牛头刨床机构运动分析
牛头刨床运动分析
连杆机构运动分析机构运动分析的解析法有多种，其中比较常用的有矢量方程解析法、矩阵法和复数矢量法等。
用解析法作机构运动分析时，首先建立机构的位置方程，然后将其对时间求一次、二次导数，可以得到机构的速度方程和加速度方程，完成运动分析。
例3-1 图示为一牛头刨床的结构简图。
设已知各构件的尺寸为：，，，，。
并知原动件1 的方位角和等角速度。
求导杆3 的方位角，角速度及角加速度3ε和刨头5上点E 的位移，速度和加速度。
解：该牛头刨床为一个六杆机构。
先建立一直角坐标系如图，并标出各杆矢及各杆矢的方位角。
其中共有四个未知量、、、。
为求解需建立两个封闭矢量方程，为此需利用两个封闭图ABCA 及CDEGC 。
（1）求导杆3 的角位移，角速度和角加速度，由封闭形ABCA 可得写成复数形式为313126θθπi i ie s e l e l =+ （a ）展开得解上述两式可得因式中分子分母均为正，故知在第一象限。
式（a ）对时间t 求导，注意为变量，有33133311θθθωωi i i e dtds ie s ie l += （b ） 展开后可得m/srad/s （逆时针方向）再将式（b ）对时间t 求导，则有 3333133232233332112θθθθθωωεωi i i i i ie dt dse dts d es ies e l ++-=- （c ）展开后可求得1471.0/]2)s i n ([333132113=--=s dtds l ωθθωε rad/s 2 (逆时针方向)m/s 2其方向与相反。
（2）求刨头上点E 的位移，速度和加速度。
由封闭形CDEGC 可得写成复数形式为 E ii i s el el e l +=+2'64343πθθ （d ）展开得解之得由机构简图知在第二象限，故=175.3266º,而m式（d ）对时间t 求导可得dtds ie l ie l Ei i =+434433θθωω （e ） 解之得rad/s (逆时针方向)m/s其方向与相反。
牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计
机械工程学院机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计专业：机械设计制造及其自动化班级：13级姓名：学号指导教师：侍红岩2016年 1 月 4 日目录1 设计任务 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 工作原理及工艺动作过程 (1)1.3 原始数据及设计要求 (1)1.4 设计任务 (2)2 系统传动方案设计 (3)2.1 曲柄滑块机构与摆动导杆机构 (3)2.2 齿轮和摆动导杆机构 (4)2.3 执行机构方案的比较 (5)2.4 执行机构方案的确定 (5)3 机构运动简图及数据分析 (7)3.1 机械结构简图 (7)3.2 牛头刨床数据分析 (8)4 机构运动分解 (10)5 主机构受力分析 (11)5.1 各运动副反力 (11)5.2 曲柄机构平衡力矩 (14)参考文献 (16)1 设计任务1.1 设计题目牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计。
1.2 工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，整个机构的运转是由原动件1带动杆2的，通过连杆3推动滑块4运动；从而实现刨刀的往复运动。
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；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。
1.3 原始数据及设计要求图1-1已知行程比系数K=1.4原动件曲柄1转速n1=60r/min，刨刀5行程H=400mm，其它参数为，L4=220mm，L5=180mm，L6=350mm，L |3=L3/2，H1=100mm，H2尺寸应满足传动角尽可能大；故刨刀5移动导路位于D点圆弧轨迹弦高一半处；构件重量分别为G2=200N，G5=700N，质心位于S3、S5处；构件3绕质心转动惯量J S3=1.1kg.m2,回程阻力为零，其它忽略不计。
刨刀工作阻力如图1-1所示，回程阻力为零，其它条件忽略不计。
表 11.4 设计任务（1）绘制机构运动简图。
牛头刨床的运动和动力分析
二、牛头刨床的运动、动力分析[H,L1]=solve('H=300','L1=(270*H)/(2*550)',' H','L1')H =300L1 =810/11>> [N1,W1]=solve('N1=23',' W1=(N1*2*PI)/60','N1','W1')N1 =23W1 =23/30*PI一、任务根据牛头刨床的机构简图及必要的数据，进行机构的运动学和动力学分析，并给出刨头的位移、速度、加速度和曲柄平衡力矩的曲线。
二、已知条件1、机构运动简图2、机构尺寸mm a 270=， mm b 520=， mm l 5503=， mm l 1004=3、刨头行程和曲柄转速行程mm H 420=， 转速min /891r n =4、刨头的切削阻力工作行程始终为1000N ，空程为0N 。
三、 表达式推导如图所示以A 点为坐标原点，平行刨头运动方向为x 轴，建立直角坐标系，标出各杆矢量及方位角。
由机构的结构分析有：过D 和D '做刨头所在导轨的垂线DG 和D 'G '，从图形中的角度关系易证明GE= G 'E '，所以有EE '=DD '及EE '=θsin 23l =H al l =132，因而我们可以得到312l aHl =1、推导出刨头()1ϕE E x x =，()1ϕE E v v =，()1ϕE E a a =的数学表达式。
（1） 位置分析由矢量封闭三角形ABC 可得封闭矢量方程为CB AB l l a=+即： 312ii i AB ae l e Se πϕϕ+= （1）应用欧拉公式θθθsin cos i e i +=，将（1）的虚部和实部分离得： 31sin sin ϕϕS l a AB =+ （2）31cos cos ϕϕS l AB = （3） 由上面两式求解可得： 当0cos 1=ϕ即21πϕ=或231πϕ=时，由（3）得 0cos 3=ϕ 及 23πϕ=当0cos 1≠ϕ时：113cos sin tan ϕϕϕAB AB l l a +=（4）此时按照机构结构简图及反正切的定义范围易得： 当0tan 3<ϕ时： 113c o s s i n a r c t a n ϕϕπϕAB AB l l a ++=当0tan 3>ϕ时： 113c o s s i n a r c t a nϕϕϕAB AB l l a +=由矢量封闭图形CFED 可得封闭矢量方程为D E CD FE CF l l l l+=+即： 43432ϕϕπi i iE e l e l be x +=+ （5）应用欧拉公式将（4）的虚部和实部分离得：4433cos cos ϕϕl l x E += （6） 4433sin sin ϕϕl l b += （7）由式（7）可得 4334sin sin l l b ϕϕ-=此时按照机构结构简图及反正弦函数的定义范围易得： 4334sin arcsinl l b ϕπϕ--= （8） 由这两个式子可以消去4ϕ，得到由1ϕ确定的E x 的公式：()()23323324sin cos ϕϕl b l x l E -+-= （9） 显然式（9）作为计算式时难以确定E x 的符号，因此在编程时我选择式（6）作为计算式。
牛头刨床的连杆机构运动分析
