基于MATLAB牛头刨床仿真分析毕业设计.doc
《基于MATLAB牛头刨床仿真分析毕业设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于MATLAB牛头刨床仿真分析毕业设计.doc(35页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 目 录内容摘要1Abstarc2第1章 绪论31.1牛头刨床概述31.1.1.牛头刨床简介:31.1.2.牛头刨床特点:41.2 MATLAB/SIMULINK概述41.2.1 MATLAB/SIMULINK简介:41.2.2 主要功能:51.2.4 SIMULINK特点:6第2章 运动学分析72.1数学模型的建立72.2 SIMULNK建模与仿真82.3各模块设置参数:92.4 编写displacement函数源程序10第3章 运动学仿真结果输出及分析12第4章 动力学分析164.1 数学模型的建立164.2 SIMULINK建模与仿真184.3模块参数设置22第5章 动力学仿真结果输出及
2、分析24第6章 总 结31参考文献32致 谢33新乡学院本科毕业设计内容摘要本文基于MATLAB/SIMULINK,在已知牛头刨床传动机构尺寸及原动件运动规律的情况下,用矢量法建立牛头刨导杆机构的运动分析的数学模型,确定机构中其他构件上某些点的轨迹、位移、速度、加速度和构件的角位移、角速度及角加速度,在此基础之上再对各构件进行受力分析,最后运用MATLAB/SIMULINK对机构进行建模以及运动仿真分析,得到仿真曲线图。关键词:MATLAB/SIMULINK;牛头刨床连杆机构;数学建模;运动学仿真分析;动力学仿真分析 AbstarcIn this paper, based on MATLAB/
3、SIMULNK, known in body size and dynamic motion case, determine the mechanism of other member some points, displacement, velocity, acceleration and the component of angular displacement, angular velocity and angular acceleration. The establishment of the mathematical model shaper guide rod mechanism
4、motion vector method, using MATLAB/SIMULINK simulation analysis on the mechanism, get simulation curve.Key words:MATLAB/SIMULNK;Kinematic analysis of planer linkage mechanism;simulation.33第1章 绪论1.1牛头刨床概述1.1.1.牛头刨床简介: 中小型牛头刨床的主运动(见机床)大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动,故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动,滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行
5、程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工,且在滑枕回程时不切削,牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图1-1)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动,刀架可在垂直面内回转一个角度,并可手动进给,工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动,常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构,用于加工成形表面,如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动,适用于刨削特大型工件的局部平面。牛头刨床一种刨床,利用住复运动的刀具切割已固定在机床工作平台上的工件一
6、般用来加工较小工件)。 图1-1 牛头刨床 1.1.2.牛头刨床特点: 牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。它的主要五大特点有:(1)牛头刨床的工作台能左右回转角度,工作台具有横向和升降的快速移动机构;用以刨削倾斜的平面,从而扩大了使用范围。(2)刨床的进给系统采用凸轮机构,有10级进给量。改变走刀量,也非常方便(3)牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构,当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时,走刀自行打滑,无损机件保证机床的正常运行。(4)滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面,均有油泵打出的润滑油进行循润滑。(5)牛头刨床装有离合器及制动
7、停车机构,所以在变换速度,启动机床及停车时,可不必切断电源,制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时之惯性冲程量不大于10毫米。1.2 MATLAB/SIMULINK概述1.2.1 MATLAB/SIMULINK简介:MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式,代
8、表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和Mathematica、Maple、MathCAD并称为四大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 图1-2 matlab开发工作界面 MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的
