牛头刨床主运动机构的设计

1、成 绩 机械原理课程设计（2011-2012学年第二学期）论文题目 牛头刨床主运动机构的设计 课程名称 机 械 原 理 班 级 机 械 x班 学 号 xxxxxxxxxx 姓 名 xxx 指导老师 xxx 华侨大学厦门工学院机械工程系2012年 7 月 2 日引言机械课程设计是对我们这学期学过机械原理的一次实际运用的检查，它涉及到了我们对机构的认识，对运动简图的应用，还有对齿轮的转动比的理解等等。机械原理课程设计是机械基础系列课程中的重要一环，该设计既具有承上启下的作用，又具有独立的功能。本次课程设计涉及的理论基础继承了机械原理课程的理论教学内容、方法和手段，使机构学、齿转学在设计中充分应用。

2、其中，也为下学期的机械设计打下铺垫，为我们的创新思维、实践创新设计提供了手段。本次课程设计涉及的机构运动分析、力分析的解析方法、机构设计方法等工程上的实用方法也能体现和应用。牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，本次课程设计的主要内容是牛头刨床导杆机构的运动分析和动态静力的分析以及不同设计方案的比较。全班同学分为两组后每人选择一个相互不同的位置、运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动曲线图，并在上述各项内容分别在a1、a2、a3图纸上，并完成课程设计说明书。牛头刨床工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时, 如图1-1（a）所示，由导杆机构2-3-4-5-6带

3、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；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，切削阻力如图1-1（b）所示。 图1-1（a）图1-1（b）方案选择方案（a）采用偏置曲柄滑块机构。机构最为简单，能承受较大载荷，但其存在较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大;二是机构随着行程速比系数k的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。方案（b）由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方

4、案在传力特性和执行件的速度变化方面比方案（a）有所改进，但在曲柄摇杆机构abcd中，随着行程速比系数k的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案（a）更大。方案（c）由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。改方案克服了方案（b）的缺点，传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也比较慢。 (c)方案（d）结构比较复杂，而且传动性能也不怎么理想。机构系统所占空间大，执行件的速度在工作行程中变化也比较迅速。方案（e）结构比较复杂，而且传动性能也不怎么理想。机构系统所占空间大，执行件的速度在工作台行程中变化也比较迅速。比较以上五种方案，从全面衡量得失来看，方案（

5、c）作为刨削主体机构系统较为合理。一、 设计任务机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析、动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在此基础上进行相关设计，同时根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。1、 设计数据：（1） 已知条件（见下表）项目曲柄长度lo2a刨头行程h行程速比系数k刨头驱动力的压力角数量或条件110312.631.4599整个运动循环中的max具有最小值单位mmmm/度（2）求得的机构尺寸及参量（见下表）符号lo2o4lo4blbcmaxl(滑

6、块导路与o4间的距离)数量38053513585528单位mmmmmm度mm(3)求解过程o2o4=o2a/sin=110/sin=380mmo4b=540mmbc=0.25o4b=0.25540=135mmh=o4b-o4b=540-54023mml=o4b-=540-=528.5mmmax=2、 机构运动简图 图2-1二、导杆机构的运动分析取曲柄位置“10”进行位移分析，速度分析，加速度分析v=a=1、 位移分析经测量可得位移s=0.156m2、 速度分析由于构件2与构件3在a处的转动副相连，故va2=va3，大小等于2lo2a,方向垂直于o2a线，方向与2一致2=2n/60计算得：2=6

7、.28rad/sa2=2 lo2a计算得：a3=a2=6.280.11m/s=0.69m/s（1）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： a3 = a4 + a3 a4 大小2o2a ? ? 方向 o2a o4a o4b取速度极点p，取比例尺v，作速度多边形如图3-1图3-1a4=pa4v=69mm=0.69m/sb =a4/o4ao4b=0.69/0.270.535=0.348 m/s4=2.5 rad/s(2)取构件5作为研究对象，列速度矢量方程得： c = b + cb 大小 水平 pb cb 方向 ？ o4b ?取速度极点p，取比例尺v，作速度多边形如图3-2图3-2c

8、=pcv=76mm=0.76m/s3、 加速度分析（1）取构件3和4的重合点a进行速度分析，列加速度矢量方程，得： a3 = a4 + a4 + a3a4 + a3a4大小2o2a 4o4a ? ? 4a3a4方向ao2 ao4 o4b o4b o4ba3=2o2a=4.34a4=4o4a=1.75a3a4=24a3a4=0取速度极点p，取比例尺a，作加速度多边形如图3-3图3-34=0 b=o4b=1.07 b=0 b=b=1.07 cb=/cb=0(2)取构件5作为研究对象，列速度矢量方程 c = b + cb + cb 大小 ? pbcb/bc ? 方向 水平 已知 cb cb取速度极点

