基于MATLAB的牛头刨床传动机构仿真
东北大学
研究生考试试卷
考试科目：用Matlab的Simulink进行机械仿真
课程编号：y09581015
阅卷人：邹平
考试日期：2012.7.1
姓名：王鑫
学号：1170124
注意事项
1．考前研究生将上述项目填写清楚
2．字迹要清楚，保持卷面清洁
3．交卷时请将本试卷和题签一起上交
东北大学研究生院
基于MATLAB 的牛头刨床传动机构仿真
摘要：根据牛头刨床传动机构的闭环矢量方程推导出各构件的位移、速度、加速度的表达式，并将其转化为适用于MATLAB 仿真的矩阵数学模型，以该矩阵的数学模型编制相应的M 函数仿真模块，最后建立仿真模型，并对仿真结果的相容性误差加以分析。借助于MATLAB 软件可以方便地实现机构性能分析和动态仿真，从而提高设计及分析效率。 关键词：牛头刨床机构；仿真；MATLAB
1.系统仿真模型选取
本文选取机械原理教材[3]中常见的习题牛头刨床传动机构来进行Simulink 仿真。已知75,300,100,150,280AB CD DE AC CF l mm l mm l mm l mm l mm =====，牛头刨床传动机构的示意图如图1所示。
图1 牛头刨床传动机构示意图
牛头刨床传动机构的矢量环如图2所示。其中各个矢量与上图相对应为：
1212345,,,,,,R AB R CB R CD R DE R AC R CF ======其中21R 表示滑块B 在摇杆CD 上的位移，另外相应的初始角度为00011130,60,168θθθ=-==。
图2 传动机构的矢量环
2.系统仿真模型建立
从上图可以看出牛头刨床传动机构中有两个闭环矢量，所以牛头刨床传动机构的闭环矢量方程为：
1421R R R =+ （1） 2356R R R R +=+ （2）
将上述两个矢量方程分别分解到x 和y 坐标轴上，可以分别得到闭环矢量方程（1），（2）的分解表达式。
闭环矢量方程的分解表达式（1）：
11212
114212
cos cos sin sin r r r r r θθθθ=??
=+? （3） 闭环矢量方程的分解表达式（2）：
22336
22335
cos cos sin sin r r r r r r θθθθ+=??
+=? （4） 分别对上面两个表达式对时间求一阶导数，分别有：
1112122212
1112122212
sin sin cos cos cos sin r r r r r r ωθωθθωθωθθ-=-+??
=+? （5） 2223336
22
2333sin sin cos cos 0r r r r r ωθωθωθωθ--=??
+=? （6）
写成矩阵形式为：
21222111212221111sin cos sin cos sin cos r r r r r θθωωθθθωθ--??????
=????????????
（7） 333221336222sin 1sin cos 0cos r r r r r θωωθθωθ-??????
=??????-?????? （8）
分别对（3）、（4）两个表达式对时间求二阶导数，写成矩阵形式，则分别有：
22
212
221111112122212222
212
22111111121222122sin cos sin +cos cos 2sin cos sin cos sin +sin 2cos r r r r r r r r r r r θθααθωθωθωθθθαθωθωθωθ-??
--????=??????--??????
（9） 2
233322222
23332
336222222333sin 1sin cos cos cos 0cos sin sin r r r r r r r r r θααθωθωθθαθαθωθ??---????=??????---??????
