机械原理课程设计牛头刨床-牛逼版

/———装订线——0.机构简介与设计数据0.1牛头刨床简介牛头刨床是一种用平面切削加工的机床.如下图所示。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.由曲柄机构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.此时要求速度较底并且均匀.以减少电动机的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.以提高生产效率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。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1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构.使工作台连同工作件作一次进给运动.以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中.受到很大的工作阻力〔在切削的前后个有一段约0.5H的空刀距离.见图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.故需安装飞轮来减小主轴的速度波动.以提高切削质量和减小电动机容量。牛头刨床机构简图及其阻力曲线0.2设计数据运动分析数据导杆机构的运动分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6r/minmm方案Ⅰ603801105400.25lo4B0.5lo4B24050导杆机构的动态静力分析数据导杆机构的动态静力分析G4G6PypJs4NmmKg·m2方案Ⅰ2007007000801.1凸轮机构设计数据方案凸轮机构设计φmaxlo9D[α]φφsφ,ommo方案Ⅰ1512540751075飞轮转动惯量确定数据飞轮转动惯量的确定δno’Z1Zo"Z1Jo2Jo1Jo"Jo’r/minKg·m2方案Ⅰ0.0514401020400.50.30.20.21.导杆机构的运动分析已知曲柄每分钟的转数n2,各构件的尺寸及重心位置.且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上〔见图.要求做出机构的运动简图.用解析法和图解法求出方案Ⅰ中1′+10°和9位置的速度、加速度.并对结果进行误差分析。1.1矢量方程图解法用CAD按一定的比例绘制机构位置机构简图及相应的速度和加速度多边形图.并量出个对应量进行对矢量方程的所求得的结果分析误差。矢量方程图解法：其中l2=lAO2,l4=lBO4,l5=lBC,vB=vB4=vB5,aB=aB4=aB5速度未知量矢量方程vA4的大小vB的大小vC的大小vA4=vA3+vA4A3方向：大小：？l02Aω2？影像法vB=vA4l4/lAO4vC=vB+vCB方向：//导路大小：?vA4l4/lAO？〔2加速度未知量矢量方程aA4的大小aB的大小aC的大小aA4=anA4+atA4=aA3+akA4A3+arA4A3方向：AO4AO4AO2AB大小：v2A4/lAO4?l2ω222ω3vA4A3?影像法aB5=aB4=l4aA4/lao4.方向与aA4相同aC=aB5+anC5B5+atC5B5方向：//导路BO4CBBC大小：?l4aA4/lao4v2C5B5/l5?1.2矩阵法建立直角坐标系.标出各杆矢量及方位角。其中共有四个未知量θ4.θ5.s4,sC.建立两个封闭矢量方程.为此需用两个封闭图形O2AO4及O4BCEO4.由此可得l6+l2=s4,l4+l5=l6′+sC写成投影方程为S4cosθ4=l2cosθ2S4sinθ4=l6+l2sinθ2l4cosθ4+l5cosθ5-sE=0l4sinθ4+l5sinθ5=l′6以上个式即可求得θ4、θ5、s4及sE四个运动变量。其中l4、l5、l2、l6为已知量以上矢量方程式未知量代数式如下：θ4=arctan[<l2sinθ2+l6>/cosθ2l2l'6=[l24-<l2l4/l6>2]θ5=arcsin[<sinθ4*l4-l'6>/l5]SE=l4cosθ4+l5cosθ5S4=cosθ2l2/cosθ将上面投影式子分别对t求导.得S'4cosθ4+S4〔-sinθ4ω4=-l2sinθ2ω2S'4sinθ4+S4cosθ4ω4=-l2sinθ2ω2其中.S'4、ω4、为未知量.且由题目已知条件ω2=nπ/30=60π/30=2π=rad/s将余下的式子对t求导.得-l4sinθ4ω4-l5sinθ5ω5=0l4cosθ4ω4+l5cosθ5ω5=0其中.ω5为未知量。