机械原理课程设计牛头刨床设计

1、机械原理 课程设计牛头刨床设计牛头刨床设计目录目录一、运动方案设计一、运动方案设计.2二、执行机构的运动尺寸设计二、执行机构的运动尺寸设计.3问题分析.3尺寸设计.5三、导杆机构的运动分析三、导杆机构的运动分析 .6位置 1.6位置 6.9位置 7.11位置 12.14四、导杆机构的动态静力分析四、导杆机构的动态静力分析.16解题分析.16位置 1 作图计算.17位置 6 作图计算 .17位置 7 作图计算 .18位置 12 作图计算 .19五、飞轮转动惯量的计算五、飞轮转动惯量的计算 .20六、数据汇总六、数据汇总.23七、附加题目（洗瓶机设计）七、附加题目（洗瓶机设计）.26参考文献参考文

2、献.29附录一附录一 .30一、运动方案设计一、运动方案设计设计设计 1：如图（1）采用双曲柄六杆机构 abcd，曲柄 ab 和 cd 不等长。方案特点：（1） 主动曲柄 ab 等速转动时，从动曲柄 dc 做变速运动，并有急回特性。（2） 在双曲柄机构 abcd 上串联偏置式曲柄滑块机构 dce，并在滑块上固结刨头，两个连杆机构串联，使急回作用更加显著。同时回程有较大的加速度，提高了刨床的效率。 图（图（1） 图（图（2）设计设计 2：如图（2）此方案为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸为 a，b，e。图（图（3）方案特点：（1） 是四杆机构，结构简单。（2） 极位夹角，所以机构有急回)/(ar

3、ccos)/(arccosabebae特性，但急回作用不明显。增加和或减小，均能使 k 增大到aeb所需值，但增加 e 或减小 b 会使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，且使最小传动角减小，传动性能变坏。若该牛min头刨床使用该机构，满足第九组数据，工作46. 1kmmh310行程中最小传动角为，空回行程中最小传动角为。显然，o9 .36o12.28此方案传动角不符合要求。同时，横向尺寸约为纵向尺寸的 2 倍，结构欠均匀。二、执行机构的运动尺寸设计二、执行机构的运动尺寸设计问题分析问题分析机构分析和注意：机构分析和注意：（1）传动机构采用摆动导杆机构 1-2-3-4，连杆滑块机构

4、 1-4-5-6 组成；（2）为使整个过程最大压力角最小，刨头导路位于导杆端点 b 所作xx 圆弧高的平分线上。机构所需确定必要尺寸：机构所需确定必要尺寸：不妨令点为基点用以确定尺寸，滑块 6 导程回路距基点距离；摆动4o4ol导杆运动所绕圆心距基点距离；导杆的长度；导杆的长2o4o42oolao2aol2bo4度；连杆长度。bol4bcbcl已知尺寸及相互关系：已知尺寸及相互关系：机架 ； 工作行程；mmloo38042mmh310连杆与导杆之比 ； 行程速比系数。28. 04bobcll46. 1k尺寸设计尺寸设计方法（一）：图解法方法（一）：图解法 图形参见 附录 一（1）取， mmml

5、2101导杆机构的极位夹角，11180kk因为， 所以，解得。46. 1k6585.33（1） 、过点作竖直线，是满足，以为基点，以4o42oommoo38424o一边向一侧做角度为的一条直线；42oo2（2） 、过作该直线的垂线，垂足为 a，测量并计算两点间的距离；2oaol2（3） 、过向左作水平线，长度为，向上平移，使得水平线与所作斜边刚4o2h好在端点处相交，令交点为 b，另一点为 g，测量并计算 b 和间的距离；4obol4（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，4o4o测量并计算该线距的距离 l；4o（5） 、由图上所测距离乘以已得实际长度，由

