牛头刨床机构运动分析.docx

1、牛头刨床机构运动分析高等机构学题 目: 牛头刨床机构运动分析 院系名称: 机械与动力学院 专业班级: 机械工程 学生姓名： 学 号: 学生姓名： 学 号： 学生姓名： 学 号： 指导教师: 205年1月 7日目录二 运动分析 - 1 -1矢量法构建机构独立位置方程 - -2.机构加速度分析 2 -4机构运动线图绘制- 2 -三 总结- -附录一：Matlab程序-4 -牛头刨床机构运动分析一问题描述如图1-所示的牛头刨床机构中,，,。设曲柄以等角速度逆时针方向回转,试对其进行运动分析，求出该机构中各从动件的方位角、角速度和角加速度以及各机构的运动线图。图1- 牛头刨床机构二运动分析.1矢量法构

2、建机构独立位置方程如图2所示,以E为坐标原点建立直角坐标系,并标出各杆矢量及其方位角。其中共有四个未知量。图21坐标系建立以两个封闭图形ABDEA和EDCFE为基准构建两个封闭矢量位置方程，即：将上述矢量方程分别沿X轴和Y轴进行投影,得牛头刨床机构的独立位置方程如下：利用Matla进行编程求解，可求得各机构的位置，程序见附录一。2.机构速度分析将机构的位置方程对时间求一次导数,并写成矩阵的形式,得机构的速度方程如下:利用Matb进行编程求解,可求得各机构的角速度或速度，程序见附录一。2.机构加速度分析将机构的速度方程对时间求一次导数,并写成矩阵的形式,得机构的加速度方程如下:利用Matlb进行

3、编程求解,可求得各机构的角加速度或加速度，程序见附录一。2.4机构运动线图绘制通过Matlab进行计算求解,得到各构件的位置、速度和加速度,如表-1所示。根据所求得的各构件的位置、速度及加速度,进行机构运动线图的绘制,如图2所示。程序见附录一。表2-各构件的位置、速度和加速度/()/(rd/s）(m/s）/(rads2)/(m/2)65.51205332.59410.59-0.1081007637-01860.353289551921065.65572332920.53725.2598-07080.27408.0792-22.324186682066.454329.9400.58150.535

4、51-1.48240.5904.2322-14.0426.18116330672708326.427.47238020781.42540.80463.3100-.2624.34874069268322.3030664380.82002.2130.951652.075193-45489399625092.111264.8277-0.0979-.87572.028511.11724.69711.4393-6.432226090.284829.15-.0056-1.04127550617-1.4076-4.11910.0757-5.82172787.9647274.881.401-1.2693009

5、54-1.655.350.377447263665.53832332.52050.5394-0.155556370.168090.51929.4049973图2-2 机构的运动线图三 总结通过对牛头刨床机构的运动分析，让我们学会了如何使用矩阵法建立平面机构的运动方程。对机构进行运动分析的关键是独立位置方程的建立和求解，由于独立位置方程是一个非线性方程组，计算难度较大。本文借用了atla软件进行编程求解独立位置方程,同时对牛头刨床机构进行了运动仿真,并绘制了牛头刨床机构的运动线图，完成了从理论分析到编程求解的运动分析过程。附录一：atab程序(1)子函数oiFn.mntionf=ositionF

6、u(x,heta1,h,1,l,）f x（1）cs(x（2)l4*os(x(3)）-hl1co(tea1)； x（1）*sin(x(2)l4*sin(x(3)-h1-l1*sin（tha); l*cos(x（2)+l4*os(x(3)）-x（4)； l3*sn(x(2）+l4*sn(）)-h;d（2)子函数x_Ba.mnction tha，oea,alha=Six_Br(theta0，theta，mega1，aph1，,h,h2,l1,l3,l4)hea=fove(x)Psti_Fn（x,e1，,h,h2,l1,l3,l4),hta);S=tet(1）;thta3=tta();tetate(3

7、)；Sc=thet(4); %计算连杆、连杆4、滑块2和C点的速度 cos(thet3） -S3*sin(tet3) -l4*in（tht4） 0; si（thta3）S3*co（tet3)4*cos（theta4） ； 0 l3*n(t）-l*sin(teta4) ； 0 l3*cos（heta） l4cos(et4) 0;B=lsi（theta);l1*cos(theta1）;0；0;mega=A(o1*B);v=omega(1)；mega3omea（);omgaomega();vcoega(4);%计算连杆3、连杆4的角加速度，滑块及C点的加速度= cos（teta3) -3*sin(t

