牛頭刨床機(jī)械原理課程設(shè)計方案一位置9和位置4資料

1、課程設(shè)計說明書學(xué)院 :xxxxxxxxxxxxxxx_ 班 級:xxxxxxxxxxxxx學(xué)生姓名 : xxx 學(xué) 號 :xxxxxxxxxxx設(shè) 計 地 點(diǎn) （ 單 位 ） xxxxxxxxxxxxxxxxxx 設(shè)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 :月日.2設(shè)計數(shù)據(jù)1、概述1.1 牛頭刨床簡介 .31.2 運(yùn)動方案分析與選擇 42、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析3.1 位置 4 的慣性

2、力計算 153.2 桿組 5,6 的動態(tài)靜力分析 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(jī)構(gòu)設(shè)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(jī)構(gòu)設(shè)計 226、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 261. 概 述一、機(jī)構(gòu)機(jī)械原理課程設(shè)計的目的： 機(jī)械原理課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機(jī)械運(yùn)動 學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的訓(xùn)練，是本課程的一個重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其基本目的在于： （）進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)本課程實(shí)際問 題的能力。（）使學(xué)生對于機(jī)械運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析設(shè)計有一較完整的概念。 （）使學(xué)

3、生得到擬定運(yùn)動方案的訓(xùn)練，并具有初步設(shè)計選型與組合以及確定 傳動方案的能力。（）通過課程設(shè)計，進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用計算機(jī)和查閱 技術(shù)資料的能力。二、機(jī)械原理課程設(shè)計的任務(wù)： 機(jī)械原理課程設(shè)計的任務(wù)是對機(jī)械的主體機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī) 構(gòu)以及其他機(jī)構(gòu)） 進(jìn)行設(shè)計和運(yùn)動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機(jī)器的工作要 求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計凸輪、齒輪；或?qū)Ω鳈C(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。要求學(xué)生根據(jù)設(shè)計任 務(wù)，繪制必要的圖紙，編寫說明書。三、械原理課程設(shè)計的方法： 機(jī)械原理課程設(shè)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(xué)大綱的要求，本設(shè)計主要應(yīng)

4、用圖解法進(jìn)行設(shè)計。d 09E牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡圖工件1.1 牛頭刨床的簡介 一 機(jī)構(gòu)簡介： 機(jī)構(gòu)簡圖如下所示：Z 0d 0n0電動機(jī)牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如上圖所示。電動機(jī)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(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 1-2-3-4-5-6 帶動刨 頭 6 和刨刀 7 作往復(fù)運(yùn)動。刨頭右行時，刨刀進(jìn)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(jī)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(dǎo)桿 機(jī)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(jī)

5、構(gòu) 1-9-10-11與 棘輪帶動螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動，以便刨刀繼續(xù) 切削。1.2 運(yùn)動方案分析與選擇運(yùn)動機(jī)構(gòu)簡圖方案分析 :1. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動 .自由度為 F=3n-(2Pl+Ph)=3 5-(2 7+0)=1;2. 通過曲柄帶動擺桿導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊使刨刀往復(fù)運(yùn)動 ,實(shí)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(dǎo)桿機(jī)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(jī)構(gòu)傳動轉(zhuǎn)角為 90,傳動性能好 ,能承受較大的載荷 ,機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈較長 ,傳 動間隙較大 ;5. 動力性能

6、 , 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(jì)性,無特殊工藝和設(shè)備要求 ,成本較低 .綜上所述 ,選該方案 .2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析（位置 4號和 9 號）（選擇方案一）設(shè)計導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析內(nèi)容符號n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4單位r/minmmNmmkgm2603801105400.250.5240502007007000801.1方L04BL04B64350905800.30.5200502208009000801.2案L04BL04B724301108

7、100.360.51804022062080001001.2L04BL04B2.1 位置 4 的速度分析計算結(jié)果n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B 對位置 2：選取尺寸比例尺 l=2m/mm ，作機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。Lo4A=0.485783 mV A2 =0.6908 m/sLo4A=0.485783m速度分析 ：取構(gòu)件 3和 4 的重合點(diǎn)（ A2，A3，A4）進(jìn)行速度分析。 對構(gòu)件 2：VA2=2LO2A= （ 60X2 ） /60x0.11=0.6908 m/s 對構(gòu)件 3：構(gòu)件 3 和

8、構(gòu)件 2 在 A 處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副， V A3=V A2 =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(diǎn) P，速度比例尺 v =0.01（ m/s） /mm。作速度多邊形如下圖所示。得： V A4=0.67195954m/s ， 4 = VA4/ LO4A=0.67195954/0.485783=1.38428 rad/sV A4A3=0.15773765m/sVB4 = 4 X L O4B =1.38428 *0.54=0.747508 m/s 對構(gòu)件 4： V C5=V B5+VC5B5VB5 = V B4

9、 =0.747508m/sVA4=0.67195954大?。?？ 0.747508 ? 方向： /XX o4B CB取速度極點(diǎn) 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m/s4 =1.38428 rad/sV A4A3=0.15773765 m/s對構(gòu)件 4： aA4= a A4 +a A4 =aA3+a A4A3k+r a A4A3大?。??42l O4A?方向： ?BAO4BA O2O4B/O 4B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=4.338

