机械原理课程设计.docx
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机械原理课程设计.docx
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机械原理课程设计
机械原理课程设计
课题:
牛头刨床机构设计及分析
姓名:
学号:
班级序号:
指导老师:
Wjr_main.m
%1.输入已知数据
clear;
l2=0.1605;%AB的长度单位m
l4=0.6914;%CD的长度单位m
l5=0.2074;%DE的长度单位m
l1=0.370;%AC的长度单位m
l1p=0.6572;%CF的长度单位m
omg2=8.378;
af2=0;
hd=pi/180;
du=180/pi;
%2.调用子函数abc.m计算牛头刨机构位移,角速度,角加速度
forn1=1:
689;
tt2(n1)=-0.4488+(n1-1)*hd;
ll=[l2,l4,l5,l1,l1p];
[tt,omg,af]=abc(tt2(n1),omg2,af2,ll);
s4(n1)=tt
(1);
tt4(n1)=tt
(2);
tt5(n1)=tt(3);
sE(n1)=tt(4);
v34(n1)=omg
(1);
omg4(n1)=omg
(2);
omg5(n1)=omg(3);
vE(n1)=omg(4);
a3(n1)=af
(1);
af4(n1)=af
(2);
af5(n1)=af(3);
aE(n1)=af(4);
end
%3.位移,角速度,角加速度
figure
(1);
n1=1:
689;
t=(n1-1)*pi/180;
subplot(2,2,1);%绘角位移及位移线图
plot(t,tt4*du,'r-.');
gridon;
holdon;
axisauto;
[haxes,hline1,hine2]=plotyy(t,tt5*du,t,sE);
gridon;
holdon;
xlabel('时间/份');
axes(haxes
(1));
ylabel('角位移/\circ');
axes(haxes
(2));
ylabel('位移/m');
holdon;
gridon;
text(1.15,-0.65,'tt_4');
text(3.4,0.27,'tt_5');
text(2.25,-0.15,'s_E');
subplot(2,2,2);%绘角速度及速度线图
plot(t,omg4,'r-.');
gridon;
holdon;
axisauto;
[haxes,hline1,hline2]=plotyy(t,omg5,t,vE);
gridon;
holdon;
xlabel('时间/份')
axes(haxes
(1));
ylabel('角速度/rad\cdots^{-1}')
axes(haxes
(2));
ylabel('速度/m\cdots^{-1}')
holdon;
gridon;
text(3.1,0.35,'\omg_4')
text(2.1,0.1,'\omg_5')
text(5.5,0.45,'v_E')
subplot(2,2,3);%绘角加速度和加速度图
plot(t,af4,'r-.');
gridon;
holdon;
axisauto;
[haxes,hline1,hline2]=plotyy(t,af5,t,aE);
gridon;
holdon;
xlabel('时间/份')
axes(haxes
(1));
ylabel('角加速度/rad\cdots^{-2}')
axes(haxes
(2));
ylabel('加速度/m\cdots^{-2}')
holdon;
gridon;
text(1.5,0.3,'\af_4')
text(3.5,0.51,'\af_5')
text(1.5,-0.11,'a_E')
wjr_abc.m
function[tt,omg,af]=abc(tt2,omg2,af2,ll)
l2=ll
(1);
l4=ll
(2);
l5=ll(3);
l1=ll(4);
l1p=ll(5);
%1.计算角位移和线位移
s4=sqrt((l2*cos(tt2))*(l2*cos(tt2))+(l1+l2*sin(tt2))*(l1+l2*sin(tt2)));
tt4=acos((l2*cos(tt2))/s4);
tt5=asin((l1p-l4*sin(tt4))/l5);
sE=l4*cos(tt4)+l5*cos(tt5);
tt
(1)=s4;
tt
(2)=tt4;
tt(3)=tt5;
tt(4)=sE;
%2.计算角速度和线速度
A=[cos(tt4),-s4*sin(tt4),0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数矩阵
sin(tt4),s4*cos(tt4),0,0;
0,-l4*sin(tt4),-l5*sin(tt5),-1;
0,l4*cos(tt4),l5*cos(tt5),0];
B=[-l2*sin(tt2);%原动件位置参数矩阵
l2*cos(tt2);
0;0];
omg=A\(omg2*B);
v34=omg
(1);
omg4=omg
(2);
omg5=omg(3);
vE=omg(4);
%计算角加速度和加速度
A=[cos(tt4),-s4*sin(tt4),0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数
