牛头刨床机械原理课程设计2点和4点

1、目录、课程设计的目的与要求 3二、设计正文1. 设计题目 32牛头刨床机构简介 33. 机构简介与设计数据 .44. 设计内容 .5三、体会心得 .15四、参考资料 . 16附图 1： 导杆机构的运动分析与动态静力分析一、课程设计的目的和任务1、目的机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程， 它 是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。 其目的是以机械原理课程的学习为基 础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与 本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力， 使学生熟悉机械系统设计的步骤及方 法，其中包括选型、运动方案的确定、运

2、动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步 提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。2、任务本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运 动分析和动态静力分析。并在此基础上确定飞轮转惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和 齿轮机构。二、设计正文：1、设计题目：牛头刨床1）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急会运动，行程速比系 数在 1.4 左右。2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度 平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3）曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为7000

3、N, 其变化规律如图所示。2、牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 4-1 。电动机经皮带和齿轮传动， 带动曲柄 2 和固结在其上的凸轮 8。刨床工作时，由导杆机构 2-3-4-5-6 带动刨头 6 和 刨刀 7 作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且 均匀，以减少电动机容量和提高切削质量，刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此 时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完 一次，利用空回行程的时间，凸轮 8 通过四杆机构 1-9-10-11 与棘轮带动螺旋机构（图 中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，

4、以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中， 受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约 5H的空刀距离，见图4-1 , b）,而空回 行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机 容量。3、机构简介与设计数据1）机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮 &刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往 复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少 电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀

5、不切削，称空回行程，此时要求速度较 高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空 回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连 同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力， 而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就 影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机 容量。2）设计数据设计数据设计数据设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02ALo4BLbcLo4S4Xs6Ys6GGPYpJs4单位

6、r/mi nmmNmmkgm方案I603801105400.25Lo4B0.5Lo4B240502007007000801.1II64350905800.3Lo4B0.5Lo4B200502208009000801.2皿724301108100.360.51804022062080001001.2Lo4BLo4B4、设计内容1)导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路 x-x位于导杆端点 B所作的圆弧高的平分线上。要求：做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动 线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在 1号图纸上。曲柄位置图的作法为

7、取1和8为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1和7为 切削起点和终点所对应的位置，其余 2, 312等，是由位置1起顺2方向将曲柄圆周 作12等分的位置。1、选择表I中方案U。2、曲柄位置“ 2”做速度分析，加速度分析(列矢量方程，画速度图，加速度图) 取曲柄位置“ 2”进行速度分析。取构件3和4的重合点A进行速度分析。有 co2=2X3.14 4/60=6.698666667 rad/s 其转向为顺时针方向。U3= U2=型河O2A 口=6.698666667 90X).001=0.60288 m/s 方向:At Q 列速度矢量方程，得U4 = U3 + IA4A3 大小 ？?方向 丄O4A

8、 丄O2AII O4B取速度极点P,速度比例尺 g=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图。图1-1则由图1-1知，U4=pa4 v=28.50500264 0.01 m/s =0. 2850500264 m/s 方向 pta4U4A3 =a3a4 v=53.05755578 0.01m/s=0.5305755578m/s 方向 a3ta4W4= LA4/ l O4A 卫=0. 2850500264/0.38342033151 =0.74344003rad/s其转向为顺时针方向。U5= U4= 004 lo4B 卫=0.74344003 580=0.4311952229m/s 方向 pf

9、b5取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得UC = LB5 + UB5大小 ？方向/ XX 丄O4B 丄BC其速度多边形如图1-1所示，有u=pc v=41.69703748 .01 m/s =0.4169703748m/s 方向 pf c UB5=b5C vv9.7766008 0.01 m/s =0.0997766008m/s 方向 b5f c 取曲柄位置“ 2”进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程，得ntkraA4 = a A4 + a A4 = a A3 + a A4A3+ a A4A3大小？?VV?方向？Af O4丄 QBA f Q丄 O4B(向

10、右)/ O4BaA4n=如20O4A v=0.7434400320.38342033151=0.21191759747m/s2 a A3=型20o2a v = 6.698666667290 03.001=4.03849216039m/s2 aA4A3k=2 34 U4A3 =2X0.74344003 05305755578=0.78890221721m/s2 方向氏fk取加速度极点为p/ ,加速度比例尺 v=0.1 (m/s2) /mm,作加速度多边形图I图1-2则由图12知，a A4t=n1 a4 a=27.70305525 1 =2.770305525m/s2方向 n1a A4A3 r =

11、 ka4 a=16.96343176 0C1 =1.696343176m/s2方向 k a4a=a A4t / 1o4a 卫=2.770305525/0.38342033151rad/s2 =7.2252441965rad/s2其转向为顺时针方向。a A4 = paF 27.78399138 0.氷m/s2 =2.778399138m/ s2方向 p点 a A4A3=a3a4 a=18.70814496 8.1=1.870814496 m/s2 方向出su 取 5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得nTnTaC= aB5 + aB5 + aCB5 + aCB5大小 ? V V V?方向 / x

12、x B A 丄 ABC B丄 BCaB5n=w2lo4B 卩=0.743440032拓808.00仁0.32056778535m/s2方向 p n aB5 T=aA4t Io4b/Io4a=2.770305525 580/383.42033151=4.19064163387m/s2 方向 nBa5aCB5n= ub52/Ibc 卫=0.09977660082/0.174=0.054932139771m/s2方向 aB5 n 其加速度多边形如图 12所示，有a B5 = p aB5 a =142.02884844 81 m/s2 = 4.202884844m/s2aCB5t= nC a =6.4

