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

1、江蘇師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題目： 牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析 系 別 專(zhuān)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1、 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(xiàn)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 83.2、程序編寫(xiě)過(guò)程（計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言程序） 103.3、計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果 12 3.4、位移、速度和加速度運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)

2、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(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)制專(zhuān)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(zhuān)業(yè)課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)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)一步提高計(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。1.2、工作原理牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的間歇

3、運(yùn)動(dòng)來(lái)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(guò)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(chēng)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(wú)工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過(guò)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。 （a）機(jī)械系統(tǒng)示意圖 （b） 刨頭阻力曲線(xiàn)圖（c） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖1 牛頭刨床1.3、設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)軸與曲柄軸2平行，刨

4、刀刀刃E點(diǎn)與鉸鏈點(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±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(guò)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n2(r/min)48機(jī)架lO2O1 (mm)380工作行程H(mm)310行程速比系數(shù)K1.46連桿與導(dǎo)桿之比lBC / lO1B0.25導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析工作阻力Fmax(N)4500導(dǎo)桿質(zhì)量m4 (kg)20滑塊6質(zhì)量m6 (kg)70導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js4 (kg ·m2)1.11.5、創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)

5、容及工作量1) 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；2) 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(xiàn)圖3) 編寫(xiě)計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析說(shuō)明書(shū)，包括問(wèn)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1. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)，自由度為F=3n-（2）=3×5-(2×7+0)=1，曲柄為機(jī)構(gòu)原動(dòng)件；2. 通過(guò)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(mǎn)足功能要求 3. 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

6、動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其具有急回作用，可滿(mǎn)足任意行程速比系數(shù)K的要求；4. 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；5. 動(dòng)力性能，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊震動(dòng)較小；6. 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；7. 經(jīng)濟(jì)性，無(wú)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(guò)計(jì)算得 圖（2）牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖由得出=33.66°2.3、桿組拆分 級(jí)桿組 級(jí)桿組 級(jí)桿組2.4、繪制刀頭位移曲線(xiàn)圖三、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

7、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 （1） （2） （3） （4） 求、由公式（1）和（2）得： （5） （6）上式等價(jià)于 （7）求對(duì)時(shí)間一階導(dǎo)得： （8）求對(duì)時(shí)間二階導(dǎo)： （9） 求滑塊E的由（3）、（4）式得： （10） （11）求對(duì)時(shí)間一階導(dǎo)得： （12） （13）求對(duì)時(shí)間二階導(dǎo)得： （14） （15） 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(yǔ)言編寫(xiě)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。3.2、程序源代碼（計(jì)算機(jī)C語(yǔ)言程序）#include<st

8、dio.h>#include<math.h>#define PI 3.1415926void main()double a=0.110,b=0.535,c=0.134,d=0.380,e=0.523,f=5; /*O1A=AB,b=O1B,c=BC,d=O1O2,e=H,f=1 */double B,C,E,F,G,I,L,M,O;/*B=3,C=4, E=Se，F(xiàn) =3，G=4， I= Ve ，L=3，M=4， O=e */ double x=0; printf(" 1 3 4 Se W3 W4 Ve A3 A4 Ae n");while(x<6.

9、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 3*/ G=-(F*b*cos(B)/(c*cos(C); /*求 4*/ 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*si

10、n(x)*(d*d+a*a+2*d*a*sin(x); /*求3*/ M=(F*F*b*sin(B)+G*G*c*sin(C)-L*b*cos(B)/(c*cos(C); /*求4*/ O=-(L*b*sin(B-C)+F*F*b*cos(B-C)-G*G*c)/cos(C); /*求e */printf("%3.0f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3fn",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(yǔ)言環(huán)境下運(yùn)

