牛头刨床刨刀的往复运动机构

1、头刨床刨刀的往复运动机构淆用/欢泉城学院机械原理课程设计计算说明书课题名称:牛头刨床刨刀的往复运动机别:工学院自动化业:机械设计制造及其级:机设1201指导教师:2 0 14工学院课程设计评审表学生姓名专业机械设计制造及其自动化年级2012级学号设计题目牛头刨床刨刀的往复运动机构评价内容评价指标评分评定业务水平论文（设计说明书、图纸）质量工作量、 工作态度权值成绩有扎实的基础理论知识和专业知识；能正确设计机构运动方案（或正确建立数学模型并运用ma tlab进行仿真）；对所设计机构的特定位置进行运动分析和动态静力分析。独立进行设计工作，能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理设计数据

2、；能对课题进行理论分析 出有价值的结论。，得论述充分，结论严谨合理；设计方法正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确;图纸绘制符合国家标准；计算结果准确；工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。合计401 0089指导教师评语.4设计任务书1 .1设计题目1 .2牛头刨床简介1.3牛头刨床工作原理1 .4设计要求及设计参1 . 5 设计任 务二.导杆机构的设计及运动分析.82. 1机构运动简图2 .2机构运动速度多边形 2. 3机构运动加速度

3、多边形1 1三.导杆机构动态静力分 析143 . 1静态 图143.2惯性力及惯性力偶 矢Z143.3杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力15心得与体会2 1参考文献221.1设计题目：牛头刨床刨刀的往复运动机构1.2牛头刨床简介：床是用于加工中小尺寸工件的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生Q产。牛头刨头刨床外形图适用不同材料和不同尺寸工件的粗、 精加工,要求主执行构件一刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动,且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度,即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给;安装工件的工作台应具有不同进给量的横

4、向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。1 . 3牛头刨床工作原理：牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。电动机经皮带传动和两对齿轮传动，带动曲 柄2和曲柄相固结的凸轮转动，由曲柄2驱动导杆2-3-4- 5 - 6,最 后带动刨头和刨刀作往复运动。当刨头右行时，刨刀进行切削，称为 工作行程。当刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。当刨头在工作行程时，为减少电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低, 且接近于匀速切削。在空回行程中，为节约时间和提高生产效率，采用 了具有急回运动特性的导杆机构。此外，当刨刀每完成一次刨削

5、后, 要求刨床能利用空回行程的时间，使工作台连同工件作一次进给运动， 以便于刨刀下一次切削。为此,该刨床采用凸轮机构，双摇杆机构经棘 轮机构和螺旋机构（图中未示出），带动工作台作横向进给运动。图1牛头刨床机构简图位置图F ax1丄9图2刨刀阻力曲线设计要求:1、绘图问题A1图纸一张,2、绘图要求线条尺寸应Sc52223M 25 24Iti1718IK*IfT2027丙图3曲柄A1图纸1张，绘图工具一套。作图准确，布置匀称，比例尺合适，图面整洁,符合国家标准。3 、计算说明书要求计算程序清楚，叙述简要明确，文字通顺，书写端正。设计参数:设计内容符号数据单位n 16 0r / min|a c380

6、Iab110导杆的运动分析ICD54 0Ide0. 25l cdmmLcs30.5IcdXs524 0ys55 0导杆机构动态静力计算G 32 0 0G5700Fr700 0yFr8 0JS31.1mmkgm21 .5设计任务:用图解法对牛头刨床的连杆机构进行运动分析和动力分析。要求画出A1图纸一张，A 2图纸一张，写出计算说明书一份。二、导杆机构的设计及运动分析2 .1机构运动简图：图2-1机构运动简图1 .选方案I ,在连杆机构中，曲柄有3 0个连续等分13 0个位置（见图3）,选取4位置进行设计及运动分析，取长度比例尺m/sI =0. 0 0 4mm2.取构件2和导杆3垂直（即构件5在最

7、左方）时为起始位置1 , 用量角器量取（4- 1） X 12=36度，两个工作行程的极限位置1和18 ,E点两极限位置如图虚线，极限位置距离 h=312 mm机构运动简图 如图2-1所示。2.2机构运动速度多边形图2-2机构运动速度多边形根据机构运动简图，进行速度分析：根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式，得:LB 3 = UB3 B2+ U2大小方向 丄CBII BC丄AB计算：n=60 r /min=1 r /s, w =2 n n=2 nr ad /s,u B2 =3 X l ab=2 n rad /s XO .11m= 0 .22 nm / s速度多边形：在图上任取速度极点P,速

