机械原理课程设计_—_牛头刨床的运动分析
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目录一、概述§1.1、课程设计的任务和目的————————————— 1 §1.2、课程设计的要求———————————————— 1 §1.3、课程设计的数据———————————————— 1二、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析§2.1、机构选型、方案分析及方案的确定———————— 2 §2.2、主传动机构尺寸的综合与确定—————————— 2 §2.3、杆组拆分——————————————————— 3 §2.4、绘制机构运动简图——————————————— 3 §2.5、绘制刀头位移曲线图—————————————— 3三、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—————————————— 3 §3.2、程序编写过程（计算机C语言程序）——————— 5 §3.3、计算数据结果————————————————— 6 §3.4、位移、速度和加速度运动曲线图与分析—————— 7四、小结心得体会—————————————————————— 8五、参考文献参考文献—————————————————————— 8一、概述§1.1、课程设计的任务和目的课程设计的任务：（一）执行机构结构设计及分析1．牛头刨床的机构选型、运动方案拟定；2．主传动机构尺度综合及确定；3．机构的杆组拆分和机构简图的绘制；4．绘制刀头位移曲线图；（二）执行机构运动分析1．建立数学模型，解析法进行运动分析；2．程序编写；3．上机调试程序；4．位移、速度和加速度运动曲线图与分析；（三）撰写设计说明书（四）考核课程设计的目的：机械原理课程设计是培养学生机械系统方案设计能力的技术基础课程，他是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。
其目的是以机械原理课程的学习为基础，记忆不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、课程设计的要求（1）根据牛头刨床的机构简图及必要的数据，进行机构的结构设计、结构分析和运动动力学分析；（2）为了提高生产效率，要求刨刀的往复切削运动具有急回特性（切削时刨刀的移动速度低于空行程速度）；（3）刨刀且学运动速度平稳；（4）要求机构具有良好的传力特性（在整个行程中推动牛头刨床应有较小的压力角）。
§1.3、课程设计的数据曲柄转速 n=48r/min 机架 LAC=380mm 工作行程 H=310mm 行程速比系数 K=1.46连杆与导杆之比 LDE/LCD=0.25 曲柄与水平线的夹角 120°二、牛头刨床主传动机构的结构设计与分析§2.1、机构选型、方案分析及方案的确定 主执行机构设计参考方案：方案分析： 方案一、1. 机构具有确定运动，自由度为F=3n-（2Pl+Ph ）=3×5-(2×7+0)=1，曲柄为机构原动件；2. 通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动，实现切削功能，能满足功能要求3. 工作性能，工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求，摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K 的要求；4. 传递性能，机构传动角恒为90°，传动性能好，能承受较大的载荷，机构运动链较长，传动间隙较大；5. 动力性能，传动平稳，冲击震动较小；6. 结构和理性，结构简单合理，尺寸和质量也较小，制造和维修也较容易；7. 经济性，无特殊工艺和设备要求，成本较低。
方案确定：综上所述，所以选择方案一。
§2.2、主传动机构尺寸的综合与确定 由已知数据经过计算得由θθ-180180︒+︒=K 得出θ=33.66°）（mm 110266.33sin 3802sin =︒⨯==θAC AB )(5352sin2mm HCD ==θ)(13425.0535mm L L CD DE CDDE=⨯=⨯=方案1 方案2 方案3)(52322mm CDCOSCD CD H =--=θ§2.3、杆组拆分§2.4、绘制机构运动简图（见图纸） §2.5、绘制刀头位移曲线图θ1Se 120°-0.230150°-0.246197°-0.298343°0.020三、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如右图，建立直角坐标系，并标出各杆矢量及方位角。
利用两个封闭图形ABCA 及CDEGC 。
投影方程式为1133cos cos θθl s = （1） 11633sin sin θθl l s += （2）0cos cos 4433=-+E S l l θθ （3）'64433sin sin l l l =+θθ （4） ① 求333αωθ、、、 由公式（1）和（2）得：163cos sin arctan 111θθθl l l += 221πθπ<≤- （5）163cos sin arctan 111θθπθl l l ++= 2321πθπ<≤ （6）上式等价于 116113sin cos cot θθθl l l arc += （7）对3θ求导得：1162126161113sin 2sin θθωωl l l l l l l +++=）（ （8） 同理得：211621261211621263)sin 2(cos )(θθωαl l l l l l l l ++-= （9） ② 求滑块E 的E E E S αν、、 由（3）、（4）式得：4433cos cos θθl l S E += （10）433sin arcsin4l l H θθ-= （11） 求导得：443334cos cos θθωωl l -= （12）44333cos )sin(θθθων--=l E （13）再求导得：44333442433234cos cos sin sin θθαθωθωαl l l l -+=（14） 4424433234333cos )cos()sin(θωθθωθθααl l l E --+--= （15） §3.2、程序编写过程（计算机C 语言程序）#include<stdio.h> #include<math.h>#define PI 3.1415926void main() {double a=0.110,b=0.535,c=0.134,d=0.380,e=0.523,f=5; /*a=AB,b=CD,c=DE,d=AC,e=H,f=ω1 */double B,C,E,F,G,I,L,M,O; /*B=θ3,C=θ4, E=Se ，F =ω3，G=ω4， I= Ve ，L=а3，M=а4， O=аe */double x=0;printf(" @1 @3 @4 Se W3 W4 Ve A3 A4 Ae \n");while(x<6.3) {B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x))); /*求θ3*/ if(B<0)B=PI+B;C=PI-asin((e-b*sin(B))/c); /*求θ4*/ if(C<0)C=PI+C;E=b*cos(B)+c*cos(C); /*求 Se */F=(a*f*(a+d*sin(x)))/(d*d+a*a+2*d*a*sin(x)); /*求 ω3*/ G=-(F*b*cos(B))/(c*cos(C)); /*求 ω4*/ I=-(F*b*sin(B-C))/cos(C); /*求 Ve */L=((d*d-a*a)*d*a*f*f*cos(x))/((d*d+a*a+2*d*a*sin(x))*(d*d+a*a+2*d*a*sin(x))); /*求а3*/M=(F*F*b*sin(B)+G*G*c*sin(C)-L*b*cos(B))/(c*cos(C)); /*求а4*/ O=-(L*b*sin(B-C)+F*F*b*cos(B-C)-G*G*c)/cos(C); /*求аe */printf("%3.0f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f %3.3f%3.3f\n",x*180/PI,(B*180)/PI,(C*180)/PI,E,F,G,I,L,M,O); x=x+PI*10/180;}}§3.3、计算数据结果各构件的位置、速度和加速度θ1θ3θ4Seω3ω4νeа3а4аe / (°)/ (rad/s)/ (rad/s²）/ m/ (m/s)/ (m/s) 073.856176.1070.0150.3870.430-0.203 5.645 5.694-3.000 1074.814177.1420.0060.5660.593-0.296 4.655 3.622-2.520 2076.098178.430-0.0050.7130.684-0.373 3.792 1.655-2.104 3077.648179.835-0.0200.8320.711-0.435 3.045-0.101-1.738 4079.410181.235-0.0360.9270.680-0.485 2.396-1.603-1.411 5081.341182.524-0.053 1.0000.602-0.525 1.827-2.838-1.112 6083.399183.617-0.072 1.0550.485-0.557 1.319-3.802-0.833 7085.549184.446-0.092 1.0930.340-0.5790.856-4.494-0.568 8087.760184.962-0.113 1.1150.175-0.5940.421-4.911-0.312 9090.000185.138-0.133 1.1220.000-0.6010.000-5.050-0.061 10092.240184.962-0.154 1.115-0.175-0.598-0.421-4.9110.190 11094.451184.446-0.175 1.093-0.340-0.586-0.856-4.4940.444 12096.601183.617-0.195 1.055-0.485-0.565-1.319-3.8020.706 13098.659182.524-0.214 1.000-0.602-0.533-1.827-2.8380.982 140100.590181.235-0.2320.927-0.680-0.489-2.396-1.603 1.278 150102.352179.835-0.2480.832-0.711-0.435-3.045-0.101 1.603 160103.902178.430-0.2620.713-0.684-0.368-3.792 1.655 1.966 170105.186177.142-0.2740.566-0.593-0.288-4.655 3.622 2.377 180106.144176.107-0.2820.387-0.430-0.195-5.645 5.694 2.846 190106.708175.469-0.2870.170-0.196-0.085-6.7547.662 3.379 200106.799175.363-0.288-0.0860.0990.043-7.9419.164 3.968 210106.337175.891-0.284-0.3840.4320.193-9.1019.668 4.576 220105.240177.085-0.274-0.7190.7550.366-10.0298.518 5.115 230103.446178.860-0.258-1.077 1.0000.558-10.396 5.126 5.406 240100.933180.979-0.235-1.433 1.0850.755-9.774-0.627 5.183 25097.745183.046-0.206-1.7440.9390.931-7.784-7.803 4.171 26094.022184.572-0.171-1.9590.550 1.052-4.364-14.088 2.282 27090.000185.138-0.133-2.0370.000 1.0900.000-16.634-0.200 28085.978184.572-0.096-1.959-0.550 1.040 4.364-14.088-2.665 29082.255183.046-0.062-1.744-0.9390.9187.784-7.803-4.520 30079.067180.979-0.033-1.433-1.0850.7509.774-0.627-5.502 31076.554178.860-0.010-1.077-1.0000.56310.396 5.126-5.701 32074.760177.0850.007-0.719-0.7550.37610.0298.518-5.384 33073.663175.8910.017-0.384-0.4320.2019.1019.668-4.813 34073.201175.3630.021-0.086-0.0990.0457.9419.164-4.169 35073.292175.4690.0200.1700.196-0.089 6.7547.662-3.552 36073.856176.1070.0150.3870.430-0.203 5.645 5.694-3.000§3.4、位移、速度和加速度的运动曲线图与分析四、小结心得体会：通过这次课程设计我有了很多收获。