牛头刨床的连杆机构运动分析0 前言机构运动分析的任务是关于结构型式及尺寸参数已定的具体机构，按主动件的位置、速度和加速度来确信从动件或从动件上指定点的位置、速度和加速度。
许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量，运动参数又是机械动力学分析的依据，因此机构的运动分析是机械设计进程中必不可少的重要环节。
以运算机为手腕的解析方式，由于解算速度快，精准度高，程序有必然的通用性，已成为机构运动分析的要紧方式。
连杆机构作为在机械制造专门是在加工机械制造中要紧用作传动的机构型式，同其他型式机构专门是凸轮机构相较具有很多优势。
连杆机构采纳低副连接，结构简单，易于加工、安装并能保证精度要求。
连杆机构能够将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件，实现间歇运动，知足给定的运动要求，完成机械的工艺操作。
牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。
工作台的纵向往复运动是机床的主运动，实现工件的切削。
工作台的横向运动即是进给运动，实现对切削精度的操纵。
本文中只分析纵向运动的运动特性。
牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。
刨床工作时，通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。
刨刀右行时，当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量和提高切削质量。
当刨刀处于返回行程时，刨刀不工作，称为空行程，现在要求刨刀的速度较高以提高生产率。
由此可见，牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的阻碍。
1 牛头刨床的六连杆机构牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。
图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。
杆1为原动件，刨刀装在C点上。
假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度和刨刀C点的位移、速度和加速度的转变情形。
牛头刨床的连杆机构运动分析
牛头刨床的连杆机构运动分析0 前言机构运动分析的任务是对于结构型式及尺寸参数已定的具体机构，按主动件的位置、速度和加速度来确定从动件或从动件上指定点的位置、速度和加速度。
许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量，运动参数又是机械动力学分析的依据，所以机构的运动分析是机械设计过程中必不可少的重要环节。
以计算机为手段的解析方法，由于解算速度快，精确度高，程序有一定的通用性，已成为机构运动分析的主要方法。
连杆机构作为在机械制造特别是在加工机械制造中主要用作传动的机构型式，同其他型式机构特别是凸轮机构相比具有很多优点。
连杆机构采用低副连接，结构简单，易于加工、安装并能保证精度要求。
连杆机构可以将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件，实现间歇运动，满足给定的运动要求，完成机器的工艺操作。
牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。
工作台的纵向往复运动是机床的主运动，实现工件的切削。
工作台的横向运动即是进给运动，实现对切削精度的控制。
本文中只分析纵向运动的运动特性。
牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。
刨床工作时，通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。
刨刀右行时，当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳，以减小原动机的容量和提高切削质量。
当刨刀处于返回行程时，刨刀不工作，称为空行程，此时要求刨刀的速度较高以提高生产率。
由此可见，牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的影响。
1 牛头刨床的六连杆机构牛头刨床有很多机构组成，其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。
图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。
杆1为原动件，刨刀装在C点上。
假设已知各构件的尺寸如表1所示，原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转，要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度以及刨刀C点的位移、速度和加速度的变化情况。
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 =。
牛头刨床机构运动及动力分析
牛头刨床机构运动及动力分析编号：JYKS-JX-17-4-6**大学普通高等教育机械原理课程设计题目题号：牛头刨床机构运动及动力分析（C10）学院：机电工程学院专业班级：机械174学生姓名：**指导教师：**成绩：2020年7月1日目录课程设计题目、内容及其目的・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1第1章机构简介与设计数据・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・21.1机构简介C10位置简图及原理・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・21.2・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3第2章连杆分析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・42.1连杆机构的运动分析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・42.2对C10位置速度分析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・42.3对C10位置加速度分析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・52.4静力分析・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・7结论・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10参考文献・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・11・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・12课程设计题目、内容及其目的题目牛头刨床机构运动及动力分析(C10)内容牛头刨床主传动机构运动简图设计及分析，计算牛头刨床主传动机构在指定位置的速度、加速度、受力，绘制机构运动简图、速度多边形、加速度多边形、受力分析图、力多边形，以上内容手绘在A1图纸上，并整理说明书。
牛头刨床机构运动分析