9、优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C+,JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。1.2.2 主要功能:(1) 数值分析(2)数值和符号计算(3)工程与科学绘图(4)控制系统的设计与仿真(5)数字图像处理(6)数字信号处理(7)通讯系统设计与仿真(8)财务与金融工程1.2.3 Simulink简介: Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该
10、环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 1.2.4 SIMULINK特点:(1) 高效的数值计算及符号计算功能,能使用户从繁杂的数学运算分析中解脱出来;(2)具有完备的图形处理功能,实现计算结果和编程的可视化;(3)友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言,使学者易于学习和掌握;(4)功能丰富的应用工具箱(如信号处理
11、工具箱、通信工具箱等) ,为用户提供了大量方便实用的处理工具。第2章 运动学分析2.1数学模型的建立 图2-1牛头刨床传动导杆机构分析 根据牛头刨床的工作原理,对其传动机构进行简化,建立如图2-1的直角坐标系,将各构件视为杆矢量并标出其方位角。机构各矢量构成两个封闭矢量方程,为此需要利用两个封闭图形ABCA及CDEGC,由此可得: (2-1) (2-2)将上式写成坐标轴上的投影形式,由此: (2-3) (2-4) (2-5) (2-6) 联立以上各式子得: (2-7) (2-8) (2-9) (2-10)2.2 SIMULNK建模与仿真 由2.1分析,引用SIMULINK模块,建立牛头刨床传动
12、导杆的仿真模型图,用到的模块下图2-2: 图2-2 SIMULINK仿真模块 建立仿真模型,并保存为sheji_one.mdl文件,如下图2-3: 图2-3运动学仿真模型图 在应用simulink进行仿真时,应该先根据前面建立的数学模型,编写一个matlab函数 displacement用以解出6、7、8、9式中的四个未知量:s3、3、4、Se,该函数的输出量应为由s3、3、4、Se四个变量构成的向量,随后通过Demux模块将该向量分解输出。在此基础上,利用微分模块对各构件的位移量s3、3、4、Se分别进行微分,求得其相应的速度量V3、omega3、omega4、Ve,再对其进行微分求得相应的
13、加速度量a2、a3、a4、ae。最后使用Mux模块将所求的变量合成一个分量,并通过模块to workplace写入工作空间的simout。 建立displacement.m的文件,编写ATLAB function函数;为表示实际工作中刨床导杆机构完整的运动的形式,设:L1=125mm;L3=600mm;L4=150mm;L6=275mm;L6=575mm;并且,设构件1的位移量初始值为-0.4713rad,角速度w1=1rad/s,则一个周期T=6.28s,故可以选择仿真时间为10s。2.3各模块设置参数:为了得到正确的仿真结果,必须对各个仿真模块参数进行合理有效的设置,其参数设置分别如下图:
14、 图2-4 积分模块初始值设置为 图2-5 自定义函数模块的设置 图2-6 Demux模块设置 图2-7 Mux模块设置另外,Constant模块设置为1.2.4 编写displacement函数源程序 根据仿真模型中M函数的作用,编写函数displacement(u)程序如下:function x=displacement(u);%u为输入向量。%u=theta1,即杆AB与水平方向的初始角度。%L1为杆AB长度。%L3为杆BD长度。%L4为杆DE长度。%L6为AD间的距离。%L61为C点到杆GF的垂直距离。%x为四分量的输出向量。L1=125;L3=600;L4=150;L6=275;L6
15、575;m1=cos(u);m2=sin(u);n=(L1*m1)2 +(L6+L1*m2)2;s3=sqrt(n);theta3=acos(L1*m1/L3);n1=sin(theta3);n2=cos(theta3);theta4=pi-asin(L61-L3*n1)/L4);n3=cos(theta4);Se=L3*cos(n2)+L4*n3;x=s3,theta3,theta4,Se;end 第3章 运动学仿真结果输出及分析3.1 运动学仿真 打开MATLAB的SIMULINK界面并打开sheji_one.mdl文件,点击开始仿真按钮,对模型图2-3进行数据仿真。3.2 结果输出及分
16、析说明 仿真结束后,借助MATLAB的plot等绘图命令plot(ScopeData.time,ScopeData.signals.values(:,1),LineWidth,1.5);进行输出仿真结果:(1) Scope10输出的是滑块B沿杆CD的运动速度如图3-1:(2)Scope0输出如图3-2: 图3-1值变化,单位m/s 图3-2 值变化,单位mm/ 分析说明:图3-1是值随时间变化的曲线图(单位m/s),由于设置了杆AB角速度初始值,即初始阶段杆AB是处于加速阶段,故图形有一段较大的跳跃,随后整个机构处于平稳阶段,成规律性变化; 图3-2是 值随时间变化的曲线图(单位mm/),图形
17、出现陡峰的原因同上,该图形可以判断牛头刨床切削加工速度随时间变化情况。(3)Scope1输出的是杆CD中B点加速度,如图3-3: 图3-3 值随时间变化图,单位mm/ 图3-4 值变化曲线图,单位mm/ Scope2,即加速度,单位mm/如图3-4: 分析说明:图3-3是滑块B沿杆CD加速度随时间变化曲线,而图3-4则是杆CD段的加速度值随时间变化曲线图,它是随时间变化的规律性曲线,在机构运行初期有较大的加速度值变化,随后其幅值维持在-0.2 +0.2之间。Scope3输出的即加速度,单位mm/,如图3-5: 图3-5 加速度,单位mm/ 图3-6 值变化曲线图 分析说明:图3-6可知,也是随
18、时间呈周期性变化,但是并不是从0360,可以看出杆CD未做完整的圆周运动。同理,得到其他杆或点的速度、加速度、位移值变化曲线图,分别如下: 图3-7 值变化曲线图 图3-8 值变化曲线图 分析说明:图3-7、图3-8、图3-9、图3-10是杆CD和杆DE的角度随时间变化值以及其角速度随时间变化曲线。 图3-9值变化曲线图 图3-10 值随时间变化值mm 图3-11 值变化曲线图,单位mm/ 分析说明:图3-11是值随时间变化曲线图(单位mm/),由此可以清晰地看出工件切削加工的速度变化。最后,用plot(tout,simout)命令绘出总的曲线图3-12(图中单位均为国标),如下图3-12:
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 MATLAB 牛头 刨床 仿真 分析 毕业设计
