机械原理课设-牛头刨床设计说明书

-PAGE8-概述一、机构机械原理课程设计的目的：机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要实践环节。其基本目的在于：（１）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。（２）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。（３）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。（４）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。机构简介：牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄和固结在其上的凸轮。刨床工作时，由导杆机构1-2-3-4-5带动刨刀作往复运动。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，以减少电动机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。因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。刨刀每切削完成一次，利用空回行程的时间，凸轮通过四杆机构与棘轮带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。（结构如下图）方案选择方案（a）采用偏置曲柄滑块机构。机构最为简单，能承受较大载荷，但其存在较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大;二是机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。方案（b）由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的速度变化方面比方案（a）有所改进，但在曲柄摇杆机构ABCD中，随着行程速比系数K的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案（a）更大。方案（c）由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。改方案克服了方案（b）的缺点，传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也比较慢。(c)方案（d）结构比较复杂，而且传动性能也不怎么理想。机构系统所占空间大，执行件的速度在工作行程中变化也比较迅速。方案（e）结构比较复杂，而且传动性能也不怎么理想。机构系统所占空间大，执行件的速度在工作台行程中变化也比较迅速。比较以上五种方案，从全面衡量得失来看，方案（c）作为刨削主体机构系统较为合理。三．设计内容：各已知数据如下图所示，未知数据可有已知数据计算求得。设计内容导杆机构的运动分析凸轮机构设计符号单位r/minmmmm方案Ⅰ60470830540171581126115751075第一节导杆机构的运动分析㈠导杆机构设计要求概述：已知曲柄每分钟的转数，各构件尺寸，且刨头导路位于导杆端头B所作圆弧的平分线上。要求作机构的运动简图，并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，画在2号图纸上。10位置的机构简图：㈡计算过程：由已知数据n2=60r/min得ω2=2π×60/60(rad/s)=2πrad/s.1、求C点的速度：⑴确定构件3上A点的速度：构件2与构件3用转动副A相联，所以υA3=υA2。又υA2=ω2lO2A=0.110×2π=0.22πm/s=0.69m/s.⑵求的速度：选取速度比例尺：μv=0.023(m/s)/mm;υA4=υA3+υA4A3方向：⊥BO4⊥AO2∥BO4大小：？ω2lO2A用图解法求解如图1：式中υA3、υA4表示构件3和构件4上A点的绝对速度，υA4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4，大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4，大小未知。在图上任取一点P，作υA3的方向线pa3，方向垂直于AO2，指向与ω2的方向一致，长度等于υA3/μv，（其中μv为速度比例尺）。过点p作直线垂直于⊥BO4代表υA4的方向线，再过a3作直线平行于线段BO4代表υA4A3的方向线这两条直线的交点为a4，则矢量pa4和a3a4分别代υA4和υA4A3由速度多边形得：υA4=μvpa4=μv20=0.483m/sυA4A3=μva3a4=μv19=0.437m/s求BO4的角速度：曲柄位于起点1时位置图如设计指导书图（1）：此时为：又由1位置起将曲柄圆周作12等分则当曲柄转到10位置时，如图（1）：∠杆BO4的角速度：=VA4/lBO4=rad/s=1.75rad/s杆BO4的速度V4:V4=×lBO4=1.75*1.54m/s=0.9431m/s⑷求C点的速度υc：υc=υB+υCB方向：∥X-X⊥BO4⊥BC大小：？ω4lO4B？速度图见图2：式中υc、υB表示点的绝对速度。υCB表示点C相对点B的相对速度其方向垂直于构件CB，大小未知，点C的速度方向平行于X-X，大小未知，图上任取一点p作代表υB的矢量pb其方向垂直于BO4指向于转向相反，长度等于（为速度比例尺）。过点p作直线平行于X-X，代表υc的方向线，再点b作直线垂直于BC代表υCB的方向线，这两方向线的交点为C则矢量pc和bc便代表υc、υCB。则C点的速度为：υc=μv×pc=μv×40=0.92m/sυCB=μv×cb=μv×5=0.115m/s2、求C点的加速度：⑴求aA2：因曲柄匀速转动：故选取加速度比例尺：μa=0.15（m/s2）/mm⑵求aA4：方向：⊥BO4B→O4A→O2⊥BO4∥BO4大小：？√？加速度见下图：式中是的切向和切法向加速度，是点A4相对于A3的相对加速度，由于构件3与构件4构成移动副，所以则其方向平行于相对移动方向，即平行于BO4,大小未知，为哥氏加速度，它的大小为，其中为相对速度和牵连角速度矢量之间的夹角，但是对于平面运动，的矢量垂直于运动平面而位于运动平面内，故，从而哥氏加速度的方向是将沿的转动方向转（即图中的方向）。在上面的矢量方程中只有的大小未知，故可用图解法求解。如右图，从任意极点连续作矢量代表；再过作垂直于线段BO4，大小；然后再过作BO4的平行线，代表的方向，过作垂直于BO4，的直线，代表的方向线，它们相交点则矢量代表。=μa=μa*60.6=9.09求B点加速度：构件4的角加速度βBO4为：求C点的加速度：方向：＼∥x-xB→O4⊥BO4⊥CBC→B大小：＼？lBO4βBO4？0.090m/s2加速度图见下图：式中，表示点C相对点B的法向加速度其方向为从C指B；表示点C相对点B的切向加速度，其方向垂直于CB。