机械原理课程设计.docx
《机械原理课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械原理课程设计
机械原理课程设计
课题：
牛头刨床机构设计及分析
姓名：
学号：
班级序号：
指导老师：
Wjr_main.m
%1.输入已知数据
clear;
l2=0.1605;%AB的长度单位m
l4=0.6914;%CD的长度单位m
l5=0.2074;%DE的长度单位m
l1=0.370;%AC的长度单位m
l1p=0.6572;%CF的长度单位m
omg2=8.378;
af2=0;
hd=pi/180;
du=180/pi;
%2.调用子函数abc.m计算牛头刨机构位移，角速度，角加速度
forn1=1:
689;
tt2（n1）=-0.4488+（n1-1）*hd;
ll=[l2,l4,l5,l1,l1p];
[tt,omg,af]=abc（tt2（n1）,omg2,af2,ll）;
s4（n1）=tt
（1）;
tt4（n1）=tt
（2）;
tt5（n1）=tt（3）;
sE（n1）=tt（4）;
v34（n1）=omg
（1）;
omg4（n1）=omg
（2）;
omg5（n1）=omg（3）;
vE（n1）=omg（4）;
a3（n1）=af
（1）;
af4（n1）=af
（2）;
af5（n1）=af（3）;
aE（n1）=af（4）;
end
%3.位移，角速度，角加速度
figure
（1）;
n1=1:
689;
t=（n1-1）*pi/180;
subplot（2,2,1）;%绘角位移及位移线图
plot（t,tt4*du,'r-.'）;
gridon;
holdon;
axisauto;
[haxes,hline1,hine2]=plotyy（t,tt5*du,t,sE）;
gridon;
holdon;
xlabel（'时间/份'）;
axes（haxes
（1））;
ylabel（'角位移/\circ'）;
axes（haxes
（2））;
ylabel（'位移/m'）;
holdon;
gridon;
text（1.15,-0.65,'tt_4'）;
text（3.4,0.27,'tt_5'）;
text（2.25,-0.15,'s_E'）;
subplot（2,2,2）;%绘角速度及速度线图
plot（t,omg4,'r-.'）;
gridon;
holdon;
axisauto;
[haxes,hline1,hline2]=plotyy（t,omg5,t,vE）;
gridon;
holdon;
xlabel（'时间/份'）
axes（haxes
（1））;
ylabel（'角速度/rad\cdots^{-1}'）
axes（haxes
（2））;
ylabel（'速度/m\cdots^{-1}'）
holdon;
gridon;
text（3.1,0.35,'\omg_4'）
text（2.1,0.1,'\omg_5'）
text（5.5,0.45,'v_E'）
subplot（2,2,3）;%绘角加速度和加速度图
plot（t,af4,'r-.'）;
gridon;
holdon;
axisauto;
[haxes,hline1,hline2]=plotyy（t,af5,t,aE）;
gridon;
holdon;
xlabel（'时间/份'）
axes（haxes
（1））;
ylabel（'角加速度/rad\cdots^{-2}'）
axes（haxes
（2））;
ylabel（'加速度/m\cdots^{-2}'）
holdon;
gridon;
text（1.5,0.3,'\af_4'）
text（3.5,0.51,'\af_5'）
text（1.5,-0.11,'a_E'）
wjr_abc.m
function[tt,omg,af]=abc（tt2,omg2,af2,ll）
l2=ll
（1）;
l4=ll
（2）;
l5=ll（3）;
l1=ll（4）;
l1p=ll（5）;
%1.计算角位移和线位移
s4=sqrt（（l2*cos（tt2））*（l2*cos（tt2））+（l1+l2*sin（tt2））*（l1+l2*sin（tt2）））;
tt4=acos（（l2*cos（tt2））/s4）;
tt5=asin（（l1p-l4*sin（tt4））/l5）;
sE=l4*cos（tt4）+l5*cos（tt5）;
tt
（1）=s4;
tt
（2）=tt4;
tt（3）=tt5;
tt（4）=sE;
%2.计算角速度和线速度
A=[cos（tt4）,-s4*sin（tt4）,0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数矩阵
sin（tt4）,s4*cos（tt4）,0,0;
0,-l4*sin（tt4）,-l5*sin（tt5）,-1;
0,l4*cos（tt4）,l5*cos（tt5）,0];
B=[-l2*sin（tt2）;%原动件位置参数矩阵
l2*cos（tt2）;
0;0];
omg=A\（omg2*B）;
v34=omg
（1）;
omg4=omg
（2）;
omg5=omg（3）;
vE=omg（4）;
%计算角加速度和加速度
A=[cos（tt4）,-s4*sin（tt4）,0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数
sin（tt4）,s4*cos（tt4）,0,0;
