机械原理大作业牛头刨床.docx
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机械原理大作业牛头刨床
机械原理大作业——牛头刨床
大作业，一，
平面连杆机构的运动分析
题号:
6
班级:
姓名:
学号:
同组者:
成绩:
完成时间:
题目、原始数据及要求............................................................................................1一平面连杆机构运动分析方程...............................................................................1
1.1速度计算公式......................................................................................2
1.2加速度计算公式...................................................................................2二程序.....................................................................................................................3
2.1计算程序框图..........................................................................................3
2.2计算源程序..............................................................................................4三3.1（一组数据Lab=200mm）计算结果...................................................9
3.2运动线图....................................................................................................10
3.3体会.........................................................................................................12四4.1（第二组数据Lab=150mm）计算结果....................................................12
4.2运动线图...............................................................................................13
4.3体会.........................................................................................................15五5.1（第三组数据Lab=220mm）计算结果....................................................16
5.2运动线图...................................................................................................17
5.3体会...........................................................................................................21六参考资料......................................................................................................21
题目、原始数据及要求:
图所示为一牛头刨床（?
级机构）。
设已知各构件的尺寸如下所示，又如原动件1（AB杆）以角速度ψ1=1rad/s沿逆时针方向回转，试求各从动件的位移、角速度及角加速度以及刨头C点的位移、速度及加速度的变化情况。
第六组数据（6-A，6-B，6-C）:
Lcd=960mm，Lde=160mm，h=900mm，h1=460mm，h2=120mmA:
Lab=200mm
B:
Lab=150mm
C:
Lab=220mm
要求:
每组至少打印一份源程序，每个同学计算出原动件从0?
到360?
时（计算点数N=36）所要求各运动变量的大小，并绘制出各组相应的运动线图。
一平面连杆机构运动分析方程:
先建立一直角坐标系。
其中共有四个未知量θ3、θ4、S3及Sc。
为求解需要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
L4+L3=Le+Sc;La’+L1=S3+L4
并写成投影方程为
L4*cos4+L3*cos3-Sc=0,,
L4*sin4+L3*sin3-Le=0,La'*cos1+L1*cos1-S3*cos3-L4*cos4=0,,,,
La'*sin1+L1*sin1-S3*sin3-L4*sin4=0,,,,
、θ4、S3及Sc四个运动变量，而滑块2的方位角由以上各式即可求得θ3
θ2=θ3。
然后，分别将上列各式对时间取一次、二次导数，并写成矩阵形式，即得以
下速度和加速度方程式
速度计算公式:
-L4*sin4,-L3*sin3,-1,040,,,，，，，，，
,,,,,L4*cos4,L3*cos3,0,030,,,,,,,,,*,
,,,,,L4*sin4,S3*sin3,0,-cos3L1*1*sin1c,,,,,,
,,,,,-L4*cos4,-S3*cos3,0,-sin33-L1*1*cos1S,,,,,，，，，，，
加速度计算
-L4*sin4,-L3*sin3,-1,04,,,，，，，
,,,L4*cos4,L3*cos3,0,03,,,,,,,*,,,,,L4*sin4,S3*sin3,0,-cos3ac,,,
,,,-L4*cos4,-S3*cos3,0,-sin33S,,,，，，，
-L4*4*cos3,-L3*3*cos3,0,04,，，，，,,,,
,,,-L4*4*sin3,-L3*3*sin3,0,03,,,,,,,,,,*，
,,,L4*4*cos3,S3*sin3+S3*3*cos3,0,3*sin3;c,,,,,,,,
,,,L4*4*sin4,-S3*cos3+S3*3*sin3,0,-3*cos33S,,,,,,,，，，，
0，，
,0,,1*,L1*1*cos3,,,,,,L1*1*sin3，，,,
二程序
2.1计算程序框图:
开始
读入LabLcdLdehh1h2
w1
计算θ3、θ4、S3及Sc
计算w3、w4、Vc
计算α3α4αc
输出θ3θ4S3Scw3、
w4Vcα3α4αc
结束
2.2计算源程序:
（1）数据输入程序
使用Matlabguide设计的界面输入原始数据，使数据输入方便，变化灵活，结:
disp（'牛头刨床（?
