牛头刨床说明书.docx
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牛头刨床说明书
机械原理课程设计说明书
题目：
牛头刨床机构方案分析
2009年11月5日
一、机构简图和已知条件
（图a,b）所示为两种牛头刨床主机构的运动简图，已知，l1=0.1m,l0=0.4m,l3=0.75m,l4=0.15m,ly=0.738m,l′3=0.375m,a=0.05m,b=0.15,c=0.4m,d=0.1m。
只计构件3、5的质量，其余略去不计，m3=30kg,Js3=0.7kg·m2,m5=95kg。
工艺阻力Q如图所示，Q=9000N。
主轴1的转速为60r/min（顺时针方向），许用运转不均匀系数[δ]=0.03。
二、滑枕初始位置及行程H的确定方法
滑枕初始位置为主动件在机架左侧垂直3构件时对应的位置，此时滑枕达到左极限位置；滑枕行程H的确定方法由运动分析的结果读出。
方案a滑枕5的左极限为-0.337，右极限为0.038，所以行程H为0.375；方案b滑枕5的左极限为-0.187，右极限为0.187，所以行程H为0.374。
三、杆组的拆分方法及所调用的杆组子程序中虚参与实参对照
方案a：
拆分杆组：
杆组子程序中虚参与实参对照表：
1）调用bark函数求2点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
2）调用rprk函数求构件3的运动参数。
形式参数
m
n1
n2
k1
k2
r1
r2
vr2
ar2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
3
2
3
2
0.0
&r2
&vr2
&ar2
t
w
e
p
vp
ap
3）调用bark函数求4点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
4
3
0.0
r34
0.0
t
w
e
p
vp
ap
4）调用rrpk函数求5点的位置和5构件的运动参数。
形式参数
m
n1
n2
n3
k1
k2
k3
r1
r2
vr2
ar2
t
w
e
p
vp
ap
实值
-1
4
6
5
4
5
6
r45
&r2
&vr2
&ar2
t
w
e
p
vp
ap
5）调用bark函数求构件3的质心9点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
9
3
0.0
r34/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
6）调用bark函数求构件5的8点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
8
5
0.0
r58
-161.56*dr
T
w
e
p
vp
ap
7）调用bark函数求构件5的工艺阻力7点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
T
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
7
5
0.0
r57
165.96*dr
T
w
e
p
vp
ap
8）调用rrpf函数求5点的反作用力。
形式参数
n1
n2
n3
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
实值
4
10
5
0
8
0
7
7
4
5
p
vp
ap
t
w
e
fr
9）调用rprf函数求2点的反作用力。
形式参数
n1
n2
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
实值
3
2
9
0
4
0
0
3
2
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
10）调用barf函数求1点的反作用力。
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实值
1
0
2
1
p
ap
e
fr
&tb
方案b：
拆分杆组：
杆组子程序中虚参与实参对照表：
1）调用bark函数求2点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
2
0
1
r12
0.0
0.0
t
w
e
p
vp
ap
2）调用rprk函数求构件3的运动参数。
形式参数
m
n1
n2
k1
k2
r1
r2
vr2
ar2
t
w
e
p
vp
ap
实值
1
3
2
3
2
0.0
&r2
&vr2
&ar2
t
w
e
p
vp
ap
3）调用bark函数求4点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
4
3
0.0
r34
0.0
t
w
e
p
vp
ap
4）调用rppk函数求5点的位置和5构件的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
n4
k1
k2
k3
r1
gam1
gam2
r2
vr2
ar2
r3
vr3
ar3
实值
4
6
4
5
4
5
6
0.0
0.0
pi/2
&r2
&vr2
&ar2
&r3
&vr3
&ar3
形式参数
t
w
e
p
vp
ap
实值
t
w
e
p
vp
ap
5）调用bark函数求构件3的质心9点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
3
0
9
3
0.0
r34/2
0.0
t
w
e
p
vp
ap
6）调用bark函数求构件5的8点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
t
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
8
5
0.0
r58
-161.56*dr
T
w
e
p
vp
ap
7）调用bark函数求构件5的工艺阻力7点的运动参数。
形式参数
n1
n2
n3
k
r1
r2
gam
T
w
e
p
vp
ap
实值
5
0
7
5
