牛头刨的运动分析.doc

东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 0 页 共 16 页 机械原理课程设计说明书 课题 牛头刨床设计牛头刨床设计 班 级 姓 名 学 号 指导教师 成 绩 2009 年 10 月 23 日 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 1 页 共 16 页 目录目录 1 1 设计任务 设计任务 3 2 2 设计参数 设计参数 4 3 3 机构的结构分析 机构的结构分析 5 4 4 主要设计计算过程 主要设计计算过程 6 5 导杆机构的运动分析 导杆机构的运动分析 7 5 1 机构的分解 7 5 2 主动件的运动分析 7 5 3 牛头刨床的运动主程序 7 5 4 牛头刨床的计算结果与曲线图 9 1 计算结果 9 2 曲线图 9 6 6 导杆机构的动态静力分析 导杆机构的动态静力分析 10 6 1 机构的分解 10 6 2 对主动件进行动态静力分析 10 6 3 动态静力分析程序 11 6 4 牛头刨床的计算结果与曲线图 14 1 计算结果 14 2 曲线图 15 7 7 收获和建议 收获和建议 16 8 8 参考文献 参考文献 16 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 2 页 共 16 页 课题 牛头刨床机构分析课题 牛头刨床机构分析 1 设计任务 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 刨床工作时 刨头 6 由曲柄 2 带动右行 刨刀进行切削 称为工作行 程 在切削行程 H 中 前后各有一段 0 05H 的空刀距离 工作阻力 F 为常数 刨刀左行时 即为空回行程 此行程无工作阻力 在刨刀空回行程时 凸轮 8 通过四杆机构带动棘轮机构 棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直 纸面方向上做一次进给运动 以便刨刀继续切削 设计要求对导杆机构进行运动分析 将导杆机构放在直角坐标系下 建立 参数化的数学模型 编程分析出刨头 6 的位移 速度 加速度 画出运动曲线 对导杆机构进行动态静力分析 通过建立机构仿真模型 并给系统加力 编制程序 求得杆组分析法下和简易求法下得到的平衡力矩曲线 并求反力矢 端曲线 a 机械系统示意图 b 刨头阻力曲线图 c 执行机构运动简图 图 1 牛头刨床 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 3 页 共 16 页 2 设计参数 题 号12345678910 转速 n2 r min 48495052504847556056 机架 lO2O4 mm 380350430360370400390410380370 工作行程 H mm 310300400330380250390310310320 行程速比系数 K 1 4 6 1 4 0 1 4 0 1 4 4 1 5 3 1 3 4 1 5 0 1 3 7 1 4 6 1 4 8 导 杆 机 构 运 动 分 析 连杆与导杆之 比 lBC lO4B 0 2 5 0 3 0 0 3 6 0 3 3 0 3 0 0 3 2 0 3 3 0 2 5 0 2 8 0 2 6 工作阻力 Fmax N 450 0 460 0 380 0 400 0 410 0 520 0 420 0 400 0 600 0 550 0 导杆质量 m4 kg 20202220222426282622 滑块 6 质量 m6 kg 70708080809080708060 导 杆 机 构 动 态 静 力 分 析 导杆 4 质心转 动惯量 Js4 kg m2 1 11 11 21 21 21 31 21 11 21 2 从动件最大摆 角 max 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 从动件杆长 lO9D mm 125135130122123124126128130132 许用压力角 40 38 42 45 43 44 41 40 42 45 推程运动角 0 75 70 65 60 70 75 65 60 72 74 远休止角 s 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 凸 轮 机 构 设 计 回程运动角 0 75 70 65 60 70 75 65 60 72 74 2 1 设计要求 电动机轴与曲柄轴 2 平行 刨刀刀刃 E 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 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 4 页 共 16 页 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 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 3 机构的结构分析 对结构的关键点编号并对机构拆分杆组 如图 2 6 为滑枕质心 9 为刨 刀作用点 4 主要设计计算过程 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 5 页 共 16 页 选择第 5 组数据 5 8 点水平距离为 0 15 垂直距离为 0 05 5 9 点水平距离为 0 4 垂直距离为 0 05 K 1 53 180 K 1 2 K 1 