牛頭刨床機械原理課程設計方案一位置9和位置4

1、課程設計說明書學院:_xxxxxxxxxxxxxxx_ 班 級:xxxxxxxxxxxxx學生姓名: xxx 學 號:xxxxxxxxxxx設計地點（單位）_xxxxxxxxxxxxxxxxxx _設計題目:_牛頭刨床_ 完成日期： 2015年 7 月 10日 成績(五級記分制):_ _教師簽名:_年 月 日設計數(shù)據(jù).21、概 述1.1 牛頭刨床簡介.31.2 運動方案分析與選擇42、導桿機構(gòu)的運動分析2.1 位置4的速度分析62.4 位置4的加速度分析72.3 位置9的速度分析112.4 位置9的加速度分析123、導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析3.1 位置4的慣性力計算153.2 桿組5,6的動態(tài)靜

2、力分析153.3 桿組3.4的動態(tài)靜力分析163.4 平衡力矩的計算.174、 飛輪機構(gòu)設計4.1 驅(qū)動力矩194.2 等效轉(zhuǎn)動慣量. 194.3 飛輪轉(zhuǎn)動慣量205、凸輪機構(gòu)設計226、齒輪機構(gòu)設計261.概 述一、機構(gòu)機械原理課程設計的目的：機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練，是本課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。其基本目的在于：（）進一步加深學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決有關(guān)本課程實際問題的能力。（）使學生對于機械運動學和動力學的分析設計有一較完整的概念。（）使學生得到擬定運動方案的訓練，并具有初步設計選型與組合以及確定傳動方案的能力

3、。（）通過課程設計，進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術(shù)資料的能力。二、機械原理課程設計的任務：機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構(gòu)（連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)以及其他機構(gòu)）進行設計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要求，在此基礎上設計凸輪、齒輪；或?qū)Ω鳈C構(gòu)進行運動分析。要求學生根據(jù)設計任務，繪制必要的圖紙，編寫說明書。三、械原理課程設計的方法：機械原理課程設計的方法大致可分為圖解法和解析法兩種。圖解法幾何概念較清晰、直觀；解析法精度較高。根據(jù)教學大綱的要求，本設計主要應用圖解法進行設計。1.1牛頭刨床的簡介一 機構(gòu)簡介：機構(gòu)簡圖如下所示： 牛頭刨床是一種用于

4、平面切削加工的機床，如上圖所示。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構(gòu)1-2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。因此，刨床采用具有急回特性的導桿機構(gòu)。刨刀每切削完成一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。1.2運動方案分析與選擇運動機構(gòu)簡圖方案分析:1. 機構(gòu)具有確定運動.自由度

5、為F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-(2×7+0)=1;2. 通過曲柄帶動擺桿導桿機構(gòu)和滑塊使刨刀往復運動,實現(xiàn)切削功能,能滿足功能要求.3. 工作性能,工作行程中刨刀速度較慢,變化平緩,符合切削要求,擺動導桿機構(gòu)使其有急回作用,可滿足任意行程速比系數(shù)k的要求;4. 傳遞性能,機構(gòu)傳動轉(zhuǎn)角為90°,傳動性能好,能承受較大的載荷,機構(gòu)運動鏈較長,傳動間隙較大;5. 動力性能,傳動平穩(wěn),沖擊震動較小6. 結(jié)構(gòu)和理性,結(jié)構(gòu)簡單合理,尺寸和質(zhì)量也較小,制造和維修也較容易7. 經(jīng)濟性,無特殊工藝和設備要求,成本較低.綜上所述,選該方案.2導桿機構(gòu)的運動分析（位置 4號和9

6、號）（選擇方案一）設 計內(nèi) 容導 桿 機 構(gòu) 的 運 動 分 析導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析符號n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4單位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.22.1 位置4的速度分析 數(shù)據(jù)：n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,

7、LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B對位置2：選取尺寸比例尺l=2m/mm，作機構(gòu)運動簡圖。Lo4A=0.485783m速度分析：取構(gòu)件3和4的重合點（A2，A3，A4）進行速度分析。對構(gòu)件2：VA2=2·LO2A=（60X2）/60x0.11=0.6908 m/s對構(gòu)件3：構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，VA3=VA2=0.6908 m/s對構(gòu)件4：VA4=VA3+VA4A3大?。?？ 0.6908 ？方向：AO4 AO2 / AO4取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如下圖所示。得：VA4=0.67195954m/s，= VA4/

