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1、一、牛头刨床机构简介：一、牛头刨床机构简介： 牛头刨床是一种常用的平面切削加工机床。电动机经皮带传动、齿轮传动最后带动曲柄转动。 刨床工作时，是由导杆机构 1-2-3-4-5 带动刨头和刨刀做往复直线运动刨头 5 右行时，刨头切断， 称为工作行程，此时要求速度较低且均匀；刨头左行时，不进行切削，称为空行程，此时速度较 高，以节省时间提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。这里给出各构件的长度，以供下面的仿真使用。 =130.00,ABl =700.00,CDl =251.79DEl二、运动方程的求解二、运动方程的求解(1)对如右图所示的矢量三角形矢量方程为：.321RRR将上述矢量方程分
2、别向水平、竖直方向投影，得：（1-1） .sinsin;coscos332213322 rrrrr上式分别对时间 t 求导，得：（1-2） .cossincos;sincossin3333322233333222rrrrrr上式写成关于 、的矩阵方程，为：33r(1-3).cossin sincoscossin22222233333333 rrrrr将(2)式分别对时间 t 求导，得： .sincoscos2sinsincos;cossinsin2coscossin332 333333333222 2222332 333333333222 2222rrrrrrrrrrrr(1-4)上式写成关于
3、 、的矩阵方程，为：33r. sincos2sincoscossin2cossin sincoscossin332 3333222 2222332 3333222 222233333333 rrrrrrrrrrr(1-5)(2)对如右图所示的矢量三角形矢量方程为：(*).7654RRRR将上述矢量方程分别向水平、竖直方向投影，得：（2-1） .sinsin;coscos6554475544 rrrrrr上式分别对时间 t 求导，得：（2-2）. 0sincos ;sinsin5554447555444 rrrrr将(2)式分别对时间 t 求导，得：(2-3). 0sincossincos;co
4、ssincossin552 5555442 44447552 5555442 4444 rrrrrrrrr上式写成关于 、的矩阵方程，为：57r(2-4).sinsincoscossin 0cos1sin552 5442 4444442 4444755555 rrrrrrrr三、构建三、构建 SIMULINK 方框图方框图a) 构建速度方框图并仿真构建速度方框图并仿真 1. 首先对方程(1-3)的常变量分析：2. 用到的模块有:3. 将各模块按次序连接起来4. 设置各模块初值如下： （注意：各模块初值必须正确设置，否则运行结果会出错!）详见：牛头刨床 MATLAB 运动仿真.pdf5. 仿真：
5、仿真时间设置为 60/89 s，即一个周期。 在 MATLAB 的 Command Window 窗 口输入命令：plot(tout,yout) 仿真输出结果如下图所示：b).构建加速度方框图并仿真构建加速度方框图并仿真 1.对方程(1-5)分析，它有 7 个输入，2 个输出。详见系统方框图。 2.用到的模块与前面的一样。 3.将方框图连接起来：4.设置各模块初值：（这里只说明新添加模块的初值，其他的与前面的相同。 ）详见：牛头刨床 MATLAB 运动仿真.pdf5.仿真： 仿真时间同样设置为 60/89 s，即一个周期。 在 MATLAB 的 Command Window 窗口输入 命令：p
6、lot(tout,yout) 仿真输出结果如下图所示：c).总系统的方框图及仿真：总系统的方框图及仿真：仿真时间同样设置为 60/89 s，即一个周期。 在 MATLAB 的 Command Window 窗口 输入命令：plot(tout,yout) 仿真输出结果如下图所示：4. 如何得到数值结果 若要得到任意仿真时刻的结果，确切地说是某些特殊位置（如下图中的点）结果，那么可 以参考下面的内容。 方法一：在表格中显示结果 调节仿真时间。运行仿真。双击 MATLAB 的 Workspace 窗口中的 yout，弹出如 Excel 一样的表格，里面即为仿真结果。 （比如，现在要得到图中点 11
7、位置的仿真结果。导杆 OA 绕点 A 转过 30 到了点 11 位置。此处仿真周期为 60/89 s。首先调整仿真时间为： 60/89/360*30 并进行仿真。接下来双击 yout 得到表格。其第一行为仿真开始 即位置 0 时的仿真结果，最后一行为仿真结束即位置 11 时的仿真结果。 ）结果如下图 所示：仿真中用到的几个函数文件：(1). fun1.mfunction y=fun1(x) r2=.13372315102; a=-x(6)*sin(x(2) cos(x(2);x(6)*cos(x(2) sin(x(2); b=-x(5)*r2*sin(x(3)- x(4)*x(4)*r2*co