180 1 53 1 2 1 53 1 19 由工作行程分析知 BH H 2 0 38 2 0 190 从而 r34 BF BH sin 0 19 sin19 0 584 r12 OF sin 0 37 sin 19 0 112 r45 0 30 r34 0 30 0 584 0 175 FD r34 r45 cos r34 2 0 584 0 175 cos 19 0 584 2 0 651 以 O 点 1 点 为坐标原点 F 点 3 点 坐标为 0 0 37 D 点 6 点 坐标为 0 0 281 主动件初始角度 180 其中 主动件角速度 n2 2 60 50 2 60 5 236rad s 其余参数直接在表中取得 5 导杆机构的运动分析 5 1 机构的分解 把机构分解为主动件及杆组 本题可分解为主动件 构件组成的 RPR 杆组及 构件组成的 RRP 杆组 5 2 主动件的运动分析 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 6 页 共 16 页 1 调用 bark 函数求 2 点的运动参数 形式参数n1n2n3kr1r2gamtwep 实值1201r120 00 0twep 2 调用 rprk 函数求 3 点的运动参数 形式参数mn1n2k1k2r1r2vr2 实值 13232 0 0 r2 vr2 形式参数ar2twepvpap 实值 ar2twepvpap 3 调用 bark 函数求 4 点的运动参数 形式参数n1n2n3kr1r2gamtwep 实值3403r340 00 0twep 4 调用 rrpk 函数求 5 点的运动参数 形式参数mn1n2n3k1k2k3r1r2 实值 14654 5 6r45 r2 形式参数vr2ar2twepvpap 实值 vr2 ar2tpepvp ap 5 3 牛头刨床的运动主程序 include stdio h include graphics h 图形库 include subk c 运动子程序库 include draw c 绘图子程序库 main static double p 20 2 vp 20 2 ap 20 2 del static double t 10 w 10 e 10 pdraw 370 vpdraw 370 apdraw 370 创建数组用来储存数据 static int ic double r34 0 584 r12 0 112 r45 0 175 定义变量 对三个杆件长度赋初值 double r2 vr2 ar2 double pi 4 0 atan 1 0 dr pi 180 0 求 pi 和求弧度 int i FILE fp 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 7 页 共 16 页 e 1 0 0 w 1 5 236 del 10 0 设定步长 p 3 1 0 p 3 2 0 37 p 1 1 0 0 p 1 2 0 0 p 6 1 0 0 p 6 2 0 281 定坐标系 printf n The Kinematic Parametersof Point 5 n printf No HETA1 S5 V5 A5 n printf deg mm mm s mm s s n 在屏幕上写表头 if fp fopen file1 w NULL printf Can t open this file n exit 0 建立并打开文件 file1 fprintf fp n The Kinematic Parameters of Point 5 n fprintf fp No THETA1 S5 V5 A5 n fprintf fp deg m m s m s s n ic int 360 0 del for i 0 i0 else fe nexf 1 0 0 工艺阻力子函数 main 主函数 static double p 20 2 vp 20 2 ap 20 2 del static double t 10 w 10 e 10 tbdraw 370 tb1draw 370 static double sita1 370 fr1draw 370 sita2 370 fr2draw 370 sita3 370 fr3draw 370 fr3 bt3 static double fr 20 2 fe 20 2 fk 20 2 pk 20 2 static int ic double r12 r34 r37 r45 r58 r59 r210 gam8 gam9 double r2 vr2 ar2 r3 vr3 ar3 double fr1 bt1 fr2 bt2 we1 we2 we3 we4 we5 tb1 tb 定义变量 double pi 4 0 atan 1 0 dr pi 180 0 求 pi 和求弧度 int i FILE fp char m tb tb1 fr1 fr2 sm 1 0 0 sm 2 0 0 sm 3 22 0 sm 4 0 0 sm 5 80 0 sj 3 1 20 r12 0 1205 r34 0 584 r37 0 292 r45 0 1749 r58 0 158 r59 0 403 gam9 atan 1 8 gam8 atan 1 3 gam8 gam8 dr gam9 gam9 dr t 5 0 0 w 5 0 0 e 5 0 0 w 1 2 pi 50 60 e 1 0 0 赋初值 del 10 0 定步长 p 3 1 0 p 3 2 0 370 p 1 1 0 0 p 1 2 0 0 p 6 1 0 0 p 6 2 0 281 定义坐标系 