9、p，取比例尺a，作加速度多边形如图3-4图3-4c=pca=10.7mm=1.07取曲柄位置“7”进行位移分析，速度分析，加速度分析v=a1=a2=1、 位移分析经测量可得位移s=0.026m2、 速度分析由于构件2与构件3在a处的转动副相连，故va2=va3，大小等于2lo2a,方向垂直于o2a线，方向与2一致2=2n/60计算得：2=6.28rad/sa2=2 lo2a计算得：a3=a2=6.280.11m/s=0.69m/s（1）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： a3 = a4 + a3 a4 大小2o2a ? ? 方向 o2a o4a o4b取速度极点p，取比例尺

10、v，作速度多边形如图4-1图4-1a4=pa4v=32mm=0.32m/sb =a4/o4ao4b=0.32/0.420.535=0.41 m/s4=0.84 rad/s(2)取构件5作为研究对象，列速度矢量方程得： c = b + cb 大小 水平 pb cb 方向 ？ o4b ?取速度极点p，取比例尺v，作速度多边形如图4-2图4-2c=pcv=39mm=0.39m/s3、 加速度分析（1）取构件3和4的重合点a进行速度分析，列加速度矢量方程，得： a3 = a4 + a4 + a3a4 + a3a4大小2o2a 4o4a ? ? 4a3a4方向ao2 ao4 o4b o4b o4ba3=

11、2o2a=4.34a4=4o4a=0.34=0.29a3a4=24a3a4=20.710.59=1.21 取速度极点p，取比例尺a1，作加速度多边形如图4-3图4-3a4=44a1 =94mm=54=a4/ o4a=4.7/0.34=12.0rad/sb=o4b=0.54=0.38 b=4o4b=13.80.54=6.42b=6.43(2)取构件5作为研究对象，列速度矢量方程 c = b + cb + cb 大小 ? pbcb/bc ? 方向 水平 已知 cb cb取速度极点p，取比例尺a2，作加速度多边形如图4-4图4-4c=pca2=130mm=13三、导杆机构的动态静力分析取位置“7”点

12、进行动态静力分析f1=（1）对构件六进行受力分析取比例尺f1，对构件6进行受力分析fr + g6 + fi6 + r56 + r16 = 0方向 x y 与6相反 bc y大小 700 m66 ？ ？fi6= m66=7013=910n取比例尺f2，对构件6进行力的矢量分析如图5-2图5-2r16=37mmf2=740nr56=26mmf2=520n(2)对构件5进行受力分析取比例尺f1，对构件6进行受力分析如图5-3图5-3构件5为二力杆 r45=r65=r56=520n(3)对构件4进行受力分析取比例尺f1和l，对构件6进行受力分析如图5-3图5-3 r34 + r54 + g4 + fi

13、4 + r14 = 0方向 o4b bc y 与4相反 ？大小 ？ r45 200 m44 ？mo4=0 r54h54 + mi + fi4hi4 + g4h4 - r34h34 = 0h34=o4a=0.417m hi4=23mml=0.23mh4=3mml=0.003m h54=535mml=0.535mmi4=js44=1.112=13.2nmfi4= m44=204.7=94n解得 r34=321.2n取比例尺f2，对构件6进行力的矢量分析如图5-4图5-4r14=16mmf2=320n(3)对构件3进行受力分析取比例尺f1构件3为二力杆 r23=r43=r34=321.2n(3)对构

14、件2进行受力分析取比例尺f1和l2=0 2=0fi2=- m44=0 mi2=-js22=0mo2=0 mb-r34l=0其中l=0.11mr12=r12=r23=321.2nmb=r32l=35.3nm五、改进方案说明：电动机带动曲柄，曲柄带动滑块移动，滑块带动摇杆摆动，摇杆带动滑块，滑块迫使刨刀往复运动。评价：改方案的工作性能相当好，无论从传力性、精确性上都是相对比较好的。总结这次课程设计，由于理论知识掌握的不够扎实，再加上没有设计经验，刚开始拿到设计题目的时候有点手忙脚乱，不知道从何入手，但是通过指导老师和同学们的帮助下使我很快地理解了设计内容并掌握了方法。自从第一天开始，我们全组同学就争分夺秒地去完成各自的数据计算和图形绘制，大家都担心由于自己的不积极而影响全组的设计进程。同学们有时候甚至连午饭都想不起来吃，专心在教室加班加点做自己的设计同时大家积极与其他人交流讨论，与别人讨论出结果后反复对自己的结果进行核算复查，尽量避免自己数据出现错误。为期一周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中不仅使自己将相关知识掌握得更加牢固