把其写成矩阵形式.运用MATLAB运算。最后运动切削点C的速度vc、S'4、ω5、ω4均可以得到。把上面各式再对时间t二次求导.得到加速度列式：S''4cosθ4-S'4sinθ4ω4-S'4sinθ4ω4-S4<cosθ4ω24+sinθ4a4>=-l2<cosθ2ω22–sinθ2aS''4sinθ4+S'4cosθ4ω4+S'4sinθ4ω4+S4<-sinθ4ω24+cosθ4a4>=-l2<sinθ2ω22+cosθ2a-l4〔ω24cosθ4+sinθ4a4-l5〔ω25cosθ5+sinθ5a5=-l4〔-ω24sinθ4+cosθ4a4+l5〔-ω25sinθ5+cosθ5a并写成矩阵形式.即得以下速度和加速度方程式：=结果<m/s>解析法图解法误差相对误差vC-1′+10°0.475512635990170.475549351654750.00003671566457990.0000772128vC-90.00003.79167258190.0000687045结果〔m/s2解析法图解法误差相对误差aC-1′+10°3.272016965878853.272287374478110.000270408599250.0000826427aC-98.506363457667048.505214596011770.00013505902.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和连杆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<图1>.及在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸.速度和加速度。要求求方案Ⅰ第二位置各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平均力矩。先用图解法.再用虚位移验证所得结果。图解法：2.1杆组5-65-6组示力体已知G6.P.FI6=〔G6/gmC.lI6为R16对C的力臂.未知量平衡条件方程R45和R16的大小F=0G6+P+FI6+R45+R16=0l16MC=0G6xs6+PyP-R16l16-FI6yS6未知量结果R45的大小7236.7881NR16的大小910.1964Nl16的大小0.2.2杆组3-4由以上求得R45.杆5是二力杆.所以R54=R45.杆4的角加速度4=atA4/lA4O4,惯性力偶矩MI4=JS44,惯性力FI4=<G/g>aB4/2,总惯性力F′I4<=FI4>偏离质心S4的距离为h′4=MI4/FI4〔其对S4的方向为逆时针.h4为G4对O4的力臂.hI4为F′I4对O4的力臂.h54为R54对O4的力臂.h23为R23对O4的力臂.未知量平衡条件方程R23的大小M=0G4h4+F′I4hI4+R54h54-R23h23=0R14的大小F=0G4+F′I4+R54+R23+R14=0未知量结果〔NR23的大小8773.038R14的大小2436.76022.3杆组1-2未知量平衡条件方程R12的大小F=0R32+R12=0Mb的大小M=0R32h32-Mb=0未知量图解结果虚位移结果误差率R12的大小8773.038NMb的大小550.6257809395801Nm550.6257561876643Nm0.000000044952339294652.4虚位移原理所有外力的功率和为0.NP+NI6+NG4+NI4+NM=0.NP=|P||vC|cos180°,NI6=|FI6||vC|cos180°,NG4=0.5|G4||vB|cos103.75252336°,NI4=|FI4||vI4|cos171.89875340°,NM=Mbω2,把数据代入上式.得平衡力矩Mb=550.6257561876643N.m.3.飞轮设计已知机器运转的速度不均匀系数δ.平衡力矩Mb,飞轮安装在曲柄轴上.驱动力矩Med为常数。要求：求方案Ⅰ飞轮转动惯量JF。3.1等效阻力矩公式Mer=∑FVcosθ=|P||vc||cos180o|+0.5vB|G|cos.,其中在1.1/..2.3.4.5.6.7.7＇.8＇位置.=.在8.9.10.11.12位置.=180-。在8.8′.9.10.11.12.1位置P=0。15个位置的等效阻力矩：位置vc<m/s>ω4<rad/s><°>Mer〔Nm1′0.37642984044598-0.73221043681139103.2967有切削力：-421.