0,-l4*sin（tt4）,-l5*sin（tt5）,-1;
0,l4*cos（tt4）,l5*cos（tt5）,0];
At=[-omg4*sin（tt4）,-v34*sin（tt4）-s4*omg4*cos（tt4）,0,0;
omg4*cos（tt4）,v34*cos（tt4）-s4*omg4*sin（tt4）,0,0;
0,-l4*omg4*cos（tt4）,-l5*omg5*cos（tt5）,0;
0,-l4*omg4*sin（tt4）,-l5*omg5*sin（tt5）,0];
Bt=[-l2*omg2*cos（tt2）;
-l2*omg2*sin（tt2）;
0;0];
af=A\（-At*omg+omg2*Bt）;
a34=af
（1）;
af4=af
（2）;
af5=af（3）;
aE=af（4）;
wjr_force.m
%1.输入已知数据
clear;
l2=0.1605;%AB的长度单位m
l4=0.6914;%CD的长度单位m
l5=0.2074;%DE的长度单位m
l1=0.370;%AC的长度单位m
l1p=0.6572;%CF的长度单位m
omg2=8.378;%单位rad/s
hd=pi/180;
du=180/pi;
H=0.6;%行程单位m
sEmax=0.5046;sEmin=0.0954;%单位m
Js4=0.9;Js5=0.015;%单位kgm^2
g=9.8;%单位m/s^2
m4=22;m5=3;m6=52;%kg
G4=196;G5=29.4;G6=509.6;%单位N
Fc=1400;
%2.机构运动分析
%位移及角位移
forn1=1:
689;
tt2（n1）=-0.4488+（n1-1）*hd;
s4（n1）=sqrt（（l2*cos（tt2（n1）））*（l2*cos（tt2（n1）））+（l1+l2*sin（tt2（n1）））*（l1+l2*sin（tt2（n1））））;
tt4（n1）=acos（（l2*cos（tt2（n1）））/s4（n1））;
tt5（n1）=asin（（l1p-l4*sin（tt4（n1）））/l5）;
sE（n1）=l4*cos（tt4（n1））+l5*cos（tt5（n1））;
end
%2.计算角速度和线速度
forn1=1:
689;
A=[cos（tt4（n1））,-s4（n1）*sin（tt4（n1））,0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数
sin（tt4（n1））,s4（n1）*cos（tt4（n1））,0,0;
0,-l4*sin（tt4（n1））,-l5*sin（tt5（n1））,-1;
0,l4*cos（tt4（n1））,l5*cos（tt5（n1））,0];
B=[-l2*sin（tt2（n1））;%原动件位置参数矩阵
l2*cos（tt2（n1））;
0;0];
omg=A\（omg2*B）;
v34（n1）=omg
（1）;
omg4（n1）=omg
（2）;
omg5（n1）=omg（3）;
vE（n1）=omg（4）;
%计算角加速度和加速度
A=[cos（tt4（n1））,-s4（n1）*sin（tt4（n1））,0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数
sin（tt4（n1））,s4（n1）*cos（tt4（n1））,0,0;
0,-l4*sin（tt4（n1））,-l5*sin（tt5（n1））,-1;
0,l4*cos（tt4（n1））,l5*cos（tt5（n1））,0];
At=[-omg4（n1）*sin（tt4（n1））,-v34（n1）*sin（tt4（n1））-s4（n1）*omg4（n1）*cos（tt4（n1））,0,0;
omg4（n1）*cos（tt4（n1））,v34（n1）*cos（tt4（n1））-s4（n1）*omg4（n1）*sin（tt4（n1））,0,0;
0,-l4*omg4（n1）*cos（tt4（n1））,-l5*omg5（n1）*cos（tt5（n1））,0;
0,-l4*omg4（n1）*sin（tt4（n1））,-l5*omg5（n1）*sin（tt5（n1））,0];
Bt=[-l2*omg2*cos（tt2（n1））;
-l2*omg2*sin（tt2（n1））;
0;0];
af=A\（-At*omg+omg2*Bt）;
a34（n1）=af
（1）;
af4（n1）=af
（2）;
af5（n1）=af（3）;
aE（n1）=af（4）;
end
%3.机构的力平衡计算
forn1=1:
689;
%计算各铰链点坐标
xa=0;
ya=l1;
xb（n1）=l2*cos（tt2（n1））;
yb（n1）=l1+l2*sin（tt2（n1））;
xc=0;
yc=0;
xd（n1）=l4*cos（tt4（n1））;
yd（n1）=l4*sin（tt4（n1））;
xe（n1）=sE（n1）;
ye=l1p;
%计算各质心坐标
xs4（n1）=（xc+xd（n1））/2;
ys4（n1）=（yc+yd（n1））/2;
xs5（n1）=（xd（n1）+xe（n1））/2;
ys5（n1）=（yd（n1）+ye）/2;
xs6=0.15;
%各质心点加速度
as4x（n1）=-l4*（af4（n1）*sin（tt4（n1））+omg4（n1）^2*cos（tt4（n1）））/2;
