机械原理课程设计09102

1、 机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床机构学院：交通运输装备与海洋工程专业：机械设计制造及其自动化1班 设计者： 胡 江（分析计算） 柏 博（程序编程） 黄亚男（输入整理校验）指导教师：李成求2011年6月25日 目录一、 设计题目及数据（3）机构简介（3）设计数据（3）设计内容（4）设计要求（4）二、 计算机构基本参数并绘制机构运动简图（4）三、 运动分析（5）图解法速度分析（5）图解法加速度分析（6）解析法速度分析（7）解析法加速度分析（8）四、 动态静力分析（9）图解法（9）解析法（11）五、 飞轮设计（12）附：解析法程序及运行结果（13）一、 设计题目：牛头刨床机构机构简介：牛头

2、刨床是一种用于平面切削加工的机床，主要由齿轮机构、导杆机构和凸轮机构等组成,如下图（a）。电动机经过减速装置（图中只画出齿轮z1、z2）使曲柄2转动，再通过导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀作往复切削运动。工作行程时，刨刀速度要平稳；空回行程时，刨刀要快速退回，即要有急回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于o2上的凸轮驱动摆动从动件o7d和其他有关机构（图中未画出）来完成的。为了减少机器的速度波动，在曲柄轴o2上安装一调速飞轮。切削阻力如图（b）所示。1、设计数据内容导杆机构设计及运动分析导杆机构的动态静力分

3、析及飞轮转动惯量确定符号n2lo2o4lo2alo4blbclo4s4xs6ys6js4g4g6fryf单位r/minmmkg·m2nmm数值603801105400.25lo4b0.5lo4b240501.12007007000800.152、设计内容（1）导杆机构的设计及运动分析；（2）导杆机构的动态静力分析；（3）飞轮设计；3、设计要求（1）作机构的运动简图，并用图解法作机构12个位置的速度多边形和加速度多边形及滑块的运动线图。（2）用图解法确定机构12个位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。（3）用简易方法确定安装在轴o2上的飞轮转动惯量jf，机械的速度不均与系数许用值

4、二、计算机构基本参数并绘制机构运动简图经计算的机构的基本参数如下：杆长lbc=135mm；回程起始角106.8264°；回程结束角253.1736°（x轴正向为0）；回程角146.3472°；行程速比系数k=1.4599；导路到o4的距离为528.44mm（导路取在摆杆b点轨迹中部）。三、运动分析）图解法（取曲柄对应滑块推程起点的位置为90°）1、速度分析由运动已知的曲柄上a点开始，列两构件重合点间的速度矢量方程，求构件4上a点的速度va。因为va2=va3=2lo2a=2n2/60* lo2a=2*60/60*0.11m/s=0.69m/s所以 va4

5、 = va3 + va4a3 大小？ ？方向o4ao2ao4a取极点p，按比例尺µv=0.005（m/s）/mm作速度图（与机构简图画在同一图样上），如图所示，并求出构件4的角速度4和构件4上b点的速度vb以及构件4和构件3上重合点a的相对速度va4a3，因为va4 =µvpa4=0.005*132.09=0.66m/s4= va4/ lo4a=0.66m/s/486.334mm=1.35rad/sva4a3=0.005*39.95=0.20m/s对构件5上b、c两点，列同一构件两点间的速度矢量方程vc = vb + vcb大小？ ？方向 xxbcvb=0.733m/s,

6、vc=0.736m/s, vcb=0.0533m/s5= vcb/lbc=0.3947rad/s2、加速度分析由运动已知的曲柄上a点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件4上a点的加速度aa4。因为aa2 =aa3 = ana2=22 lo2a=(2n2/60)2* lo2a=(260/60)2*0.11=4.3426m/s2；ana4=42 lo4a=1.3572*0.486334m/s=0.896m/s2；aka4 a3=23 v a4 a3=2*1.357*0.20m/s=0.5428m/s2；ancb=52 lcb=0.39472*0.135m/s=0.02103m/s2；aa4

