机械原理课程设计牛头刨床

1、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55. 体会心得156. 参考资料16附图1:导杆机构的运动分析与动态静力分析附图2：摆动从计动件凸轮机构的设计附图3：牛头刨床飞轮转动惯量的确定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. ）为了提高创刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行稈时，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,创刀的行程h在300mm左右为好，切削阻力约为7000n,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

2、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，此时耍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，创刀不切削，称空冋行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此创床采用有急冋作用的 导杆机构。创刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11 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，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

3、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 來减小主轴的速度波动，以提高切削质杲和减小电动机容量。图4-牛头刨床机构简图3.机构简介与设计数据31 机构简介牛头刨床是一种川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。 创头右行时，创刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低口均匀，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 高牛产效率。为此刨床采用急回作用

4、得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的 时间，凸伦8通过四杆机构1-9-10-11与棘伦机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作 一次述给运动，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。3.2设计数据设计数据设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动郵态分析112bo4lo2agbibcgs4xs6ys6g4g6pypjs4r/minmmnmmkg.m2iii724301108100.36 1q4b05 1o4b18040

5、22062080001001.2e轮转动惯量的确定凸轮机构的设计无 齿 轮 任 务s%z1zo-jo2joijo”jo'xmaxl9da15r/minkg.m28mm8iii0614401519500.50.30.20.215130427510654、设计内容4.1.导杆机构的运动分析（见图例1）已知1111柄每分钟转数肌，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路xx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 容与后而的动静力分析一起画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和89为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1

6、9和79为切削起点和终点 所对应的位置，其余2, 3.12等，是由位置1起顺叭方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1）设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其小滑块6的导路x-x的位置可根据连 杆5传力给滑块6的最有利条件来确定,即x-x应位于b点所画圆弧高的平分线上（见图例1 ）。2）作机构运动简图。选取比例尺“/按表4-2所分配的两个曲柄位置作出机构的运动简图，其中 一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图42；取滑块6在上极限时所対应的曲柄位置为起始位置 1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再 作出开始切削和中止切削所对应的1

7、'和&两位置。共计14个机构位置。77? / v3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.0168 （ ）和加速度比例尺=0.0168mmml（人用和对 运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果列入农。mm4）作滑块的运动线图。根据机构的各个位置，找出滑块6上c点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺=0.0109 （）,作（t）线图。为了能直接从机构运 mm动简图上量取滑块位移。然后根据（d线图用图解微风法（弦线法）作出滑块的速度匕.（0线图， 并将结果与英和对运动图解法的结果比较。5）绘制滑块的加速度线图（见图1）导杆机构的

8、运动分析1）选取长度比例尺卩厂作出机构在位置4的运动简图。如一号图纸所示，选取p产ig/oga （m/mm）进行作图，1。*表示构件的实际长度，o2a表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意的人小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图而上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位管。2.）求原动件上运动副中心a的v j和jva° = 3 1 () a =0.829m/s式中vb点速度（m/s） 方向丄ao279a a = g) i 1 o* =6.247m/s £式中a/aa点加速度（m/s?）力向a ->023. 解待求点的速度及其相

9、关构件的角速度由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢 量方程式，作图求解。（1）列出0b杆a点的速度矢量方程 根据平而运动的构件两点间速度的关系绝对速度二牵连速度+相对速度未知数为两个，其速度方程:= * +方向：丄a 0 4丄ao,"ao。大小：？3 | 1 o2a9（2）定出速度比例尺在图纸中，取p为速度极点,先列出构件2、4上瞬时重合点a （a 2，a4）的方稈,v a|/l2取矢量pa代表v久，贝ij速度比例尺ps j /mm)p i=0.002 ms “ /mmpaa2（3）作速度多边形，求1123 4根据矢量方程式作出速度

10、多边形的pd|部分，贝ijv儿（m/s）为v 儿=p v pa=0.829m/s3 4二 vjlg=1.3iad/s其转向为顺时针方向。v 厉=34】 i)o4 =°612 m/sb点速度为,方向lj同向.(4 )列出c点速度矢量方程，作图求解vc6、v c6b4方向：水平±bo 4 i.bc大小：？3 j©通过作图，确定c点速度为v 4,3 =卩 r bc=0.2909m/svc =p vpc= 1.2207m/s式中va2a3 c §点速度，方向丄bc式中v。一一c点速度，方向为p->c4 解待求点的加速度及其相关构件的角加速度(1 )列出c点

11、加速度矢量方程式 牵连速度为移动时绝对加速度=牵连加速度+相对加速度 牵连运动为转动时，(市于牵连运动与相对运动相互彩响)绝对加速度=牵连加速度+相对加速度+哥氏加速度 要求c点加速度，得先求出b点加速度，&人= a”a+ ara = a o?+ a + a+方向：？ ab 丄 ab z/ao2 丄 ao2 ab?3?伦 0?定岀加速度比例尺在一号图纸中取p为加速度极点,去矢量pa，代表a "a ,则加速度比例尺(ms /mm)u = =0.219 m/s2 /mm1 l<ipa(3)作加速度多边形，求出al、a八、a 根据矢量方程图的pa?nka部分，则a=0.794

