牛頭刨床機構(gòu)運動分析

傳播優(yōu)秀Word版文檔 ，希望對您有幫助，可雙擊去除！ 高等機構(gòu)學(xué) 題 目: 牛頭刨床機構(gòu)運動分析 院系名稱： 機械與動力學(xué)院 專業(yè)班級： 機械工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2015年 12 月 17日 - 13 - / 16 目 錄 一 問題描述 - 1 - 二 運動分析 - 1 - 2.1矢量法構(gòu)建機構(gòu)獨立位置方程 - 1 - 2.2機構(gòu)速度分析 - 2 - 2.3機構(gòu)加速度分析 - 2 - 2.4機構(gòu)運動線圖繪制 - 2 - 三 總結(jié) - 4 - 附錄一：Matlab程序 - 4 - 牛頭刨床機構(gòu)運動分析 一 問題描述 如圖1-1所示的牛頭刨床機構(gòu)中，，，，，，。設(shè)曲柄以等角速度逆時針方向回轉(zhuǎn)，試對其進(jìn)行運動分析，求出該機構(gòu)中各從動件的方位角、角速度和角加速度以及各機構(gòu)的運動線圖。 圖1-1 牛頭刨床機構(gòu) 二 運動分析 2.1矢量法構(gòu)建機構(gòu)獨立位置方程 如圖2-1所示，以E為坐標(biāo)原點建立直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及其方位角。其中共有四個未知量。 圖2-1 坐標(biāo)系建立 以兩個封閉圖形ABDEA和EDCFE為基準(zhǔn)構(gòu)建兩個封閉矢量位置方程，即： 將上述矢量方程分別沿X軸和Y軸進(jìn)行投影，得牛頭刨床機構(gòu)的獨立位置方程如下： 利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機構(gòu)的位置，程序見附錄一。 2.2機構(gòu)速度分析 將機構(gòu)的位置方程對時間求一次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣的形式，得機構(gòu)的速度方程如下： 利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機構(gòu)的角速度或速度，程序見附錄一。 2.3機構(gòu)加速度分析 將機構(gòu)的速度方程對時間求一次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣的形式，得機構(gòu)的加速度方程如下： 利用Matlab進(jìn)行編程求解，可求得各機構(gòu)的角加速度或加速度，程序見附錄一。 2.4機構(gòu)運動線圖繪制 通過Matlab進(jìn)行計算求解，得到各構(gòu)件的位置、速度和加速度，如表2-1所示。根據(jù)所求得的各構(gòu)件的位置、速度及加速度，進(jìn)行機構(gòu)運動線圖的繪制，如圖2-2所示。程序見附錄一。 表2-1 各構(gòu)件的位置、速度和加速度 /() /m /(rad/s) /(m/s) /(rad/s2) /(m/s2) 0 65.51205 332.5941 0.539965 -0.10981 0.307637 -0.1186 10.34853 -28.9655 11.1924 10 65.65572 332.192 0.537252 0.253198 -0.708 0.274304 8.030792 -22.3241 8.786682 20 66.46514 329.9402 0.521815 0.535518 -1.4824 0.59014 5.27322 -14.0462 6.181163 30 67.72708 326.4727 0.497238 0.712078 -1.94254 0.80426 3.31001 -8.15262 4.348798 40 69.26803 322.3034 0.466438 0.820063 -2.2013 0.95165 2.075193 -4.54589 3.149956 250 92.111 264.8277 -0.04979 -0.82757 2.028851 -1.11722 -4.69775 11.43938 -6.41322 260 90.23848 269.4158 -0.00563 -1.04127 2.550617 -1.40769 -4.11972 10.07757 -5.58217 270 87.96417 274.9881 0.048015 -1.22769 3.009584 -1.65755 -3.3503 8.37744 -4.37216 360 65.53832 332.5205 0.53947 -0.15556 0.435637 -0.16809 10.5192 -29.4084 11.39973 圖2-2 機構(gòu)的運動線圖 三 總結(jié) 通過對牛頭刨床機構(gòu)的運動分析，讓我們學(xué)會了如何使用矩陣法建立平面機構(gòu)的運動方程。對機構(gòu)進(jìn)行運動分析的關(guān)鍵是獨立位置方程的建立和求解，由于獨立位置方程是一個非線性方程組，計算難度較大。本文借用了Matlab軟件進(jìn)行編程求解獨立位置方程，同時對牛頭刨床機構(gòu)進(jìn)行了運動仿真，并繪制了牛頭刨床機構(gòu)的運動線圖，完成了從理論分析到編程求解的運動分析過程。 