目录一、概述1.1、课程设计的目的——————————————— 21.2、工作原理—————————————————— 21.3、设计要求—————————————————— 31.4、设计数据—————————————————— 41.5、创新设计内容及工作量———————————— 4二、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析2.1、方案分析—————————————————— 52.2、主传动机构尺寸的综合与确定————————— 52.2、杆组拆分—————————————————— 62.4、绘制刀头位移曲线图————————————— 7三、牛头刨床主传动机构的运动分析及程序3.1、解析法进行运动分析————————————— 83.2、程序编写过程（计算机C语言程序）—————— 103.3、计算数据结果——————————————— 123.4、位移、速度和加速度运动曲线图与分析————— 13四、小结心得体会——————————————————— 18五、参考文献参考文献——————————————————— 19一、概述1.1、课程设计的目的目的：机械课程创新设计是培养学生机械系统方案设计能力的技术基础课程，他是机制专业课程学习过程中的一个重要实践环节。
其目的是以机制专业课程的学习为基础，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专业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。
1.2、工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。
图1为其参考示意图。
电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。
(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： 331133611334433446cos 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⎡⎤--⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥---⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (1-3)机构从动件的位置参数矩阵：33333333443344cos 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 ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦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：333333333344433443333333333333333344433344cos sin 00sin cos 000sin sin 10cos cos 0sin sin cos 00cos cos sin 000cos cos 00sin 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⎡⎤-⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥---⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦----=-----11131113144cos sin 000E l w s l w w w w v θθ⎡⎤⎡⎤-⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦(1-4)机构从动件的位置参数矩阵求导：33333333333333333444333444sin 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⎡⎤---⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥--⎢⎥--⎢⎥⎣⎦机构从动件的的加速度列阵：334E s ααα⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦机构原动件的位置参数矩阵求导：111111cossinl wl wθθ-⎡⎤⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦主程序（matlab）：%牛头刨床运动分析主程序s;%x(1)——代表3θ；%x(2)——代表构件3的转角3θ；%x(3）——代表构件4的转角4s;%x(4)——代表E点的线位移El；%x(5)——代表1l;%x(6)——代表3l;%x(7)——代表4l;%x(8)——代表6l;%x(9）——代表'6w。
牛头刨床主传动机构运动方案分析
三、机构选型、方案分析及方案的确定方案一的运动分析及评价（1）运动是否具有确定的运动该机构中构件n=5。
在各个构件构成的的运动副中Pl=6,Ph=1.凸轮和转子、2杆组成运动副中有一个局部自由度，即F'=1。
机构中不存在虚约束。
.由以上条件可知：机构的自由度 F=3n-(2Pl+Ph-p')-F'=1机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。
（2）机构传动功能的实现在原动件凸轮1带动杆2会在一定的角度范围内摇动。
通过连杆3推动滑块4运动，从而实现滑块(刨刀)的往复运动。
（3）主传动机构的工作性能凸轮1的角速度恒定，推动2杆摇摆，在凸轮1随着角速度转动时，连杆3也随着杆2的摇动不断的改变角度，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在凸轮的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。
传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。
机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。
（4）机构的传力性能要实现机构的往返运动，必须在凸轮1和转子间增加一个力，使其在回转时能够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。
几何封闭为在凸轮和转子设计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。
机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。
但是在切削过程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。
杆2回受到弯力，因此对于杆2的弯曲强度有较高的要求。
同时，转子与凸轮1的运动副为高副，受到的压强较大。
所以该机构不适于承受较大的载荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。
该机构在设计上不存在影响机构运转的死角，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。
（5）机构的动力性能分析。
由于凸轮的不平衡，在运转过程中，会引起整个机构的震动，会影响整个机构的寿命。