机械原理课程设计牛头刨床[1]4.10

1、09机械原理课程设计牛头刨床(速度分析与受力分析附于最后)说 明 书 姓名： 分析点：4,10点 组号： 第3组 2011 年 7 月 15日工作原理3一.设计任务4二.设计数据4三.设计要求51、运动方案设计52、确定执行机构的运动尺寸53、进行导杆机构的运动分析54、对导杆机构进行动态静力分析5四.设计方案选定5五. 机构的运动分析71. 4点速度分析,加速度分析82. 10点速度,加速度分析10六.机构动态静力分析12七.数据总汇并绘图14九.参考文献17工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导

2、杆机构23456带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构191011与棘轮带动螺旋机构（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。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。(a) (b) 图d一.设计任务1、运动方案设

3、计。2、确定执行机构的运动尺寸。3、进行导杆机构的运动分析。4、对导杆机构进行动态静力分析。5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。二.设计数据 本组选择第六组数据表1方案123456789导杆机构运动分析转速n2（r/min）484950525048475560机架lO2O4(mm)380350430360370400390410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系数K1.461.401.401.441.531.341.501.371.46连杆与导杆之比lBC/ lO4B0.250.30.360.330.30.3

4、20.330.250.28表2方案导杆机构的动态静力分析lO4S4xS6yS6G4G6PypJS4mmNmmkg.m21，2，30.5lO4B240502007007000801.14，5，60.5lO4B200502208009000801.27，8，90.5lO4B1804022062080001001.2三.设计要求1、运动方案设计根据牛头刨床的工作原理，拟定12个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。2、确定执行机构的运动尺寸根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路 位于

5、导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图d)。3、进行导杆机构的运动分析根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应2个位置的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。4、对导杆机构进行动态静力分析根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分与尺寸设计及运动分析画在同一张纸上（2号或3号图纸）。提示：如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。5、数据总汇并绘图最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。6、完成说明书每人编写设计说

6、明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置。四.设计方案选定如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使 图2压力角尽量小。 五. 机构的运动分析=180(k-1/k+1)=30当曲轴位于4点时lO4S4 =5lO4B=0.3865mlbc=0.278mlo2A=0.111mLo4B=0.77274m1. 4点速度分析,加速度分析取曲柄位置“4”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故

7、A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。vA2=vA3=w2lO2A=(2*n2/60)*lO2A=0.58m/s 取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.05(m/s)/mm ,作速度多边形如图则由图1-2知：vA4=vPA4=0.58m/s 4=vA4/lO4A=1.08rad/s vB=4lO4B=0.595m/s vA4A3=A4A3=0.123m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B = C + BC大小 ? ?方向 O4B X

8、X BC作速度多边行如图1-2，则由图1-2知V C=v Pc=0.5975m/s5=v CB/l BC=0.11rad/s由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)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=W2 lo2A =3.01 m/s2 a n A4=W42 lo4A=0.439 m/s2a KA4A3=2W3VA4A3=0.265 m/s2 a n CB=W52 l CB=0.003 m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ?

9、42 lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O4B /AO2 O4B O4B取加速度极点为,加速度比例尺a=0.01（m/s2）/mm,作加速度多边形如图1-3所示.则由图1-3知 aA4= uapa4=0.5661m/s2 aB=uapb=0.827m/s2 a S4=0.5aB=0.413m/s2 = a A4/ lO4B =0.68rad/s2 ac = acBn + a cB + aBn + a B大小 ? ? 方向 XX /CB BC /AB AB其加速度多边形如图13所示,有aC= lca=0.55 m/s2 取曲柄位置“10”进行速度分析。当曲轴位于10点时lO4S

10、4 =5lO4B=0.3865mlbc=0.278mlo2A=0.111mLo4B=0.338m2. 10点速度,加速度分析取曲柄位置“10”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。vA2=vA3=w2lO2A=(2*n2/60)*lO2A=0.58m/s取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ?方向 O4A O2A O4取速度极点P，速度比例尺v=0.05(m/s)/mm ,作速度多边形如图vA4=vPA4=0.55m/s 4=vA4/lO4A=1.63rad

11、/s vB=4lO4B=1.26m/s vA4A3=A4A3=0.204m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B = C + BC大小 ? ?方向 O4B XX BCV C=v Pc=1.235m/s5=v CB/l BC=0.4rad/s由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)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=W2 lo2A =3.01 m/s2 a n A4=W42 lo4A=0.9 m/s2a KA4A3=2W3VA4A3=0.665 m/s2 a n CB=W52 l CB=0.045 m/s2 取3、4构件重合点A为研