附錄一：Matlab程序 (1)子函數(shù)PosionFun.m function f=Position_Fun(x,theta1,h,h1,h2,l1,l3,l4) f=[ x(1)*cos(x(2))+l4*cos(x(3))-h2-l1*cos(theta1); x(1)*sin(x(2))+l4*sin(x(3))-h1-l1*sin(theta1); l3*cos(x(2))+l4*cos(x(3))-x(4); l3*sin(x(2))+l4*sin(x(3))-h]; end (2)子函數(shù)Six_Bar.m function [theta,omega,alpha]=Six_Bar(theta0,theta1,omega1,alpha1,h,h1,h2,l1,l3,l4) theta=fsolve(@(x)Position_Fun(x,theta1,h,h1,h2,l1,l3,l4),theta0); S3=theta(1); theta3=theta(2); theta4=theta(3); Sc=theta(4); %計算連桿3、連桿4、滑塊2和C點的速度 A=[ cos(theta3) -S3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 0; sin(theta3) S3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0; 0 -l3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 1; 0 l3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0]; B=[-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1);0;0]; omega=A\(omega1*B); v3=omega(1); omega3=omega(2); omega4=omega(3); vc=omega(4); %計算連桿3、連桿4的角加速度，滑塊2及C點的加速度 A=[ cos(theta3) -S3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 0; sin(theta3) S3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0; 0 -l3*sin(theta3) -l4*sin(theta4) 1; 0 l3*cos(theta3) l4*cos(theta4) 0]; At=[-sin(theta3) -v3*sin(theta3)-S3*omega3*cos(theta3) -l4*omega4*cos(theta4) 0; cos(theta3) v3*cos(theta3)-S3*omega3*sin(theta3) -l4*omega4*sin(theta4) 0; 0 -l3*omega3*cos(theta3) -l4*omega4*cos(theta4) 0; 0 -l3*omega3*sin(theta3) -l4*omega4*sin(theta4) 0]; B=[-l1*sin(theta1);l1*cos(theta1);0;0]; Bt=[-l1*omega1*cos(theta1);-l1*omega1*sin(theta1);0;0]; alpha=A\(-At*omega+alpha1*B+omega1*Bt); a3=alpha(1); alpha3=alpha(2); alpha4=alpha(3); ac=alpha(4); end (3)主程序SixBar_main.m %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 牛頭刨床機構(gòu)運動分析 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% %輸入已知數(shù)據(jù) clear; l1=0.2; l3=0.96; l4=0.16; h=0.8; h1=0.36; h2=0.12; omega1=5; alpha1=0; hd=pi/180; du=180/pi; theta0=[0.3;60*hd;270*hd;0.45]; %% %調(diào)用子函數(shù) Six_Bar 計算牛頭刨床機構(gòu)位移，角速度，角加速度 for n1=1:459 theta1(n1)=-2*pi+5.8119+(n1-1)*hd; [theta,omega,alpha]=Six_Bar(theta0,theta1(n1),omega1,alpha1,h,h1,h2,l1,l3,l4); S3(n1)=theta(1); %滑塊2相對于CD桿的位移 theta3(n1)=theta(2); %桿3轉(zhuǎn)過的角度 theta4(n1)=theta(3); %桿4轉(zhuǎn)過的角度 Sc(n1)=theta(4); %桿5的位移 v3(n1)=omega(1); %滑塊2相對于CD桿的速度 omega3(n1)=omega(2); %桿3轉(zhuǎn)過的角速度 