1.运行结果
TheKinematicParametersofpoint5
NoTHETALS5V5A5W3E3
degmm/sm/s/srad/srad/s/s
10.000-0.036-0.227-3.7830.3946.560
210.000-0.045-0.338-3.1410.5865.437
320.000-0.057-0.430-2.5820.7444.447
430.000-0.072-0.505-2.1040.8733.583
540.000-0.089-0.565-1.6910.9752.827
650.000-0.108-0.614-1.3281.0552.160
760.000-0.129-0.651-0.9971.1151.562
870.000-0.150-0.678-0.6811.1561.014
980.000-0.172-0.695-0.3691.1800.499
1090.000-0.194-0.701-0.0501.188-0.000
11100.000-0.217-0.6980.2821.180-0.499
12110.000-0.239-0.6830.6321.156-1.014
13120.000-0.261-0.6571.0001.115-1.562
14130.000-0.281-0.6191.3881.055-2.160
15140.000-0.300-0.5681.7940.975-2.827
16150.000-0.317-0.5032.2210.873-3.583
17160.000-0.332-0.4252.6770.744-4.447
18170.000-0.345-0.3313.1720.586-5.437
19180.000-0.353-0.2213.7250.394-6.560
20190.000-0.359-0.0914.3580.164-7.802
21200.000-0.3590.0605.078-0.107-9.108
22210.000-0.3540.2355.852-0.420-10.353
23220.000-0.3440.4356.562-0.768-11.304
24230.000-0.3260.6536.951-1.138-11.603
25240.000-0.3020.8736.644-1.501-10.803
26250.000-0.2711.0685.297-1.816-8.532
27260.000-0.2341.2012.877-2.032-4.755
28270.000-0.1941.246-0.159-2.110-0.000
29280.000-0.1551.193-3.052-2.0324.755
30290.000-0.1191.058-5.193-1.8168.532
31300.000-0.0880.870-6.382-1.50110.803
32310.000-0.0630.657-6.745-1.13811.603
33320.000-0.0460.443-6.529-0.76811.304
34330.000-0.0350.242-5.971-0.42010.353
35340.000-0.0300.062-5.253-0.1079.108
36350.000-0.030-0.095-4.5000.1647.802
37360.000-0.036-0.227-3.7830.3946.560
2．曲线图
5点的运动参数如下图
3点的运动参数如下图
5、机构的动态静力分析
5.1对主动件进行动态静力分析
1.调用rrpf函数，计算4点的运动副反力。
形式参数
n1
n2
n3
Ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
实值
4
9
5
8
5
0
5
5
4
5
形式参数
p
vp
ap
T
w
e
fr
实值
p
vp
ap
T
w
e
fr
2.调用rprf函数，计算2点的运动副反力。
形式参数
n1
n2
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
实值
3
2
7
2
4
0
0
3
2
形式参数
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
实值
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
3.调用barf函数，计算转动副1中的反力及应加于构件
上的平衡力矩tb。
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实值
1
1
2
1
p
ap
e
fr
&tb
5.2静力分析主程序
#include"subk.c"
#include"subf.c"
#include"draw.c"
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],tbdraw[370],tb1draw[370];
staticdoublesita1[370],fr1draw[370],sita2[370],fr2draw[370],
sita3[370],fr3draw[370],fr3,bt3;
staticdoublefr[20][2],fe[20][2],fk[20][2],pk[20][2],tb,tb1,fr1,bt1,we1,we2,we3,we4,we5;
staticintic;
doubler12,r34,r45,r37,r48;
doublepi,dr;
doubler2,vr2,ar2;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"tb","tb1","fr1","fr2"};
sm[3]=20;sm[5]=80;
sj[3]=1.2;
r12=0.10061;r34=0.59035;r45=0.19482;r37=0.29517;r48=0.09741;
t[6]=0;w[6]=0.0;e[6]=0.0;
w[1]=5.44;e[1]=0.0;del=10.0;
pi=4.0*atan（1.0）;
dr=pi/180;
t[6]=t[6]*dr;
p[1][1]=0.0;
p[1][2]=0.0;
p[3][1]=0.0;
p[3][2]=-0.36;
p[6][1]=0.0;
p[6][2]=0.21858;
printf（"\nTheKineto-staticAnalysisofasix-barLinkase\n"）;
printf（"NoHETA1fr1sita1fr4sita4tbtb1\n"）;
printf（"degNradianNradianN.mN.m"）;