12、究对象，列加速度矢量方程得：aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42 lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O4B /AO2 O4B O4B取加速度极点为,加速度比例尺a=0.01（m/s2）/mm,aA4= uapa4=1.04m/s2 aB=uapb=2.4m/s2 a S4=0.5aB=1.2m/s2 = a A4/ lO4B =1.57rad/s2 ac= acBn + a cB+ aBn + a B大小 ? ? 方向 XX /CB BC /AB AB其加速度多边形如图13所示,有aC= lca=1.76 m/s2

13、六.机构动态静力分析1. 4点静力分析取S6点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图14所示。已知G6=700N，又ac5=0.55m/s2,那么我们可以计算FS6= G6/gac =700/100.55=38.5N 又F=P+G6+FS6+F45+FN=0代入尺寸解得:F45=3474.722N FN=-264.34N对导杆4受力分析如图1-5所示，加上惯性力，和惯性力矩Fs4n =42 lO4S4G4/g =9.02N Fs4=lO4S4 G4/g =5.26N Mi=JS4=0.748Nm由静力平衡条件对O4点取矩有：Mo4=0 G4lO4S4cos85+F34 lO4

14、A-FS4lo4s4-Mi-F54cos5lO4SB=0代入数据解得：F34=5065.6N画出力矩图从图中量出尺寸求得Fo4=1847N对曲柄受力分析F34和F02大小相等方向相反即F02= F32=5065.6N，因曲柄平M=F32lO2A=-562.215Nm,平衡力矩Mr=M=562.215Nm（逆时针为正）2 . 10点静力分析取S6点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图已知G6=700N，又ac5=1.76m/s2,那么我们可以计算FS6= G6/gac =700/101.76=123.2N 又F= G6+FS6+F45+FN=0从受力图中量出尺寸代入得 F45

15、=123.7N FN=689.2N对导杆4受力分析如图1-5所示，加上惯性力，和惯性力矩，用静力平衡分析法解。Fs4n =42 lO4S4G4/g =12.6N Fs4=lO4S4 G4/g =19N Mi=JS4=1.727Nm由静力平衡条件对O4点取矩有：Mo4=0 -G4lO4S4cos85+F 34 cos20lO4A+FS4lo4s4+Mi-F54cos5lO4SB=0代入数据解得：F34=292.5N 做力矩图如图所示，从图中量出尺寸求出FO4=324.8N对曲柄受力分析F34和F02大小相等方向相反即F02= F32=292.5N，因曲柄平M=F32lO2A=32.2Nm,平衡力

16、矩Mr=-M=-32.2Nm（逆时针为正）七.数据总汇并绘图统计12人的数据得到如下表位置123456789101112c(m/s)00.430.7280.600.8070.70.44-0.15-0.60-1.24-1.29-0.638ac(m/s2)5.43.260.6460.55-1.35-3.66-5.24-5.15-2.72-1.7644.941s(mm)023.586.9167241.3317.9378.1400357.4267131.262Mr(Nm)069500562.2564.5504.37256.512.620.8632.2-67.3-26.03平衡力矩位置变化曲线速度位置变

17、化曲线加速度位置变化曲线位移位置变化曲线九.参考文献1.机械原理（第七版） 吴克坚 等 主编 高等教育出版社2.机械原理课程设计曲继方主编，机械工业出版社3.机构分析与设计华大年等主编，纺织工业出版社4.机械运动方案设计手册邹慧君主编，上海交通大学出版社曲轴在4点时受力分析（u=10N/mm） 曲轴在10点时受力分析 4点速度矢量图，加速度矢量图 运动静力分析u v=0.05m /s u a=0.01m/s2 图14 10点速度，加速度图，运动静力分析 曲轴4点受力分析,力矩图 图15 曲轴10点受力分析 力矩图 一、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于平面切削加工的机

18、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，刨刀不切削，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。切削阻力如图(b）所示。O2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr图（1-1）、设计说明书 1画机构的运动简图1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2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

19、点所对应的曲柄位置，1和7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2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。 图1-2 取第I方案的第4位置和第9位置（如下图1-3）。 图 1-32. 对位置4点进行速度分析和加速度分析 （a） 速度分析 取速度比例尺=对A点： = + 方向： /大小： ？ ？=V= V=对于C点： = + 方向： / 大小： ？ ？ = = = = 速度分析图： 图 1-4(b)加速度分析 选取加速度比例尺为=对于A点：= + = + + 方向： A A / 大小： ？ ?由于= =2= 已知，根据加速度图1-5可得：=， =。=, =/=0.363626。另外还可得出：= =对于C点 = + + 方向：/ B CB 大小： ？ ？ 由= ,=已知，根据根据加速度图可得：=，=加速度分析图： 图 1-53对位置9点进行速度分析和加速度分析 （a） 速度分析 取速度比例尺=对A点： = + 方向： /大小：