機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床1

1、09機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床說(shuō) 明 書(shū) 姓名： 分析點(diǎn)：4,10點(diǎn) 組號(hào)： 第3組 2011 年 7 月 15日工作原理3一.設(shè)計(jì)任務(wù)4二.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)4三.設(shè)計(jì)要求51、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)52、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸53、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析54、對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析5四.設(shè)計(jì)方案選定5五. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析71. 4點(diǎn)速度分析,加速度分析82. 10點(diǎn)速度,加速度分析10六.機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析12七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖14九.參考文獻(xiàn)17工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖a）所示。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)皮帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)23456帶動(dòng)刨頭6和刨

2、刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱(chēng)為空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)191011與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫(huà)），使工作臺(tái)連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作過(guò)程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05h的空刀距離，見(jiàn)圖b），而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。因此刨頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，故需安裝飛輪來(lái)減小主軸的速度波動(dòng)，以提高切削質(zhì)量和減少電動(dòng)機(jī)容量。(a) (b) 圖d 一.設(shè)計(jì)任務(wù)1、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。2、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺

3、寸。3、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。4、對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。5、匯總數(shù)據(jù)畫(huà)出刨頭的位移、速度、加速度線(xiàn)圖以及平衡力矩的變化曲線(xiàn)。二.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 本組選擇第六組數(shù)據(jù)表1方案123456789導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)速n2（r/min）484950525048475560機(jī)架lo2o4(mm)380350430360370400390410380工作行程h(mm)310300400330380250390310310行程速比系數(shù)k1.461.401.401.441.531.341.501.371.46連桿與導(dǎo)桿之比lbc/ lo4b0.250.30.360.330.30.320.330.250.28表

4、2方案導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析lo4s4xs6ys6g4g6pypjs4mmnmmkg.m21，2，30.5lo4b240502007007000801.14，5，60.5lo4b200502208009000801.27，8，90.5lo4b1804022062080001001.2三.設(shè)計(jì)要求1、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定12個(gè)其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)），給出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖并簡(jiǎn)單介紹其傳動(dòng)特點(diǎn)。2、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸根據(jù)表一對(duì)應(yīng)組的數(shù)據(jù)，用圖解法設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，并將設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟寫(xiě)在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中。注意：為使整個(gè)過(guò)程最大壓力角最小，刨頭導(dǎo)路 位于導(dǎo)桿端點(diǎn)b所作圓弧高的平分線(xiàn)

5、上(見(jiàn)圖d)。3、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析根據(jù)表一對(duì)應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人做曲柄對(duì)應(yīng)2個(gè)位置的速度和加速度分析，要求用圖解法畫(huà)出速度多邊形，列出矢量方程，求出刨頭6的速度、加速度，將過(guò)程詳細(xì)地寫(xiě)在說(shuō)明書(shū)中。4、對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析根據(jù)表二對(duì)應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人確定機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)位置的各運(yùn)動(dòng)副反力及應(yīng)加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分與尺寸設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析畫(huà)在同一張紙上（2號(hào)或3號(hào)圖紙）。提示：如果所給數(shù)據(jù)不方便作圖可稍微改動(dòng)數(shù)據(jù)，但各組數(shù)據(jù)應(yīng)該一致，并列出改動(dòng)值。5、數(shù)據(jù)總匯并繪圖最后根據(jù)匯總數(shù)據(jù)畫(huà)出一份刨頭的位移、速度、加速度線(xiàn)圖以及平衡力矩的變化曲線(xiàn)。6、完成說(shuō)明書(shū)每人編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。寫(xiě)明組號(hào)，對(duì)應(yīng)曲柄

6、的角度位置。四.設(shè)計(jì)方案選定如圖2所示，牛頭刨床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的5桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動(dòng)角r始終為90o，且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機(jī)構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿(mǎn)足急回特性要求。適當(dāng)確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使 圖2壓力角盡量小。 五. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析=180°(k-1/k+1)=30°當(dāng)曲軸位于4點(diǎn)時(shí)lo4s4 =5lo4b=0.3865mlbc=0.278mlo2a=0.111mlo4b=0.77274m1. 4點(diǎn)速度分析,加速度分析取曲柄位置“4”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在a處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，故a3

7、=a2，其大小等于2 lo2a，方向垂直于o2 a線(xiàn)，指向與2一致。va2=va3=w2lo2a=(2*n2/60)*lo2a=0.58m/s 取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得a4 = a3 + a4a3 大小 ? ?方向 o4a o2a o4b取速度極點(diǎn)p，速度比例尺µv=0.05(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖則由圖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構(gòu)件作為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得 b = c + bc大小 ? ?方向 o

8、4b xx bc作速度多邊行如圖1-2，則由圖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)點(diǎn)開(kāi)始，列兩構(gòu)件重合點(diǎn)間加速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的加速度aa4,因?yàn)?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構(gòu)件重合點(diǎn)a為研究對(duì)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取加速度極點(diǎn)為,加速度比例尺µa=0.01（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖1-3所示.則由圖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其加速度多邊形如圖13所示,有ac= lc·µa=0.55 m/s2 取曲柄位置“1

