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机械原理课程设计
机械原理课程设计
计算说明书
设计题目:
牛头刨床传动机构设计
机械工程学院机械工程及自动化专业一班
设计者陈锡嘉
指导教师陈江义
2011年6月13日
(郑州大学)
目录
1设计任务…………………………………………………………………..1
2运动方案仿真比较与分析………………………………………………..2
3所选方案与分析…………………………………………………………..4
4基于PRO/E的运动仿真与分析…………………………………………..7
●构建模型……………………………………………………
●生成坐标图…………………………………………………
●数据统计……………………………………………………
5基于TC的运动图像仿真…………………………………………………11
●刨头传动机构的运动仿真…………………………………
●解析法绘制凸轮轮廓曲线…………………………………
6基于ADAMS的牛头刨床传动机构仿真与分析…………………………15
7主程序……………………………………………………………………….17
8程序流程图………………………………………………………………….18
9,课程设计总结………………………………………………………………..19
10参考文献…………………………………………………………………….20
一.设计任务
⏹功能上要求:
(1)电机连续回转,而刨头往复移动,因此需要将旋转运动转化为直线运动;
(2)电机的高速转动降低为刨头的较低速移动,需要减速;(3)在刨头工作过程中,切削阻力变化较大,需要调节速度波动;(4)刨头切削时还需要实现进给运动。
⏹性能上要求:
(1)在工作行程时,要速度较低并且均匀,以减少电动机容量和提高切削质量;
(2)在回程时速度要高,提高生产率。
因此需要有一定的急回运动。
⏹另外要求机构传动性能良好,结构紧凑。
⏹注意:
在工作行程的前5%和后5%两个阶段是没有切削力的。
二.运动方案仿真比较与分析
基于上述要求,设计了如下几种方案,并用SOLIDWORKS制作了动态仿真图片(见电子档),对这几种机构运动观察发现都可以实现刨头急回运动
方案一:
支座间距L/mm:
380
曲柄长度L/mm:
110
导轨长度L/mm:
540
方案二:
支座间距L/mm:
380
曲柄长度L/mm:
110
导轨长度L/mm:
500
方案三:
支座间距L/mm:
380
上曲柄长度L/mm:
110
下曲柄长度L/mm:
70
方案四:
支座间距L/mm:
380
上曲柄长度L/mm:
110
下曲柄长度L/mm:
70
缺点:
1运动过程有死点产生
2不适合高速重载传动
方案五:
一,所选方案及分析
1,原理简图
2.设计尺寸
方案一:
导杆机构的运动分析
导杆机构的动态静力分析
N/(r/min)
Lo2o4
Lo2A
Lo4B
LBC
LO4s4
Xs6
Ys6
G4
G6
P
Yp
Gs
60
380
110
540
135
270
240
50
200
700
7000
80
1.1
凸轮机构设计
ψmax
lO9D
[α]
Ф
Фs
Ф’
15
125
40
75
10
75
3,分析(尺寸如图)
1导路高度确定
导路高度不应超过540+135=675mm否则产生转折点,使得运动方向不确定;同时,传动过程中应保证压力角尽可能小;因此,导路高度选择380+100=480mm
2行程变化系数K的计算
根据曲柄长度110mm,支点间距380mm,计算得回程角θ2=2*arcos(110/380)=146,进程角θ1=360-θ2,所以K=θ1/θ2=1.46
基于PROE的运动仿真与分析
机构运动分析模块(Mechanism)是PRO/E的集运动仿真和机构分析于一身的功能强大的模块。
利用该模块,通过对已装配完全的机构依次进行定义配合连接———》定义伺服电机——》机构分析——》回放分析——》生成测量结果,可以很轻松的实现机构的仿真与分析。
基于此对所选方案仿真结果如图:
时间(秒)
测量
时间(秒)
测量
时间(秒)
测量
0
175.2526
0
372.9271
0
-268.968
0.1
210.7535
0.1
333.6079
0.1
-502.878
0.2
241.3232
0.2
275.4407
0.2
-645.247
0.3
265.5143
0.3
207.3736
0.3
-703.522
0.4
282.7255
0.4
136.9057
0.4
-696.651
0.5
293.008
0.5
69.5384
0.5
-644.755
0.6
296.8649
0.6
8.831299
0.6
-566.358
0.7
295.0664
0.7
-43.3873
0.7
-477.35
0.8
288.4922
0.8
-86.6898
0.8
-389.641
0.9
278.0133
0.9
-121.604
0.9
-310.381
1
264.42
1
-149.148
1
-242.44
1.1
248.3923
1.1
-170.467
1.1
-185.711
1.2
230.4991
1.2
-186.607
1.2
-138.486
1.3
211.2149
1.3
-198.404
1.3
-98.4607
1.4
190.9419
1.4
-206.462
1.4
-63.3349
1.5
170.0331
1.5
-211.167
1.5