sin(tt4),s4*cos(tt4),0,0;
0,-l4*sin(tt4),-l5*sin(tt5),-1;
0,l4*cos(tt4),l5*cos(tt5),0];
At=[-omg4*sin(tt4),-v34*sin(tt4)-s4*omg4*cos(tt4),0,0;
omg4*cos(tt4),v34*cos(tt4)-s4*omg4*sin(tt4),0,0;
0,-l4*omg4*cos(tt4),-l5*omg5*cos(tt5),0;
0,-l4*omg4*sin(tt4),-l5*omg5*sin(tt5),0];
Bt=[-l2*omg2*cos(tt2);
-l2*omg2*sin(tt2);
0;0];
af=A\(-At*omg+omg2*Bt);
a34=af
(1);
af4=af
(2);
af5=af(3);
aE=af(4);
wjr_force.m
%1.输入已知数据
clear;
l2=0.1605;%AB的长度单位m
l4=0.6914;%CD的长度单位m
l5=0.2074;%DE的长度单位m
l1=0.370;%AC的长度单位m
l1p=0.6572;%CF的长度单位m
omg2=8.378;%单位rad/s
hd=pi/180;
du=180/pi;
H=0.6;%行程单位m
sEmax=0.5046;sEmin=0.0954;%单位m
Js4=0.9;Js5=0.015;%单位kgm^2
g=9.8;%单位m/s^2
m4=22;m5=3;m6=52;%kg
G4=196;G5=29.4;G6=509.6;%单位N
Fc=1400;
%2.机构运动分析
%位移及角位移
forn1=1:
689;
tt2(n1)=-0.4488+(n1-1)*hd;
s4(n1)=sqrt((l2*cos(tt2(n1)))*(l2*cos(tt2(n1)))+(l1+l2*sin(tt2(n1)))*(l1+l2*sin(tt2(n1))));
tt4(n1)=acos((l2*cos(tt2(n1)))/s4(n1));
tt5(n1)=asin((l1p-l4*sin(tt4(n1)))/l5);
sE(n1)=l4*cos(tt4(n1))+l5*cos(tt5(n1));
end
%2.计算角速度和线速度
forn1=1:
689;
A=[cos(tt4(n1)),-s4(n1)*sin(tt4(n1)),0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数
sin(tt4(n1)),s4(n1)*cos(tt4(n1)),0,0;
0,-l4*sin(tt4(n1)),-l5*sin(tt5(n1)),-1;
0,l4*cos(tt4(n1)),l5*cos(tt5(n1)),0];
B=[-l2*sin(tt2(n1));%原动件位置参数矩阵
l2*cos(tt2(n1));
0;0];
omg=A\(omg2*B);
v34(n1)=omg
(1);
omg4(n1)=omg
(2);
omg5(n1)=omg(3);
vE(n1)=omg(4);
%计算角加速度和加速度
A=[cos(tt4(n1)),-s4(n1)*sin(tt4(n1)),0,0;%速度分析矩阵之从动件位置参数
sin(tt4(n1)),s4(n1)*cos(tt4(n1)),0,0;
0,-l4*sin(tt4(n1)),-l5*sin(tt5(n1)),-1;
0,l4*cos(tt4(n1)),l5*cos(tt5(n1)),0];
At=[-omg4(n1)*sin(tt4(n1)),-v34(n1)*sin(tt4(n1))-s4(n1)*omg4(n1)*cos(tt4(n1)),0,0;
omg4(n1)*cos(tt4(n1)),v34(n1)*cos(tt4(n1))-s4(n1)*omg4(n1)*sin(tt4(n1)),0,0;
0,-l4*omg4(n1)*cos(tt4(n1)),-l5*omg5(n1)*cos(tt5(n1)),0;
0,-l4*omg4(n1)*sin(tt4(n1)),-l5*omg5(n1)*sin(tt5(n1)),0];
Bt=[-l2*omg2*cos(tt2(n1));
-l2*omg2*sin(tt2(n1));
0;0];
af=A\(-At*omg+omg2*Bt);
a34(n1)=af
(1);
af4(n1)=af
(2);
af5(n1)=af(3);
aE(n1)=af(4);
end
%3.机构的力平衡计算
forn1=1:
689;
%计算各铰链点坐标
xa=0;
ya=l1;
xb(n1)=l2*cos(tt2(n1));
yb(n1)=l1+l2*sin(tt2(n1));
xc=0;
yc=0;
xd(n1)=l4*cos(tt4(n1));
yd(n1)=l4*sin(tt4(n1));
xe(n1)=sE(n1);
ye=l1p;
%计算各质心坐标
xs4(n1)=(xc+xd(n1))/2;
ys4(n1)=(yc+yd(n1))/2;
xs5(n1)=(xd(n1)+xe(n1))/2;
ys5(n1)=(yd(n1)+ye)/2;
xs6=0.15;
%各质心点加速度
as4x(n1)=-l4*(af4(n1)*sin(tt4(n1))+omg4(n1)^2*cos(tt4(n1)))/2;
as4y(n1)=l4*(af4(n1)*cos(tt4(n1))-omg4(n1)^2*sin(tt4(n1)))/2;