级机构）:
'）;
L1=str2num（get（handles.edit1,'string'））;L3=str2num（get（handles.edit2,'string'））;L4=str2num（get（handles.edit3,'string'））;H=str2num（get（handles.edit4,'string'））;Y=str2num（get（handles.edit5,'string'））;X=str2num（get（handles.edit6,'string'））;W1=1;n=36;
fprintf（'Lab=%d\nLcd=%d\nLde=%d\nH（Yce）=%d\nXae=%d\nYae=%d\n角速度W1=%drad/s\n计算点数n=%d\n',L1,L3,L4,H,X,Y,W1,n）;
（2）解方程源程序
functionpushbutton1_Callback（hObject,eventdata,handles）
L=sqrt（X^2+Y^2）;
th0=atan（Y/X）;
th1=0:
2*pi/n:
2*pi;
opt=optimset（'display','off'）;
ths=zeros（length（th1）,4）;
t=[0.10.788];
fori=1:
length（th1）
ths（i,:
）=fsolve（@Work,t,opt,th1（i）,th0,L3,L4,H,L,L1）;
t=ths（i,:
）;
end
d=calculate（ths,n,L1,L3,L4,W1）;
ths（:
4）=[];
th1=th1.*（180/pi）;
data=[th1'thsd];
title={'转角';'杆CD转角';'杆DE转角';'C点位移';'杆CD角速度';'杆DE角速度';'C
点速度';'杆CD加速度';'杆DE加速度';'C点加速度'};
xlswrite（'data.xls',title'）;
xlswrite（'data.xls',data,'A2:
J38'）;
disp（'计算点的运动量在当前文件夹下data.xls文件内'）;
functionf=Work（th,th1,th0,L3,L4,H,L,L1）
f=[L3*cos（th
（1））+L4*cos（th
（2））-th（3）;...
L3*sin（th
（1））+L4*sin（th
（2））-H;...
L*cos（th0）+L1*cos（th1）-th（4）*cos（th
（1））-L4*cos（th
（2））;...
L*sin（th0）+L1*sin（th1）-th（4）*sin（th
（1））-L4*sin（th
（2））];
（3）画运动线图源程序
function[data]=calculate（ths,N,L1,L3,L4,W1）th1=0:
2*pi/N:
2*pi;
C=zeros（4,length（th1））;
figure
（1）
x=th1.*（180/pi）;y1=ths（:
1）'.*（180/pi）;y2=ths（:
2）'.*（180/pi）;y3=ths（:
3）';
clfreset,h_ap=axes（'Position',[0.13,0.13,0.7,0.75]）;
set（h_ap,'Xcolor','b','Ycolor','b','Xlim',[0,360],'Ylim',[-30,330]）;
nx=12;ny=12;
pxtick=0:
（360/nx）:
360;pytick=-30:
（390/ny）:
360;set（h_ap,'Xtick',pxtick,'Ytick',pytick,'Xgrid','on','Ygrid','on'）
line（x,y1,'Color','b'）;
text（x（1,8）,y1（1,8）,'CD杆角度θ3','Color','b'）;
line（x,y2,'Color','k'）;
text（x（1,16）,y2（1,16）,'ED杆角度θ4'）
set（get（h_ap,'Xlabel'）,'String','AB杆角度θ1/（?
）'）
set（get（h_ap,'Ylabel'）,'String','θ3、θ4/（?