12、9 m/s2a ka=6.247m/s 2a a =p “ pa=0.519 rad/s2 方向为 水平向右下12°ar«= ar4 1 h()4 /1 g =3.279m/s 2az,« = w 4 2 1 心=1.225 m/s $列出c点加速度矢量方程，作图求解、&、a'cbac =acb + ac+ a b+a b方向：水平bc丄 bcab丄 ab大小：？v2 /i9v c6b4 八 bc3 4 2 1 h()4* jlg/lg由上式可得:a rc« =0.0.15 m/s2a(,=0.178m/s 2确定构件4的角加速度cu由理

13、论力学nj知，点a4的绝对加速度其亜合点a3的绝对加速度z间的关系为aa4 + aa4 = %3 + cla4a3 +方向：丄0<b (lb 04b 丄0山 /q2k大小：？ b ； 1 o2a ?2ui4va4a3 b ； 1 o2a其中a和a：是4的法向和切向加速度。a爲3为科氏加速度。从任意极点o连续作欠量0“3和k'代表和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219；再过点（）作矢量。百代表a；4a3,然后过点k，作直线k，al平行于线段0如代表相对加速度的方向线，并过点时，作直线a/'a垂直与线段ksl，代表叮4的方向线，它们相交于对，则矢量oa,便代表如。构件3的

14、角加速度为a4/104a 将代表的矢量平移到机构图上的点a4,可知g的方向为逆时针方向。cj2va2va2a3v3vcbvcvb4aa3aka4a3ana4almancbac大小方向47.530.820.1710.8110.0641.2210.611.36.2470.5191.2263.2790.0150.178698962顺时针4. 根据以上方法同样可以求出位置九的速度和加速度cj2va23 va2a3v3vcbvcvb4缶3a'.mt a a4avide大小方向47. 536.08290. 17180.8110.06491.22160.6121.3顺时针6.2470.6201.22

15、63.2790.0100. 17897. 5360.8291.2310.66780. 33491.53790. 82706. 2380. 4252.4323. 2794. 2454.237单 位1/sm/s1/sin/s242导杆机构的动态静力分析已知 各构件的重量g （曲柄2、滑块3 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。步骤1）选取阻力比例尺如=555.6（）,根据给定的阻力q和滑块的冲 mm程h绘制阻力线图。2）根据个构件的車心的加速度即角加速度，确定各构

16、件的惯性力pi和惯性力偶矩mj ,并将其合为-力，求出该力至重心的灰离。3）按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。将所有位置的机构阻力，各运动副中的反作用力和平衡力矩m）、的结果列入表中：动态静力分析过程：在分析动态静力的过程中可以分为创头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明创头的力的分析过程：对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：ef=o p+g6+ fi6 +r45+ r16=0方向：x轴丫轴与心反向 bc丫轴大小:8000620-meae?9以作图法求得：位置4rj5 二 795& 3n位置1'r15 =8550.648位置4rie=

17、 284-7n位置1'r16 二 n力矩平衡方程式：wm=o p*yp+g6*hg+fi6*h6+ri6*hi6=0我们还nj以得到：对丁摇杆滑块机构可以列出平衡方程式:w f=0 r54+ r.34+ fi4 +g4 +r14=0方向：bc丄0出尙心轴9大小:r54?m-iai2209力矩平衡方程式：w m=0 r54*h54_r34*h34_mi4_fi4*hi4_g4*h4=0rtl此可以求得也的大小：r34= 7958. 3 n 位置1'r沪14366.93最后可以利川力的平衡方程式做力的多边形解出位置4r沪12023. 66 n位置 1' r32= 244.

18、376n在摇杆上口j以得到rai-r32最终得 出位置 4 my=1257.11nm位置 1,=689.612nm项pi6pi4mi4lh4大小方向448.73430.871.508顺时针0.3091单位nn.mm、pn56=n65n54=n54n34二n23my人小方向480007958.37958.312023.661257.11顺时针单位nnn.m项位目 置pi6pi4mi4h)4大小方向，546.57110.89712.36逆时针89.5单位nn.mm、pn56=n65n54=n54n34=n23my大小方向v80008550.64814366.93244.376689.612逆时针单

19、位nnn.m4.3.飞轮设计(见图3)已知及其运动的速度不均匀系数6，由动态静力分析所得的平衡力矩my,具有定转动比的各构件的转动惯量j,电动机、曲柄的转速3、112及某些齿轮的齿数。驱动力矩为常数。要求 用惯性立法确定安装在轴02上的飞轮转动惯量jf。以上内容做在2号图纸上。步骤：1) 列表汇集同组同学在动态静力分析屮求得的个机构位置的平衡力矩m v '以力矩比例尺 u，”和介度比例尺口卩绘制一个运动循环的动态等功阻力矩m>m； (4)线图。对m： (© )川图解积分法求岀在一个运动循环中的阻力功a： = a；(“)线图。2) 绘制驱动力矩m “所作的驱动功x d a