11、行，執(zhí)行文件執(zhí)行輸出結(jié)果顯示見(jiàn) 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3.4、位移、速度和加速度的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖與分析（MATLAB程序、圖）>> clear all;clc;w1=5;l1=0.110;l3=0.535;l6=0.380;l61=0.523;l4=0.134;for m=1:3601o1(m)=pi*(m-1)/1800;o31(m)=atan(l6+l1*sin(o1(m)/(l1*cos(o1(m);if o31(m)>=0 o3(m)=o31(m);else o3(m)=pi+o31(m);end;s3(m)=(l1*cos(o1(

12、m)/cos(o3(m);o4(m)=pi-asin(l61-l3*sin(o3(m)/l4);se(m)=l3*cos(o3(m)+l4*cos(o4(m);if o1(m)=pi/2 o3(m)=pi/2; s3(m)=l1+l6; endif o1(m)=3*pi/2 o3(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*-

13、l1*sin(o1(m);l1*cos(o1(m);0;0;D1=A1B1;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

14、(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=A2B;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

15、*180/pi;o4*180/pi;w=w3;w4;a=a3;a4;figure;subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11, se);title('位置線(xiàn)圖');xlabel('ittheta1(°)');ylabel('ittheta3 theta4,(°) Se(m)');grid onsubplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve);title('速度線(xiàn)圖');xlabel('ittheta1(°)');ylabel('it

16、omega3 omega4(rad/s) Ve(m/s)');grid onsubplot(212);h3=plotyy(o11,a,o11,ae); title('加速度線(xiàn)圖');xlabel('ittheta1(°)');ylabel('italpha3 alpha4(rad/s2) alphaE(m/s2)');grid onF=o11;o3./pi*180;o4./pi*180;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae'G=F(1:10:3601,:) 圖（4）牛頭刨床運(yùn)動(dòng)位置線(xiàn)圖分析：隨著搖桿的擺動(dòng)，1的增大和

17、減小，但搖桿牽引連桿，使得4的角度變化幅度不大，呈浮動(dòng)裝態(tài)。因?yàn)?和/2之間的關(guān)系，其大小變化和1的變化相反，而牛頭刨床車(chē)刀的位移也隨著3的大小變化做相應(yīng)變化，當(dāng)3的角度最大時(shí)，則車(chē)刀的位移量最小，當(dāng)3達(dá)到實(shí)際運(yùn)動(dòng)中最小位置時(shí)，車(chē)刀的位移量最大。 圖（5） 牛頭刨床運(yùn)動(dòng)速度線(xiàn)圖分析：根據(jù)圖來(lái)進(jìn)行分析，搖桿的角速度3隨1的角度變化而變化當(dāng)在60°120°范圍內(nèi)時(shí)，3達(dá)到最大，而1在260° 280°，3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。1為0°（360°）時(shí)，牛頭刨床的車(chē)刀正等待下一次切削（切

18、削完畢），當(dāng)1角度從零開(kāi)始增大時(shí)，車(chē)刀的速度先減速，在1達(dá)到80°100°時(shí)，Ve達(dá)到最小，然后速度開(kāi)始增大，開(kāi)始切削，在1到達(dá)270°左右的時(shí)候，速度最大，然后減速，由于設(shè)計(jì)要求，刨刀前后都有一段空行程。 圖(6) 牛頭刨床運(yùn)動(dòng)加速度線(xiàn)圖分析：刨刀的加速度在1為零的時(shí)候做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，在1為90°左右時(shí)，開(kāi)始做加速度增加的加速運(yùn)動(dòng)，在1到達(dá)230°左右的時(shí)候加速度最大，然后做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，在1到達(dá)270°左右的時(shí)候開(kāi)始做加速度小于零的減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度最小時(shí)，刨刀開(kāi)始往回運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到1初始位置，開(kāi)始下一周期的切削循環(huán)。連桿4的加速度上下波動(dòng)，周期循環(huán)。搖桿的加速與因?yàn)榻嵌汝P(guān)系，和刨刀的加速度相反，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與刨刀的運(yùn)動(dòng)基本相反四、小結(jié)流星的光輝來(lái)自星體的摩擦