10、224 m/s 2VB4=0.747508 m/sVC5=0.7497054m/s對構(gòu)件 2：aA2=w2 2 L O2A =6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s 2比例尺 a=0.04m/s2 )/mmaA2 =4.338224m/s2 aA3=4.338224 m/s2ka A4A3 k=0.43671 m/s2=0.93087m/s=0.55487174m/s2=1.083698m/s24=a A4 /lO4A=1.14222aB5=1.20464889m/s2=0.63605962/s 2,k=a A4A3 24A4 A3=2*1.38428*0.15773765=0

11、.43671 m/s 22= 42 lAO4 =1.38428*1.38428*0.485783=0.93087m/s2 作加速度多邊形如上圖所示。得：= 0.55487174m/s2 ， =1.083698m/s2 用加速度影象法求得4= a A4t/l O4A =0.55487174/0.485783=1.14222aB5 = aB4 =aA4 對構(gòu)件 5： : aC5=L O4B/L O4A aB5 +=1.20464889m/s2n aC5B5 +aC5B5大小 : ？方向： xxCBCB取加速度極點(diǎn) 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：=

12、0.63605962/s2,= =0.63605962/s2運(yùn)動線圖910Lo4A=0.314718541mV A2 =0.6908 m/s2.3 位置 9 的速度分析 數(shù)據(jù) n2=60r/min,LO2O4=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(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖。Lo4A=0.314718541m速度分析 ：取構(gòu)件 3和 4 的重合點(diǎn)（ A2，A3，A4）進(jìn)行速度分析。 對構(gòu)件 2：VA2=2LO2A= （60X2 ） /60x0.11=0.6908m/s 對構(gòu)件 3：構(gòu)件 3

13、 和構(gòu)件 2 在 A 處構(gòu)成轉(zhuǎn)動副， V A3=V A2 =0.6908 m/s 對構(gòu)件 4：VA4=VA3+VA4A3大?。?？ ？ 方向： AO4 AO2 / AO4取速度極點(diǎn) P，速度比例尺 v =0.01（ m/s） /mm。作速度多邊形如下圖所示。11VA4=0.32871m/s4 =1.047634r ad/s得： V A4=0.32871m/s ，4 = VA4/ LO4A=0.32871/0.314718541=1.047634rad/sV A4A3=0.60758m/sVB4 =4 X L O4B =1.047634*0.54=0.56400681 m/sVB5 = V B4

14、=0.56400681m/s 對構(gòu)件 4： V C5 = V B5+ VC5B5 大?。?？ ?方向： /XX o4B CB取速度極點(diǎn) 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 L O2A =6.28*6.28*0.11=4.338224 m/s 2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/s 2對構(gòu)件 4： aA4= a A4n + a A4 =aA3+a A4A3k + a A4A3r2大?。?42l

15、 O4A?方向：?BAO4BA O2O4B/O 4B取加速度極點(diǎn) p，加速度比例尺 a=0.04（ m/s2） /mm。12V A4A3=0.60758m/sVB4 =0.56400681 m/sVC5=0.56451471m/saA2 =4.338224m/s2 aA3=4.338224 m/s2akA4A3 =1.26918243m/s2=0.34332348m/s=5.03958142m/s2=5.05351276m/s24=16.012979aB5=8.6709124m/s2k= a A4A3=8.50949379m/s2,2= 42 lAO4 =1.047634*1.047634*0

16、.314718541=0.34332348m/s2作加速度多邊形如上圖所示。得：= 5.03958142m/s2 ， =5.05351276m/s2用加速度影象法求得4= a A4t/l O4A =5.03958142/0.314718541=16.012979 aB5 = aB4 =aA4 L O4B/L O4A =8.6709124m/s2naC5B5 + aC5B5？CB CB對構(gòu)件 5：: aC5=aB5 +大小 : ？ 方向： xx 13取加速度極點(diǎn) 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,= =8.509

17、49379m/s2143、 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)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(jìn)行受力分析，按靜定條件將機(jī)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(jìn)行分析。3.1 位置 2 的慣性力計算FI4=12.292306NFI6=41.014548 N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=41.0145

18、48N ，3.2 桿組 5,6 的動態(tài)靜力分析示力體N=20N/mm 。FR45=7062.11626NFR16=154.47259NFR54=7062.11626N又 F=P+G6+FI6+FR45+FR16=0，作為多邊行如圖所示， 由力多邊形可得：FR45=FR45N=10*706.211626=7062.11626NFR16= FR16N=10*15.447259=154.47259N153.3 桿組 3,4 的動態(tài)靜力分析示力體如下圖F R23=7846.486793NM S4=JS4S4 =1.256443N m（逆時針 ） 對 O4 點(diǎn)取矩得：M o4=FR54* hO4B+M