8、度比例尺 w I =u B 2 / Pb1 =(0 .22 n ms)/ 12 0 mm】 =0.006( m/s ) /mm 过点 P 作直线 pb i(长度为12 0 m）垂直杆AB代表u B2的方向线，过点P作垂直杆C B的直线, 代表u B3；再过点b1作直线平行于BC代表u B 3B2的方向线，这两方向线交点为b3,则矢量pb3和b1b3分别代表u B3和u B3B 2,其大 小分别为:U B3= wX p b 3 =0.006(m/ m mx6 2 m = 0 . 3 7m/ sU B3B2 = w X b2b3 =0.0 0 6(m/m mX 101 m = 0 . 6 m/s

9、.根据影像相似原理求出U D :CB/CD二pb/p d ,即 1 06 . 5 / 1 35=6 2/p d，解得 p d= 7 8mm,U D= w X pd =0. 0 0 6( m/s)/m mX 78 m=0. 4 68 m/s方向在p b3的延长线上。再根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式U E= u ED丄ED丄CD大小方向 /导路速度多边形：p d= 7 8 m,方向在pb3的延长线上，再过点P作水平线代 表点E的速度方向，再过点d作杆ED的垂直线，这两方向线交于点 c,则矢量pe和de分别代表u E及u ed,其大小分别为:U E= wX pe=0. 0 06( m/s

10、)/ mmX 75 m = 0 . 4 5m/sU ED =wX de= 0. 006(m/ m mX2 0 m =0.12m/ s因为4位置为工作行程，故刨头在此过程中匀速即：U S5=uE,根据重心得加速度影像相似原理求出U S3：C S/CD= PS 3/P d 即 67.5 mm/135 mm二P S/78 mm,解得 PS 3=39mm,U s3=wX PS =0. 0 0 6 ( m/s) /mrX 39 m=0. 23 4 m/s方向在Pd上，机构运动速度多边形如图2-2所示。2. 3机构运动加速度多边形:由理论力学可知，点B3的绝对加速度与其重合点B 2的绝对加速度之间的关系为

11、na b3ta B3a B2小k+ a B3B2rB3B2方向丄 B3 C B 27 A丄B3C/ B3 C大小2 3 3 VB 3B2计算:由图2 1结构运动简图得：l b3 c=106. 51=1 06. 5 mX 0.0 0 4m/mm= 4 26m= 0. 4 26m ;由图22机构运动速度多边形求出：V33= jjvX p b 3= 0 .0 6(m /s)/mm X6 2m m= 0. 3 7 m/s;3 3 =V3/ l b3c= (0.37m/s)/(0.4 26m) =0. 8 7 r a d/s ;n2 I22B3= 3 3 X l b3c=(0.8 7 rad/ s )

12、X 0. 4 2 6m=0.32m / s=2 n n=2 n rad /s ;1 ab = 11 O mm = O .1 Im2 2= (2n rad/ s) X 0.11m= 4. 34m/s由图2 -2机构运动速度多边形求出：VB3B2= fjV/X b2 b 3 =0.0 O 6 (m/ s )/ mmX 101mm=O 6 m/ sB 3B2=2 3 3 V B3B2 =2 X 0. 87 r a d/s XO .6 m/ s=1m/在一般情况下，a B3 B2= a" B3B 2 +ta B3B2,但是目前情况下，由一nrt于构件2和构件3组成移动副，所以a B3 B2=

13、0,则a B 3B2 =a B3B2 ,其方k向平行于相对移动方向；a B3B2是哥氏加速度，对于平面运动之内，k、 ka B3B2=2 3 3 V B3 B2哥氏加速度a B3B2的方向是将V B 3B 2沿3 啲转动方向转9 0度 (即图2 -3中的bk的方向)在上面的矢量方程tr式中只有a B3和a B3B 2的大小为未知，故可用图解法求解。加速度多边形：从任意极点n连续作矢量n b 2 (12 0m m)和b'2 kk代表a B2和a B3 B2,其加速度比例尺ua=aB2/n b2=0.0365/s2)/mm；再过n作矢量n bs'代表R b3，然后过k作直线k

14、9; bs'平行于线段CE3代表a r B3 B2的方向线，并过点b3''作直线b3' b3'于线段CB 3，代表a B3的方向线，它们相交于点b3',则矢量n垂直b 3便代表a B 3。机构运动加速度多边形如图2-3所示。由机构运动加速度多边形可求出:t2a B3=b' b 3 'X Ua =72. 5 m X 0.036 ( m/s ) /m2=2.6 1m/s ;匸,，222LB3B 2=k b3 X Ua=5 5 mX 0.036( m/s ) / mm=l .98 m/s再根据加速度影像相似原理，得:CB/CDnb 3&

15、#39; / n d3即 1 0 6.5 mm/135 mm=72.5 mm/n ds'解得 n d3' =9 3 m ;CS 3/CD二 n S n ck'即 6 7.5mm/135 m = n 83/93 mm解得 n S3 =46. 5mm;2 2aD3=n d3' XUa= 9 3mX0. 036 (m/s ) /m= 3.348m/s ;22a s 3 =nS 3 XUa=46. 5 m X0.036 (m/ s ) / m= 1.674m/ s因此位置为工作进程，故E点和重心 85点匀速前进,故无加速度。三.导杆机构动态静力分析3.1 静态图图3 -