8、LO4A=0.67195954/0.485783=1.38428 rad/sVA4A3=0.15773765m/sVB4 = X LO4B=1.38428*0.54=0.747508 m/sVB5 = VB4=0.747508m/s對構(gòu)件4：VC5=VB5+VC5B5大?。?？ 0.747508 ?方向：/XX o4B CB取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如上圖所示。得：VC5=0.7497054 m/s2.2 位置4的加速度分析對構(gòu)件2：aA2=w2 ²·LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s²對構(gòu)件

9、3：構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，aA3= aA2=4.338224 m/s²對構(gòu)件4：aA4= a A4n + a A4= aA3+ a A4A3k + a A4A3r大小： ? 42lO4A ? ? 方向： ? BA O4B AO2 O4B /O4B 取加速度極點p，加速度比例尺a=0.04（m/s²）/mm。a A4A3k= 24A4 A3=2*1.38428*0.15773765=0.43671 m/s²=1.38428*1.38428*0.485783=0.93087m/s²作加速度多邊形如上圖所示。得：= 0.55487174m/s

10、8; ， =1.083698m/s²用加速度影象法求得4= a A4t/lO4A =0.55487174/0.485783=1.14222aB5 = aB4 =aA4·LO4B/LO4A=1.20464889m/s²對構(gòu)件5：: aC5= aB5 + aC5B5n+ aC5B5大小: ？ ？ 方向： xx CB CB取加速度極點p，加速度比例尺a=0.04（m/s²）/mm。作加速度多邊形如上圖所示。得：=0.63605962/s²,=0.63605962/s²運動線圖計算結(jié)果Lo4A=0.485783mVA2=0.6908 m/sV

11、A4=0.67195954m/s =1.38428 rad/sVA4A3=0.15773765m/sVB4=0.747508 m/sVC5=0.7497054m/s aA2=4.338224 m/s²aA3=4.338224 m/s²a A4A3k=0.43671 m/s²=0.93087 m/s= 0.55487174 m/s² =1.083698m/s²4=a A4t/lO4A =1.14222aB5=1.20464889m/s² =0.63605962/s²,2.3 位置9的速度分析 數(shù)據(jù)：n2=60r/min,LO2

12、O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B對位置4：選取尺寸比例尺l=2m/mm，作機構(gòu)運動簡圖。Lo4A=0.314718541m速度分析：取構(gòu)件3和4的重合點（A2，A3，A4）進行速度分析。對構(gòu)件2：VA2=2·LO2A=（60X2）/60x0.11=0.6908m/s對構(gòu)件3：構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，VA3=VA2=0.6908 m/s對構(gòu)件4：VA4=VA3+VA4A3大?。?？ ？方向：AO4 AO2 / AO4取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如下圖所示。得

13、：VA4=0.32871m/s，= VA4/ LO4A=0.32871/0.314718541=1.047634rad/sVA4A3=0.60758m/sVB4 = X LO4B=1.047634*0.54=0.56400681 m/sVB5 = VB4=0.56400681m/s對構(gòu)件4：VC5=VB5+VC5B5大?。?？ ?方向：/XX o4B CB取速度極點P，速度比例尺v =0.01（m/s）/mm。作速度多邊形如上圖所示。得：VC5=0.56451471m/s2.4 位置9的加速度分析對構(gòu)件2：aA2=w2 ²·LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338

14、224 m/s²對構(gòu)件3：構(gòu)件3和構(gòu)件2在A處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，aA3= aA2=4.338224 m/s²對構(gòu)件4：aA4= a A4n + a A4= aA3+ a A4A3k + a A4A3r大?。?? 42lO4A ? ? 方向： ? BA O4B AO2 O4B /O4B 取加速度極點p，加速度比例尺a=0.04（m/s²）/mm。a A4A3k= 24A4 A3=2*1.047634*0.60758=1.26918243m/s²=1.047634*1.047634*0.314718541=0.34332348m/s²作加速度多邊形如上圖

