机械原理课程设计牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析

1、 机械原理课程设计 说明书 1 青岛理工大学琴岛学院青岛理工大学琴岛学院 课程设计说明书课程设计说明书 课题名称：机械原理课程设计课题名称：机械原理课程设计 学学 院：机电工程系院：机电工程系 专业班级：机械设计制造及其自动化专业班级：机械设计制造及其自动化 095 学学 号：号： 学学 生：生： 指导老师：指导老师： 青岛理工大学琴岛学院教务处青岛理工大学琴岛学院教务处 2011 年年 6 月月 30 日日 机械原理课程设计 说明书 2 机械原理课程设计机械原理课程设计评阅书评阅书 题目牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析 学生姓名学号 指导教师评

2、语及成绩 指导教师签名： 年 月 日 答辩评语及成绩 答辩教师签名： 年 月 日 教研室意见 总成绩： 室主任签名： 年 月 日 机械原理课程设计 说明书 3 摘摘 要要 机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 1-1a。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，以提高生常率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。 刨刀每切削完

3、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） ，使工作台连同工件做一次进给运动，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（在切削的前后各有一段约 0.05h 的空刀距 离，图 1-1b） ，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 高切削质量和减少电动机容量。 a 图b 图 图 1- 1 机械原理课程设计 说明书 4 目目 录录 一级标题用加黑四号宋体 二级标题用小四宋体 摘摘 要要 .iiiiii 1 1 设计任务设计任务

4、.1 2 2 导杆机构的运动分析导杆机构的运动分析.2 3 3 导杆机构的动态静力分析导杆机构的动态静力分析.3 3.1 运动副反作用力分析.3 3.2 曲柄平衡力矩分析.3 4 4 方案比较方案比较.4 总总 结结.5 参考文献参考文献.6 （目录自动生成，插入引用索引和目录，目录，级别改完 2 级，然后按一级标题用加黑四 号宋体，二级标题用小四宋体调整格式 机械原理课程设计 说明书 5 1 1 设计任务设计任务 （一）设计的任务： 牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析； 1.绘制机构运动简图（两个位置） ； 2.速度分析、加速度分析（两个位置） ； 3.机构受力分析（两个位置求平衡力矩

5、） ； b m 4.绘制运动线图。tmtatvts b , （二）设计要求： 1.了解简单机械传动系统运动设计及方案设计基本原理。 2.熟悉平面机构的结构分析、运动分析、动态静力分析的基本知识。 3.熟练掌握常用机构的分析与设计的基本知识和技能。 图 1-2 机械原理课程设计 说明书 6 2 2 导杆机构的运动分析导杆机构的运动分析 2.12.1 速度分析速度分析 取曲柄位置 1对其进行速度分析，因为 2 和 3 在以转动副相连，所以 va2=va3，其大小 等于 2l02a，指向于 2相同。 2=2n2/60 rad/s=6.7rad/s va2=va3=2l02a=0.603m/s 取构件

6、 3 和 4 的重合点 a 进行速度分析。列速度矢量方程，得 a4 = a3 + a4a3 大小 ? ? 方向 o4a o2a o4b 选比例尺 v=0.006（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图 1-3） a4=0.444m/s smv aa /396 . 0 43 smvb/924 . 0 5 图 1-3 取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 c5 = b5 + c5b5 大小 ? ? 方向 xx o4b bc 取速度极点 p，选比例尺 v=0.006（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图 1-4） c5=0，918m/s c5b5=0.126m/s 图 1-4 机械原理课程设计

7、 说明书 7 2.22.2 加速度分析加速度分析 取曲柄位置“1”进行加速度分析。因构件 2 和 3 在 a 点处的转动副相连， 故=,其大小等于 22lo2a,方向由 a 指向 o2。 a n a2a n a3 2=6.7rad/s, =22lo2a=4.0401m/s2 a n a3a n a2 取 3、4 构件重合点 a 为研究对象，列加速度矢量方程得： aa4 = + aa4 = aa3n + aa4a3k + aa4a3v a n a4 大小: ? 42lo4a ? 24a4 a3 ? 方向： ? ba o4b ao2 o4b（向左） o4b（沿导路） 取加速度极点为 p,加速度比例