又因速度多边形已作出，所以上式法向加速度可求出（C点作水平运动，故C点的法向加速度为0）。仅有的大小未知，同样可以用图解法求解。如右图，在图上任取一点π作代表，方向为平行于BO4并从B指向O4，长度为，（其中为加速度比例尺）。过作代表，方向垂直于BO4，长度为，连接，它表示，再过过作代表，方向平行CB并从C指向B，长度为过作垂直于CB代表的方向线又从π作平行于X-X的方向线，两线交点为，则矢量便代表。==μa=1.983、此时C点位置如下图：选取长度比例尺为：则：此时C点的位移为：第二节凸轮机构的设计凸轮机构的设计要求概述：已知摆杆6作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓画在2号图纸上。该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：符号ψmaxlO6ElOlO6rortΦΦsΦ’单位°mm°数据14.12016861157510752.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表：推程0≤2φ≤Φo/2回程Φo+Φs≤φ≤Φo+Φs+Φ'o/2ψ=24*Φ*Φ/(25*π)ψ=π/12-24（φ-17π/36）2/25πω=96φ/25ω=-96（φ-17π/36）2/25β=192π/25β=-192π/25推程Φo/2≤φ≤Φo回程Φo+Φs+Φ’o/2≤φ≤Φo+Φs+Φ’oψ=π/12-24（5π/12-φ）2/25πψ=24（8π/9-φ）2/25πω=96（5π/12-φ）2/12ω=-96（8π/9-φ）2/25β=-192π/25β=192π/253.依据上述运动方程绘制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲线：（1）、角位移曲线：①、取凸轮转角比例尺°/mm和螺杆摆角的比例尺μψ=0.5°/mm在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33＇代表(先做前半部分抛物线).做03的等分点1、2两点，分别过这两点做ψ轴的平行线。②、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点1＇和2＇。③、将坐标原点分别与点1＇,2＇,3＇相连,得线段O1＇,O2＇和03＇,分别超过1,2,3点且平行与Ψ轴的直线交与1＂,2＂和3＂.④、将点0,1＂,2＂,3＂连成光滑的曲线,即为等加速运动的位移曲线的部分,后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.(2)角速度ω曲线:①、选凸轮转角比例尺μφ=1.25°/mm和角速度比例尺μω=0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。②由角速度方程可得φ=φo/2,ω=ωmax,求得v换算到图示长度,3点处φ=Φ0/2,故ωmax位于过3点且平行与ω轴的直线.由于运动为等加速、等减速,故连接03＇即为此段的角速度图,下一端为等减速连接3＇6即为这段角速度曲线。③其他段与上述画法相同,只是与原运动相反。序号偏角00°11.875°27.5°313.125°415°515°613.125°77.5°81.875°90°(3)角加速度曲线:①选取与上述相同的凸轮转角比例尺μφ=1.25°/mm和角加速度比例尺μβ=0.8038(rad/s)/mm在轴上截取线段代表。②由角加速度方程求的角加速度β.因运动为等加速,等减速,故各段加速度值也相同,只是方向相反.③13段为加速段β为正值,β轴上取β做平行于13的直线段即为1、3段的加速度，其余各段与3做法相似。４作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：⑴设计原理设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（－ω）（ω为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（－ω）绕凸轮轴心逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心相对机架摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。⑵设计凸轮轮廓：Ａ、绘制凸轮的理论轮廓线［既滚子轴心实际轮廓］将ψ－φ曲线图（如图（1））的推程运动角和回程运动角个分成4等份，按式求个等分点对应的角位移值：ψ1=μψ1*11＇＇，ψ1=μψ2*22＇＇，……，的数值见表（1）。选取适当的长度比例尺μl定出O2和O9的位置（选取μl=0.002m/mm）。以O2为圆心，以r0/μl为半径，作圆，再以以O2为圆心，以rb/μl为半径作基圆。以O9为圆心，以lOo9D/μl为半径，作圆弧交基圆与DO（D’O）。则O9DO便是从动件的起始位置，注意，要求从动件顺时针摆动，故图示位置DO位于中心线O2O9的左侧。③以O2为圆心，以lOo9O2/μl为半径作圆，沿（-ω）[即为逆时针方向]自O2O9开始依次取推程运动角Φ0=75°，远休止角Φs=10°，回程运动角Φo’=75和远休止角Φs’=200°,并将推程和回程运动角各分成4等份,得O91,O92,O93……O99各点。它们便是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。④分别以O91,O92,O93……O99为圆心，以lO9D/μe为半径画圆弧，它们与基圆相交于D’1，D’2，D’3……D’9，并作∠D’1O91D1，∠D’2O9rD２……分别等于摆杆角位移ψ1，ψ2，ψ3……。并使O91D1=O91D’1，O92D2=O92D’2，……则得D1，D2，……D9（与D’9重合）各点，这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹点。⑤将点D1，D2，……D9连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。B、绘制凸轮的实际轮廓：在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图。C、校核轮廓的最小曲率半径ρmin：在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径rt过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。在理论轮廓线上选择曲率最大的一点E，以E为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与轮廓的两个交点F和G为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于H、I、J、K四点；连HI、JK得交点C，则C点和长度CE可近似地分别作为理论轮廓上的曲率中心和