7、 = ana4 + ata4 = aa3 + aka4 a3 + ara4 a3大小?？方向ao4o4aao2o4a (向下)o4a取极点p'，按比例尺µa=0.01（m/s2）/mm作速度图（与机构简图和速度分析矢量图绘在同一图样上），如图所示，用影响原理求得构件4上b点和质点s4点的加速度ab和as4，用构件4上a点的切向加速度ata4求构件4的角加速度a4。因为aa4=µap'a4'=0.01*99.82m/s2=0.9982m/s2；ab=µapb'=1.1083 m/s2；as4= 0.5ab=0.5*1.1083 m/s

8、2=0.5542 m/s2；所以4= ata4 /lo4a=0.9045 m/s2； ac = ab + ancb + atcb大小 ？ ？方向 xx cbbcac=µap'c'=0.5752 m/s2；）解析法1、速度分析建立如图所示的直角坐标系（原点o位于o4正下方100处），并规定曲柄o2a和导杆o4b的角位移及1（o2o4b）从实轴开始度量，逆时针方向为正，滑块3的位移s由o4点开始度量，由矢量多边形可得：（粗体表示向量）o4o2+o2a=o4a即|o2o4|ei*0°+ |o2a|ei*= |o4a|ei*1 (1)代入已知数据上式可表示为：s(c

9、os1+isin1) = 380+110(cos+isin) (2)两边同时取模得s=（380+110cos）2+（110sin）21/2；由（2）式等号两侧实部和虚部对应相等可得s sin1=110sin；s cos1=380+110cos；联立解得 1=arctan110sin/(110cos+380)同理有 oo4+o4b+bc+cd=od 即|oo4|ei90°+|o4b|ei*1+|bc|ei*2+|cd|e-i90°=|od|ei*0°(2表示cbe)代入已知数据上式可表示为：540cos1 +135cos2 +i（540sin1 +135sin2-|

10、cd|+100）=528.44；由实部和虚部分别相等得到2=arcos（528.44-540cos1）/135；|cd|=540sin1 +135sin2+100=f（）；|cd|对时间t求导即可得到c的速度：vc= f'（）2； 2、加速度分析将vc对t再次求导即得到c的加速度:ac=f''（）22；综上所述，c的速度和加速度分别为：vc=5402b-a/(1352-c2)0.5/(a2+b2)0.5ac=54022110*380sinb-a/(1352-c2)0.5/(a2+b2)1.5-110sin+110cos/(1352-c2)0.5+540a2c/(a2+b

11、2)0.5(1352-c2)1.5/ (a2+b2)0.5 (说明：式中a=110sin，b=380+110cos，c=528.44-540cos1) 四、动态静力分析）图解法（曲柄位置角为90°）首先根据运动分析结果，计算构件4的惯性力fi4(与as4反向)、构件4的惯性力矩mi4（与a4反向、逆时针）、构件4的惯性力平移距离lh4（方位：右上）构件6的惯性力矩（与ac反向）。fi4=m4 as4=g4/g as4=200/9.81*0.5542 n=11.30n；mi4=4 js4=0.9045*1.1 nm=0.995nmlh4 =mi4/ fi4=0.088m=88mm；fi

12、6=m6as6=m6ac=700/9.81*0.5752n=41.044n；1、取构件5、6基本杆组为示力体（如图所示）因构件5为二力杆，只对构件6作受力分析，首先列力平衡方程： f=0 fr65=-fr56 fr54=-fr45fr16 + fr + fi6 + g6 + fr56 = 0 大小 ？方向xxxxxxxxbc按比例尺µf=10n/mm作力多边形，如图所示，求出运动副反力fr16 和fr56fr16=10*64.5n=645nfr56=10*701.93n=7019.3n对c点列平衡方程mc=0 fr16 lx+ fi6 ys6= fryf + g6xs6lx=(700

13、0*80+700*240-41.044*50)/645=1125.5mm2、取构件3、4基本杆组为示力体（如图所示）首先取构件4，对o4点列力矩平衡方程（反力fr54的大小和方向为已知）求出反力fr34：fr54=-fr45 fr34=-fr43 mo4=0 fr54*lh1+fi4*lh2+g4*lh3-fr34*lo4a=0fr34=(7019.3*528.44+11.3*206.99+200*17.66)/486.334n=7639.09n在对构件4列力平衡方程，按比例尺µf=10n/mm作力多边形，如图所示，求出机架对构件4的反力fr14f=0 fr54 + g4+ fi4+