as4y（n1）=l4*（af4（n1）*cos（tt4（n1））-omg4（n1）^2*sin（tt4（n1）））/2;
adx=-l4*（af4（n1）*sin（tt4（n1））+omg4（n1）^2*cos（tt4（n1）））;
ady=l4*（af4（n1）*cos（tt4（n1））-omg4（n1）^2*sin（tt4（n1）））;
as5x（n1）=adx+l5*（af5（n1）*sin（tt5（n1））+omg5（n1）^2*cos（tt5（n1）））/2;
as5y（n1）=ady+l5*（af5（n1）*cos（tt5（n1））-omg5（n1）^2*sin（tt5（n1）））/2;
as6（n1）=aE（n1）;
%惯性力及惯性力矩
F4x（n1）=-m4*as4x（n1）;
F4y（n1）=-m4*as4y（n1）;
F5x（n1）=-m5*as5x（n1）;
F5y（n1）=-m5*as5y（n1）;
F6（n1）=-m6*as6（n1）;
M4（n1）=-Js4*af4（n1）;
M5（n1）=-Js5*af5（n1）;
%未知力系数矩阵
xya=zeros（15）;
xya（1,2）=-1;xya（1,4）=-1;
xya（2,3）=-1;xya（2,5）=-1;
xya（3,1）=1;xya（3,4）=yb（n1）-ya;xya（3,5）=xa-xb（n1）;
xya（4,4）=1;xya（4,6）=-1;
xya（5,5）=1;xya（5,7）=-1;
xya（6,6）=cos（tt4（n1））;xya（6,7）=sin（tt4（n1））;
xya（7,6）=1;xya（7,8）=-1;xya（7,10）=-1;
xya（8,7）=1;xya（8,9）=-1;xya（8,11）=-1;
xya（9,6）=ys4（n1）-yb（n1）;xya（9,7）=xb（n1）-xs4（n1）;xya（9,8）=yc-ys4（n1）;
xya（9,9）=xs4（n1）-xc;xya（9,10）=yd（n1）-ys4（n1）;xya（9,11）=xs4（n1）-xd（n1）;
xya（10,10）=1;xya（10,12）=-1;
xya（11,11）=1;xya（11,13）=-1;
xya（12,10）=ys5（n1）-yd（n1）;xya（12,11）=xd（n1）-xs5（n1）;
xya（12,12）=ye-ys4（n1）;xya（12,13）=xs5（n1）-xe（n1）;
xya（13,12）=1;
xya（14,13）=1;xya（14,14）=-1;
xya（15,13）=xs6;xya（15,15）=1;
%已知力矩阵
ifvE（n1）<0&sE（n1）>=（sEmin+0.05*H）&sE（n1）<=（sEmax-0.05*H）
D=[0;0;0;0;0;0;-F4x（n1）;-F4y（n1）+G4;-M4（n1）;-F5x（n1）;-F4y（n1）+G5;-M5（n1）;-Fc-F6（n1）;G6;0;];
else
D=[0;0;0;0;0;0;-F4x（n1）;-F4y（n1）+G4;-M4（n1）;-F5x（n1）;-F4y（n1）+G5;-M5（n1）;-F6（n1）;G6;0;];
end
%未知力矩阵
FR=inv（xya）*D;
M2（n1）=FR
（1）;
FR12x（n1）=FR
（2）;
FR12y（n1）=FR（3）;
FR45x（n1）=FR（10）;
FR45y（n1）=FR（11）;
FR16（n1）=FR（14）;
M6（n1）=FR（15）;
end
%4.输出力的分析图
figure
（2）;
n1=1:
689;
t=（n1-1）*2*pi/360;
subplot（2,2,1）;%绘平衡力矩图
plot（t,M2）;
gridon;
holdon;
axisauto;
title（'平衡力矩M_2'）
xlabel（'时间/份'）;
ylabel（'力矩/N\cdotm'）;
holdon;
gridon;
text（3.8,880,'M_2'）;
subplot（2,2,2）;%绘A处x方向约束反力即FR12x
plot（t,FR12x,'-'）;
gridon;
holdon;
axisauto;
title（'转动副A处约束反力'）
xlabel（'时间/份'）;
ylabel（'力/N'）;
holdon;
gridon;
text（1.1,5000,'F_R_1_2_x'）
plot（t,FR12y,'r-.'）;%绘A处y方向约束反力即FR12y
gridon;
holdon;
text（1.1,-3000,'F_R_1_2_y'）
subplot（2,2,3）;%绘移动副FR16
plot（t,-FR16）;
gridon;
holdon;
axisauto;
title（'移动副6约束反力F_R_1_6'）
xlabel（'时间/份'）
ylabel（'力/N'）
gridon;
holdon;
text（1.5,3100,'F_R_1_6'）
subplot（2,2,4）;%绘转动副D处约束反力
plot（t,FR45x,'-'）;
gridon;
holdon;
axisauto;
title（'转动副D处约束反力'）
xlabel（'时间/份'）
ylabel（'力/N'）
gridon;
holdon;
text（1.1,-900,'F_R_4_5_x'）
plot（t,FR45y,'r-.'）;
gridon;
holdon;
text（1.1,-3700,'F_R_4_5_y'）
升级会员 