）'）
%plot（x,y1,'b*'）;plot（x,y2,'kx'）;
h_at=axes（'Position',get（h_ap,'Position'））;set（h_at,'Color','none','Xcolor','r','Ycolor','r'）;set（h_at,'Xaxislocation','top'）
set（h_at,'Yaxislocation','right','Ydir','rev'）set（h_at,'Xlim',[0,360],'Ylim',[-1200,1200]）tytick=-1200:
（2400/ny）:
1200;
set（h_at,'Xtick',pxtick,'Ytick',tytick）
line（x,y3,'Color','r','Parent',h_at）;
text（x（1,24）,y3（1,24）,'C点行程Sc','Color','r','Parent',h_at）
set（get（h_at,'Xlabel'）,'String','AB杆角度θ1/（?
）'）
set（get（h_at,'Ylabel'）,'String','Sc/（m）'）%plot（x,y3,'ro','Parent',h_at）
fori=1:
length（th1）
A=[-L4*sin（ths（i,2））-L3*sin（ths（i,1））-10;...
L4*cos（ths（i,2））L3*cos（ths（i,1））00;...
L4*sin（ths（i,2））（ths（i,4））*sin（ths（i,1））0-cos（ths（i,1））;...
-L4*cos（ths（i,2））-（ths（i,4））*cos（ths（i,1））0-sin（ths（i,1））];
B=[0;0;L1*W1*sin（th1（i））;-L1*W1*cos（th1（i））];
C（:
i）=inv（A）*B;
end
W4=C（1,:
）;W3=C（2,:
）;Vc=C（3,:
）;S3=C（4,:
）;
data（:
2）=C（1,:
）';data（:
1）=C（2,:
）';data（:
3）=C（3,:
）';figure
（2）
y1=W3;y2=W4;y3=Vc;
clfreset,h_ap=axes（'Position',[0.13,0.13,0.7,0.75]）;set（h_ap,'Xcolor','b','Ycolor','b','Xlim',[0,360],'Ylim',[-2,4]）;
nx=12;ny=12;
pxtick=0:
（360/nx）:
360;pytick=-2:
（6/ny）:
4;
set（h_ap,'Xtick',pxtick,'Ytick',pytick,'Xgrid','on','Ygrid','on'）
line（x,y1,'Color','b'）;
text（x（1,8）,y1（1,8）,'CD杆角速度W3','Color','b'）;
line（x,y2,'Color','k'）;
text（x（1,16）,y2（1,16）,'ED杆角速度W4'）
）'）set（get（h_ap,'Xlabel'）,'String','AB杆角度θ1/（?
set（get（h_ap,'Ylabel'）,'String','W3、W4/（rad/s）'）
h_at=axes（'Position',get（h_ap,'Position'））;set（h_at,'Color','none','Xcolor','r','Ycolor','r'）;set（h_at,'Xaxislocation','top'）
set（h_at,'Yaxislocation','right','Ydir','rev'）set（h_at,'Xlim',[0,360],'Ylim',[-1200,1200]）line（x,y3,'Color','r','Parent',h_at）;
text（x（1,24）,y3（1,24）,'C点速度Vc','Color','r','Parent',h_at）tytick=-1200:
（2400/ny）:
1200;
set（h_at,'Xtick',pxtick,'Ytick',tytick）
set（get（h_at,'Xlabel'）,'String','AB杆角度θ1/（?
）'）
set（get（h_at,'Ylabel'）,'String','Vc/（m/s）'）fori=1:
length（th1）
B=[-L4*W4（i）*cos（ths（i,2））L3*W3（i）*cos（ths（i,1））00;...
-L4*W4（i）*sin（ths（i,2））-L3*W3（i）*sin（ths（i,1））00;...
L4*W4（i）*cos（ths（i,2））S3（i）*sin（ths（i,1））+（ths（i,4））*cos（ths（i,1））0
W3（i）*sin（ths（i,1））;...