omega4(n1)=omega(3); %桿4轉(zhuǎn)過的角速度 vc(n1)=omega(4); %桿5的速度 a3(n1)=alpha(1); %滑塊2相對于CD桿的加速度 alpha3(n1)=alpha(2); %桿3轉(zhuǎn)過的角加速度 alpha4(n1)=alpha(3); %桿4轉(zhuǎn)過的角加速度 ac(n1)=alpha(4); %桿5的加速度 theta0=theta; end thetaOmegaAlpha=[theta3*du,theta4*du,Sc,omega3,omega4,vc,alpha3,alpha4,ac]; xlswrite(Positon_Speed_Acceleration.xls,thetaOmegaAlpha,sheet1,b1:j459); %% % 位移，角速度，角加速度和四桿機構(gòu)圖形輸出 figure(1); n1=1:459; t=(n1-1)*2*pi/360; % 繪角位移和位移線圖 subplot(2,2,1); plot(t,theta3*du,r-.,LineWidth,1.5); hold on; grid on; axis auto; [haxes,hline1,hline2]=plotyy(t,theta4*du,t,Sc); set(hline1,LineWidth,1.5); set(hline2,LineWidth,1.5); grid on; hold on; title(位移線圖); xlabel(時間/s); axes(haxes(1)); ylabel(角位移 / \circ); axes(haxes(2)); ylabel(位移/m); hold on; grid on; text(2.75,-0.4,\theta_3); text(3,0.65,\theta_4); text(5,-0.25,S_c); % 繪角速度及速度線圖 subplot(2,2,2); plot(t,omega3,r-.,LineWidth,1.5); grid on; hold on; axis auto; [haxes,hline1,hline2]=plotyy(t,omega4,t,vc); set(hline1,LineWidth,1.5); set(hline2,LineWidth,1.5); grid on; hold on; title(角速度線圖); xlabel(時間/s); axes(haxes(1)); ylabel(角速度 / rad\cdots^{-1}); axes(haxes(2)); ylabel(速度/m\cdots^{-1}); grid on;hold on; text(1.25,0.55,\omega_3); text(4.65,2.25,\omega_4); text(5,-2.85,v_c); % 繪角加速度和加速度線圖 subplot(2,2,3); plot(t,alpha3,r-.,LineWidth,1.5); grid on; hold on; [haxes,hline1,hline2]=plotyy(t,alpha4,t,ac); set(hline1,LineWidth,1.5); set(hline2,LineWidth,1.5); grid on; hold on; title(角加速度線圖); xlabel(時間/s); axes(haxes(1)); ylabel(角加速度 / rad\cdots^{-2}); axes(haxes(2)); ylabel(加速度/m\cdots^{-2}); grid on;hold on; text(3,6.5,\alpha_3); text(4.25,17.5,\alpha_4); text(1.25,-4.5,a_c); %繪制牛頭刨床機構(gòu) subplot(2,2,4); n1=20; x(1)=0; y(1)=0; x(2)=l4*1000*cos(theta4(n1)); y(2)=l4*1000*sin(theta4(n1)); x(3)=l4*1000*cos(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1)); y(3)=l4*1000*sin(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1)); x(4)=h2*1000; y(4)=h1*1000; x(5)=x(4)+l1*1000*cos(theta1(n1)); y(5)=y(4)+l1*1000*sin(theta1(n1)); x(6)=x(3)+100*cos(theta3(n1)); y(6)=y(3)+100*sin(theta3(n1)); x(7)=l4*1000*cos(theta4(n1))+l3*1000*cos(theta3(n1)); y(7)=l4*1000*sin(theta4(n1))+l3*1000*sin(theta3(n1)); x(8)=x(7)-900; y(8)=h*1000; x(9)=x(7)+600; y(9)=h*1000; x(10)=l4*1000*cos(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1)); y(10)=l4*1000*sin(