牛头刨床机械原理课程设计

1、13 / 13设计题目系 别专业班级学生姓名学 号指导教师机械原理课程设计说明书牛头刨床导杆机构的动态静力分析及凸轮机构的设计机械工程系数控2011 年6月 11日目录：1、程设计任务书 1(1) 工作原理及工艺动作过程 1(2) 原始数据及设计要求 22、设计说明书 3(1) 画机构的运动简图 3(2) 对位置3点进行速度分析和加速度分析 3(3) 对位置8点进行速度分析和加速度分析 5(4) 对位置3点进行动态静力分析 6(5) 刨头C点的运动线图 7(6) 凸轮的设计及从动件运动线图 83、总结和心得104、附件和参考文献 11、课程设计任务书1. 工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用

2、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，刨刀不切肖U, 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0.05H0.05HxH(b)2.原始数据及设计要求设计内容导杆机构的运动分析符号n2L0204LO2 AL04BLbcXS6xS6单位r/minmm方案皿724301108100.36 LO4B18040已知 曲柄每分钟转数n2,各构

3、件尺寸及重心位置，且 刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。 要求 作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、 加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动 态静力分析一起画在1号图纸上。二、设计说明书1画机构的运动简图1、根据方案皿提供的数据，以O为原点定出坐标系，根据尺寸分别 定出O点，B点，C点。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，1 '和8 '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，顺宀2方向将曲柄圆 作12等分的位置，分别作出第皿方案的第3位置和第

4、8位 置滑块C所处的位置。2. 对位置3点进行速度分析和加速度分析(a)速度分析对A点:取速度比例尺/o4b方向:o2ao4b大小:画速度矢量图，求得:IO4AVB5= Vb,66.3mmmmVa, = ipa4 =0.014Va40.66340.663叽1.292ra忆I04B =1.046对于C点:VcVbV CB方向：导轨O4BBC大小:作速度矢量图,求得:102.5mm1.025%Vc= 1 l pc =0.01(b)加速度分析选取加速度比例尺为= 0.052对于A点:aA,=n-aA4+taA4=aA,+kaA4A,raA4A3方向：A t O4O4BAt O2O4B/O4B大小：V

5、?VV?已知：2aA, =2 |o2a_= 6.2537m 2/ saK =2aA4A34VA4A3=1.286ms2a；二 2 bA =0.8569作加速度矢量图，求得:aA4 =4 lO4B =2.1 84对于C点：aC =aB+nacB +t acB方向：/导轨Bt O4CT BBC大小：？VV?已知：aCB = 52l BC ：=0.0993仃A aB：= 3.448作加速度矢量图，求得:ac:=a l p'c'= 3.468'ms2，= 3.448%aB=aA4lO4A3. 对位置8点进行速度分析和加速度分析(a) 速度分析位置8和位置8 '重合取速度

6、比例尺i= 0.01 /7 a =0.829m/sVA4 = 0Vc = 0(b)加速度分析选取加速度比例尺为m= 0.026对于A点:aA4aA3raA4A3方向:O4BO2/O4B大小:已知 aA3 =6.2537%作加速度矢量图，求得:aA4 = aA4 =6.2537laB =aA4O4BlO4A= 12.988对于C点：acaBtaCB方向：/导轨BO4BC大小:已知 aB =12.988作加速度矢量图，求得:ac =p，c' = 12.584ms24. 对位置3点进行动态静力分析(a)数据要求G6XS6yS6Pyp620N180mm40mm8000N100mm(b) 动态静

7、力分析以构件6作为研究对象进行动态静力分析，作组力体图由 F= F56+ G6+ F|6+ Fi6+ P= 0方向： / BC 丄导轨 /导轨 丄导轨 /导轨大小： ？?V已知 G6=620N, Fi6=mac= 780.2N, Pr= 8000 N作力矢量图，求得：F56=8768 N, Fi6=486.2 N由 M = F56 h56 +F16 h16 - p hr = 0求得：h16 =924.157mm以构件3和4作为研究对象进行运动静力分析，作出杆组力体图F = F34 + F14 +F54 = 0由三力交汇定理，作力矢量图，求得：已知：F34=14317.2 N, F14=5781

