牛头刨床机械原理课程设计报告书

1、.机械原理课程设计说 明 书设计题目牛头刨床导杆机构的动态静力分析及凸轮机构的设计系别机械工程系专业班级数控学生姓名学号200900104078指导教师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 11.一、课程设计任务书1. 工作原

2、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。y6s6Xs67Ys6CBYFrn22r5O2F3 As34O4x图（ 1-1）.F r0.05H0.05HxH(b)2原始数据及设计要求设计内导杆机构的运动分析容符号

3、n2LO2 O4LO2 ALO4 BLBCxS6xS6单位r/minmm方案724301108100.36 LO 4 B18040已 知 曲 柄 每 分 钟 转 数 n2 ， 各 构 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、根据方案提供的数据,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

4、 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、 3 12 等 ，是 由 位 置 1起 ，顺 2 方向 将 曲 柄 圆作12等分的位置,分别作出第方案的第3位置和第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l = 0.01m取速度比例尺smm对 A点： VA3 =VA4+VA3 A4方向：O2 AO4 B/O4 B大小：？画速度矢量图 , 求得 :VA4= lpa4 =0.01m66.3mm 0.663msmmsVA40.663 m1.292 rad4=sl O4 A513mmsVB5

5、= VB4= 4lO4B =1.046 ms.对于 C点： VC=VB+V CB方向：/导轨O4 BBC大小：？作速度矢量图 ,求得 :VC =l pc =0.01m102.5mm 1.025 mlsmms(b) 加速度分析选取加速度比例尺为m2a =0.052smm对于 A点：aA4 =aAn+aAt=aA3+aAkA+aArA344434方向：A O4O4 BA O2O4 B/O4 B大小：？?已知 :aA3 =22 l O2 A =6.2537 m2a AKA =2 4VA4A3=1.286 m2s43saAn=42 l O4 A =0.8569 ms24作加速度矢量图 , 求得：aA4

6、 =42 l O4 B = 2.184 m2 ,saB =aA4l O4 B =3.448 m 2l O4 As对于 C点：aC =aB +aCBn+aCBt方向： / 导轨 B O4C BBC大小： ？已知 :an=2l BC = 0.0993m2 ,aB=3.448m2 ，CB5ss作加速度矢量图 , 求得：aC =al p'c'=3.468m2s.3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重合取速度比例尺 l =m0.01 smmVA3=0.829m/sVA4= 0VC= 0(b) 加速度分析选取加速度比例尺为a =0.026m s2m

7、m对于 A点：aA4 =aAt=aA3+aArA344方向：O4 BA O2/O4 B大小：？?已知 aA3 =6.2537 m2s作加速度矢量图，求得：aAat=6.2537 m 24= A4saB=aA4l O4B =12.988m2l O4As对于C点：aC =aB +aCBt方向： /导轨 B O4BC大小：？已知 aB =12.988 m s2作加速度矢量图，求得：aC =a l p'c' =12.584 m s2.4对位置 3 点进行动态静力分析(a) 数据要求G6xS 6yS6Py p620N180mm40mm8000N100mm(b) 动态静力分析以构件 6 作

8、为研究对象进行动态静力分析，作组力体图由 F =F56+G6 +FI6 +F16+Pr = 0方向：BC导轨导轨导轨导轨大小：？已知 G6=620N，FI6= maC = 780.2N ， Pr = 8000 N作力矢量图，求得：F 56=8768 N，FI6= 486.2 N由M =F56 · h56 +F16 · h16 Pr · 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： F 34=14317.2 N ，F14=57

9、81N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 = 1267 N ·m.5刨头的位移，速度和加速度曲线方案 3 C 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00.671.001.231.221.000.670-0.93-1.92-1.88-0.95（ m/s ）加速度11.57.14 01.5-1.4-4-6.7-12.6-7.68.58.38.3（ m/s2 ）根据图表统计的数据在1 号图

10、纸上分别作出C点相应的位移、速度、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 max15°l O9D130mm凸轮机构 42°75°设计S10°65°r 045mml O2O9150mm（ 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 O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 O 点以角速度 -w 绕轴心 O 转动，一方面又在绕机架O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

11、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（°）推程远休 S回程12.52537.55062.5751010.821.632.443.25465摆角（°）0.41.73.713.14.615014.512.85.02.20.503角速度（ rad/s ）1.01.43.01.41.0001.12.23.32.21.10角加速度 (ras/s0.60.60.60.60.60.600.80.80.80.80.80.82 ).（ d）设计过程如 A3 图所示：选

12、取比例尺，作图l =1mm/mm。1、取任意一点O2 为圆心，以 r045mm作基圆，再以O2 为圆心，以r 150mm为半径作转轴圆，在转轴圆上 O2 左上方任取一点 O9。 2 、以 O9 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

13、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rg13.5mm 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

14、、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 350mm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1200mm左右，宽900mm左右。五、心得通过这次课