（10） 3.运动学仿真
利用MATLAB 进行仿真分析，主要包括两个步骤：首先编制计算所需的函数模块，然后利用其仿真工具箱Simulink 建立仿真系统框图，设定初始参数进行仿真分析。 3.1 编制计算函数
曲柄AB 为原动件,根据式（9），编制闭环矢量1的加速度M 函数compacc1.m 如下：
function [x]=compacc1(u)
%u(1)=alpha-1,u(2)=omega-1,u(3)=omega-2,u(4)=r21,u(5)=v21 (6)=thera-1, % u(7)=theta-2 r1=75;
a=[u(4)*cos(u(7)) sin(u(7));u(4)*sin(u(7)) -cos(u(7))];
b=[r1*u(1)*cos(u(6))-r1*u(2)^2*sin(u(6))-2*u(5)*u(3)*cos(u(7))+u(4)*u(3)^2*sin(u(7));
r1*u(1)*sin(u(6))+r1*u(2)^2*cos(u(6))-2*u(5)*u(3)*sin(u(7))-u(4)*u(3)^2*cos(u(7))]; x=inv(a)*b;
根据式（10），编制闭环矢量2的加速度M 函数compacc2.m 如下： function [x]=compacc2(u)
%u(1)=alpha-2,u(2)=omega-2,u(3)=omega-3,u(4)=theta-2,u(5)=theta-3 r2=300; r3=100;
a=[-r3*cos(u(5)) 0;r3*sin(u(5)) 1];
b=[r2*u(1)*cos(u(4))-r2*u(2)^2*sin(u(4))-r3*u(3)^2*sin(u(5)); -(r2*u(1)*sin(u(4))+r2*u(2)^2*cos(u(4))+r3*u(3)^2*cos(u(5)))]; x=inv(a)*b;
3.2 建立仿真运动框图
建立仿真运动框图，如图3所示。
图3 运动仿真框图
3.3 建立初始条件
在仿真运行之前，必须为积分器建立适当的初始条件。假设主动件曲柄AB以1800r/min(188.5rad/s)的速度旋转，其他初始条件见表1。
表1 匀速仿真的初始条件
积分器初始条件
θ1/rad -0.5236
θ2/rad 1.0472
θ3/rad 2.93
r21/mm 129.9
r6/mm 52.37
ω2/rad·s-10
ω3/rad·s-10
v21/mm·s-114137
v6/mm·s-10
其中ω2，ω3，v21，v6通过式（7），式（8）在MATLAB中编程求得。
3.4 仿真的实现
由于曲柄的转速为188.5rad／s，因此每转动一周的时间为0．033s，设置仿真时间为0.07s，进行仿真。可以用以下命令得到滑块的加速度，速度，位移随时间的变化曲线：plot(tout,simout(:,4))，plot(tout,simout(:,5))，plot(tout,simout(:,6))。
得到滑块的加速度，速度，位移随时间变化曲线如图4,5,6所示。由滑块的位移曲线图可以看出牛头刨床的具有的急回特性。
3.5 相容性误差检验
定义误差矢量如下：
E=R1+R2+R3-R4-R5-R6-R2 （11）E的模是一个表示仿真有效程度的标量。编写M文件comperr.m,嵌入到仿真框图中，进行仿真，仿真结果如图7所示。可以看到相容性误差很小，且呈递减趋势。comperr.m 程序清单如下：
function e=comperr(u)
%u(1)=theta-1,u(2)=r21,u(3)=theta-2,
%u(4)=theta-3,u(5)=r6
r1=75;
r2=300;
r3=100;
r4=150;
r5=280;
ex=r1*sin(u(1))+r4+r2*sin(u(3))+r3*sin(u(4))-r5-u(2)*sin(u(3));
ey=r1*cos(u(1))+r2*cos(u(3))+r3*cos(u(4))-u(5)-u(2)*cos(u(3));
e=norm([ex; ey]);
图4 滑块的加速度随时间变化仿真曲线图图5 滑块的速度随时间变化仿真曲线图
图6 滑块的位移随时间变化仿真曲线图图7 滑块的均方根误差随时间变化仿真曲线图
4.结论
利用MATIAB强大的计算功能、仿真功能和结果的可视化等各项优势，可以很直观地看到牛头刨床传动机构运动参数的变化规律。通过仿真直观地揭示了曲柄以匀角速度运动的情况下，滑块的位移，速度，加速度运动规律和其具有的急回特性，这对以后的设计与优化很有帮助。
参考文献：
[1] 约翰·F·加德纳．机构动态仿真:使用MATLAB和SIMULINK[M]．西安交通大学出版社，2002．
[2] 薛定宇,陈阳泉．基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M]．清华大学出版社，2011．
[3]孙恒，陈作模．机械原理[M].高度教育出版社，2006．
[4] 李新成，樊琳，张振. 摆动导杆机构的Matlab运动学仿真[J].机械研究与应用，2008．
[5] 曲秀全．基于Matlab/Simulink平面连杆机构的动态仿真[M]．哈尔滨工业大学出版社，2007．
牛头刨床机构的综合设计与分析
牛头刨床机构的综合设计与分析 ** 工业大学机械设计课程设计说明书题目：牛头刨床机构的综合设计与分析院：机械工程与自动化学院专业班级：数控071学号：070104024学生姓名：********指导教师：* *教师职称：高级工程师起止时间：～辽宁工业大学课程设计说明书目录一、设计题目与原始数据………………………………………………………2 二、牛头刨床示意图……………………………………………………………3三、导杆机构设计………………………………………………………………4四、机构运动分析…………………………………………