8、heta3)-l*sn（heta4） ; sin（theta3) 3*co(thta3)4*cos(heta4) ; -l*sin(theta3) -l4*n(thta4) 1; 0l3*c（thea)l4*os(thet4) 0;A=-sin(thta3） -v3*sin（theta3)-S3omega3*cos（a3) -l4omega*s(thea4) 0; cos(theta3）v3*cos(theta3)-S3*omea3*s(tta3)-4omeg4in(theta4） 0； 0 -l*ome3*co(ha3)l4*omega4*cos（hta4) 0; 0l3*omega3*si

9、n（theta3） 4*omega4*si(teta4) 0;B=-l1*i（theta1）;1*c(thea）;；0;Bt=-1*omega1*cs(het1);-1*mgain(et1)；;alpha=A（-At*oegalpha1B+omega1*Bt)；3ah(1）;aha3=alpha(2);lpha4=lpha(3);c=lpa(4）;end（3）主程序SixBar_main.m% 牛头刨床机构运动分析%输入已知数据cla;l10.2;l=0.96;4=0.16;h=.8；h1=06；h=2;meg=5;alha1=0;hd=pi180；u=180/p；thet=03;6*d;0*

10、h;05;%调用子函数Six_Bar计算牛头刨床机构位移，角速度,角加速度for n1=1：49 thta(n)-2*pi5.8119+(1)*h; h，omeg,aphaix_(teta，tta1（1)，oea1,alp1,h,1,h,l1，l3,l）； S(1)thet（1）; %滑块2相对于CD杆的位移 teta3（)=heta(）； %杆转过的角度 ha(n1)=theta(3); 杆4转过的角度 c（n1)=hea(4）; %杆5的位移 v3()omega(1); 滑块2相对于CD杆的速度 oega（1)mea(2); %杆3转过的角速度 oega4（n1)=omega（3); %杆

11、4转过的角速度 c(1)=mea（4); %杆5的速度 a3(n）=ah(1)； %滑块相对于D杆的加速度 ap（)=alph(2); 杆3转过的角加速度 alha4(n1）=alpha(3）； %杆4转过的角加速度 a(n)alha（4); 杆5的加速度 ta0=thet;eheaOegaApaheta3*du,teta4*du，Sc,omega3,a,v，lh,alpha4,c；xlswrie(Positon_Spe_Accelerati.xls，eaOmegaAph,heet1，b1:j459);% 位移，角速度，角加速度和四杆机构图形输出figu（1);n1=1:45;t（n1-1）*

12、2*p/60;% 绘角位移和位移线图 subpt(2,2，1); plt(t,ta3*u，r-.,LineWidth,.5）;oldon;grdon；axisut;haxes，hie1，lie2ploty(t,theta4*d，t,Sc）;st(hlie1,inidth,1.);st(hline2，LinWith,1);grid on;hold n;title（位移线图）;lbel(时间/s);axes（hxe（1);ylabe(角位移 /crc);ae(xes(2)）;label(位移）;holdn；gdon;ex(2.,-0.4,tea_3);txt(,.5,eta_4）;txt(5，0.

13、5,S_c)； 绘角速度及速度线图 subplt(2,); pot(t,omega3,-.,LineWidh,15);gid n;old o;axis ato;has,hline1,in2=oty(t,oma,t,v);set(hline1，ieWidth，.5);set(hline2,LnWdh,1.5)；gri ；hold on;tie（角速度线图);lae(时间/s);ae(haes(1）);ylabe(角速度 / addots-1);xes(hxs(2);ylel(速度/do-1);grd n;hold n;text(12,0.5,mega_3);tet(45,.25，oega_4);

14、x(，-.8,vc)； 绘角加速度和加速度线图 sbplt(,3); lt(t,alha3,.,LneWith,1.5）;gridon;hold on；haxs,hine,ne=yy(，aph4,t,ac);set(hline1，Lneith,5）；t（line2，Leidh,1.5);grid on;hold n；tle(角加速度线图);xlael(时间/s);xs(axe();yael(角加速度 racdo2);axes（hes(2)）;ylae(加速度/mdots-2);gid on;hld o;text(3，6.，alpha_3);tex(4.,17.，alpha_4);txt(15,

