机械原理 课程设计---牛头刨床设计.doc

机械原理课程设计 （牛头刨床）机械原理 课程设计牛头刨床设计姓名：学号：方案：计算点：目录一、运动方案设计31、方案一：32、方案二：3二、确定执行机构的运动尺寸4三、导杆机构的运动分析61、曲柄对应位置3时62、曲柄对应位置9时8四、对导杆机构进行动力静态分析：111、曲柄对应位置3时112、曲柄对应位置9时12五、数据汇总14六、飞轮设计17附加题目（洗瓶机设计）19一、运动方案设计1、方案一： 该方案如图所示。将题目所示方案中的连杆5与滑块6的转动副变为移动副，并将连杆5变为滑块4，即得此方案。所以该方案具备题示方案的特点。除此以外，因构件4、5之间的传动角始终为，所以受力更好，结构更紧凑。2、方案二：该方案如图所示，有两个四杆机构组成。构件1、2、3和6构成双曲柄机构。构件3、4、5和6构成曲柄滑块机构。方案特点如下：1）有急回作用，因，而，行程速比系数。可见，减小c或增大d都能使k增大。2）因为曲柄1与3都能作整周运动，机构的横向与纵向尺寸均较大，且A与D的传动轴均应悬臂安装，否则机构运动时，轴与曲柄将发生干涉。3）作往复运动的滑块以及作平面复杂运动的连杆EF和BC，其动平衡困难。4）当各构件的尺寸满足k=1.6，H=312mm，工作和空回行程时构件2和3间的最小传动角分别为和；构件4与5间的最小传动角为；横、纵向运动尺寸分别为925mm和718mm。此外，刨刀的速度也不够平稳二、确定执行机构的运动尺寸1、图解法：由已知得：（1）、过点作竖直线，使之满足，以为基点，以一边向左侧做角度为的一条直线；（2）、过作该直线的垂线，垂足为A，测量两点间的距离；（3）、在直线左侧作平行线与斜直线交于B点，另一点为G，测量B和间的距离；（4）、以为圆心以B为半径作圆，与竖直线交与点P，作线段PG的中线即为刨头导路；（5）、图上所测距离乘以既得实际长度，由连杆与导杆之比 ，计算可得连杆长度。2、解析法：根据边角关系以及三角函数关系可得：三、导杆机构的运动分析在图中构件3和构件4组成移动副，构件3上点与构件4上点组成移动副两构件的重合点，根据相对运动原理列出相对速度和相对加速度矢量方程式，作速度多边形和加速度多边形；再利用在同一构件上点间的速度加速度求法解得B点的速度、加速度；再利用同样方法求得C点的速度和加速度。1、曲柄对应位置3时：导杆机构如图3-1所示(比例尺取为5mm/mm)：图3-1（1）、速度分析：由表1数据得： 取速度比例尺，画出速度多边形如图：对A点有： 大小 ？ 0.69m/s ？ 方向 O2A ？ O4B所以 ，对c点， 大小： ？ 0.68m/s ？ 方向： ？ O4B BC所以 ,（2）、加速度分析：根据已有数据可得：，取加速度比例尺，画出加速度多边形如图：对A点有： 大小： ？ ？ 方向： 所以， ，对C点有： 大小： ？ ？ 方向： 作加速度多边形如图：所以可得：2、曲柄对应位置9时：导杆机构如图3-2所示（比例尺取为5mm/mm）：图3-2（1）、速度分析：同曲柄对应位置3时，对A点有： 大小 ？ 0.69m/s ？ 方向 O2A ？ O4B取速度比例尺，画出速度多边形如图：所以： ，对c点， 大小： ？ 0.68m/s ？ 方向： ？ O4B BC所以 ，（2）、加速度分析：根据已有数据可得：，取加速度比例尺，画出加速度多边形如图：对A点有： 大小： ？ ？ 方向： 所以， ，对C点有： 大小： ？ ？ 方向： 作加速度多边形如图：所以可得：四、对导杆机构进行动力静态分析：1、曲柄对应位置3时：对6点进行受力分析如图4-1:图4-1有已知条件可得：根据平衡关系 ： ，可以得出：，然后对摇杆进行受力分析加上惯性力、惯性力矩如图4-2：其中，,，。利用静力平衡分析：图4-2由以上三式解得：，,对曲柄进行受力分析如图4-3：图4-3根据力的平衡，,所以，则平衡力矩2、曲柄对应位置9时：对6点进行受力分析如图4-4:图4-4有已知条件可得：根据平衡关系 ： ，可以得出：，然后对摇杆进行受力分析加上惯性力、惯性力矩如图4-5：其中，,，。利用静力平衡分析：图4-5 由以上三式解得：，,对曲柄进行受力分析如图4-6：图4-6根据力的平衡，,所以，则平衡力矩五、数据汇总综合5人12组位移、速度、加速度、平衡力矩数据，见下表：位置123456位移（mm）017.8061.98119.86182.46241.04速度（）00.400.700.730.740.65加速度（）5.983.512.050.37-1.23-1.72平衡力矩（）0270404.31477.77449.67398.93位置789101112位移（mm）287.27309.42290.90216.41106.3324.94速度（）0.440.06-0.58-1.21-1.29-0.62加速度（）-3.34-5.62-4.99-1.470.654.13平衡力矩（）248.6533.84-36.56-35.86-23.80-32.58六、飞轮设计1、取曲柄为等效构件，根据机构位置和受力分析确定一个运动循环的等效阻力矩Mr（）。对Mr()进行四次差值曲线的拟合，其拟合曲线如图所示：2、 根据Mr（）值，采用MATLAB中的数值积分，计算曲柄处于各个位置时Mr（）的功。因为驱动力矩为常数，所以按照Md= /（2）确定等效驱动力矩Md。对Mr（）进行积分运算后可知Mr（）=1179.8550N*m, Md=187.7798N*m等效阻力矩与等效驱动力矩如图所示：最大盈亏功的确定：由图可知最大剩余功： 3、 求集中在A点的等效转动惯量由公式：可知等效转动惯量：题目给出：又由定轴轮系的传动比：可得： 所以，飞轮的转动惯量：附加题目（洗瓶机设计）基本要求：当待洗的瓶子放在两个转动着的导轨上，导轨带动瓶子旋转。当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导轨待推。 图（15）问题分析和方案设计：为提高洗瓶机推瓶机构的推瓶效率，设计该机构应有急回特性，利用已有的牛头刨床机构设计进行改造。推瓶机构采用导杆机构、连杆机构组成的6杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角始终为90。适当确定刨头的导路位置，可以使压力角尽量小。图（16）原始数据和设计要求：设计推瓶机构时的原始数据和要求为：1） 瓶子尺寸： 大端直径d=80mm，长200mm。2） 推进距离l=600mm。推瓶机构应使推头M以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后，推头快速返回原位，准备第二个工作循环。3） 按生产率的要求，推程平均速度为v=45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的3倍。4） 机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。尺寸设计： 尺寸设计数据见下表，机构简图如图（17）机架(mm)连杆(mm)导杆（mm）曲柄（mm）工作行程l（mm）170200424.26120.2600转速n（r/min）行程速比系数K推程角回程角3.3753因为 ； 所以 由推程 因为 ； ；所以 取 则所以 ； 为减小压力角，应尽量将的长度放大，考虑到实际情况，取此时连杆与导杆之比。参考文献1 郑文纬 吴克坚 机械原理 北