8、尺 a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形如图 1-5 所示. smaa/2 . 1 4 图 1-5 取 5 构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 ac5 = ab5 + ac5b5n + a c5b5、 大小 ? ? 方向 xx cb bc 机械原理课程设计 说明书 8 其加速度多边形如图 16 所示，有 ac5 = pc5a =2.54 m/s2 图 1-6 导杆机构的运动分析 方 案 2 n 42o o l ao l 2 bo l 4 bc l 44s o l b xs b ys 机械原理课程设计 说明书 9 min/rmm 60380110540 0.25 bo l 4 0.5

9、 bo l 4 24050 6435090580 0.3 bo l 4 0.5 bo l 4 20050 72430110810 0.36 bo l 4 0.5 bo l 4 18040 导杆机构的动态静力分析 g4g6p p y 4s j 方 案 nmm 2 mkg 2007007000801.1 2208009000801.2 22062080001001.2 表 1-1 3 3 导杆机构的动态静力分析导杆机构的动态静力分析 3.13.1 运动副反作用力分析运动副反作用力分析 取“1”点为研究对象，分离 5、6 构件进行运动静力，力分析图如下： 图 1-7 机械原理课程设计 说明书 10

10、fr54 fr23 fi4 g4 fr14 fr14 然后可以列出等式如： 又 f=g6+fi6+fr45+fr16=0，作多边行，n=10n/mm。 fr45=248n，fr16=600n 分离 3,4 构件进行运动静力分析，画出杆组力体 图；在图 1-8 中，对 a 点取矩得： mo4=0， 得 fr23=872n 图 1-8 机械原理课程设计 说明书 11 3.23.2 曲柄平衡力矩分析曲柄平衡力矩分析 对曲柄 2 进行运动静力分 析，作组力体图如图 1-9 所示， mnmb.86.62 图 1-9 如图 1-10 所示，为刨头的位移，速度，加速度曲线 位移图线 012345678910

11、 11 12 13 14 t sc 系列1 机械原理课程设计 说明书 12 速度图线 01234567891011 1213 t vc 系列1 加速度图线 012345678910 11 12 13 14 t a 系列1 机械原理课程设计 说明书 13 总总 结结 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。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题的 能力。对平面连杆机构有了更加深刻的

12、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，与同学激烈讨论，团结合作，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及内部各传动机构及机构选型、 运动方案的确定以及对导杆机构运动分析有了初步详细精确的了解对于机械运动学和 动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算，和使用科技资料的能力，这 都将为我以后参加工作实践有了很大的帮助。非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。 我在这次设计中感到了合作的力量，增强了自己的团队精神。这将使我受益终生。 机械原理课程设计 说明书 14 参考文献参考文献 1 机械工

13、程手册编辑委员会编机械设计手册【m】 第 3 版北京：机械工业出版 社，2008 2 作者机械设计手册【m】 第 3 版北京：机械工业出版社，2008p56-p78 3 罗红天， 机械原理课程设计指导书 ，高等教育出版社 一一、课课程程设设计计任任务务书书 1 1. . 工工作作原原理理及及工工艺艺动动作作过过程程 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）所示，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；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

14、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(b）所示。 机械原理课程设计 说明书 15 o2 a o4 x y s6 s3 xs6 c b y s6 2 3 4 5 6 7 n2 fr yfr 图（图（1- 1） fr x 0.05h0.05h h (b) 、设设计计说说明明书书 1 1画机构的运动简图画机构的运动简图 1、以 o4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出 o2点，b 点，c 点。 机械原理课程设计 说明书 16 确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：取1 和 8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，

15、1和 7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、 312 等，是由位置1 起，顺2方向将曲柄圆作12 等分的位置 （如下图）。 图图 1 1- -2 2 取第 i方案的第 4位置和第 9位置 （如下图 1-3） 。 机械原理课程设计 说明书 17 图图 1 1- -3 3 2. 对位置对位置 4 4 点进行速度分析和加速度分析点进行速度分析和加速度分析 （a a） 速度分析速度分析 取速度比例尺= l mm s m 001 . 0 对对 a a 点：点： = + 4 a v 3 a v 34a a v 方向： / 4 boao2bo4 大小： ？ ？ = 4 a v l 4 pa s m m

16、m mm s m 673239 . 0 239.673001. 0 机械原理课程设计 说明书 18 = 4 ao a l v 4 4 s r mm s m 38431 . 1 486334 . 0 673239. 0 = 34a a v l 43a a l s m mm mm s m 156326. 0326.156001. 0 v= v= 5 b 4 b4 bo l 4 s m 747530 . 0 对于对于 c c 点：点： = + c v b v cb v 方向： / xxbo4bc 大小： ？ ？ = c v l pc l mm s m 001 . 0 s m mm749708. 07