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1)); x(11)=x(10)+25*cos(pi/2-theta3(n1)); y(11)=y(10)-25*sin(pi/2-theta3(n1)); x(12)=x(11)+100*cos(theta3(n1)); y(12)=y(11)+100*sin(theta3(n1)); x(13)=x(12)-50*cos(pi/2-theta3(n1)); y(13)=y(12)+50*sin(pi/2-theta3(n1)); x(14)=x(10)-25*cos(pi/2-theta3(n1)); y(14)=y(10)+25*sin(pi/2-theta3(n1)); x(15)=x(10); y(15)=y(10); x(16)=0; y(16)=0; x(17)=x(4); y(17)=y(4); k=1:3; plot(x(k),y(k)); hold on; k=4:5; plot(x(k),y(k)); hold on; k=6:9; plot(x(k),y(k)); hold on; k=10:15; plot(x(k),y(k)); hold on; k=16:17; plot(x(k),y(k),-.); hold on; grid on; axis([-350 800 -250 950]); title(牛頭刨床運動仿真); grid on; xlabel(mm); ylabel(mm); plot(x(1),y(1),o); plot(x(2),y(2),o); plot(x(4),y(4),o); plot(x(5),y(5),o); plot(x(7),y(7),o); %% %牛頭刨床機構(gòu)運動仿真 figure(2) m=moviein(20); j=0; for n1=1:5:360 j=j+1; clf; x(1)=0; y(1)=0; x(2)=l4*1000*cos(theta4(n1)); y(2)=l4*1000*sin(theta4(n1)); x(3)=l4*1000*cos(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1)); y(3)=l4*1000*sin(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1)); x(4)=h2*1000; y(4)=h1*1000; x(5)=x(4)+l1*1000*cos(theta1(n1)); y(5)=y(4)+l1*1000*sin(theta1(n1)); x(6)=x(3)+100*cos(theta3(n1)); y(6)=y(3)+100*sin(theta3(n1)); x(7)=l4*1000*cos(theta4(n1))+l3*1000*cos(theta3(n1)); y(7)=l4*1000*sin(theta4(n1))+l3*1000*sin(theta3(n1)); x(8)=x(7)-900; y(8)=h*1000; x(9)=x(7)+600; y(9)=h*1000; x(10)=l4*1000*cos(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*cos(theta3(n1)); y(10)=l4*1000*sin(theta4(n1))+(S3(n1)*1000-50)*sin(theta3(n1)); x(11)=x(10)+25*cos(pi/2-theta3(n1)); y(11)=y(10)-25*sin(pi/2-theta3(n1)); x(12)=x(11)+100*cos(theta3(n1)); y(12)=y(11)+100*sin(theta3(n1)); x(13)=x(12)-50*cos(pi/2-theta3(n1)); y(13)=y(12)+50*sin(pi/2-theta3(n1)); x(14)=x(10)-25*cos(pi/2-theta3(n1)); y(14)=y(10)+25*sin(pi/2-theta3(n1)); x(15)=x(10); y(15)=y(10); x(16)=0; y(16)=0; x(17)=x(4); y(17)=y(4); k=1:3; plot(x(k),y(k)); hold on; k=4:5; plot(x(k),y(k)); hold on; k=6:9; plot(x(k),y(k)); hold on; k=10:15; plot(x(k),y(k)); hold on; k=16:17; plot(x(k),y(k),-.); hold on; grid on; axis([-350 800 -250 950]); title(牛頭刨床運動仿真); grid on; xlabel(mm); ylabel(mm); plot(x(1),y(1),o); plot(x(2),y(2),o); plot(x(4),y(4),o); plot(x(5),y(5),o); plot(x(7),y(7),o); axis equal; m(j)=getframe; end for i=1:3 movie(m) end 溫馨提示：最好仔細(xì)閱讀后才下載使用，萬分感謝！