8、s(x(3)+2*x(7)*x(1)*sin(x(2)+x(1)*x(6)*cos(x(2);x(5)*r2*cos(x(3)- x(4)*x(4)*r2*sin(x(3)-2*x(7)*x(1)*cos(x(2)+x(1)*x(1)*x(6)*sin(x(2); y=inv(a)*b;(2). Fun2.m%fun2 functionyy=fun2(xx) %xx(1)=omega5; %xx(2)=theta5; %xx(3)=alpha3; %xx(4)=theta3; %xx(5)=amega3; %contant r4 r5 r4=0.70291953903; r5=0.210875
9、86171; a=-r5*sin(xx(2),1;-r5*cos(xx(2),0; b=xx(3)*r4*sin(xx(4)+xx(5)*xx(5)*r4*cos(xx(4)+xx(1)*xx(1)*r5*cos(xx(2); xx(3)*r4*cos(xx(4)- xx(5)*xx(5)*r4*sin(xx(4)-xx(1)*xx(1)*r5*sin(xx(2); yy=inv(a)*b(3). error1.mfunction e1=error1(u) %u(1)=theta2 %u(2)=theta3 %u(3)=r3 r1=0.47; r2=0.13372315102; ex1=r2*
10、cos(u(1)-u(3)*cos(u(2); ey1=r1+r2*sin(u(1)-u(3)*sin(u(2); e1=norm(ex1,ey1);四、用四、用 matlab 进行原理动画演示：进行原理动画演示：仿真程序如下：仿真程序如下：hf=figure(name,牛头刨床机构); set(hf,color,w); hold on axis(-700,300,-50,750); axis(off); r=130; L1=700; L2=252; xo=0;yo=400; xa1=0;ya1=0; xa3=0;ya3=L1; xa2=0;ya2=yo+r; xa4=-250;ya4=650
11、; 0; w=line(-600;100,ya4-33;ya4-33,color,y,linestyle,-,linewidth,10); b1=line(xa1;xa3,ya1;ya3,color,b,linestyle,-,linewidth,5); h2=line(0;0,ya2-30;ya2+30,color,cyan,linestyle,-,linewidth,15); a1=line(xa1,ya1,color,black,linestyle,.,markersize,25); q=line(xo;xa2,yo;ya2,color,y,linestyle,-,linewidth,5
12、); o=line(xo,yo,color,r,linestyle,.,markersize,25); a2=line(xa2,ya2,color,black,linestyle,.,markersize,25); h1=line(xa4+30;xa4-30,ya4;ya4,color,cyan,linestyle,-,linewidth,15); b2=line(xa3;xa4,ya3;ya4,color,b,linestyle,-,linewidth,5); a3=line(xa3,ya3,color,black,linestyle,.,markersize,25); a4=line(xa
13、4,ya4,color,black,linestyle,.,markersize,25); t=0; dt=0.015*pi; while 1 t=t+dt; if t2*pi t=0; endxa2n=-r*sin(t);ya2n=yo+r*cos(t);L=sqrt(xa2n)2+(ya2n)2);xa3n=(xa2n/L)*L1;ya3n=(ya2n/L)*L1;xa4n=xa3n-sqrt(L2)2-(ya3n-ya4)2);ya4n=ya4;set(b1,xdata,xa1;xa3n,ydata,ya1;ya3n); set(h2,xdata,xa2n- (xa2n/L)*30;xa
14、2n+(xa2n/L)*30,ydata,ya2n-(ya2n/L)*30;ya2n+(ya2n/L)*30); set(q,xdata,xo;xa2n,ydata,yo;ya2n);set(a2,xdata,xa2n,ydata,ya2n);set(h1,xdata,xa4n+30;xa4n-30,ydata,ya4n,ya4n);set(b2,xdata,xa3n;xa4n,ydata,ya3n,ya4n);set(a3,xdata,xa3n,ydata,ya3n);set(a4,xdata,xa4n,ydata,ya4n);set(gcf,doublebuffer,on);drawnow;pause(0.005); end五、总结五、总结 通过本次设计利用 MATLAB 进行牛头刨床设计仿真分析，不仅对机构运动原理有了一个清 晰的了解，而且将 MATLAB 作为一种工具运用到实践中去得到了锻炼。将的