L4*W4（i）*sin（ths（i,2））-S3（i）*cos（ths（i,1））+（ths（i,4））*sin（ths（i,1））0
-W3（i）*cos（ths（i,1））];
D=[0;0;L1*W1^2*cos（th1（i））;L1*W1^2*sin（th1（i））];
E=[W4（i）;W3（i）;Vc（i）;S3（i）];
C（:
i）=inv（A）*（-B*E+D）;
end
a4=C（1,:
）;a3=C（2,:
）;ac=C（3,:
）;
figure（3）
data（:
5）=C（1,:
）';data（:
4）=C（2,:
）';data（:
6）=C（3,:
）';y1=a3;y2=a4;y3=ac;
clfreset,h_ap=axes（'Position',[0.13,0.13,0.7,0.75]）;set（h_ap,'Xcolor','b','Ycolor','b','Xlim',[0,360],'Ylim',[-1,5]）;
nx=12;ny=12;
pxtick=0:
（360/nx）:
360;pytick=-1:
（6/ny）:
5;
set（h_ap,'Xtick',pxtick,'Ytick',pytick,'Xgrid','on','Ygrid','on'）
line（x,y1,'Color','b'）;
text（x（1,8）,y1（1,8）,'CD杆角加速度α3','Color','b'）;
line（x,y2,'Color','k'）;
text（x（1,16）,y2（1,16）,'DE杆角加速度α4'）
set（get（h_ap,'Xlabel'）,'String','AB杆角度θ1/（?
）'）
set（get（h_ap,'Ylabel'）,'String','α3、α4/（rad/s^{2}）'）
h_at=axes（'Position',get（h_ap,'Position'））;set（h_at,'Color','none','Xcolor','r','Ycolor','r'）;
set（h_at,'Xaxislocation','top'）
set（h_at,'Yaxislocation','right','Ydir','rev'）set（h_at,'Xlim',[0,360],'Ylim',[-1200,1200]）line（x,y3,'Color','r','Parent',h_at）;text（x（1,24）,y3（1,24）,'C点加速度ac','Color','r','Parent',h_at）
）'）set（get（h_at,'Xlabel'）,'String','AB杆角度θ1/（?
set（get（h_at,'Ylabel'）,'String','ac/（rad/s^{2}）'）
tytick=-1200:
（2400/ny）:
1200;
set（h_at,'Xtick',pxtick,'Ytick',tytick）
（4）画运动示意图源程序
%画运动示意图
x=L4*cos（ths（:
2）'）;
y=L4*sin（ths（:
2）'）;
xx=x+L3*cos（ths（:
1）'）;
yy=y+L3*sin（ths（:
1）'）;
x1=X+L1*cos（th1）;
y1=Y+L1*sin（th1）;
n=3;
whilen
fori=1:
length（th1）-1
axes（handles.axes1）;
a=[0x（i）xx（i）xx（i）+200xx（i）-800];
b=[0y（i）yy（i）yy（i）yy（i）];
plot（a,b）
holdon
a=[Xx1（i）];
b=[Yy1（i）];
plot（a,b）
holdoff
axis（[-10001000-1001000]）
pause（0.1）;
drawnow;
end
n=n-1;
end
三3.1（一组数据Lab=200mm）计算结果:
θθ3θ4α3α4αcScW3W4Vc
01.241166-0.052470.52910.158023-0.30732-146.090.229299-0.3089-218.176101.271697-0.10883441.92640.189229-0.33654-179.4430.15799-0.11399-152.338201.306571-0.16755408.4740.209104-0.33231-202.6410.1109410.019387-107.068301.344364-0.2237371.53530.223316-0.3085-219.8610.0771640.120768-73.1847401.38436-0.27446331.95530.23468-0.27115-233.1470.0507890.206435-45.9384501.426206-0.31771290.31610.244703-0.2227-243.5940.0290180.284061-23.2507601.469751-0.35159247.05050.25426-0.16392-251.8770.0106580.356439-4.49216701.514964-0.37433202.4920.26388-0.09493-258.483-0.004750.42364310.22401
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