16、1机构位置状态图3.2 惯性力及惯性力偶矩 ：因重心S 5无加速度，故S5点无惯性力Fi及惯性力偶矩M i ；F面求重心S 3的惯性力Fi及惯性力偶矩M i:惯性力:F i s3 = - m Xas 3=-G 3 /g X as3= - Gs/g X ua Xn S3=-(200 N)/( 9. 8N/)xl 0. 036 (m/s2)/mm】X46 . 5 mm=-34N方向：a s = a's +ats,它决定了 F i 的方向，因 Fi s3= - m 3 X as3,故 F i3 及 F' i3的方向与图2-3中的n S3 （代表as3的方向）的方向相反。惯性力偶矩:M

17、i s3 = -J S3a S3=-J S3X ( acd/ l cd)-l.lrfx (0.0362(m/s ) /mm) X 9 3 mm /0.54 m6.2 8N-m作用线间距离为h:h=Mi S3/Fi3= (-6.28 Nm )/(-34N) = 2 0 0 m变速转动的构件都同时具有惯性力Fi和惯性力偶矩Mi,故它们均可用一等于F 3的总惯性力3来代替。按照比例尺l n.。04需确 定Fi 3与F' i 3之间的图上距离，将Fi3和F' i3在静力图上表示,如图3- 1所示。3. 3杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力将机构拆分成若干杆组，以基本

18、杆组为研究对象，画出作用在其上的所有外力。如图3-2 (a) (b) (c)所示。(a)*> Id HIk'(b)将机构拆分为两个二级杆组，一个机架。图（a）:导杆4和刨头5为杆组,组成三个运动副（一个移动副和两个 转动副E、D）。动力静态分析：杆件ED为二力杆，故在点D构件3对构件4的作用力F34方向在ED的延长线上；刨头受到机架7竖直向上的压力R7 5，已知Fr及G 5的方向和大小，R34和F75的方向已知，大小未知，故用力的封闭多边形来求解R34和R7 5的大小。力的封闭多边形：下面借助图3-2（a）来画力的封闭多边形。图3-3力的多边形首先确定力的比例尺 厅二Fr/10

19、0 m =7 0 0 0N/10 0 m =7 0 N/m ,在图 上任取一点a为起点,过a点向右作水平线长度为100mm至点b，代表Fr的大小和方向；然后过b点向下作竖直线长度为【G5/站=700N/(70N /m)=】10m至点c，代表G 5的大小和方向；再过e点作平行于 力R 34方向线上的平行线，最后过a点作竖直线，这两条方向线相交于一点d,故有向线段cd代表力Rm的大小和方向；有向线段da代 表RZ5的大小和方向。故R 34 = led XpF=100 mX 70 N / m= 7000NR 7 5 =1 d aXpF= 1 5. 5 mmX 70N / m =1085NGs 5、F

20、r及R 3 4的大小及受力位置已确定，而R5的大小已确定，位 置未确定,这样下面确定刨头的受正压力 R7 5的位置,利用合力偶矩等于零来求解。力矩平衡:在图3 -2 /a)中量得:hr=20 m; h g =60m，对点E取矩,Z ME=0,Fr X h r +G 5X hG- R 75 X h 7 5=0h 75=(Fr X hr + GfeX hG) / R75=(7000N X2 0m + 7 0 0 NX 60 m) /10 8 5N=1所以F r的位置距离点E长度为1 67 m处。图3-2(b ):导杆3与滑块2组成一个杆组和3个运动副(一个移动副和两个转动副）。动力静态分析：杆3的

21、点D受到杆4的一个力，与F34大小相等，方向相反;距离重心位置h处受到一个总惯性力F'i3 ;受到杆1对滑块 2的拉力F12；受到一个竖直向下的重力G S 3；受到一个运动副反力Rc。R43、F' i3及GS3大小和方向已知，F12方向已知，大小未知；Rc大小及方向均未知，所以,首先根据力矩平衡求出力F i 2的大小；然后根据力的封闭多边形求出力 Rc的大小及方向。力矩平衡:工 MC=0,F 12X hl 2 053X hG F' i 3X hi3-F43h43= 0F 12= ( GS3 X hG+F' i3 X hi3 + R43 h 43)/h 12=(20 0 NX 64 mm +34NX 4 6 4 mm +7000NX 516 mm)/ 428 m =8506N力的封闭多边形：下面借助图3-2 （b）来画力的封闭多边形。力的比例尺和前面的一致 厅二Fr/10 0 m =7000N/100 m=7 0 N/ m,由d点为起点作直线dc代表R43（与R3 4大小相等方向相反），然后过c点