-31.109
1.6
148.8122
1.6
-212.727
1.6
-0.21283
1.7
127.5891
1.7
-211.216
1.7
30.45723
1.8
106.6709
1.8
-206.621
1.8
61.54773
1.9
86.36887
1.9
-198.885
1.9
93.288
2
67.00021
2
-187.946
2
125.5586
2.1
48.8873
2.1
-173.767
2.1
157.9964
2.2
32.35409
2.2
-156.356
2.2
190.1561
2.3
17.7219
2.3
-135.755
2.3
221.7685
2.4
5.306995
2.4
-112.012
2.4
253.1491
2.5
-4.57571
2.5
-85.0861
2.5
285.7905
2.6
-11.5971
2.6
-54.7036
2.6
323.0231
2.7
-15.3803
2.7
-20.1507
2.7
370.2244
2.8
-15.4477
2.8
19.8789
2.8
433.4261
2.9
-11.1641
2.9
67.15692
2.9
514.8443
3
-1.72145
3
123.1697
3
605.0945
3.1
13.75946
3.1
187.5467
3.1
675.5628
3.2
35.94209
3.2
256.0705
3.2
679.4183
3.3
64.82092
3.3
319.6459
3.3
570.9058
3.4
99.29636
3.4
366.0956
3.4
339.9848
3.5
137.0992
3.5
385.0682
3.5
33.35606
3.6
175.2389
3.6
372.9268
3.6
-268.96
3.7
210.7535
3.7
333.6079
3.7
-502.878
3.8
241.3232
3.8
275.4407
3.8
-645.247
3.9
265.5143
3.9
207.3736
3.9
-703.522
4
282.7255
4
136.9057
4
-696.651
4.1
293.008
4.1
69.5384
4.1
-644.755
上图分别为1.5个周期内,刨头的位移,速度,加速度曲线图
通过观察比较
通过Pro/E的机构运动仿真输出的图形可以看出:
1,牛头刨床工作行程速度较为平稳,加速度值较小;而牛头刨床空行程速度速度变化较大,有突变,加速度值较大,仿真结果与要求相符
2,运用Pro/E的机构运动仿真,具有很大的优越性,不仅使呈现动态机构运动模型,而且相比解析法对其进行运动分析,更加快捷,高效。
基于TC的运动图像仿真
具有:
像素函数、直线和线型函数、多边形函数、填充函数等。
绘图功能较为强大,且可以对机构解析方程有更清晰直观的感受,基于此,分别设计了刨头传动以及凸轮仿真模型,源程序如下:
一,刨头传动机构的运动仿真
源程序如下(已通过编译):
#include
#include
#include
#defineL_a255//定义AO2的长度
#defineL_cb67.5//定义CB的长度
voidpivot(floata,floatb)//支点绘制函数
{
setcolor(3);
circle(a,b,5);
}
voidmain()
{
intgdriver=DETECT,gmode,i=0;//图像像素初始化
floatx2,y2,x4,y4;
floatxa,ya,xb,yb,xc,yc,angle1,angle2;
x2=200;y2=200;
x4=200;y4=390;
initgraph(&gdriver,&gmode,"");
setbkcolor(0);//背景色
while(i<628)//步长π/180
{
i++;
angle1=i*0.01;//定义曲柄转角
pivot(x2,y2);//支点绘制
pivot(x4,y4);
xa=x2+L_a2*cos(angle1);//曲柄绘制
ya=y2+L_a2*sin(angle1);
moveto(xa,ya);
circle(xa,ya,10);
line(x2,y2,xa,ya);
angle2=-atan((ya-y4)/(xa-x4));//导杆转角
if(angle2>0)//导杆绘制
xb=x4+270*cos(angle2);
else
xb=x4-270*cos(angle2);
yb=y4-abs(270*sin(angle2));
line(x4,y4,xb,yb);
circle(xb,yb,5);
yc=100;//连杆绘制
xc=-sqrt(L_cb*L_cb-(yc-yb)*(yc-yb))+xb;
line(xb,yb,xc,yc);
circle(xc,yc,3);
rectangle(xc-8,yc+5,xc+8,yc-5);
line(0,100,300,100);
if(i==617)i=0;
delay(250);//视觉暂留
cleardevice();//清屏
}
}
二,解析法绘制凸轮轮廓曲线
绘制凸轮有图解法,矩阵法,解析法.此处用解析法,源程序如下(图像不完整,有待改进):
#include
#include
#include
#definepi3.141592/180//单位角
#defineL150//摆杆的长度
#definea260//摆杆支点到凸轮支点的距离