6、连杆与导杆之比 lbol4，计算可得连杆长度。28. 04bobcllbcl所作图形及相关计算见 附录 一 1方法（二）：解析法方法（二）：解析法快行程导杆 2 对应转动角度，慢行程导杆 2 对应转动角度，极位夹角；12 ;360;111802112kkk;3415.146;6585.213;6585.3312当位于位置 1 时，由几何关系得：42boao 2cos1422ooaoll；mmlao0178.1102 ；2sin24bolhmmlbo3679.5354 ；2tan24molhmmlmo4392.5124 28.04bobcllmmlbc9030.149 ;)(444mobomol

7、lll;9035.523mml 三、导杆机构的运动分析三、导杆机构的运动分析位置位置 1在图（4）中构件 3 和构件 4 组成移动副，构件 3 上点与构件 4 上点组成移动副两3a4a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。取该位置的位置mmml/1012简图。见附录 一 2-0（1） 确定构件的速度及角速度确定构件的速度及角速度 已知构件 2 上 a 点的速度图（图（4） 位置位置 1 处的运动简图处的运动简图，方向垂直于而指向与转

8、向一致；因为构件 3 与构件aoalwv2222ao2w2 用转动副相连接，所以，构件 3、4 组成移动副，其重合点 a 的23aavv相对速度矢量方程式为?/234342424aoaaaalwboaobovvv大小：方向：式中；，仅和的大小为未sradw/22smlwvaoa/691. 02324av34aav知，用图解法求解。任取一点 p 为极点，取，作速度多边形。mmsmv2102由图像可知，=0，所以，点 b 和点4avmlao3637. 040444aoalvw之间速度关系有4a?0?444babobovvvbaab大小：方向：所以，；0bv点 b 和点 c 之间速度关系有？水平大小

9、：方向：04cbbovvvcbbc由速度多边形图像可得由速度多边形图像可得序号4av34aavbvcvcbv数值/（m/s）00.691000方向-与相反3av-规定向右为正方向，则 。0cv（2）确定构件的加速度）确定构件的加速度 由理论力学可知，点的绝对加速度和其重合点的绝对加速度之间的关系4a3a为?2?/34243434344422244423444aaaoaoraakaanatanavwlwlwbobooabooaaaaaa大小方向式子中科氏加速度，方向是将沿的转动方向转。343442aakaavwa34aav4w90在矢量方程式中只有和的大小未知，利用加速度影像法进行求解，taa4

10、raaa34任取一点 ，取，作加速度多边形。mmsma21102名称naa4taa4naa3kaaa34raaa34数值/(m/s/s)04.3434.34300b 点和点的加速度之间的关系为4anaaobotaaobonbtbballallaaa444444在图上作出 b 点的加速度，b 点与 c 点的加速度之间关系为?v?244cbcbtcbncbtbnbclcbbcboobaaaaa已知已知水平大小方向由加速度多边形得名称batcbancbaca数值/(m/s/s)6.3921.85605.976规定向右为正方向，则 。2976. 5smcaac位置位置 6在图（5）中构件 3 和构件

11、4 组成移动副，构件 3 上点与构件 4 上点组成移3a4a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。取该位置的位mmml/1012置简图。见附录 一 3-0（1） 确定构件的速度及角速度确定构件的速度及角速度 已知构件 2 上 a 点的速度，方向垂直于而指向aoalwv2222ao与转向一致；因为构件 3 与构件 2 用转2w动副相连接，所以，构件 3、4 组成移动副，其重合点 a 的相对速23aavv度矢量方程式为?/234342

12、424aoaaaalwboaobovvv大小：方向：式中；，仅和的大小为sradw/22smlwvaoa/6913. 02324av34aav未知，用图解法求解。任取一点 p 为极点，取，作速度多边mmsmv2102形。由图像可知，=0.574 m/s，所以，顺时针方4avsradlvwaoa/230. 1444图（图（5） 位置位置 6 处的运动简图处的运动简图向，点 b 和点之间速度关系有4a?574. 0?444babobovvvbaab大小：方向：所以， ；smvb/659. 0点 b 和点 c 之间速度关系有？水平大小：方向：659. 04cbbovvvcbbc由速度多边形图像可得序