15、4.，);绘制牛头刨床机构splot(,2,);n120;x(1）=;(1)=0;x(2）=*1000*co（thea4(n);y(2)=*1000*sn(teta4（1)）;(3)=4*100*os(thta（n1)）+(S3（n1)*1000-50)co(teta3(n1）;y()=4*100*n(thet4(n1)+(n1)100-50)*in（theta(n);x(4)h2*1000；(4)=h1000;x(5)x(4)+1*100*c(hea1(n1)；y(5)=y(4)l100*sin(theta1（n1)）;(6)=()100*cos（het3(n1)）;(6)=y(3)+10*

16、i(tta3(n1);x(）l*10cos(heta4(n1)l3*100*co(heta3(n1);y(7)=4100sin（tha4(n1)+l3*1*sin（theta3(1)）;x(8)=（)-;(8)h*100;x（9)x（7）+600；(9)=h*1000;x(0)l*1000cs(thet4(n1)+（S3(n1)10-0）cos（tha(1）)；y(1)l*1000sin(thet4(1）)+(S3（1)*1000-50）*n（theta3()；x(1)=x(0)+2*os（pi/2heta3(n1);y()y(10）-2*si(pi/2thet(n1)；（12)=x(11)+

17、10os（tea3(n1);y（12）=y(11）+100*sn(thet3(n);x(1)=x（12)-5*cos(i/2-theta(n)）;y(1)=(12)50n(p/-et3(n1)）；x（14)=x(10）-2*cs（p2-heta(1);y(14)=y(10)+2*sin（pi2-het3(n1）);x(5)=x(10);y(15)=y(0）;(16)=0;y(6)=0;x(）=x（4）;y(1）=(4);k1：;plt(k）,y(k);hld on;k=4:5;plo(（),（k);hod n;=6:9;pot（x（k),y(k)）;old on;=10:15;plot(x(k

18、),(）;hod on;k:7;plo(x(k），y(k),-.）;hldon;gri on；axis（-35080025 950);tle(牛头刨床运动仿真)；gri o；xabl(mm);ylel(mm）；pt(x()，y（1),o);plot(x(2),y(）,o);plo(x(4),y(4),o)；plot（x（),y(),)；lot(x（7),y(7),）;%牛头刨床机构运动仿真figre(2)m=movein(20);j=;for n1=1:5：60 j=j1; clf; (1)=0; y(1）=0; (）=l4*100os(eta4（n1)）; （)=l*100*sn(ta4（n

19、1); x（3）l4*1000*o(thta(n1)）+(S3(1)*1000-5）*co(he3(n); y(3)=l4*00*sn(he4(n1)+（S3(n1）*100-5)*sn(teta3(n)）; x（）=h2*0; y(4)=h1100； (5)x()+l1*cos(het1(n1); y(5)y()+l11000*s(theta(1）); x(6)=x(3）+100*os(the(n1); y(6）y(3)+1s（theta3(1); x(7）=410cos(ea4(n)l31000*os(theta3(n1); y()=4*1000sn(he(n1)+l*1000sin(te

20、3（n1); x(8)=x（7）-900; y()h*100； x（9)=x()+60； y（）=h*1000; (10)=l4*1000cos（thea4(n1)+(S3(1)*00-50)*cs（tta(n); y(10)=4*100*in(teta4(n1）(n1）*100-50)*sin(tha3(n1）)； x（11)(10)+5*co（pi/2theta3()）; y(1)=(10)-5*sin(p/-theta3(1)）； x(2）=(1)+10*os(te3(n1)）; (1)=y(11)+00*sin(teta3（1)； x(1)=x(12)5*cos(pi/2-thea(1

21、); y(13)y(12)+50*sin(pi2-theta3(n1)）; x（4)=x（10）25os(pi/2theta(n）)； y（4）=y（1）+25*i（p/-tea3(1); x(1)=(10); (5）=y(0); x(6); y()=; x(17)x（); y(7)=()； =：； pl(x(）,y(）; hol on; k4:5; pot(x（),(k）； hold n; =6:9; lot(x（k),y（k)）； hold on; =10:15; plo（x(k),y(k); hld n； k=6:17; plo(x（k),y(k)，-.）; hod on； r on； xs(-35800 250 95); title（牛头刨床运动仿真); gri on; xlel(m）; yal（m）; po(x(1）,y(),o); plt(x()，y(2),o); ot（x（）,y（4),o); plo(x(）,(5),o); pot（x（7)，y(7),o）; axs qua; m（j)=getframe;en for i1:3 movi（m)end