8、N以构件1作为研究对象，作出曲柄的扭矩示图M = M F32 h32 = 0已知：h32= 88.5mm,求得：M 二 1267 N m5. 刨头的位移，速度和加速度曲线方案3C点各个位置的位移、速度、加速度数据统计如下:位置123456789101112位移（mm）0208416424432839241638429014436速度（m/s）00.671.001.231.221.000.670-0.93-1.92-1.88-0.95加速度（m/s2）11.57.14. 01.5-1.4-4-6.7-12.6-7.68.58.38.3根据图表统计的数据在1号图纸上分别作出C点相应的位移、速 度、

9、加速度图。6. 凸轮机构的设计(a)设计要求设计内容符号数据单位凸轮机构 设计书max150I09D130mma 420750S100，650ro45mmI0209150mm(b)设计原理凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-w，使其绕轴心0转动。这是凸轮于 推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一 方面随其机架0点以角速度-w绕轴心0转动，一方面又在绕机架 0 点作匀加速摆动。这样，推杆在这种复合运动中，其滚子中心运动的 轨迹即为凸轮的理论轮廓线。以理论轮廓线上一系列点为圆心， 以滚 子半径r为半径，作一系列的圆，在作此圆族的

10、包络线，即为凸轮的 工作廓线。(c) 凸轮从动件的运动线图数据凸轮转角3(°)推程0远休$ S回程0'12.52537.55062.5751010.821.632.443.25465摆角(°)0.41.73.713. 314.615014.512.85.02.20.50角速度(rad/s)1.01.43.01.41.0001.12.23.32.21.10角加速度(ras/s2)0.60.60.60.60.60.600.80.80.80.80.80.8(d) 设计过程如A3图所示：选取比例尺，作图卩i =1mm/mm1、取任意一点02为圆心，以r。45mm作基圆，再以

11、。2为圆心，以 r 150mm为半径作转轴圆，在转轴圆上 。2左上方任取一点 O9。2、 以09为圆心，以130mm为半径画弧与基圆交于 D点。O9D即为摆 动从动件推程起始位置，再逆时针方向旋转画15的圆弧，再把15圆弧按0、1、4、9、4、1、0分成6份；分别连接09和圆弧上的这些点， 则得到摆杆的各个位置角度；再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分 别画出推程、远休、回程，这三个阶段。再以12.5对推程段等分、10.8 对回程段等分，并用1-13数字进行标记，得到了转轴圆上的一系列 的点，这些点即为摆杆在反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置画出来，这样就得到了凸轮

12、理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸 轮的外轮廓。在外轮廓上取一系列的点，以rg 13.5mm为滚子半径作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的实际轮廓。3、凸轮曲线上最小曲率半径的确定：用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径min :先用目测法估计凸轮理论廓线上的min的大致位置(记为A点)；以A点位圆心，任 选较小的半径r作圆交于廓线上；在圆A两边分别以B、C为圆心， 以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于E、F、H、M四个点处，如 图所示；过E、F两点作直线，再过H、M两点作直线，两直线交于 O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径min OA。三、总结通过对牛头刨床的运动分析与设计， 根据机构运动特性和传力特 性 , 现对牛头刨床作出如下评价：1 、行程大小，即主动件位于两侧极限为止时，刨刀行程 H 在所须的长度（约在350mn左右）,刨刀每刨削一刀后返回时，工作台做 横向进给，每次横向进给量相同；2、运动特性，刨刀匀速前进，快速返回，以减少非工段时间， 有急回特性；这样可以提高生产率。3、整体运动空间的大小，即尺寸的范围大约在 1200mn左右，宽900mn左右。五、心得通过这次课程设计，我对机械运动学的分析和设计有了更深入的