……………………5 五、机构动态静力分析…………………………………………………………11 六、飞轮设计……………………………………………………………………16 七、设计凸轮轮廓曲线…………………………………………………………18 八、齿轮设计及绘制啮合图……………………………………………………19 九、解析法………………………………………………………………………22 1．导杆机构设计………………………………………………………………22 2．机构运动分析………………………………………………………………22 3．机构动态静力分析…………………………………………………………25 4．凸轮设计………………………………………
………………….………26 十、本设计的思想体会…………………………………………….…………29 十一、 辽宁工业大学课程设计说明书滑块尺寸：7*10节圆半径：r1=mz1/2=13*18/2=135mm r2=mz2/2=13*56/2=345mm 四、机构的运动分析已知：曲柄转速n2=80rpm 5 辽宁工业大学课程设计说明书第4’点: A. 速度分析○1求V A3 V A3= V A2= LO2πn/30 =×80π/30 =/s○2求V A4 →→ → V A4= V A3 +V A4A3 大小：？？方向：⊥O3A ⊥O2A ∥O3A ○3取μv= V A3/Pa3=(m/s)/mm作速度多边形○4求VB 用速度影像法求VB ○5求VF →→ → VF = VB +VFB 大小：？√ ？方向：∥导路⊥BO3 ⊥BF 接着速度多边形，速度多边形求得
牛头刨床机构运动分析
牛头刨床机构运动分析 程序编写： #include
牛头刨床,solidworks motion。仿真分析
Matlab牛头刨床参数分析 >> %Matlab源程序 w1=1;l1=0.125;l3=0.6;l6=0.275;l61=0.575;l4=0.15; for m=1:3601 o1(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(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; end if o1(m)==3*pi/2 o3(m)=pi/2; s3(m)=l6-l1; end A1=[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*[-l1*sin(o1(m));l1*cos(o1(m));0;0];D1=A1\B1;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(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=A2\B;E2(:,m)=D2;dds(m)=D 2(1);a3(m)=D2(2);a4(m)=D2(3);ae(m)=D2(4); end; o11=o1*180/pi;y=[o3*180/pi;o4*180/pi];w=[w3;w4];a=[a3;a4];figure; subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11, se); axis auto ; grid minor; title('各机构位置曲线图'); xlabel('\it\theta1');ylabel('\it\theta3,\theta4,Se'); text(315,215,'SE'); text(180,180,'θ4'); text(70,105,'θ3'); subplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve ); grid minor;
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： 2015年12 月17日
目录 一问题描述................................................................................................................................ - 1 -二运动分析................................................................................................................................ - 1 - 2.1矢量法构建机构独立位置方程 ............................................................................. - 1 - 2.2机构速度分析 ............................................................................................................. - 2 - 2.3机构加速度分析......................................................................................................... - 2 - 2.4机构运动线图绘制.................................................................................................... - 3 -三总结......................................................................................................................................... - 4 -附录一：Matlab程序............................................................................................................... - 4 -
牛头刨床机构设计.