19、S4+FI4*hs4A+G4*hS4A-F R23ho4A =0 F R23=7846.486793N 力多邊形16173.5 虛位移原理所有外力的功率和為 0，Np+Ni6 +NG4+Ni4 +NM=0Np=|P|V c|cos180 =-7000*0.7497054=-5247.9378Ni6 =|F i6|V c|cos180 =-41.014548*0.7497054=-30.7488281NG4=0.5|G 4|V B|cos93.20429428=-0.5*200*0.747508*0.06634873=-4.95962065Ni4 =|F i4|V i4 |cos120.7647

20、809=-12.292306*0.67195954*0.511514715=-4.22507720NM=Mb 2把數(shù)據(jù)代入上式，得平衡力矩 Mb=842.0177271184、飛輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計： 以曲柄為等效構(gòu)件，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nOz1zOz1JO2JO1JOJO單位r/minkg m2數(shù)值0.1514401020400.50.30.20.24.1 驅(qū)動力矩等效阻抗力矩 Mer（ ）圖和等效驅(qū)動力矩 Med（ ）圖收集同學(xué)數(shù)據(jù)（共 12 個平衡力矩，即 Mer ），獲得如下圖形 求得： Med=389N*m4.2 等效轉(zhuǎn)動慣量194.

21、3 飛輪轉(zhuǎn)動慣量由圖可得： Wab=-60J，Wbc=985J， W cd=-950 J，最大盈虧功 W max=985J飛輪等效轉(zhuǎn)動慣量 JF=900Wmax/(2n2*)- Je22=900*985/( 2*602*0.15)-133.32=33.04(kgm2)飛輪轉(zhuǎn)動慣量 JF=33.04(kg m2)205. 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計設(shè)計過程 選取比例尺，作圖 l =1mm/m。m1、推程：找取任意一點(diǎn)為 O9，設(shè)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(diǎn) 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

22、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， 為 回程類角速度， 0）過點(diǎn) 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）。

23、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 =2max /，2= = d /dt= 4 max w2 / o =1.92 / ( 0 o /2)2 =2max( o- ) /21= = d /dt = 4 max( o- ) w2 / =0.8-1.92 / o( o /2 o)把推程角 6 等分，并列出對應(yīng)的擺角：表位置1234567（）012.52537.55062.575（）00.8333333.333337.500011.666

24、614.1663315.0000d/dt00.1333330.2666660.40.2666660.13333303366666666633333等加速回程：2 ， 2 = max- max / o = d /dt = -4 max w2 / =-1.92 ( - 85/180* )( 0 o / 2)85/180* 等減速回程：， 2 ， =max( ，o-(-85/180*) 2/ ，2o= d /dt /2= -2 max( o-( - 85/180* ) / o=1.92( - 85/180* ) -0.8(0 /2 o)位置89101112131422（）8597.5110122.5

25、135147.5160（）1514.1663311.66667.53.333330.8333330d/dt0-0.13333-0.26666-0.4-0.26666-0.13333033366666666666333333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 KHL MJN 。= 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(diǎn) 為 O9 。4、以 O9為圓心，以 lOqD/ l

26、=125mm為半徑畫弧與基圓交于一點(diǎn)。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(yuǎn)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23 段等分（對應(yīng)的角位移如下表所示），并用數(shù)字進(jìn)行標(biāo)記，于是得到了轉(zhuǎn) 軸圓上的一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)即為擺桿再反轉(zhuǎn)過程中依次占據(jù)的點(diǎn)，然后 以各個位置為起始位置，用反轉(zhuǎn)法把擺桿的相應(yīng)位置 畫出來，這樣就得 到了凸輪理論廓線上的一系列點(diǎn)的位置，再用光滑曲線把各個點(diǎn)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min ：先用目測法估

27、計凸輪理論廓線上的 min的大致位置（可記為 A 點(diǎn)）；以 A 點(diǎn)位圓心，任選 較小的半徑 r 作圓交于廓線上的 B、C點(diǎn)；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(diǎn)處，如下圖所示；過 D、 E兩點(diǎn)作直線，再過 F、G兩點(diǎn)作直線，兩直線交于 O點(diǎn)，則 O點(diǎn)近 似為凸輪廓線上 A 點(diǎn)的曲率中心，曲率半徑 min OA ；此次設(shè)計中，凸輪 理論廓線的最小曲率半徑 min 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(yīng)保證凸輪在各 個 點(diǎn) 車的實(shí) 際 輪廓曲 率 半徑 不小于 15mm。 對 于凸輪 的 凸曲線 處C rT ，對于凸輪的凹輪廓線 C rT （這種情況可以不用考慮，因為它不會發(fā)生 失真現(xiàn)象）；這次設(shè)計的輪廓曲線上，最小的理論曲率半徑所在之處恰為24 凸輪上的凸曲線，則應(yīng)用公式： min rT 5 rT min 5 22mm； 力 學(xué)因素滾子的尺寸還受到其強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的限制，不能做的太小，通常 取 rT (0.1 0.5)r0及 4.5 rT 22.5mm 。綜合這兩方面的考慮， 選擇滾子半徑為 rT=15mm。得到凸輪實(shí)際廓線，如下圖所示。4.5 列表項目數(shù)據(jù) (mm)r043.28511725lO2O9138.47min4