计算机仿真

1、屋哪疙N殳#计算机仿真技术基础期末作业题 目基于MATLAB的牛头刨床运动的仿真学院：机电学院专业：机械工程及自动化年级班级： 2010级102 班组员姓名及学号：段国泰 201010301245王磊 201010301240指导教师：曾凯日 期：一、牛头刨床简介及工作原理简介：牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床， 多用于单件或小批量生产。为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、 精加工，要求主执行构件一刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同 起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程 速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进 给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的 加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经皮带轮O和O 和齿轮Zo“、Zl、Zl、Z2减速带动曲柄2转动。刨床工作时，由导 杆机构2-3-4-5-6带动刨头和刨刀作往复运动。刨头向左时，刨刀进 行切削，这个行程称工作行程，刨头受到较大的切削力。刨头右行时, 刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度

2、较高，以提高生产力。1牛头刨床外形團工作原理：牛头刨的主运动原理就是曲柄摇杆机构。将旋转运动转变成直线往复运动，滑枕为主运动，工作台做进给运动。D对如右图所示的矢量三角形列出方程二、运动方程的求解、2.1速度方程求解矢量方程：R将上述矢量方程分别向水平、竖直方向投影,COS 久=弓 cos:斤 + r2 sin r5 sill .上式分别对时间t求导，得：R2R3得：(1-1)込爲 sin & =尸3 COS&3 一0心(1-2)Q畀；cos & =尸3 sin 63 + cd cos 仇.上式写成关于 .与的矩阵方程，为f r3 sin3 cos 旷(_” sing、,r3 cos 03 sin)心也CO迢丿将(2)式分别对时间t求导，得:(1-3)-ar2 sin 02 -材心 cos 32 - cos 63 一 2co3 r3 sin 03 一 a3r3 sin 03 一 cos ； 2 “ 2 a2r2 cos 02 - cor2 sin g 二厂3 sin 03 + 2a)3 r3 cos 03 + a3r3 cos 03-co3 r3 sin.将上式写成穴： 二关于的矩阵方

3、程:(-r3 sin3cos &3、a3 一 co sin 久一(打2cos Q+2 r3 sin Q + e； cos 03、r3 cos &3sing T3 、a2r2 cos 02 ar2 siii 02 2co3 r3 cos 务 + 砧与 sin Q 丿2.2加速度方程的求解对如右图所示的矢量三角形* * *矢量方程为：R4+R5 = R& + R.将上述矢量方程分别向水平、(2-1)(2-2)r4 cos 04+r5 cos 05 = r.q sill 84 + r5 sin 05 = r6.上式分别对时间t求导，得:-q冷 sin % co5r5 sin =尸7;a)4r4 cos 仇 + co5r5 sin 05 = 0.将(2)式分别对时间t求导，得:mJmJ(2-3)a4r4 sin 04-a)4r4 cos 04 a5r5 sin 05 co5 r5 cos 05 - a4r4 cos 04 虻q sin 0A + a5r5 cos 05 cofr5 sin 35 = 0.z sin - P-、r5 cos 仇0 丿斗q cos &斗-研q sin 0 肉总sil

4、l罠丿上式写成关于“-的矩阵方程:(2-4)三、构建SIMULINK方框图31构建速度方框图并仿真3.1.1首先对方程(1-3)的常变量分析：已知常量有：变量 有:已总。但可分别由厂二导出。因此，系统 输入量为二二 :，输出量为门-。常用到的模块有:MuxScopMATLABFunrtionMATLO FenDemuxIntegra toir将各模块顺序连接起来构成框图:ConstantIntegra torth eta 3Out3I ntEgratsriMATLAB FenIntErstsrlMATLA.B Functiondor r3*CZ)Out43.1.4设置各模块初值如下：（注意：各模块初值必须正确设置，否则WAT LAB FtfirrgFHrBr运行结果会出错!）-*1-Irsi tial a endi t i on:|S. CELi-lE： 0pi/lE：Constaut value:|21950MATLAB Function3U.TLAE fLLne 七三口口：|=rfuziii|Initial D4i-nditi*nzI rt-sgrntEp| 5 3. M 1224

5、4 3/2 -9fl.1E LInitial czjrditi-M：|EiTt(.477- l33723l51D2n7；仿真(1)程序如下：myfunll.mfunctionout=myfun11(u)u(1)=theta3u(2)=theta2u(3)=omega2u(4)=r3a=-u(4)*sin(u(1) cos(u(1);u(4)*cos(u(1) sin(u(1);b=-r2*u(3)*sin(u(2);r2*u(3)*cos(u(2);out=inv(a)*b;(2.)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：(3.) theta3的角度变化:(4.)角速度变化值:3.2构建加速度方框图并仿真321框图构建（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：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Balpha2面的相同。）Constant valuei|o1J L

6、Initial cnnditicn:MATLAB -亦匸AE functicn: Fun din n 程序如下：funl.mfunction y=fun1(x)x(1)=omega3x(2)=theta3x(3)=theta2x(4)=omega2x(5)=alpha2x(6)=r3x(7)=dot r3constant r2y(1)=alpha3y(2)=dot r3a=-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*cos(x(3)+2*x(7)*x(l)*sin(x(2)+x(l)*x(l)*x(6)*cos(x(2) x(5)*r2*cos(x(3)-x(4)*x(4)*r2*sin(x(3)-2*x(7)*x(l)*cos(x(2)+x(l)*x(l)*x(6)*sin(x(2); y=inv(a)*b;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

7、：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：角加速度（_：厂）的仿真曲线:角速度（工，）的仿真曲线:加速度曲线（mli-汀曲线:速度（dotr3 （m/s）曲线:四、总结1. 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MATLAB的SIMULINK工 具应用到机械运动仿真分析，不仅可以大大节约设计时间，提高工作 效率，而且可以得到较高的分析精度，这为设计高速机构带来了便利。2. 以前在课本上学习时不注重他们的区别，但是到了实践中他们的区 别就很大了，差了一点就不能实现它对应的功能，所以在我们以后的 学习中我们要更加注重的不只是课本上的知识，还要注重实际中的应 用。3. 在这次作业中我深刻的记住了一些函数的应用，不断的应用能让我 们更加深刻的理解和记住这些函数的应用，所以课后作业对于知识的 巩固在学习过程中是必不可缺的一部分。这不仅对这门课是这样，而 且对我们学习的每一门课都是一样的，生活中的有些事也是这样的， 不仅要注重理论知识的学习，更不能忽略实际的锻炼。在我们以后的 学习过程中，我们要更多的思考实际的问题，联系实际去学习课本这 样我们能更加深刻的理解并应用这些知识。最后我也深刻的感受到 了MATLAB这款软件的功能是那么的强大，我们掌握MATLAB对我 们以后的学习会有很多的帮助，还有可能在我们以后的工作中用到， 所以我们要在生活中不断的应用它，以达到熟练的地步。总之这次期末作业让我认识到了很多东西，我们要不断增强自己的知 识，在生活中不断的应用我们课本上学到的东西，加强我们的实践能 力，对我们的未来有很的好处。五、参考文献1 张志涌等，MATLAB与仿真（2010a）,北京航空航天大学出版 社，2010 （即将出版）。2 MathWorks， MATLAB R2010a， 2010。3 ma tlab的简明基础教程4 Ma tlab软件应用与开发

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