15、所示。得：= 5.03958142m/s² ， =5.05351276m/s²用加速度影象法求得4= a A4t/lO4A =5.03958142/0.314718541=16.012979aB5 = aB4 =aA4·LO4B/LO4A=8.6709124m/s²對構(gòu)件5：: aC5= aB5 + aC5B5n+ aC5B5大小: ？ ？ 方向： xx CB CB 取加速度極點p，加速度比例尺a=0.04（m/s²）/mm。作加速度多邊形如上圖所示。得：=8.50949379m/s²,=8.50949379m/s²Lo4A

16、=0.314718541mVA2=0.6908 m/sVA4=0.32871m/s=1.047634rad/sVA4A3=0.60758m/sVB4 =0.56400681 m/sVC5=0.56451471 m/s aA2=4.338224 m/s²aA3=4.338224 m/s²a A4A3k=1.26918243m/s²=0.34332348m/s=5.03958142m/s² =5.05351276m/s²4=16.012979 aB5=8.6709124m/s²=8.50949379 m/s²,3、導桿機構(gòu)的動態(tài)

17、靜力分析（位置4號）數(shù)據(jù)：G4=200N，G6=700N，P=7000N, JS4=1.1 kg.m2位置2： 對各構(gòu)件進行受力分析，按靜定條件將機構(gòu)分解為兩個基本桿組及作用有未知平衡力的構(gòu)件2，并有桿組進行分析。3.1 位置2的慣性力計算對構(gòu)件4: 慣性力FI4=m4·aS4=(G4/g)·aS4=200/9.8*0.602323=12.292306N，對構(gòu)件6: 慣性力FI6=m6·aC6=(G6/g)·aC6=700/9.8*0.57420367=41.014548N，3.2 桿組5,6的動態(tài)靜力分析示力體力多邊形 又F=P+G6+FI6+FR45

18、+FR16=0，作為多邊行如圖所示，µN=20N/mm。由力多邊形可得： FR45=FR45·µN=10*706.211626=7062.11626N FR16= FR16·µN=10*15.447259=154.47259N3.3 桿組3,4的動態(tài)靜力分析示力體如下圖MS4=JS4·S4 =1.256443N·m(逆時針)對O4點取矩得：M o4=FR54*hO4B+MS4+FI4*hs4A+G4*hS4A-F R23ho4A。=0F R23=7846.486793N力多邊形由F=0，作力的多邊形如上圖所示，µN

19、=20N/mm。得：Fr14=812.52462NFR12= FR32= FR23=7846.486793N3.4 平衡力矩的計算在右圖中，對o2點取矩得：M o2=7846.486793*0.10709533=840.3220924N.mFI4=12.292306NFI6=41.014548NFR45=7062.11626NFR16=154.47259NFR54=7062.11626NF R23=7846.486793NFr14=812.52462N Mo2=840.3220924 N.m 3.5虛位移原理 所有外力的功率和為0，Np+Ni6+NG4+Ni4+NM=0Np=|P|Vc|cos

20、180°=-7000*0.7497054=-5247.9378Ni6=|Fi6|Vc|cos180°=-41.014548*0.7497054=-30.7488281NG4=0.5|G4|VB|cos93.20429428° =-0.5*200*0.747508*0.06634873=-4.95962065Ni4=|Fi4|Vi4|cos120.7647809°=-12.292306*0.67195954*0.511514715=-4.22507720NM=Mb2把數(shù)據(jù)代入上式，得平衡力矩Mb=842.01772714、飛輪機構(gòu)的設計：以曲柄為等效構(gòu)件，

21、求系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量Je（不能忽略不計）。再根據(jù)不均勻系數(shù)求JF.符號單位r/min數(shù)值0.1514401020400.50.30.20.24.1 驅(qū)動力矩收集同學數(shù)據(jù)（共12個平衡力矩，即Mer），獲得如下圖形等效阻抗力矩Mer（）圖和等效驅(qū)動力矩Med（）圖求得：Med=389N*m4.2 等效轉(zhuǎn)動慣量4.3 飛輪轉(zhuǎn)動慣量由圖可得：Wab=-60J，Wbc=985J，Wcd=-950J，最大盈虧功Wmax=985J飛輪等效轉(zhuǎn)動慣量JF=900·Wmax/(·2n2*·)- Je =900*985/(2*602*0.15)-133.3 =33.04(kg