赋定铰链值 printf n The Kineto static Analysis of Ntbc n 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 12 页 共 16 页 printf NO THETA1 FR1 BT1 FR4 BT4 TB TB1 n printf deg N deg N deg N m N m n 在屏幕上写表头 if fp fopen file w NULL printf Can t open this file n exit 0 printf fp n The Kineto static Analysis of Ntbc n printf fp NO THETA1 FR1 BT1 FR4 BT4 TB TB1 n printf fp deg N deg N deg N m N m n ic int 360 0 del for i 0 i ic i t 1 double 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 bark 3 4 0 3 r34 0 0 0 0 t w e p vp ap rrpk 1 4 6 5 4 5 6 r45 bark 3 0 7 3 0 0 r37 0 0 t w e p vp ap bark 5 0 8 5 0 0 r58 gam8 t w e p vp ap bark 5 0 9 5 0 0 r59 gam9 t w e p vp ap 调用运动分析子程序 rrpf 4 10 5 4 8 0 9 9 4 5 p vp ap t w e fr rprf 3 2 7 2 4 0 0 3 2 p vp ap t w e fr fk pk barf 1 1 2 1 p ap e fr extf p vp ap t w e 9 fe 调用静力分析子程序 fr1 sqrt fr 1 1 fr 1 1 fr 1 2 fr 1 2 bt1 atan2 fr 1 2 fr 1 1 fr3 sqrt fr 3 1 fr 3 1 fr 3 2 fr 3 2 bt3 atan2 fr 3 2 fr 3 1 we1 ap 1 1 vp 1 1 ap 1 2 9 81 vp 1 2 sm 1 e 1 w 1 sj 1 we2 ap 2 1 vp 2 1 ap 2 2 9 81 vp 2 2 sm 2 e 2 w 2 sj 2 we3 ap 7 1 vp 7 1 ap 7 2 9 81 vp 7 2 sm 3 e 3 w 3 sj 3 we4 ap 10 1 vp 10 1 ap 10 2 9 81 vp 10 2 sm 4 e 4 w 4 sj 4 we5 ap 8 1 vp 8 1 sm 5 fe 9 1 vp 8 1 tb1 we1 we2 we3 we4 we5 w 1 东北大学机械原理课程设计 牛头刨床设计 第 13 页 共 16 页 用简易方法求平衡力矩 printf n 2d 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f i 1 t 1 dr fr1 bt1 dr fr3 bt3 dr tb tb1 fprintf fp n 2d 10 0f 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f 10 3f n i 1 t 1 dr fr1 bt1 dr fr3 bt3 dr tb tb1 tbdraw i tb tb1draw i tb1 fr1draw i fr1 sita1 i bt1 fr2draw i fr3 sita2 i bt3 fr3draw i fr3 sita3 i bt3 if i 16 0 getch 运行 16 行停顿 fclose fp getch draw2 del tbdraw tb1draw ic m draw3 del sita1 fr1draw sita2 fr2draw sita3 fr3draw ic m 调用绘图程序画图 6 4 牛头刨床的计算结果与曲线图 1 计算结果 The Kineto static Analysis of a six bar Linkase No HETA1 fr1 sita1 fr2 sita2 tb tb1 deg N radian N radian N m N m 1 0 377 483 161 961 88 612 34 468 14 086 14 086 2 20 293 254 164 604 58 546 23 578 20 468 20 468 3 40 221 075 168 344 97 349 64 510 20 894 20 894 4 60 147 927 172 761 143 964 78 158 16 437 16 437 5 80 74 696 177 548 179 153 85 311 8 923 8 923 6 100 1 000 177 548 202 291 90 949 0 119 0 119 7 120 81 086 7 239 218 381 97 092 9 010 9 010 8 140 192 515 11 656 235 709 105 807 18 194 18 194 9 160 375 159 15 396 270 829 119 850 26 185 26 185 10 180 692 691 18 039 363 777 139 558 25 848 25 848 11 200 9023 565 19 004 3968 467 174 265 18 910 1