机械原理课程设计牛头刨床的VB

机械原理课程牛头刨床的VB 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 一 ?机构简介? 1.1牛头刨床的组成 牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁、进给机构和变速机构等组成。 (1)床身 床身内部有变速机构和曲柄摇杆机构。床身的顶面有水平导轨,滑枕沿水平导轨作往复直线运动。在床身前面有垂宜导轨,横梁带动工作台沿垂直导轨升降。 2)滑枕 滑枕的前端有环状T形槽,用来安装刀架和调节刀架的偏转角度:滑枕的内部装有调整滑枕行程位置的机构,它是由一对锥齿轮和丝杠组成。滑枕的下部有两条燕尾型导轨,它与床身上部的水平导轨配合。在曲柄摇杆机构的带动下,滑枕在床身水平导轨上作往复直线运动。 (3)横梁与工作台 校梁安装在床身前部垂直导轨上。横梁的底部装有升降丝杠,使校梁能沿着床身前部的垂直导轨作上下移动。工作台和滑板连接在一起,安装在横梁水平导轨上,转动安装在校梁凹框内的横向进给丝杠,工作台就沿着横梁的水平导轨作横向移动。工作台的前部底下装有支架,以防止工作台在刨削过程中产生向下倾斜和振动现象。工作台的上平面和两侧面均制有T形槽、v形槽和圆孔,用来固定不同形状的工件或夹具。 (4)刀架 刀架用于装夹刨刀,并使刨刀沿着垂直方向和倾斜方向移动。刀架由手柄、丝杠、刻度转盘、夹刀座、拍板、拍板座、滑板等组成。刻度转盘6用T形职栓5紧固在滑枕前端的“环”状T形槽内。可按加工的需要作160’的回转。刻度转盘6与滑板13通过导轨相配合,只要摇动丝杠3上端的手柄1,就可使滑板13沿着刻度转盘6上的导轨移动,通过刻度环2来控制背吃刀量的大小。拍板10与拍板座11的凹槽相配合,用铰链销7连接。在拍板10的孔内装有夹刀座8刨刀就装在它的槽孔内,拍板10可以绕铰链销7向前上方拾起,这样可避免滑枕回程时刨刀与工件已加工。 (5)进给机构 进给机构主要用来控制工作台横向进给运动的大小。 (6)变速机构 操纵变速机构的手柄,可以把各种不同的转速传递到曲柄摆杆机构而改变格杆在相同时间间隔内的摆动次数。 (7)曲柄摇杆机构 主要作用是把电动机的旋转运动转换为滑枕的往复直线运动。 1.2 牛头刨床的运动形式 牛头刨床机构是一种常用切削加工机床，运动简图如 图(1)所示，刨床工作时，原动件1作等速转动，经六杆机构 (1-2-3-4-5-6)传递。带动滑枕连同安装在滑枕上的刨刀5作往复运动。刨刀向左运动时进行切削，称为工作行程。此时要求速度较低和较均匀以提高切削质量。刨刀向左运动时不切削，称为空回行程。该行程要求速度快些，以节省时间，提高生产率。为此采用了有急回作用的摆动导杆(6-1-3-2)和摆杆滑块机构(3-4-5-6)串联形式。刨刀在工作行程中受切削阻力(在行程的两端各有一段0.05So的空刀距离)，而在空回程时则不受切削力。 第 1 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 二 ?设计要求? 课程设计采用计算机编程方式。 1)?根据行程速比系数K，设计曲柄长度 AB，将结果圆整到mm;并计算杆三 的两个极限位置 φ3' φ3'' ，最大摆角φm 及铰链E的两个极限位置XE1 及 XE2 和杆5 的最大行程S0。 2)?根据所求出的曲柄长，对所设计的六杆机构进行分析。求出一个周期内杆5的各个位置的位移，速度和加速度。 3)?通过计算机编程方式，绘出位移，速度，加速度随转角φ1变化的曲线。 4)?完成设计计算说明书。 三?数学模型? 3.1 机构设计 首先建立坐标系，一般在原动件逆时针旋转时取右手系，当原动件顺时针旋转时取左手系。 k,1,由得K180 ,，:k，1 k,1,,所以 ,,，:180mk，1 (1-1) 第 2 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 ,,,mLLsin求曲柄长 ,ABAC,,2,, (1-2) ,,m求出摆杆的两个极限位置 ',，,322 (1-3) ,,m '',,,322 (1-4) ,,,mXL'sin ,1ECD,,2,, (1-5) ,22mXLLL''(cos()),,,EDEHCD12 (1-6) 因为 XXX,，'''EEE111 (1-7) XXXX'''''',,; EEEE2121 所以 XXXXX,,,,''''''EEEEE22211 (1-8) 最大行程 S,,XX012EE (1-9) 3.2 运动分析解析式 导杆机构的封闭向量方程式(如图二) LLL，,ABBCAC (2-1) 式 (2-1)在X轴和Y轴上的投影为: LLcoscos,,,abbc13 LLL，,sinsin,,{ (2-2) acabbc13 ,,LL，sin,ACAB1arctan解方程组(2-2)得: ,,,,3Lcos,AB1,, (2-3) Lcos,AB1,LCBcos,3 (2-4) 对方程组(3-2)分别求导得: 第 3 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 L,,,cos(),AB31,,3LCB (2-5) VL,,,,,,sin()BBAB23131 (2-6) 2,,，LV,,,,sin()2ABBB31233a,3LCB (2-7) 滑枕机构的封闭向量解析式(如图三) LLXHS，,，，CDDE05 (2-8) 在X轴和Y轴上的投影为 LLXScoscos,,，,,,,CDDE3405,,LLHsinsin，, ,,CDDE34,, (2-9) 解方程组(2-9)得 Hsin,L,CD3y,,sin,4LDE (2-10) sin,4,arctan,42,1sin,4 (2-11) HHL,,sin,13CD (2-12) 第 4 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 L22ABXLLH,，,01CDDELBC (2-13) SXLL,,,coscos,,5034CDDE (2-14) ,Lcos,,CD33,,4Lcos,DE4 (2-15) VLL,，,,,,sinsin53344CDDE (2-16) 22LaL,,,,,sincossin,，，，CDDE333344a,4Lcos,DE4 (2-17) 22aLaLa,，，，sincossincos,,,,,,，，，，CDDE533334444 (2-18) 第 5 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 四?变量符号对照表? 数学建模中符号 VB编程中符号 实际表示意义 序号 K K 行程速比系数 1 sita 极位夹角 2 , ,a0 1杆与水平线之间的夹角 3 1 ,Fm 最大摆角 4 m ,a3 3杆与水平线之间的夹角 5 3 ,'f31 3杆到第一极限位置的夹角 36 ,''f32 3杆到第二极限位置的夹角 7 3 ,a4 4杆与水平线之间的夹角 8 4 LLac AC杆的杆长 AC9 LLab AB杆的杆长 10 AB LLcd CD杆的杆长 11 CD LLde DE杆的杆长 12 DE LLbc BC杆的杆长 13 BC LLh 机架的高度 14 H XEXe1 E1点到y轴的距离 15 1 XE'Xe11 D1点到y轴的距离 16 1 XE''Xe12 D1点与E1点的水平距离 17 1 XEXe2 E2点到y轴的距离 18 2 XE'Xe21 D2点到y轴的距离 19 2 XE''Xe12 D2点与E2点的水平距离 20 2 Ss0 E1点与E2点的距离 21 0 Ss5 构件5 的位移 22 5 Xx0 构件5的位移值所对应的x轴坐标 23 0 Hh1 D点与E点的垂直距离 124 N n0 电机转速 25 ,W1 1杆的角速度 26 1 ,W3 3杆的角速度 27 3 ,W4 4杆的角速度 28 4 ,w 原动件的角速度 29 Vv23 构件2与构件3的相对速度 30 BB23 Vv5 5杆的速度 31 5 aa3 3杆的加速度 32 3 aa4 4杆的加速度 33 4 aa5 5杆的加速度 34 5 ε Jjs3 35 Vb2b3 V23 2杆相对于3杆的速度 36 第 6 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 五?流程图? 5.1 计算流程图 开始 输入已知数据:k值及个杆长 输出第一步计算第一步计算 结果 输出第二，三步第二，三步计算 计算结果 结束 5.2 程序流程图 第 7 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 六?源程序? '定义变量 Dim k!, a1!, a2!, Lac!, Lab%, a31!, a32!, b1!, Lcd!, Lde!, a3! Dim Lh!, c1!, b2!, c2!, c!, s0!, n3!, n!, v23!, a0!, du% Dim n1!, e3!, x0!, s5!, a4!, h1!, v5!, n4!, e4!, e5!, n0!, Lbc! Const pi = 3.141592653 Private Sub Form_Load() '姓名，学号，班级 Label19.Caption = "班级: " Label20.Caption = "姓名: Label21.Caption = "学号: Label19.FontSize = 15 Label20.FontSize = 15 Label21.FontSize = 15 End Sub '已知数据 Private Sub Command1_Click() Text1.Text = 1.65 Text2.Text = "450mm" Text3.Text = "760mm" Text4.Text = "200mm" Text5.Text = "770mm" Text6.Text = "80r/min" End Sub '第一步计算 Private Sub Command2_Click() k = Val(Text1.Text) Lac = Val(Text2.Text) Lcd = Val(Text3.Text) Lde = Val(Text4.Text) Lh = Val(Text5.Text) n0 = Val(Text6.Text) If Text1.Text = "" Then MsgBox "请给出已知数据" Else a1 = ((k - 1) / (k + 1)) * 180 a2 = a1 / 180 * pi Lab = Lac * Sin(a2 / 2) a31 = 90 + a1 / 2 a32 = 90 - a1 / 2 b1 = Lcd * Sin(a2 / 2) b2 = Sqr(Lde ^ 2 - (Lh - Lcd * Cos(a2 / 2)) ^ 2) 第 8 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 b = b1 + b2 c1 = b1: c2 = b2: c = c2 - c1 s0 = b - c Text7.Text = Lab Text8.Text = a31 Text9.Text = a32 Text10.Text = a1 Text11.Text = b Text12.Text = c Text13.Text = s0 End If End Sub '第二步计算 绘制图形 Private Sub Command3_Click() If Text7.Text = "" Then MsgBox "请先计算曲柄AB的长度" End If If Text1.Text = "" Then MsgBox "请给出已知数据" End If '画坐标轴 Cls Picture1.Scale (-280, 50)-(250, -50) Picture1.Line (-280, 0)-(240, 0) Picture1.Line (-270, 50)-(-270, -50) Picture1.Line (-230, 50)-(-230, -50) Picture1.Line (-190, 50)-(-190, -50) Picture1.CurrentX = 230: Picture1.CurrentY = -10: Picture1.Print "φ1" Picture1.CurrentX = -190: Picture1.CurrentY = 48: Picture1.Print "a" Picture1.CurrentX = -270: Picture1.CurrentY = 48: Picture1.Print "s" Picture1.CurrentX = -230: Picture1.CurrentY = 48: Picture1.Print "v" Picture1.Line (240, 0)-(233, 2) Picture1.Line (240, 0)-(233, -2.5) Picture1.Line (-195, 48)-(-190, 50) Picture1.Line (-185, 48)-(-190, 50) Picture1.Line (-230, 50)-(-225, 48) Picture1.Line (-230, 50)-(-235, 48) Picture1.Line (-270, 50)-(-275, 48) Picture1.Line (-270, 50)-(-265, 48) '画，位移，速度，加速度 图像 For i = 0 To 360 Step 60 Picture1.CurrentX = i - 190: Picture1.CurrentY = -1: Picture1.Print i Picture1.Line (i - 190, 0)-(i - 190, 1) Next i 第 9 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 For j = -600 To 600 Step 300 Picture1.CurrentX = -190: Picture1.CurrentY = j / 15: Picture1.Print j / 60 Picture1.CurrentX = -230: Picture1.CurrentY = j / 15: Picture1.Print j / 300 Picture1.CurrentX = -270: Picture1.CurrentY = j / 15: Picture1.Print j Picture1.Line (-190, j / 15)-(-185, j / 15) Picture1.Line (-230, j / 15)-(-225, j / 15) Picture1.Line (-270, j / 15)-(-265, j / 15) Next j For a0 = 0 To 2 * pi Step 0.017453 X1 = a0 * 57 w = pi * n0 / 30 a3 = Atn((Lac + Lab * Sin(a0)) / (Lab * Cos(a0))) If a3 < 0 Then a3 = a3 + pi End If Lbc = Lab * Cos(a0) / Cos(a3) n3 = Lab * w * Cos(a3 - a0) / Lbc v23 = -Lab * w * Sin(a3 - a0) e3 = -(Lab * w ^ 2 * Sin(a3 - a0) + 2 * v23 * n3) / Lbc y = (Lh - Lcd * Sin(a3)) / Lde a4 = Atn(y / Sqr(1 - y ^ 2)) h1 = Lh - Lcd * Sin(a3) x0 = Lcd * (Lab / Lbc) + Sqr(Lde ^ 2 - h1 ^ 2) s5 = x0 - Lcd * Cos(a3) - Lde * Cos(a4) Picture1.PSet (-190 + X1, s5 / 20) w4 = -Lcd * Cos(a3) * n3 / (Lde * Cos(a4)) v5 = Lcd * n3 * Sin(a3) + Lde * Sin(a4) * w4 Picture1.PSet (-190 + X1, v5 / 200) e4 = (Lcd * (n3 ^ 2 * Sin(a3) - e3 * Cos(a3)) + Lde * w4 ^ 2 * Sin(a4)) / (Lde * Cos(a4)) a5 = Lcd * (e3 * Sin(a3) + n3 ^ 2 * Cos(a3)) + Lde * (e4 * Sin(a4) + w4 ^ 2 * Cos(a4)) Picture1.PSet (-190 + X1, a5 / 2000) Picture1.Line (110, 12)-(150, 25) Picture1.CurrentX = 150: Picture1.CurrentY = 30: Picture1.Print "位移mm" Picture1.Line (-10, 8)-(-70, 35) Picture1.CurrentX = -90: Picture1.CurrentY = 40: Picture1.Print "加速度m/s^2" Picture1.Line (50, -15)-(30, -30) Picture1.CurrentX = 20: Picture1.CurrentY = -30: Picture1.Print "速度m/s" du = a0 * 180 / pi '第三步计算 运动分析 List1.AddItem (Left(du, 5)) & " " & (Left(a0, 5)) & " " & (Left(s5, 5)) & " " & (Left(v5 * 10 ^ -3, 5)) & " " & (Left(a5 * 10 ^ -3, 5)) Next a0 第 10 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 End Sub 七?输出结果? 7.1 曲柄长度及最大摆角 7.2 位移速度加速度图像 第 11 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 7.3 运动分析表格 八?结果分析? 由速度图像可以清楚的看到牛头刨床的急回特性，回程时的速度约是冲程时速度的3 第 12 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 倍。并且由速度图像可以看出 由六杆机构组成的牛头刨床在开始和结束的时候存在刚性冲击。机构的效率也比较低。 下表列出了 曲柄在各个时刻时，刨刀的位移，速度，加速度值。 九?? 体会:通过这次课程设计我有了很多收获。首先，通过这一次的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论，基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问的能力。对平面连杆机构有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程中，与同学激励讨论，团队合作，最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这次经历难以忘怀。 其次通过这次课程设计，对牛头刨床的工作原理以及对导杆机构运动分析有了初步的了解，培养了很深的学习兴趣。 第 13 页 共 14 页 机械原理课程设计说明书 黑龙江八一农垦大学工程学院:付景瑞 十?参考文献? 1.《机械原理课程设计指导书》------------ 万霖，赵清华，李玉清 编著 2.《机械原理课程设计》------------------ 陆凤仪 主编 3.《机械设计课程设计图册》(第三版)----- 龚桂义，潘沛霖 主编 4.《机械零件设计手册》-------------------机械工业出版社 5.《互换性与技术测量》(第三版)-----------王伯平 主编 6.《机械原理》 (第七版)---------------------------------孙恒，陈作模，葛文杰 主编 7.《Visual Basic 程序设计教程》 ----------------龚沛曾，杨志强，陆慰民 主编 第 14 页 共 14 页