22、3;m2)飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF=33.04(kg·m2)5.凸輪機構(gòu)設計設計過程選取比例尺，作圖l=1mm/mm。1、推程：找取任意一點為O9，設擺桿任一位置O9A，在其上截取AH=l（l為擺桿長度，為推程類角速度，>0）過點H作與AH及其延長線夾角為推程許用傳動角的一對射線K（左下方）、L（右下方）所夾角域KHL的O2A0方位線以下部分（陰影區(qū)域）。擺桿推程中有無數(shù)個位置，固有無數(shù)對射線K、L分別構(gòu)成連續(xù)射線族K、L以及連續(xù)角域族KHL。整個推程滿足條件的凸輪軸心容許選取區(qū)域無數(shù)個連續(xù)角域族KHL的公共交集KHL。2、回程：擺桿任一位置O9A，在其上截取AJ=-l（l為擺桿長度，

23、為回程類角速度，< 0）過點J作與AJ及其延長線夾角為推程許用傳動角r的一對射線M、N,即有AJM=r，AJN=180°-r。此位置滿足r，條件的凸輪軸心許用區(qū)域M（右下方）、N（左下方）所夾角域MJN的O2A0方位線的以下部分（陰影區(qū)域）。同理，射線擺桿推程中有無數(shù)個位置，固有無數(shù)對射線M、N分別構(gòu)成連續(xù)射線族M、N以及連續(xù)角域族MJN。整個推程滿足r條件的凸輪軸心容許選取區(qū)域無數(shù)個連續(xù)角域族MJN的公共交集MJN。 =2max2/o2 =，= = 4max/o2 =1.92/ =2max(o-) 2/ o2 =,= = 4max(o-) /=0.8-1.92/o 把推程角6

24、等分，并列出對應的擺角：表位置1234567（°）012.52537.55062.575（°）00.8333333.333337.500011.666614.1663315.0000d/dt00.133333330.26666666660.40.266666666660.133333333330等加速回程： =max-max2/，o2 = = -4max/ =-1.92（-85/180* ) 85/180*等減速回程： =max(，o-（-85/180*) 2/ ，o2= /2= -2max(，o-(-85/180*) / o=1.92(-85/180*)-0.8 位置89

25、1011121314（°）8597.5110122.5135147.5160（°）1514.1663311.66667.53.333330.8333330d/dt0-0.13333333-0.2666666666-0.4-0.26666666666-0.133333333330綜上所述，整程（推程和回程）滿足、r條件的凸輪軸心容許選取區(qū)域KHLMJN。= r，所以可以確定O2O9位置和最小基圓半徑為43.2851177mm, O2O9長度為138.47632131mm。如下圖。3、再以O2為圓心，以lO2O9/l=138.47632131mm為半徑作轉(zhuǎn)軸圓；取一點為O9。4

26、、以O9為圓心，以lOqD/l=125mm為半徑畫弧與基圓交于一點。即為擺動從動件推程起始位置，再以逆時針方向旋轉(zhuǎn)并在轉(zhuǎn)軸圓上分別畫出推程、遠休、回程、近休，這四個階段。再以12.5°對推程段等分、12.5°對回程段等分（對應的角位移如下表所示），并用數(shù)字進行標記，于是得到了轉(zhuǎn)軸圓上的一系列的點，這些點即為擺桿再反轉(zhuǎn)過程中依次占據(jù)的點，然后以各個位置為起始位置，用反轉(zhuǎn)法把擺桿的相應位置畫出來，這樣就得到了凸輪理論廓線上的一系列點的位置，再用光滑曲線把各個點連接起來即可得到凸輪的外輪廓。5、凸輪曲線上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇（1）用圖解法確定凸輪理論廓線上的最小曲率半徑：先用目測法估計凸輪理論廓線上的的大致位置（可記為A點）；以A點位圓心，任選較小的半徑r 作圓交于廓線上的B、C點；分別以B、C為圓心，以同樣的半徑r畫圓，三個小圓分別交于D、E、F、G四個點處，如下圖所示；過D、E兩點作直線，再過F、G兩點作直線，兩直線交于O點，則O點近似為凸輪廓線上A點的曲率中心，曲率半徑；此次設計中，凸輪理論廓線的最小曲率半徑 41.22563979mm。（2）凸輪滾子半徑的選擇（rT）凸輪滾子半徑的確定可從兩個方向考慮：幾何因素應保證凸輪在各個點車的實際輪