adx=-l4*(af4(n1)*sin(tt4(n1))+omg4(n1)^2*cos(tt4(n1)));
ady=l4*(af4(n1)*cos(tt4(n1))-omg4(n1)^2*sin(tt4(n1)));
as5x(n1)=adx+l5*(af5(n1)*sin(tt5(n1))+omg5(n1)^2*cos(tt5(n1)))/2;
as5y(n1)=ady+l5*(af5(n1)*cos(tt5(n1))-omg5(n1)^2*sin(tt5(n1)))/2;
as6(n1)=aE(n1);
%惯性力及惯性力矩
F4x(n1)=-m4*as4x(n1);
F4y(n1)=-m4*as4y(n1);
F5x(n1)=-m5*as5x(n1);
F5y(n1)=-m5*as5y(n1);
F6(n1)=-m6*as6(n1);
M4(n1)=-Js4*af4(n1);
M5(n1)=-Js5*af5(n1);
%未知力系数矩阵
xya=zeros(15);
xya(1,2)=-1;xya(1,4)=-1;
xya(2,3)=-1;xya(2,5)=-1;
xya(3,1)=1;xya(3,4)=yb(n1)-ya;xya(3,5)=xa-xb(n1);
xya(4,4)=1;xya(4,6)=-1;
xya(5,5)=1;xya(5,7)=-1;
xya(6,6)=cos(tt4(n1));xya(6,7)=sin(tt4(n1));
xya(7,6)=1;xya(7,8)=-1;xya(7,10)=-1;
xya(8,7)=1;xya(8,9)=-1;xya(8,11)=-1;
xya(9,6)=ys4(n1)-yb(n1);xya(9,7)=xb(n1)-xs4(n1);xya(9,8)=yc-ys4(n1);
xya(9,9)=xs4(n1)-xc;xya(9,10)=yd(n1)-ys4(n1);xya(9,11)=xs4(n1)-xd(n1);
xya(10,10)=1;xya(10,12)=-1;
xya(11,11)=1;xya(11,13)=-1;
xya(12,10)=ys5(n1)-yd(n1);xya(12,11)=xd(n1)-xs5(n1);
xya(12,12)=ye-ys4(n1);xya(12,13)=xs5(n1)-xe(n1);
xya(13,12)=1;
xya(14,13)=1;xya(14,14)=-1;
xya(15,13)=xs6;xya(15,15)=1;
%已知力矩阵
ifvE(n1)<0&sE(n1)>=(sEmin+0.05*H)&sE(n1)<=(sEmax-0.05*H)
D=[0;0;0;0;0;0;-F4x(n1);-F4y(n1)+G4;-M4(n1);-F5x(n1);-F4y(n1)+G5;-M5(n1);-Fc-F6(n1);G6;0;];
else
D=[0;0;0;0;0;0;-F4x(n1);-F4y(n1)+G4;-M4(n1);-F5x(n1);-F4y(n1)+G5;-M5(n1);-F6(n1);G6;0;];
end
%未知力矩阵
FR=inv(xya)*D;
M2(n1)=FR
(1);
FR12x(n1)=FR
(2);
FR12y(n1)=FR(3);
FR45x(n1)=FR(10);
FR45y(n1)=FR(11);
FR16(n1)=FR(14);
M6(n1)=FR(15);
end
%4.输出力的分析图
figure
(2);
n1=1:
689;
t=(n1-1)*2*pi/360;
subplot(2,2,1);%绘平衡力矩图
plot(t,M2);
gridon;
holdon;
axisauto;
title('平衡力矩M_2')
xlabel('时间/份');
ylabel('力矩/N\cdotm');
holdon;
gridon;
text(3.8,880,'M_2');
subplot(2,2,2);%绘A处x方向约束反力即FR12x
plot(t,FR12x,'-');
gridon;
holdon;
axisauto;
title('转动副A处约束反力')
xlabel('时间/份');
ylabel('力/N');
holdon;
gridon;
text(1.1,5000,'F_R_1_2_x')
plot(t,FR12y,'r-.');%绘A处y方向约束反力即FR12y
gridon;
holdon;
text(1.1,-3000,'F_R_1_2_y')
subplot(2,2,3);%绘移动副FR16
plot(t,-FR16);
gridon;
holdon;
axisauto;
title('移动副6约束反力F_R_1_6')
xlabel('时间/份')
ylabel('力/N')
gridon;
holdon;
text(1.5,3100,'F_R_1_6')
subplot(2,2,4);%绘转动副D处约束反力
plot(t,FR45x,'-');
gridon;
holdon;
axisauto;
title('转动副D处约束反力')
xlabel('时间/份')
ylabel('力/N')
gridon;
holdon;
text(1.1,-900,'F_R_4_5_x')
plot(t,FR45y,'r-.');
gridon;
holdon;
text(1.1,-3700,'F_R_4_5_y')
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