机械原理设计说明书 设计题目：牛头刨床机构设计 学生：汪在福 班级：铁车二班 学号：20116473 指导老师：何俊
机械原理设计说明书 设计题目：牛头刨床机构设计 学生姓名汪在福 班级铁车二班 学号20116473 一、设计题目简介 牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。 为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加 二、设计数据与要求
电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃D点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5％。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值[α]之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计 回 6 三、设计任务 1、根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。。 4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力，写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。 5、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径ro、机架lO2O9和滚子半径rr），并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，在软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。 6、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。 四.设计过程 （一）方案选择与确定 方案一：如图（1）采用双曲柄六杆机构ABCD，曲柄AB和CD不等长。
牛头刨床设计 机械原理课程设计
中南大学 机械原理课程设计 ——说明书 班级：机械1007 姓名：台永丰 学号：0806100904 指导老师：何竞飞 分组：Ⅵ方案 题目：牛头刨床
目录 第1章 1.1设计题目........................................ (3) 1.2机构简介 (3) 1.3设计任务 (4) 第2章 2.1电动机的选择 (5) 2.2齿轮变速装置设计 (5) 2.3导杆机构尺寸设计 (6) 2.4机构的运动分析 (7) 2.5机构的动态静力分析 (16) 2.6速度波动的调节与飞轮设计 (19) 第3章 3.1体会心得 (22) 参考文献 (23)
第1章 1.1设计题目 牛头刨床 1.2机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1 a。电动机经一级带传动和二级齿轮传动驱动执行机构，使刨头6和刨刀7作往复直线运动。刨头右行时，刨刀进行切削加工，称为工作行程，要求速度较低并且均匀。刨头左行时，刨刀不进行切削，称为空回行程，要求速度快以节省时间。因此刨头在整个运动循环中受力变化大，对主轴（曲柄2）匀速运转有很大影响，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机功率。同时，要求刨刀不进行切削的过程中，工件随工作台实现自动进给运动。 图1-1
1.3设计任务 （1）电动机的选择； （2）设计齿轮变速装置； （3）设计导杆机构； （4）设计刨程及其位置的调节方法； （5）机构运动分析； （6）机构的动态静力分析； （7）速度波动的调节与飞轮设计。 图1-2
第2章2.1电动机的选择 电动机转速选择1440r.p.m 2.2齿轮变速装置设计 如图1-2 i13H=n1?n H n3?n5=?z2z3 z1z2 ……………………………………[2-1] * 式中i——转速比 n——转速 z——齿数 i45=n4 n3=?z5 z4 …………………………………………[2-2] i67=n6 n7=?z7 z6 …………………………………………[2-3] 联立以上各式，并令n1n H n H n7 =24，可选取z1=50,z2=50,z3=150,z4=55,z5=78 可得各齿轮数据
牛头刨床主传动机构设计
目录 一、牛头刨床主传动机构设计 二、机械系统运动方案的拟定 三、所选机构的运动分析与设计 四、所选机构的动力分析与设计 五、设计原理说明 六、参考文献 七、心得体会
一课程设计题目 1题目：牛头刨床主传动机构设计 2设计数据： 内容导杆机构的运动分析 符号n2L O2O4L O2A L o4B L BC L o4s4xS6yS6单位r/min mm 方案Ⅱ64 350 90 580 0.3L o4B0.5 L o4B200 50 3课程设计要求 牛头刨床主传动机构的设计，要求将电动机 输出的旋转运动动转换为刨刀的直线运动。整个 行程中，工作行程要求速度较低，以提高切削质量。工作行程结束后，为提高工作效率，需要有 急回运动，整个机构要求简洁实用。 二机械系统运动方案的拟定 方案一： 电动机输出转速经变速箱变速到达齿轮带 动齿轮转动，同时通过齿轮轴带动圆弧齿轮转动，工作行程结束或由附属的弹簧机构将刨刀迅速拉 回工作开始位置。
评价：该机构为齿轮传动机构，传动精确稳定，机会性较好，但工作冲击较大，且圆弧齿轮与齿条初始咬合时，冲击较大因而机构寿命短，维修保养费用高。 方案二： 电动机带曲柄，曲柄带动连杆，连杆带动滑块直线运动。 评价：该方案机构设计简单，传动性能价差，不宜承受较大的工作阻力，急回性能不够好，效率较低不宜选用。 方案三： 电动机带动曲柄，曲柄带动滑块移动滑块带
动摇杆摆动，摇杆带动另一滑块直线运动。 评价：该方案的工作性能相当好，无论从传动性还是急回性。精确性上相比较，都很合适。 三所选机构的运动分析与设计