17、08.749 = cb v l bc l mm s m 001 . 0 s m mm0490895 . 0 0895.49 = = 5 bcl cb lu v s r 363626 . 0 速度分析图：速度分析图： 图图 1-4 (b)(b)加速度分析加速度分析 选取加速度比例尺为= a mm s m 2 001. 0 对于对于 a a 点：点： 机械原理课程设计 说明书 19 = + = + + 4 a a n a a 4 t a a 43 a a k aa a 3434 r aa a 方向： a a / 4 obo4 2 obo4bo4 大小： ？ ? 由于= =2= 3 a a 2 2

18、ao l 2 2 34263 . 4 s m k aa a 34 4 34a a v 2 432808. 0 s m = 已知， n a a 4 2 4 ao l 4 2 931975 . 0 s m 根据加速度图 1-5 可得： =， =。 t a a 4 a a n l 2 549416 . 0 s m r aa a 34 a a k l 2 298112 . 3 s m =, =/=0.363626。 4 a a 2 4 bo l 4 2 081866 . 1 s m 5 cb v bc l s r 另外还可得出：= b a 4 a a ao bo l l 4 4 2 201248 .

19、1 s m = n cb a 2 5 bc l 2 01785 . 0 s m 对于对于 c c 点点 = + + c a b a n cb a t cb a 方向：/ b cb xx 4 obc 大小： ？ ？ 由= ,=已知， n cb a 2 5 bc l 2 01785 . 0 s m b a 4 a a ao bo l l 4 4 2 201248 . 1 s m 根据根据加速度图可得： =，= c a a cp l 2 617683 . 0 s m t cb a a cn l 2 9942344. 0 s m 加速度分析图：加速度分析图： 机械原理课程设计 说明书 20 图图 1-

20、5 3对位置对位置 9 9 点进行速度分析和加速度分析点进行速度分析和加速度分析 （a a） 速度分析速度分析 取速度比例尺= l mm s m 001 . 0 对对 a a 点：点： = + 4 a v 3 a v 34a a v 方向： / 4 boao2bo4 大小： ？ ？ = 4 a v l 4 pa s m mm mm s m 3289949 . 0 9949.328001 . 0 = 4 ao a l v 4 4 s r mm s m 044034 . 1 315119 . 0 3289949. 0 = 34a a v l 43a a l s m mm mm s m 607824

21、97 . 0 82497.607001 . 0 v= v= 5 b 4 b4 bo l 4 s m 56377824 . 0 对于对于 c c 点：点： = + c v b v cb v 机械原理课程设计 说明书 21 方向： / xxbo4bc 大小： ？ ？ = c v l pc l mm s m 001 . 0 s m mm5518355 . 0 8355.551 = cb v l bc l mm s m 001 . 0 s m mm1436768. 06768.143 = = 5 bcl cb lu v s r 06427 . 1 速度分析图：速度分析图： 图图 1-61-6 (b)(

22、b)加速度分析加速度分析 选取加速度比例尺为= a mm s m 2 001. 0 机械原理课程设计 说明书 22 对于对于 a a 点：点： = + = + + 4 a a n a a 4 t a a 43 a a k aa a 3434 r aa a 方向： a a / 4 obo4 2 obo4bo4 大小： ？ ? 由于= =2= 3 a a 2 2 ao l 2 2 34263 . 4 s m k aa a 34 4 34a a v 2 26918. 1 s m = 已知， n a a 4 2 4 ao l 4 2 4818.343 . 0 s m 根据加速度图 1-7 可得： =，

23、 = t a a 4 a a n l 2 5498973 . 2 s m r aa a 34 a a k l 2 4106178 . 2 s m = 4 a a 2 4 bo l 4 2 57293 . 2 s m 另外还可得出：= b a 4 a a ao bo l l 4 4 2 4090669 . 4 s m = n cb a 2 5 bc l 2 152911 . 0 s m 对于对于 c c 点点 = + + c a b a n cb a t cb a 方向：/ b cb xx 4 obc 大小： ？ ？ 由= ,=已知， n cb a 2 5 bc l 2 152911 . 0 s m b a 4 a a ao bo l l 4 4 2 4090669 . 4 s m 根据根据加速度图可得： =，= c a a cp l 2 247506 . 4 s m t cb a a cn l 2 5366925. 0 s m 加速度分析图：加速度分析图： 机械原理课程设计 说明书 23 图 1-7 4. 对位置对位置 9 9 点进行动态静力