13、1473606 (X1 m/s2 =0.641473606m/s2 方向 nc ac= p C a 140.99471642 08 m/s2 = 4.099471642 m/s2方向 pc总结 2 点的速度和加速度值以速度比例尺 1=( 0. 01 m/ s) / mm和加速度比例尺(ia = ( 0. 01 m/ s2) / mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图 1-2，1-3，并 将其结果列入表格(1-2)位置未知量结果2VA40.2850500264 m/sVc0.5305755578m/saA0.641473606 m/s 2ac24.099471642m

14、/s2）导杆机构运动分析a、曲柄位置“ 4”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“4”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故Va2二Va3， 其大小等于 型1 02A，方向垂直于O2 A线，指向与Gl）2 致。co2=2 n n60 rad/s=6.702064213rad/sU3= UA2= 32 l02A= 6.702064213*0.09m/s=0.603185779m/s （丄 O2A）取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得大小UA4= IA3+ LA4A3? V ?方向 丄04A丄02A / 04B取速度极点P,速度比例尺忆=0.

15、01 （m/s）/mm ,作速度多边形如图1-2则由图 1-2 知，U4 = Pa4 3=59.02900342 0.01 =0.5902900342m/sLA4A3 = a3a4 -=12.40594998 0.O1=O.124O594998m/s由速度影像定理求得，U5= U4= ua4 O4B/ O4A=0.7824020877m/s又必=ua4/ lo4A=1.348969135rad/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得U5= U5+ UC5B5大小 ？?方向 / XX丄O4B 丄BC取速度极点P，速度比例尺 w=0.01(m/s)/mm,则由图 1-2知，U5= Pc5 -

16、3=78.34986147 0.01 =0.7834986147m/suc5B5= b5c5 - pv=4.14373305 0.01s=0.0414373305m/scjcb= u；5B5/Icb=3.115841057 rad/sb.加速度分析：取曲柄位置“ 4”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连,故a：2=a：3,其大小等于 W2|O2A,方向由A指向02。32=6.702064213rad/s, aA3 = aA2 =型2 Lo2a=6.7020642132 0.09m/s2=4.042589824m/s2取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4 = a

17、A4 + aA4 - aA3naA4A3 r大小：？342l 04A2 34 U4 A3方向：取 5构件为研究对象 ,列加速度矢量方程 ,得BA丄 04B AO丄04B/ 04B+aA4A3 K +nac5= aB5+ ac5B5 + a c5B5大小方向w42Lbo4w52 Lbc/ XX / a4 c b 丄 BC取加速度极点为p/，加速度比例尺 由=0.01 (m/s2) /mm,作加速度多边形如图 1-3 所示.则由图1-3知,UC5B5= b5c5w5aA4 =g= um/ lo4A=1.348969135rad/s-肉=4.14373305 8.01s=0.0414373305m/

18、s= 3cb= UC5B5/I cb=0.238145574 rad/saA3 =psu a=93.85239724 0.01m/s=0.9385239724m/s2,a = aA4 / Lo4a=2.144811952 rad/s2用加速度影象法求得 aB5 = aB4 =0.9385239724 X 290/218.79300965=1.243970054 m/s22所以 a：=0.0ix （p c ）=0.6588927108 m/s总结4点的速度和加速度值以速度比例尺（1=（ 0. 01 m/ s） / mm和加速度比例尺（ia = （ 0. 01 m/ s2） / mm用相对运动的图

19、解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1 - 2 ,1- 3 ,并将其结果列入表格（1-2）表格 1 - 1位置未知量结果4VA40.5902900342m/sVc0.7834986147m/saA20.9385239724 m/sac20.6588927108m/s2）导杆机构机构运态静力分析已知 各构件的重量G （曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重 心的转动惯量JS4及切削力P的变化规律。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的 同一张图纸上。动态静力分析过程：取“2”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图

20、 1-5所示,选取长度比例尺口=0.001m/mm,选取力比例尺 炉=10N/mm已知 P=9000N, G6=800N，又 ac=4.099471642m/s2,那么我们可以计算Fi6=-m6檢=-G6/g & =-800/10 4旳99471642=-327.95773136N又艺F= P + G6 +FI6 +F45 + FRI6 =0方向:/ x轴/ y轴与ac反向/ BC / y轴大小：9000800-m6a6作力多边行如图1-7所示，选取力比例尺 PP=10N/mm图1-6由图1-6力多边形可得：F R45=CD mn=933.23700796 杓=9331.2818369NFr1

21、6= AD 収=108.69422679 10N=1049.0487523N 取构件6为受力平衡体，并对C点取距，有SMc=-P Yp-Fi6 ys6-G6Xs6+ Fr16 x =0 代入数据得x=0.794524363378m分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1-7所示。已知：F R54=-F R45=9331.2818369N, G4=220Nas4=aA4 Io4S4/Io4a=2.778399138 290/383.42033151=2.10144242181m/s2a4= a=7.2252441965 rad/s2可得构件4上的惯性力Fi4=-G4/g *4=-220/10 2（10144242181= -46.2317332798N方向与as4运动方向相反惯性力偶矩 Ms4=-Js4 - a=-1.2 2252441965 = -8.6702930358N m -方向与a运动方向相反（逆时针）将FI4和Ms4将合并成一个总惯性力FS4（=F|4）偏离质心S4的距离为hs4= M S4/ Fi4 , 其对S4之矩的方向与a的方向相反（逆时针）取构件4为受力平衡体，对A点取矩得：在图上量取所需要的长度Iab=196.56771918 I s4a=93.42630616Io4a=383.42033151XMa=F