13、号4av34aavbvcvcbv数值/（m/s）0.5740.3850.6590.6500.106规定向右为正方向，则 。smvc/650. 0（2）确定构件的加速度）确定构件的加速度 由理论力学可知，点的绝对加速度和其重合点的绝对加速度之间的关系4a3a为?2?/34243434344422244423444aaaoaoraakaanatanavwlwlwbobooabooaaaaaa大小方向式子中科氏加速度，方向是将沿的转动方向转。343442aakaavwa34aav4w90在矢量方程式中只有和的大小未知，利用加速度影像法进行求解，taa4raaa34任取一点 ，取，作加速度多边形。mm

14、sma21102名称naa4taa4naa3kaaa34raaa34数值/(m/s/s)0.7061.4734.3430.9472.899b 点和点的加速度之间的关系为4anaaobotaaobonbtbballallaaa444444在图上作出 b 点的加速度，b 点与 c 点的加速度之间关系为?v?244cbcbtcbncbtbnbclcbbcboobaaaaa已知已知水平大小方向由加速度多边形得名称batcbancbaca数值/(m/s/s)1.8750.5250.0751.724若规定向右为正方向，则 2724. 1smcaac位置位置 7在图（6）中构件 3 和构件 4 组成移动副，

15、构件 3 上点与构件 4 上点组成移动副两3a4a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。取该位置的位置mmml/1012简图。见附录 一 2-0（1） 确定构件的速度及角速度确定构件的速度及角速度 已知构件 2 上 a 点的速度图（图（6） 位置位置 7 处的运动简图处的运动简图，方向垂直于而指向与转向一致；因为构件 3 与构件aoalwv2222ao2w2 用转动副相连接，所以，构件 3、4 组成移动副，其重合点 a 的23aav

16、v相对速度矢量方程式为?/234342424aoaaaalwboaobovvv大小：方向：式中；，仅和的大sradw/22smlwvaoa/6913. 02324av34aav小为未知，用图解法求解。任取一点 p 为极点，取，作速mmsmv2102度多边形,。由图像可知，=0.358 m/s，所以，点 b 和4avsradlvwaoa/835. 0444点之间速度关系有4a?358. 0?444babobovvvbaab大小：方向：所以，；smvb/451. 0点 b 和点 c 之间速度关系有？水平大小：方向：451. 04cbbovvvcbbc由速度多边形图像可得序号4av34aavbvcv

17、cbv数值/（m/s）0.3580.59104510.4410.112规定向右为正方向，则 。smvc/441. 0（2）确定构件的加速度）确定构件的加速度 由理论力学可知，点的绝对加速度和其重合点的绝对加速度之间的关系4a3a为?2?/34243434344422244423444aaaoaoraakaanatanavwlwlwbobooabooaaaaaa大小方向式子中科氏加速度，方向是将沿的转动方向转。343442aakaavwa34aav4w90在矢量方程式中只有和的大小未知，利用加速度影像法进行求解，taa4raaa34任取一点 ，取，作加速度多边形。mmsma21101名称naa4

18、taa4naa3kaaa34raaa34数值/(m/s/s)0.2962.7294.3430.9871.798b 点和点的加速度之间的关系为4anaaobotaaobonbtbballallaaa444444在图上作出 b 点的加速度，b 点与 c 点的加速度之间关系为?v?244cbcbtcbncbtbnbclcbbcboobaaaaa已知已知水平大小方向由加速度多边形得名称batcbancbaca数值/(m/s/s)3.4470.4780.0923.338规定向右为正方向， 则 。2338. 3smcaac位置位置 12在图（7）中构件 3 和构件 4 组成移动副，构件 3 上点与构件 4

19、 上3a点组成移动副两构件的重合点，根4a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。取该位mmml/1012置的位置简图。见附录 一 3-0（1） 确定构件的速度及角速度确定构件的速度及角速度 已知构件 2 上 a 点的速度，方向垂直于aoalwv222而指向与转向一致；因为构2ao2w件 3 与构件 2 用转动副相连接，所以，构件 3、4 组成移动副，其重合点 a 的相对速度矢量方程式为23aavv?/234342424aoaaaalwboaobovv