10、0”進(jìn)行速度分析。當(dāng)曲軸位于10點(diǎn)時(shí)lo4s4 =5lo4b=0.3865mlbc=0.278mlo2a=0.111mlo4b=0.338m2. 10點(diǎn)速度,加速度分析取曲柄位置“10”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在a處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，故a3=a2，其大小等于2 lo2a，方向垂直于o2 a線(xiàn)，指向與2一致。va2=va3=w2lo2a=(2*n2/60)*lo2a=0.58m/s取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得a4 = a3 + a4a3 大小 ? ?方向 o4a o2a o4取速度極點(diǎn)p，速度比例尺µv=0.05(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖va4=vpa

11、4=0.55m/s 4=va4/lo4a=1.63rad/s vb=4lo4b=1.26m/s va4a3=a4a3=0.204m/s取5構(gòu)件作為研究對(duì)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)點(diǎn)開(kāi)始，列兩構(gòu)件重合點(diǎn)間加速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的加速度aa4,因?yàn)?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

12、l cb=0.045 m/s2 取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)a為研究對(duì)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取加速度極點(diǎn)為,加速度比例尺µa=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

13、ab其加速度多邊形如圖13所示,有ac= lc·µa=1.76 m/s2六.機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析1. 4點(diǎn)靜力分析取s6點(diǎn)為研究對(duì)象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作阻力體如圖14所示。已知g6=700n，又ac5=0.55m/s2,那么我們可以計(jì)算fs6= g6/g×ac =700/10×0.55=38.5n 又f=p+g6+fs6+f45+fn=0代入尺寸解得:f45=3474.722n fn=-264.34n對(duì)導(dǎo)桿4受力分析如圖1-5所示，加上慣性力，和慣性力矩fs4n =42 lo4s4g4/g =9.02n fs4=lo4s4 g4/g =5.2

14、6n mi=js4=0.748n·m由靜力平衡條件對(duì)o4點(diǎn)取矩有：mo4=0 g4lo4s4cos85°+f34 lo4a-fs4lo4s4-mi-f54cos5°lo4sb=0代入數(shù)據(jù)解得：f34=5065.6n畫(huà)出力矩圖從圖中量出尺寸求得fo4=1847n對(duì)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=-562.215n·m,平衡力矩mr=m=562.215n·m（逆時(shí)針為正）2 . 10點(diǎn)靜力分析取s6點(diǎn)為研究對(duì)象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作阻力體如圖已知g6=700n，

15、又ac5=1.76m/s2,那么我們可以計(jì)算fs6= g6/g×ac =700/10×1.76=123.2n 又f= g6+fs6+f45+fn=0從受力圖中量出尺寸代入得 f45=123.7n fn=689.2n對(duì)導(dǎo)桿4受力分析如圖1-5所示，加上慣性力，和慣性力矩，用靜力平衡分析法解。fs4n =42 lo4s4g4/g =12.6n fs4=lo4s4 g4/g =19n mi=js4=1.727n·m由靜力平衡條件對(duì)o4點(diǎn)取矩有：mo4=0 -g4lo4s4cos85°+f 34 cos20°lo4a+fs4lo4s4+mi-f54co

16、s5°lo4sb=0代入數(shù)據(jù)解得：f34=292.5n 做力矩圖如圖所示，從圖中量出尺寸求出fo4=324.8n對(duì)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=32.2n·m,平衡力矩mr=-m=-32.2n·m（逆時(shí)針為正）七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖統(tǒng)計(jì)12人的數(shù)據(jù)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

17、.72-1.7644.941s(mm)023.586.9167241.3317.9378.1400357.4267131.262mr(n·m)069500562.2564.5504.37256.512.620.8632.2-67.3-26.03平衡力矩位置變化曲線(xiàn)速度位置變化曲線(xiàn)加速度位置變化曲線(xiàn)位移位置變化曲線(xiàn)八飛輪的設(shè)計(jì)1.確定wmax 1>將各點(diǎn)的平衡力矩畫(huà)在坐標(biāo)紙上，如下圖。平衡力矩所做的功可以通過(guò)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)與橫坐標(biāo)之間所夾得面積之和求的。依據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)及360°內(nèi)，曲柄驅(qū)動(dòng)力矩所做的功等于阻力力矩所做的功，即可求的驅(qū)動(dòng)力矩md。在下圖中，橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，一

18、個(gè)周期2，將一個(gè)周期變成180份，縱坐標(biāo)軸為力矩： md=si/2=【(x1+ x2)/2+ (x2+x3)/2】2°/180°/2=199.7 n.m2>根據(jù)盈虧功的原理，求得各盈虧功值，并做能量指示圖，以曲柄的平均驅(qū)動(dòng)力矩為分界線(xiàn)，求出各區(qū)段盈虧功值w1=104.72 n.m w2=733.03 n.m w3=471.23 n.m 曲柄的平均驅(qū)動(dòng)力矩md= 199.7 n.m曲柄的最大驅(qū)動(dòng)力矩md=570 n.mwmax=733.03n.mjc=jo2+jo”.i2o”o2+jo1.i2oo2=10.4(n.m2)由最大盈虧功可以求得飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量jf>=9