取1和8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置（如上图）。 取第Ⅱ方案的第4位置和第10位置（如上图）速度分析 以速度比例尺:(0.01m/s)/mm和加速度比例尺:( 0.01m/s2)/mm用相对运动的图解法作该两个位 的置的速度多边形和加速度多边形如下图，
机械原理课程设计——牛头刨床
机械原理课程设计——牛头刨床（1）待续 2008-11-21 02:13 目录 一、概述 §1.1、课程设计的题目---------------------------------------2 §1.2.、课程设计的任务和目的-----------------------------2 §1.3、课程设计的要求---------------------------------------3 §1.4、课程设计的数据---------------------------------------3 二、运动分析及程序 §2.1、拆分杆组------------------------------------------------4 §2.2、方案分析------------------------------------------------4 §2.3、程序编写过程------------------------------------------5 §2.4、程序说明------------------------------------------------6 §2.5、C语言编程及结果------------------------------------6 §2.6、位移，速度，加速度图------------------------------10 三、各运动方案的分析与评价 §3.1 方案一的运动分析和评价--------------------------12 §3.2 方案二的运动分析和评价--------------------------13 §3.3 方案三的运动分析和评价--------------------------15 §3.4 方案四的运动分析和评价--------------------------16 四、小结--------------------------------------- 19 五、参考文献---------------------------------20 一、概述 §1.1．课程设计的题目 此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计. §1.2．课程设计的任务和目的 1）任务： 1 牛头刨床的机构选型、运动方案的确定； 2 导杆机构进行运动分析； 3 导杆机构进行动态静力分析； 根据要求发挥自己的创新能力，设计4到5种牛头刨床的主传动机构，使其可以满足牛头刨床的传动需要。 2）目的：机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。 §1.3．课程设计的要求 牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功能。 §1.4．课程设计的数据 方案导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析
牛头刨床运动仿真matlab程序
附录 牛头刨床主运动机构MATLAB程序由主程序six」six_bar 两部分组成。 1.主程序six_bar_main文件 %1.输入已知数据clear; 11=0.125; 13=0.600; 14=0.150; 16=0.275; 161=0.575; omega1=1; alpha 仁0; hd=pi/180; du=180/pi; %2.调用子函数six_bar计算牛头刨床机构位移，角速度, for n1=1:459; theta1( n1)=-2*pi+5.8199+( n1-1)*hd; _main 和子函数角加速度
II=[I1,I3,I4,I6,I61]; [theta,omega,alpha]=six_bar(theta1( n1),omega1,alpha1,ll); s3( n1)=theta(1); theta3( n1)=theta(2); theta4( n1)=theta(3); sE( n1)=theta(4); v2( n1)=omega(1); omega3( n1)=omega(2); omega4 (n 1)=omega(3); vE( n1)=omega(4); a2( n1)=alpha(1); alpha3( n1)=alpha(2); alpha4( n1)=alpha(3); aE( n1)=alpha(4); end %3.位移、角速度、角加速度、和牛头刨床图形输出 figure?); n1=1:459; t=( n1-1)*2*pi/360; subplot(2,2,1); %绘角位移及位移线图 plot(t,theta3*du,'r-.'); grid on;
(完整版)牛头刨床运动分析实例
例： 如图所示为一牛头刨床的机构运动简图。设已知各构件尺寸为：1125mm l =， 3600mm l =，4150mm l =，原动件1的方位角1=0~360θ??和等角速度1=1rad/s w 。试用 矩阵法求该机构中各从动件的方位角、角速度和角加速度以及E 点的位移、速度和家速度的运动线图。 解：先建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及方位角。其中共有四个未知量3θ、4θ、3s 及 E s 。为求解需建立两个封闭矢量方程，为此需利用两个封闭图形ABCA 及CDEGC ，由此 可得， 613346,'E l l s l l l s +=+=+ (1-1) 写成投影方程为： 3311 33611334433446cos cos sin sin cos cos 0sin sin ' E s l s l l l l s l l l θθθθθθθθ==++-=+= (1-2) 解上面方程组，即可求得3θ、4θ、3s 及E s 四个位置参数，其中23θθ=。 将上列各式对时间取一次、二次导数，并写成矩阵形式，即可得以下速度和加速度方程式。 速度方程式：3331133331131334443344cos sin 00sin sin cos 00cos 0sin sin 1000cos cos 0E s l s s l w w l l w l l v θθθθθθθθθθ??--????????????????=??????---?????? ???????? g (1-3)