14、 fr34+ fr14 = 0大小？方向 bcxxo4a？ fr14 =665.65n3、取构件2为示力体（如图所示）fr34=-fr43 fr32=-fr23f=0 fr32 + fr12=0 fr12=7639.09nmo2=0 fr32*lh-mb=0mb=7639.09*107.15/1000nm=817.65 nm）解析法选取c点为研究对象，则有fr65=-fr56 = fr54 ；fr56 sin2- fr= g6/g ac；fr34=540 fr54 sin（1-2）+2802 g4/g*11022 220*380*sin(bcos-asin)-(330sincos+380sin

15、+110sin2)(a2+b2)/(a2+b2)2+280 g4sin1/s；mb= fr34cos(-1)（式中a、b和运动分析表达式中a、b相同）五、飞轮设计1、确定wmax（1）将各点的平衡力矩（即等效阻力矩）画在坐标纸上，如图所示平衡力矩所作的功可通过曲线与横坐标之间所夹面积之和求得。依据在一个工作周期内，曲柄驱动力矩（设为常数）所做的功等于阻力矩所做的功，即可求得驱动力矩md（常数）。在图中，横坐标轴为曲柄转角，一个周期为2，将一个周期分为36等份；纵坐标轴为力矩md=si/2= 236.28 nmsi为平衡力矩在一个运动周期内所做功之和。（2）根据盈亏功的原理，求得个盈亏值，并作能

16、量指示图。一曲柄的平均驱动力矩为分界线，求出个区段盈亏功值（图）如下：w1=-303.394 nm; w2=160.063nm; w2=-289.345nm;作能量指示图，最大盈亏功值为：曲柄的平均驱动力矩 md= 236.28 nm曲柄的最大驱动力矩 md=636.995 nm wmax=432.676 nm2、求飞轮的转动惯量 jf900wmax/(2n2) =73.065 nm2附：解析法程序及运行结果#include<stdio.h>#include<math.h>#define pai 3.14main()double q1,q2,q3,q4,q5,h,w2;

17、 double a,b,c,d,e,f,g,j,k,m,n,p; double s=0; double vc,ac,mb; for(q1=0;q1<=360;q1=q1+1) w2=2*pai; q2=q1*pai/180; a=0.110*sin(q2); b=0.380+0.110*cos(q2); d=a*a+b*b; p=d*d; e=sqrt(d); c=0.52844-0.540*b/e; f=0.135*0.135-c*c; g=sqrt(f); j=0.11*sin(q2)/(0.110*cos(q2)+0.38); q3=atan(j); k=(0.52844-0.54

18、*cos(q3)/0.135; q4=acos(k); q5=q2-q3; vc=0.540*w2*(b-a/g)/e; m=0.22*0.38*sin(q2)*(b*cos(q2)-a*sin(q2)-(0.33*sin(q2)*cos(q2)+0.38*sin(q2)+0.11*sin(q2)*sin(q2)*d;n=0.11*w2*w2*m/p; h=0.110*0.380*sin(q2)*(b-a/g)/(d*e)-(0.110*sin(q2)+0.110*cos(q2)/g+a*c*0.540*a/(d*f*g); ac=0.540*w2*w2*h; if(q2>1.8645&

19、amp;&q2<4.4187) mb=(700*ac/9.81)*0.54*sin(q4-q3)/sin(q4)+200*0.28*0.28*m/9.81+200*0.28*sin(q2)*cos(q5)*0.11/e; else mb=(700*ac/9.81+7000)*0.54*sin(q4-q3)/sin(q4)+200*0.28*0.28*m/9.81+200*0.28*sin(q2)*cos(q5)*0.11/e; s=s+mb; printf("q1=%4.2f,vc=%5.2f,ac=%5.2f,mb=%5.2fn",q1,vc,ac,mb); printf("s=%4.2fn",s); 程序运行结果角度（°）vc(m/s)ac(m/s2)mb(nm)03.39-17.42634.468102.4-17.02636.995201.43-16.33631.622300.48-15.