#definetheta00*pi//初始位置角
#defineat075*pi//角行程s
#definex0
#definey0//坐标原点
voidmain()
{intgdriver=DETECT,gmode,i=0,at;
floatx=x0,y=y0,x1,x2,at;//实时位置点
initgraph(&gdriver,&gmode,"");
setbkcolor(0);
while
(1)
{while(i<31)//进程与回程和150‘
{i++;
at=i*5*pi;//单位转角
x1=x;
y1=y;
moveto(x1,y1);
if(i<16)//进程
{x=a*sin(at)-Lsin(at+L*at/at0+theta0);
y=a*cos(at)-Lcos(at+L*at/at0+theta0);
line(x1,y1,x,y);
}
elseif(i>=16&&i<30)//回程
{x=a*sin(at)-Lsin(at+L*(1-at/at0)+theta0);
y=a*cos(at)-Lcos(at+L*(1-at/at0)+theta0);
line(x1,y1,x,y);
}
else//近休止角
{i=0;
circle(x0,y0,80)//半径有待考虑
}
delay(500);
cleardevice();
}
}
}
基于ADAMS的牛头刨床机构仿真与分析
ADAMS是美国机械动力公司(MechaniacalDynamicsInc)开发的机械系统动态仿真软件,一方面,它可以方便的对虚拟样机进行静力学,运动学和动力学分析,另一方面,其开放的程序结构和多种接口,可以对机械系统进行二次开发。
基于此,用adams/view对牛头刨床传动机构建模仿真,后台生成刨头的位置,速度,加速度时域曲线,从而达到机构实时状态分析的目的。
当然,也可用Proe与adams接口软件mechinism/pro将PROE建好的装配模型导入图像文件到adams中,此方法使用于较复杂的模型机构仿真,在此不做赘述
上图红线为位置曲线,蓝线为速度曲线,紫线为加速度曲线.
/*计算主程序*/
voidmain()
{intii,Index,iFlag;
doublep1,F9,Res[3],N1;
p1=PI/180;
L[1]=110;L[2]=0;L[3]=540;L[4]=0;L[6]=0;L[5]=135;N1=60;/*初始参数*/
X[1]=0;Y[1]=380;X[4]=0;Y[4]=0;X[6]=0;Y[6]=528;
printf("L
(1)=110L
(2)=0L(3)=540L(4)=0W
(1)=6.28E
(1)=0\n");
printf("F
(1)DegF(3)DegX(5)/mmV(5)mm/sA5mm/s^2V[3]m/s\n");
/*打印表头*/
W[1]=N1*PI/30;
for(ii=0;ii<=12;ii++)
{
F[1]=ii*30*p1;
F9=0;
Mcrank(1,1,1,2,F9);
iFlag=Mrpr(2,3,4,2,2,4,3,1,Res);
F[6]=0;
iFlag=Mrrp(5,6,3,5,6,-1);
if(iFlag==1)
printf("%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f,%10.2f\n",
F[1]/p1,F[3]/p1,X[5],V[5],A[5],V[3]);
else/*如果计算失败*/
printf("Becauseofwrongdata,theCaculationfailed!
\n");
}
}
开始
>
课程设计总结
通过本次课程设计有如下几点收获:
1,对于机械结构的设计流程有了较为清晰的认识,并可以运用所学知识进行机构设计
2,对于先进设计工具的使用更加熟练。
3,对于信息收集,整理,归纳,利用的能力有了提高
个人认为,课程设计并不仅仅是提交一份“标准化”之后的答案,而是提高自己分析问题,解决问题的能力,运用自己所学的知识进行创新设计,一些死板的方法完全可以舍弃!
当然,设计过程中也暴露了许多平时学习过程中不够扎实,理解不够深刻等问题。
由于时间仓促,自己的许多想法没有来的及实现,如用VB或labview写一个凸轮参数设计上位机软件,用adams对各种方案仿真比较,分析。
用metlab对凸轮设计仿真等。
比较遗憾。
在此,真诚的感谢陈江义老师的悉心指导和帮助!
参考文献:
[1]机械原理课程设计
[2]孙恒,陈作模。
机械原理[M].7版。
北京高等教育出版社2006
[3]雪茗斋PRO/ENGINEER机构仿真运动人民邮电出版社2007
[4]陈德民,槐创锋,张克涛精通ADAMS三维书屋工作室2010
[5]张晓勇张莹牛头刨床的机构运动仿真软件模型研究西南科技大学学报
[6]祝凌云,李斌PRO/ENGINEER运动仿真和有限元分析人民邮电出版社
[7]侯国柱张晓峰基于Pro/E和ADAMS的机器人虚拟设计与仿真术13(01—3997(2009)03—0183—02
[8]秦成基于Proe/Adams/Matlab挖掘机虚拟样机研究中图分类号:
TH113;TH39文献标识码:
A文章编号:
1001—3881(2008)9—133—2
[9]机械设计实用机构与装置图册(美)NeilSclater,Nicholas.Chironis机械工业出版社
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- 机械 原理 课程设计