机构从动件的位置参数矩阵：333 33333443344cos sin 00sin cos 000sin sin 10cos cos 0s s l l l l θθθθθθθθ-????????---???? 机构从动件的的速度列阵：334E s w w v ?????? ???????? g 机构原动件的位置参数矩阵：1111sin cos 00l l θθ-???????????? 1w ：机构原动件的角速度 加速度方程式： 333 333333344433443333333 3333333 33344433344cos sin 00sin cos 000sin sin 10cos cos 0sin sin cos 00cos cos sin 000cos cos 00 sin sin E s s s l l l l w s s w w s s w l w l w l w l w θθθθαθθαθθαθθθθθθθθθθ??-???????????? ??---?? ???????? ----=-----g g g g 11131113144cos sin 000E l w s l w w w w v θθ? ???-????????? ?-????+????????????? ??????? ????g (1-4) 机构从动件的位置参数矩阵求导：3333333 33 33333333444333444sin sin cos 00cos cos sin 000cos cos 00sin sin 0w s s w w s s w l w l w l w l w θθθθθθθθθθ? ? ---??? ?-????--? ?--???? g g 机构从动件的的加速度列阵：334E s ααα?? ???? ???????? g g
机械原理课程设计-牛头刨床(完整图纸)
机械原理课程设计说明书 系部名称: 机电系 专业班级: 04机制三班 姓名： 学号: 0405110057 目录
. 概述 (3) 设计项目...............................1．设计题目 (4) 2．机构简介 (4) 3．设计数据 (4) 设计内容...............................1．导杆机构的设计 (5) 2.凸轮机构的设计 (12) 3.齿轮机构的设计 (17) 设计体会 (20) 参考文献 (21) 附图····························· 概述
. 一、机构机械原理课程设计的目的： 机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的 机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节。其基本目的在于： （１）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。 （２）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。 （３）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。 （４）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。 二、机械原理课程设计的任务： 机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。 三、械原理课程设计的方法： 机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。 [设计名称]牛头刨床 一．机构简介： 机构简图如下所示：
牛头刨床刨刀的往复运动机构
机械原理课程设计 计算说明书 课题名称：牛头刨床刨刀的往复运动机构 姓名： 院别：工学院 学号： 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机设1201 指导教师： 2014年6月7日
工学院课程设计评审表
目录 一．设计任务书 (4) 1.1 设计题目 (4) 1.2 牛头刨床简介 (4) 1.3 牛头刨床工作原理 (4) 1.4 设计要求及设计参数 (6) 1.5 设计任务 (7) 二．导杆机构的设计及运动分析 (8) 2.1 机构运动简图 (8) 2.2 机构运动速度多边形 (9) 2.3 机构运动加速度多边形 (11) 三．导杆机构动态静力分析 (14) 3.1 静态图 (14) 3.2 惯性力及惯性力偶矩 (14) 3.3 杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力 (15) 心得与体会 (21) 参考文献 (22)
一、设计任务书 1.1 设计题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构 1.2 牛头刨床简介： 牛头刨 床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生 产。 为了 适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。 1.3 牛头刨床工作原理： 牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。电动机经皮带传动和两对齿轮传动， 带动曲 牛头刨床外形图
牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析(含内容和排版简要说明)
青岛理工大学琴岛学院 课程设计说明书 课题名称：机械原理课程设计 学院：机电工程系 专业班级：机械设计制造及其自动化081 学号：20080201019 学生：刘浩然 指导老师：胡之杨 青岛理工大学琴岛学院教务处 2010 年12 月23 日
《机械原理课程设计》评阅书