0.0
r57
165.96*dr
T
w
e
p
vp
ap
8）调用rppf函数求5点的反作用力。
形式参数
n1
n2
n3
n4
ns1
ns2
nn1
nn2
next
k1
k2
k3
p
vp
实值
4
6
4
5
0
8
0
7
7
4
5
6
p
vp
形式参数
ap
t
w
e
fr
fk
pk
实值
ap
t
w
e
fr
fk
pk
9）调用rprf函数求2点的反作用力。
形式参数
n1
n2
ns1
ns2
nn1
nn2
nexf
k1
k2
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
实值
3
2
9
0
4
0
0
3
2
p
vp
ap
t
w
e
fr
fk
pk
10）调用barf函数求1点的反作用力。
形式参数
n1
ns1
nn1
k1
p
ap
e
fr
tb
实值
1
0
2
1
p
ap
e
fr
&tb
四、程序中主要标识符说明：
n:
关键点，k:
构件号，r：
距离，gam：
关键点位置角度，m：
装配模式，ns：
质心，nn：
外力作用点，fr：
运动副反力，bt：
反力方向fk：
内移动副反力，pk：
内移动副反力作用点，fe：
工艺阻力，tb：
平衡力矩，extf（）：
工艺阻力函数，nexf：
工艺阻力作用点，dr：
度转化弧度，sm:
质量，sj:
转动惯量，Td：
驱动力矩，Tr：
阻力矩，E：
盈亏功,b:
不均匀系数，Jf：
飞轮转动惯量
五、飞轮转动惯量的计算方法：
（1）一周期内驱动力矩功等于阻力功，所以有：
Φt*Td=1/2*△φ（Tro+Tr1）+1/2*△φ（Tr1+Tr2）+···+1/2*△φ（Trn-1+Trn）
因为Trn=Tro，所以由上式可得：
Td=△φ/Φt∑Tri=1/n∑Tri
（2）间隔i-1、i内的盈亏功变化量△Ε：
△Ε=△φTd-1/2*△φ（Tri+Tri-1）
（3）计算各点的盈亏功Εi:
Εi=Εi-1+△Ε
（4）找出最大和最小盈亏功：
Εmax,Εmin
（5）计算飞轮转动惯量Jf：
Jf=（Εmax-Εmin）/W㎡[δ]
六、自编程序及运行结果
1）运动分析
方案a程序：
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;
doubler12,r45,r34;
doubler2,vr2,ar2;
doublepi,dr;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"p","vp","ap"};
r12=0.1;r45=0.15;r34=0.75;
pi=4.0*atan（1.0）;
w[1]=-2*pi;t[6]=0.0;
w[6]=0.0;e[6]=0.0;
e[1]=0.0;del=15.0;
p[3][1]=0.0;p[3][2]=-0.4;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;
p[6][1]=0.0;p[6][2]=0.338;
dr=pi/180.0;
t[6]=0.0*dr;
printf（"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
printf（"NoTHETA1S5V5A5\n"）;
printf（"degmm/sm/s/s\n"）;
if（（fp=fopen（"file1","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETA1S5V5A5\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[1]=（double）（270*dr-acos（0.1/0.4）-（i）*del*dr）;
bark（1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rprk（1,3,2,3,2,0.0,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（3,0,4,3,0.0,r34,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rrpk（-1,4,6,5,4,5,6,r45,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]）;
pdraw[i]=p[5][1];
vpdraw[i]=vp[5][1];
apdraw[i]=ap[5][1];
if（（i%16）==0）
{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m）;
}
运行结果：
TheKinematicParametersofPoint5
NoTHETA1S5V5A5
degmm/sm/s/s
1194.478-0.3370.0007.251
2179.478-0.3310.2735.878
3164.478-0.3150.4924.688
4149.478-0.2910.6653.611
5134.478-0.2600.7942.593
6119.478-0.2250.8821.623
7104.478-0.1870.9300.715
889.478-0.1480.942-0.123
974.478-0.1090.921-0.903
1059.478-0.0720.867-1.668
1144.478-0.0370.781-2.495
1229.478-0.0070.657-3.470
1314.4780.0170.489-4.671
14-0.5220.0330.265-6.108
15-15.5220.038-0.022-7.660
16-30.5220.030-0.371-9.000
17-45.5220.006-0.762-9.578
18-60.522-0.033-1.148-8.646
19-75.522-0.088-1.450-5.459
20-90.522-0.152-1.571-0.054
21-105.522-0.216-1.4505.699
22-120.522-0.270-1.1289.210