20、 (*)线图。因m“为常数，且一个运动循环中 驱动功等于阻力功，故将-个循环中的a；二a：(e)线图的始末两点以直线相连，即为a“ = a“(“) 线图。3) 求最人动态剩余功a'。将a“ = a“(2)与a： = a：(“)两线图相减，即得一个运动 循环中的动态剩余功线图a' = a' (4)。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离，即表示最大动态剩 余功a。4) 确定飞轮的转动惯量丿尸。由所得的a',按下式确定飞轮的转动惯量jf=9006按照上述步骤得到e轮的转动惯量为jf=8.37.44凸轮机构设计(见图2)已知 摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动也，远

21、休止也取，回程运动角,摆杆长度lo9d=130mm,最大摆角xmax=158，许用压力角a=208；凸轮与曲柄共轴。要求 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出土轮世纪轮廓线。以上内容做在2号图纸上。步骤：1）根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的（化）nnx,然后用几何作图法直d（p接绘岀叱（©）及e（ w）线图。d（p2）求基圆半径5及凸轮冋转中心。2至从动件摆动中心0|的距离1按（i）（ w）线图划 分lmax角时，可将莫所対的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割屮 “和角所对应的弧，口从动件摆动中心0作辐射线与各分割点想连，则w “浓角便

22、按预定比例分割。作图时，如取卩,= 10,0*11 瞠，则可直接根据如（2）线图上各纵处标值，在0j点的相应 '' d（pd（p4辐射线上由d点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于等于low*皱。截取方向 d（p可根据d点速度方向顺着凸轮转向转过90°后所指的方向来确定。然后按许用压力角a作出凸轮轴心 的安全区，求出凸轮的基圆半径几）和中心距lo2or3）根据凸轮转向，摆杆长io®,和位移线图甲（“）图和以上求得的5, lo2or画出凸轮理 论廓线，并找出其外凸轮曲线瑕小曲率半径pmino然后，再选取滚子半径q,画出凸轮的实际廓线。设计过程：1

23、）根据给定的ro=6omm和摆杆位置画出从动件的初始位置ogd。，再根据犷®线图画出从动件的 系位置 o9d，、ogd、o9d 3、o9d 4、ogd，5、o<）d，6、o9ds、o<）d，8、ogd，9、oyd* jo、o9ds1、 o9di2、o9di3、ogd'g,使得zdoomd'1 =咒1、zd（）c）9d'2 =尤2、zdoc）9d'3 =%3> zd°o9d4=x4、 zdoogds =%5 > zdoc）9d'6=x6、zdoogd、=q、zdoogd'g 二8、zdo09d9=%9、z

24、d0o9d'g 10、 zdoovdi =x11 >zd（）c）9d'2=x12>zd（）c）9d'3=x13、zdoogd'g =x14。2）从基圆上任一点co开始，沿（©）方向将基圆分为与图线图横轴对应的等份，得g、c2、c3、c4、c5、c6、c7、cg、c9、co、c 1 > c2、c13、c140过以上各点作径向射线 oc、oc2、oc3、oc4、0c5、0c6、oc7、og、0c9、oc0、oc1、oc12、0c3、oc1403）以o为中心及od>为半径画圆弧,分别交oco和oci于阳和ei，在圆弧上截取eq】二e，

25、】d）得 点d。用同样方法,在以od。为半径的圆弧上截取e2d2=e,2d,2得点d2，在od3为半径的圆弧上 截取e3d尸e'd?得点d3 ,在od4为半径的圆弧上截取e4d4=e,4d，4得点d4 ,在od5为半径的 圆弧上截収e5d5二e'dl得点d5 ,在od&为半径的圆弧上截取efqe二eidi得点d6 ,在od7为 半径的圆弧上截取e7d7二ew得点d?,在06为半径的圆弧上截取e8d8=e,8d,8得点6 ,在odg为半径的圆弧上截耿e9d9= e'db得点d9 ,在od（）为半径的圆弧上截取ei（）d1（）= es）d）得点d10 ,在od】i为

26、半径的圆弧上截取e】d=e'id'i得点d】i ,在od】2为半径的圆弧上截取ei2di2= e3'12得点d2，在0d3为半径的圆弧上截取e13d13=e,13d,i3得点d3。将do、d】、d2> d3、 d, d5、d6> d7> d8> d9、dio、dll、d12、d13连成曲线便得到凸轮轮廓曲线。5 心得体会美丽的花朵必须要通过辛勤的汗水浇灌有开花才有结果，有付出才有收获.通过儿天fifi夜夜的奋斗，在老师亲切地指导下，在同学们的密切配合下，当 然也有口己的努力和辛酸，这份课程设计终于完成了，心里无比的高兴,因为这是我们 努力的结晶.在这几天屮，我有很多的体验，同时也有我也找到许多的毛病，仅就计算机辅助 绘图而言，操作的就远远不够熟练，专业知识也不能熟练应用。但是通过这次实践 设计，我觉得我有了很打的提高。其次，通过这次设计