目录 1摘要 (2) 1概述 (2) 2任务: (2) 2 运动分析: (4) 1. 工作原理及工艺动作过程 (4) 2 导杆机构的运动分析速度分析 (5) 速度分析 (5) 加速度分析 (6) 3导杆机构的动态静力分析 (8) 3.1 (8) 3.2分离3,4构件进行运动静力分析， (8) 4总结 (10) 5方案比较 (11) 6参考文献 (13)
1摘要 1概述 机械原理课程是高等学校机械类近机类专业本、专科学生较全面地运用已学过的知识，特别是机械原理部分已学过的知识的知识第一次较全面地对一项工程实际的应用问题从任务分析、调查研究、方案比较、方案确定、绘制出机构运动简图、进行机械运动和动力学分析与设计的基本训练，是该课程的一个重要实践环节。其目的在于运用已学过的知识培养学生创新能力，用创新思想确定出解决工程实际问题的方案及其有关尺寸，并学会将方案绘制出机构运动简图的能力。培养学生对确定的机构运动简图进行机构运动分析及动力分析，学会按任务进行调研、实验、查阅技术资料、设计计算、制图等基本技能。在此基础上初步掌握计算机程序的编制，并能用计算机解决工程技术问题。学会运用团队精神，集体解决技术难点的能力。 2任务: 1.按设计任务书要求调研、比较设计的可能方案，比较方案的优劣，最终确定所选最 优设计方案； 2.确定杆件尺寸； 3.绘制机构运动简图； 4.对机械行运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度、加速度； 构件的角位移、角速度、角加速度。列表，并绘制相应的机构运动线图如位移与原动件角曲线；速度与原动转角曲线；加速度与原动件转角曲线； 5.根据给定机器的工作要求，在此基础上设计飞轮；
牛头刨床机构运动分析报告
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： 2015年12月17日
目录 一问题描述........................................................ - 1 -二运动分析........................................................ - 1 - 2.1矢量法构建机构独立位置方程................................ - 1 - 2.2机构速度分析.............................................. - 2 - 2.3机构加速度分析............................................ - 2 - 2.4机构运动线图绘制.......................................... - 2 -三总结............................................................ - 4 -附录一：Matlab程序............................................... - 4 -
牛头刨床机构运动分析 一 问题描述 如图1-1所示的牛头刨床机构中，800h mm =，1360h mm =，2120h mm =， 200AB l mm =，960CD l mm =，160DE l mm =。设曲柄以等角速度15/rad s ω=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1-1 牛头刨床机构 二 运动分析 2.1矢量法构建机构独立位置方程 如图2-1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334,,,c S S θθ。 图2-1 坐标系建立
机械原理牛头刨床课程设计说明书
目录 一、设计题目与原始数据 ..................................... - 1 - 二、牛头刨床示意图......................................... - 2 - 三、导杆机构设计........................................... - 2 - 四、机构的运动分析......................................... - 4 - 五、机构动态静力分析....................................... - 9 - 六、飞轮设计.............................................. - 13 - 七、设计凸轮轮廓曲线...................................... - 15 - 八、齿轮设计及绘制啮合图 .................................. - 15 - 九、解析法................................................ - 16 -1．导杆机构设计 (16) 2．机构运动分析 (17) 3．凸轮轮廓曲线设计 (19) 4.齿轮机构设计 (22) 十、本设计的思想体会...................................... - 22 -参考文献.................................................. - 22 -附录.................................................. - 23 -
牛头刨床主体机构说明书
图2牛头刨床的主体结构 课程设计的内容包括： 1）牛头刨床主传动系统总体传动方案的设计 构思一个合理的传动系统。它可将电机的高速转动（1440转/分）变换为安装有刨刀的滑枕5的低速往复移动（要求有三挡速度：60，95，150次/分）。其中，将转动变为移动的装置（主体机构）采用图2所示的连杆机构。在构思机构传动方案时，能做到思路清晰，各部分的传动比分配合理，最后在计算机上绘出主传动机构的原理示意图。 2）牛头刨床主体机构的尺度综合 给定条件：刨头的最大行程H=500mm，行程速比系数k=2，各滑块的长度均为100mm，要求合理确定主体机构的其它尺度参数。 3）牛头刨床主体机构的运动分析 根据已定出的主体机构的尺度参数，按曲柄处于最低转速、滑枕处于 最大行程的工况对主体机构进行运动分析。设各具有旋转运动的构件对x轴的转角分别为iiθ,(为旋转构件的标号），相应的角速度和角加速度分别为ωi,εi；用解析法求出当曲柄转角θ1从刨刀处于最右侧时起，沿逆时针方向转动每隔100计算一组运动参数，其中包括：各杆的角位置、角速度、角加速度及刨刀的位置刀s（以最