20、v大小：方向：式中；，仅和的大sradw/22smlwvaoa/6913. 02324av34aav小为未知，用图解法求解。任取一点 p 为极点，取，作mmsmv2102速度多边形。由图像可知，=0.374 m/s， 所以，4avmlao309. 04，点 b 和点之间速度关系有sradlvwaoa/210. 14444a图（图（7） 位置位置 12 处的运动简图处的运动简图?374. 0?444babobovvvbaab大小：方向：所以，；smvb/648. 0点 b 和点 c 之间速度关系有？水平大小：方向：648. 04cbbovvvcbbc由速度多边形图像可得序号4av34aavbvc

21、vcbv数值/（m/s）0.3740.5810.6480.6220.158若规定向右为正方向，则 。smvc/622. 0（2）确定构件的加速度）确定构件的加速度 由理论力学可知，点的绝对加速度和其重合点的绝对加速度之间的关系4a3a为?2?/34243434344422244423444aaaoaoraakaanatanavwlwlwbobooabooaaaaaa大小方向式子中科氏加速度，方向是将沿的转动方向转。343442aakaavwa34aav4w90在矢量方程式中只有和的大小未知，利用加速度影像法进行求解，taa4raaa34任取一点 ，取，作加速度多边形。mmsma21101名称n

22、aa4taa4naa3kaaa34raaa34数值/(m/s/s)0.4522.2464.3431.4062.801b 点和点的加速度之间的关系为4anaaobotaaobonbtbballallaaa444444在图上作出 b 点的加速度，b 点与 c 点的加速度之间关系为?v?244cbcbtcbncbtbnbclcbbcboobaaaaa已知已知水平大小方向由加速度多边形得名称batcbancbaca数值/(m/s/s)3.971.370.174.13规定向右为正方向，则 。213. 4smcaac四、导杆机构的动态静力分析四、导杆机构的动态静力分析解题分析解题分析将导杆机构分为三部分进

23、行画图求解计算，（1） 第一部分由连杆 5 和滑块 6 组成，取滑块 6 的质心进行受力分析，作力的多边形，其中工作阻力 p 和惯性力已知；驱动力方向已知；6sf56f重力和支持力的合力方向已知，沿竖直方向。6g16f（2） 第二部分由滑块 3 和摆杆 4 组成，取摆杆 4 为研究对象，其中方向34f已知，大小未知，大小方向均未知，所以不能用作图法一步解得，14f须先对点取矩计算得到的大小，再作图解得。4o34f14f（3） 第三部分由滑块 3 和导杆 2 组成，和大小相等，方向相反；平32f34f衡力矩平衡对的矩。rm32f2o位置位置 1 作图计算作图计算（1） 第一部分力的分析图像见附录

24、一4-1；力的多边形见附录一4-2。相关计算 ，与方向相反；naggfcs07.37866ca。nff4400100444456（2） 第二部分力的分析图像见附录一4-3；力的多边形见附录一4-4。相关计算 ；大小相等方向相反5456ff以杆 4 为研究对象，列相对于点的平衡方程：4o083.16sin212183.16sin39. 4sin83.16cos39. 4cos4444444543454obobotsboooiaobooolglflfmlflf其中 ；mnjmsi33.1494.112 . 14;021;76.712144244444nlwggfnlggfbonsbots解得 nf

25、36.616434通过力的多边形求解得到 的大小和方向。14f（3） 第三部分力的分析图像 见附录一4-5。相关计算 ，大小相同方向相反；3432ff位置一为特殊位置，此时与平行，计算加在曲柄上的平衡力矩32fao2。032dfmr位置位置 6 作图计算作图计算（1）第一部分力的分析图像见附录一5-1；力的多边形见附录一5-2。相关计算 ，与方向相反；naggfcs07.10966ca由图像可得 。nff3900100393956（2）第二部分力的分析图像见附录一5-3；力的多边形见附录一5-4。相关计算 ；大小相等方向相反5456ff以杆 4 为研究对象，列相对于点的平衡方程：4o029.