if（（fp=fopen（"f:
20082082.txt","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthefile.\n"）;
exit（0）;
}
fprintf（fp,"\nTheKineto-staticAnalysisofasix-barLinkase\n"）;
fprintf（fp,"NoHETA1fr1sita1fr4sita4tbtb1\n"）;
fprintf（fp,"degNradianNradianN.mN.m"）;
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[1]=（i）*del*dr;
bark（1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rprk（1,3,2,3,2,0.0,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（3,4,0,3,r34,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrpk（-1,4,6,5,4,5,6,r45,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（3,0,7,3,0.0,r34/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（4,0,8,4,0.0,r45/2,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrpf（4,9,5,8,5,0,5,5,4,5,p,vp,ap,t,w,e,fr）;
rprf（3,2,7,2,4,0,0,3,2,p,vp,ap,t,w,e,fr,fk,pk）;
barf（1,1,2,1,p,ap,e,fr,&tb）;
fr1=sqrt（fr[1][1]*fr[1][1]+fr[1][2]*fr[1][2]）;
bt1=atan2（fr[1][2],fr[1][1]）;
fr3=sqrt（fr[3][1]*fr[3][1]+fr[3][2]*fr[3][2]）;
bt3=atan2（fr[3][2],fr[3][1]）;
we1=0.0;
we2=0.0;
we3=-（ap[7][1]*vp[7][1]+（ap[7][2]+9.81）*vp[7][2]）*sm[3]-
e[3]*w[3]*sj[3];
we4=0.0;
extf（p,vp,ap,t,w,e,5,fe）;
we5=-ap[5][1]*vp[5][1]*sm[5]+fe[5][1]*vp[5][1];
tb1=-（we1+we2+we3+we4+we5）/w[1];
getch（）;
printf（"\n%3d%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f\n",i+1,t[1]/dr,fr1,bt1/dr,fr3,bt3/dr,tb,tb1）;
fprintf（fp,"\n%3d%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f%10.3f\n",i+1,t[1]/dr,fr1,bt1/dr,fr3,bt3/dr,tb,tb1）;
tbdraw[i]=tb;
tb1draw[i]=tb1;
fr1draw[i]=fr1;sita1[i]=bt1;
fr2draw[i]=fr3;sita2[i]=bt3;
fr3draw[i]=fr3;sita3[i]=bt3;
if（（i%16）==0）{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw2（del,tbdraw,tb1draw,ic,m）;
draw3（del,sita1,fr1draw,sita2,fr2draw,sita3,fr3draw,ic,m）;
}
extf（p,vp,ap,t,w,e,nexf,fe）
doublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],t[10],w[10],e[10],fe[20][2];
intnexf;
{
fe[nexf][2]=0.0;
if（vp[nexf][1]>0&&p[nexf][1]<-0.0289&&p[nexf][1]>-0.3579）
{
fe[nexf][1]=-4000;
}
else
{
fe[nexf][1]=0.0;
}
}
5．3计算结果及曲线图
1．运行结果
TheKineto-staticAnalysisofasix-barLinkase
NoHETA1fr1sita1fr4sita4tbtb1
degNradianNradianN.mN.m
10.000575.226164.386225.89922.15515.57715.577
210.000460.250165.292194.07034.77319.35519.355
320.000365.795166.520178.73847.20020.30220.302
430.000288.729168.011173.92057.86219.43319.433
540.000225.265169.714174.61566.31817.43417.434
650.000171.720171.583177.66072.88914.71814.718
760.000124.855173.581181.31778.10911.51311.513
870.00081.972175.671184.63082.4617.9417.941
980.00040.910177.821186.97986.3244.0784.078
1090.0000.000-0.000187.86590.000-0.000-0.000
11100.00042.0002.179186.84093.751-4.186-4.186
12110.00085.9884.329183.54797.844-8.330-8.330
13120.000132.6256.419177.829102.597-12.229-12.229
14130.000182.4838.417169.909108.437-15.640-15.640
15140.000236.25410.286160.682115.960-18.285-18.285
16150.000295.02511.989152.179125.921-19.857-19.857
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