没切削力：-1.635803401732447′0.38093795214087-0.7203638990854776.7310有切削力：-422.7806688877953没切削力：8′00758218020.39899626827684-0.77402415612856103.0285-446.398.6781-713.855181330449840.74969259589138-1.3843146439626093.0033-835.999938305133950.74892875184810-1.3945026658995086.9253-833.75399721446826-1.2303581365662681.2604-724.850556686670070.4446626790249276.9323-493.550791659705280.0623941423243575.17850.91.0440338124941877.5763-2.28424945459885102.2929885361508385.031111-1.294813909348672.3927976002702095.082212-0.62769640589338102.48212.53044215000846方案Ⅰ——装订线——:——装订线——则传动比为：i=no’/nO2=1440/60=24,ω20=<1500/24>*2*3.14/60=6.541666666rad/sωm=ω10[δ]=0.05ωmax=ωm<1+[δ]/2>=2*pi*<1+0.025>=6.44026493985908rad/sωmin=ωm<1-[δ]>/2=2*pi*<1-0.025>=rad/s3.2等效驱动力矩由上面等效阻力矩作图〔见附图.在同一个周期内.驱动力矩做功应等于阻力矩做功。<Med-Mer>dφ=0用近似面积计算：等效阻力矩线围成面积=7055.69001mm2,可求得等效驱动力矩：2Med=7055.69001*8.0024*π/90.Med=39.18652*8.0024=313.5862226666667Nm.3.3求最大盈亏功最大盈亏功△Wmax=〔Med-Merdφ=斜线以上部分的总面积.=0.2mm用CAD量得斜线以上部分的总面积=3879.53623912826mm2.根据比例尺.有△Wmax=3879.53623912826*4*π/90=1083.695904439571〔J3.4原机构的等效转动惯量Je=Jo2+Jo1·<no1/n2>2+Jo"<no"/n2>2+Jo’<no’/n2>2又nO2/nO′=60/1440,nO′/nO″=dO″/dO′=300/100,nO″/nO1=z1′/zO″=10/20,将以上各值带入<4-4>中：Je=133.3kg·m23.5求飞轮的转动惯量JFJF=△Wmax·900/n2·π2[δ]-=1083.695904439571*900/602/π2=415.7067587308556kg3.6结果项目数据项目数据△Wmax1083.695904439571J313.5862226666667Nm133.3kg·m2JFkg·m24.凸轮机构设计4.1推杆运动规律已知摆杆9为等加速等减速运动规律.其推程运动角φ.远休止角φs,,回程运动角φ,,摆杆长度lo9D.最大摆角Φmax.许用压力角[α]凸轮与曲柄共轴。要求确定方案Ⅰ凸轮的基本尺寸.选定滚子的半径.画出凸轮的实际廓线。步骤：1根据从动件的运动规律.按照下列公式计算推程和回程的各个角位移φ。等加速推程：φ=2φmaxδ2/δo2φ.==4φmaxδ/δo2∴φ"=4φmaxδ/δo2等减速推程：φ=φmax-2φmax<δo-δ>2/δo2φ,==4φmax<δo-δ>/δo2∴φ"=-4φmax<δo-δ>/δo2把推程角6等分.并列出对应的摆角：表位置1234567〔°012.52537.55062.575φ〔°00.8333333.333337.500011.666614.1663315.0000dφ/dt00.8377581.675512.513271.675510.8377580等加速回程：φ=φmax-2φmaxδ2/δ.o2φ,==-4φmaxδ/δ.o2∴φ"=-4φmaxδ/δo2等减速回程：φ=2φmax<δ.o-δ>2/δ.o2φ,==-4φmax<δ.o-δ>/δ.o2——装订线——∴φ"=-4φmax<δo-——装订线——位置1234566〔°8597.5110122.5135147.5160φ〔°1514.166611.66667.50003.333330.8333330dφ/dt0-0.8377-1.6755-2.5132-1.67551-0.8377504.2凸轮基本尺寸设计-w4sinθ4-S4inθ4-S4w4cosθ400w4cosθ4S4cosθ4-S4w4sinθ4000-L4w4cosθ4-L5w5cosθ500-L4w4sinθ4-L5w5sinθ50用AutoCAD2004作图确定基圆的半径和中心距。以摆杆长为