26、9sin212129. 9sin70. 1sin29. 9cos70. 1cos4444444543454obobotsboooiaobooolglflfmlflf其中 ；mnjmsi7872. 3156. 32 . 14;091. 921;965.182144244444nlwggfnlggfbonsbots解得 nf75.436734通过力的多边形求解得到 的大小和方向。14f（3）第三部分力的分析图像 见附录一5-5。相关计算 ，大小相同方向相反；3432ff在图上作出到的距离 d，计算加在曲柄上的平衡力矩32f2o。mndfmr93.39832位置位置 7 作图计算作图计算（1）第一部

27、分力的分析图像见附录一6-1；力的多边形见附录一6-2。相关计算 ，与方向相反；naggfcs93.20066ca由图像可得 。nff3800100383856（2）第二部分力的分析图像见附录一6-3；力的多边形见附录一6-4。相关计算 ；大小相等方向相反5456ff以杆 4 为研究对象，列相对于点的平衡方程：4o034.14sin212134.14sin2sin34.14cos2cos4444444543454obobotsboooiaobooolglflfmlflf其中 ；mnjmsi638. 7365. 62 . 14;188. 421;249.382144244444nlwggfnlg

28、gfbonsbots解得 nf37.436734通过力的多边形求解得到 的大小和方向。14f（3）第三部分力的分析图像 见附录一6-5。相关计算 ，大小相同方向相反；3432ff在图上作出到的距离 d，计算加在曲柄上的平衡力矩32f2o。mndfmr65.24832位置位置 12 作图计算作图计算（1）第一部分力的分析图像见附录一7-1；力的多边形见附录一7-2。相关计算 ，与方向相反；naggfcs03.26166ca由图像可得 。nff261101 .261 .2656（2）第二部分力的分析图像见附录一7-3；力的多边形见附录一7-4。相关计算 ；大小相等方向相反5456ff以杆 4 为研

29、究对象，列相对于点的平衡方程：4o01 .14sin21211 .14sin78. 1sin1 .14cos78. 1cos4444444543454obobotsboooiaobooolglflfmlflf其中 ；mnjmsi722. 827. 72 . 14;8 . 821;68.432144244444nlwggfnlggfbonsbots解得 nf7 .54734通过力的多边形求解得到 的大小和方向。14f（3）第三部分力的分析图像 见 附录 一 7-5。相关计算 ，大小相同方向相反；3432ff在图上作出到的距离 d，计算加在曲柄上的平衡力矩 32f2o 。mndfmr6 .3232

30、五、飞轮转动惯量的计算五、飞轮转动惯量的计算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2ao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：图图(8)(8)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，所以按照公式0)d （mr 确定等效驱动力矩。)2/()d (mr20mdmd对 mr（）进行积分运算后可知,mnmd7798.187mnmr8550.1179)(等效阻力矩与等效驱动力矩如图所示：图图(9)(9) 最大盈亏功的确定：图图(10)(10)由图可知最大剩余功： j

31、w7231.5563、求集中在 a 点的等效转动惯量由公式：2121kiisikisiiwwjwvmj可知等效转动惯量：22 22112)()(wwjwwjjjooooc题目给出：；31221zzww又由定轴轮系的传动比：；5 . 7161340391 2 12 zzzzwwoo可得： 21625.18mkgjc4、飞轮的转动惯量： 22999.25990mkgjjnwjocf六、数据汇总六、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（）sm00.400.700.730.740.65加速度（）2sm5.983.512.050.37-1.23-1.72平衡力矩（）mn 0270404.31477.77449.67398.93位置789101112位移（mm）287.27309.42290.90216.41106.3324.94速度（）sm0.440.06-0.58-1.21-1.29-0.62加速度（）2sm-3.34-5.62-4.99-1.470.654.13平衡力矩（）mn 248.6533.84-36.56-35.86-23.80-32.58图图(11)图图(12)图图(13)图图(14)七、附加