右点为零点）、速度刀v 和加速度刀a ，应用计算机在同一幅图中绘出刨刀的位移曲线、速度曲线和加速度曲线，并分析计算结果的合理性。 4）牛头刨床主体机构的受力分析 设摆杆3的质心在其中点处，质量为40kg ，摆杆3对质心的转动惯量为3kg.m2；滑枕5的质量为50kg ，质心在E 点处；其余构件的质量和转动惯量以及运动的摩擦忽略不计。假定刨刀在空回行程不受力，在工作行程中 所受的阻力为水平力，其大小见图3，作用点在滑枕下方100mm 处。用解析法求出机构处于不同位置时应加在曲柄上的驱动力矩TN 以及各运动副的约束总反 力的大小和方向。 表1 方案 转速min)/(n 2r 机架 )(42mm l o o 工作行程H （mm) 行程速比系数K 连杆与导杆之比 B o B C L L 4/ 5 50 370 380 1.53 0.3 表2 方案（1） 导杆机构的动态静力分析 44L s o 6X s 6y s 4G 6G P p y 4s J mm N mm 2.kg m
牛头刨床机械原理课程设计5、12点
课程设计说明书—牛头刨床 1. 机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时,由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每次削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就
影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。 图1-1 1．导杆机构的运动分析 已知曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。 要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。 1.1设计数据
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。 设计 导杆机构的运动分析 内容 符号n2L O2O4L O2A L o4B L BC L o4s4xS6yS6 mm 单位r/mi n 方案 60 380 110 540 0.25l o4B0.5 l o4B240 50 Ⅲ 1.2曲柄位置的确定
(完整版)机械原理牛头刨床设计
牛头刨床设计 一、设计题目 (a) (b) 图 3-18 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图3－18a 。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，刨头 6 和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量。刨头左行时，刨刀切削，称空回行程。此时要求速度较高，以提高生产率。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构(图中未画)，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力(在切削的前后各有一段约H 05.0的空刀距离，见图3-18b )，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转．故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。 二、设计数据，见表3-1和表3-2 表3-1 方案 导杆机构的运动分析 导杆机构的动态静力分析 n 2 l O2O4 l O2A l O4B l BC l O4S4 x S6 y S6 G 4 G 6 P y p J S4 r/min mm N mm kg.m 2 1 60 380 110 540 0.25 l O4B 0.5l O4B 240 50 200 700 7000 80 1.1 2 64 350 90 580 0. 3 l O4B 0.5l O4B 200 50 220 800 9000 80 1.2 3 72 430 110 810 0.36 l O4B 0.5l O4B 180 40 220 620 8000 100 1.2 表3-2 方 飞轮转动惯量的确定 凸轮机构设计 齿轮机构的设计
基于proe的牛头刨床的运动仿真-开题报告
青岛工学院 毕业设计 开题报告 题目基于Pro/E的牛头刨床机构的运动仿真系、中心机电工程系 专业年级09级机械设计制造及其自动化 姓名刘玉伟 学号200904105112 指导教师张丽 2012年10月16日
二、文献综述 国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献 1.国内外研究现状、发展动态 牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。 牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。它的主要五大特点有： 1、牛头刨床的工作台能左右回转角度，工作台具有横向和升降的快速移动机构；用以刨削倾斜的平面，从而扩大了使用范围。 2、刨床的进给系统采用凸轮机构，有10级进给量。改变走刀量，也非常方便。 3、牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时，走刀自行打滑，无损机件保证机床的正常运行。 4、滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面，均有油泵打出的润滑油进行循润滑。 5、牛头刨床装有离合器及制动停车机构，所以在变换速度，启动机床及停