23-135.522-0.308-0.7239.820
24-150.522-0.330-0.3338.746
25-165.522-0.3370.0007.251
方案a滑枕的位移、速度和加速度线图：
注：
说明书中的各种线图都是按步长为1.0时运行的。
方案b程序：
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"draw.c"
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],pdraw[370],vpdraw[370],apdraw[370];
staticintic;
doubler12,r34;
doubler2,vr2,ar2,r3,vr3,ar3;
doublepi,dr;
inti;
FILE*fp;
char*m[]={"p","vp","ap"};
r12=0.1;r34=0.75;
pi=4.0*atan（1.0）;
w[1]=-2*pi;t[6]=0.0;
w[6]=0.0;e[6]=0.0;
e[1]=0.0;del=15.0;
p[3][1]=0.0;p[3][2]=-0.4;
p[1][1]=0.0;p[1][2]=0.0;
p[6][1]=0.0;p[6][2]=0.338;
dr=pi/180.0;
t[6]=0.0*dr;
printf（"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
printf（"NoTHETA1S5V5A5\n"）;
printf（"degmm/sm/s/s\n"）;
if（（fp=fopen（"file1","w"））==NULL）
{
printf（"Can'topenthisfile.\n"）;
exit（0）;}
fprintf（fp,"\nTheKinematicParametersofPoint5\n"）;
fprintf（fp,"NoTHETA1S5V5A5\n"）;
fprintf（fp,"degmm/sm/s/s"）;
ic=（int）（360.0/del）;
for（i=0;i<=ic;i++）
{
t[1]=（double）（270*dr-acos（0.1/0.4）-（i）*del*dr）;
bark（1,2,0,1,r12,0.0,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rprk（1,3,2,3,2,0.0,&r2,&vr2,&ar2,t,w,e,p,vp,ap）;
bark（3,0,4,3,0.0,r34,0.0,t,w,e,p,vp,ap）;
rppk（4,6,4,5,4,5,6,0.0,0.0,pi/2,&r2,&vr2,&ar2,&r3,&vr3,&ar3,t,w,e,p,vp,ap）;
printf（"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]）;
fprintf（fp,"\n%2d%12.3f%12.3f%12.3f%12.3f",i+1,t[1]/dr,
p[5][1],vp[5][1],ap[5][1]）;
pdraw[i]=p[5][1];
vpdraw[i]=vp[5][1];
apdraw[i]=ap[5][1];
if（（i%16）==0）
{getch（）;}
}
fclose（fp）;
getch（）;
draw1（del,pdraw,vpdraw,apdraw,ic,m）;
}
运行结果：
TheKinematicParametersofPoint5
NoTHETA1S5V5A5
degmm/sm/s/s
1194.478-0.1880.0007.402
2179.478-0.1820.2785.940
3164.478-0.1650.4974.634
4149.478-0.1410.6663.503
5134.478-0.1100.7912.513
6119.478-0.0750.8771.619
7104.478-0.0380.9270.782
889.4780.0010.942-0.028
974.4780.0400.924-0.839
1059.4780.0780.872-1.679
1144.4780.1130.784-2.578
1229.4780.1430.656-3.577
1314.4780.1670.484-4.719
14-0.5220.1820.260-6.037
15-15.5220.187-0.022-7.507
16-30.5220.180-0.365-8.923
17-45.5220.156-0.757-9.714
18-60.5220.117-1.151-8.856
19-75.5220.062-1.458-5.403
20-90.522-0.002-1.5710.210
21-105.522-0.066-1.4425.731
22-120.522-0.120-1.1268.993
23-135.522-0.159-0.7299.698
24-150.522-0.181-0.3398.835
25-165.522-0.1870.0007.402
方案b滑枕的位移、速度和加速度线图：
方案a和方案b的运动比较，由运行结果和运动线图知：
方案a和方案b运动的情况相似，但方案a去时的速度的速度不均匀系数
=1.501，回时的速度不均匀系数
=1.7448；方案b去时的速度不均匀系数
=1.507，回时的速度不均匀系数
=1.745。
方案a去时的平均速度大于方案b去时的平均速度，回来时的方案a的平均速度小于方案b的平均速度。
2）静力分析
方案a程序：
#include"graphics.h"
#include"subk.c"
#include"subf.c"
#include"draw.c"
main（）
{
staticdoublep[20][2],vp[20][2],ap[20][2],del;
staticdoublet[10],w[10],e[10],tbdraw[370],tb1draw[370];
staticdoublesita1[370],fr
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