牛頭刨床平面機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析

1、目錄一 、 課 程 設(shè) 計(jì) 題 目二 、 牛 頭 刨 床 簡(jiǎn) 介三 、 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 分 析四 、 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 動(dòng) 態(tài) 靜 力 分 析五 、 用 解 析 法 做 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 分 析六 、 matlab編 程 并 繪 圖七 、 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì)八 、 齒 輪 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì)九 、 參 考 文 獻(xiàn)一、題目：牛頭刨床的設(shè)計(jì)二、牛 頭 刨 床 簡(jiǎn) 介1. 工 作 原 理 及 工 藝 動(dòng) 作 過(guò) 程牛 頭 刨 床 是 一 種 用 于 平 面 切 削 加 工 的 機(jī) 床 。 刨 床 工 作 時(shí) ,如圖( 1-1）所示，由 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 2-3-4-5-6帶

2、 動(dòng) 刨 頭 6 和 刨 刀7 作 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 。刨 頭 右 行 時(shí) ，刨 刀 進(jìn) 行 切 削 ，稱 工 作 行 程 ，此 時(shí) 要 求 速 度 較 低 并 且 均 勻 ； 刨 頭 左 行 時(shí) ，刨 刀 不 切 削 ，稱 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 作 用 的 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 。 刨 頭 在 工 作 行 程 中 ，受 到 很 大 的 切 削 阻 力 ，而 空 回 行 程 中 則 沒(méi) 有 切 削 阻 力 。切削阻力如圖 ( b）所示。frx0.05h0.05hh(b)二 、 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書1畫機(jī)構(gòu)的運(yùn)

3、動(dòng)簡(jiǎn)圖1、以 o4為原點(diǎn)定出坐標(biāo)系，根據(jù)尺寸分別定出o2點(diǎn)，b點(diǎn)，o2 ao4 xys6s3xs6cbys6234567n2fryfr圖（ 1-1）c點(diǎn)。確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)的左右極限位置。曲 柄 位 置 圖 的 作 法為 ： 取 1 和 8 為 工 作 行 程 起 點(diǎn) 和 終 點(diǎn) 所 對(duì) 應(yīng) 的 曲 柄位 置 ，1和 7為 切 削 起 點(diǎn) 和 終 點(diǎn) 所 對(duì) 應(yīng) 的 曲 柄 位 置 ，其 余 2、 3 12 等 ， 是 由 位 置 1 起 ， 順2方 向 將 曲 柄圓 作 12 等 分 的 位 置 （ 如 下 圖 ） 。圖 1-2 牛頭刨床（方案一）的設(shè)計(jì)一、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析已知：曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)

4、n2，各構(gòu)件尺寸及質(zhì)心位置，且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點(diǎn)b 所作圓弧高的平分線上。n2=60r/min lo2o4=380mm lo2a=110mm lo4b=540mm lbc=0.25lo4b lo4s4=0.5lo4b xs6=240mm ys6=50mm 要求：設(shè)計(jì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，計(jì)算機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)k，作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖；作機(jī)構(gòu)位置2 和 6 兩個(gè)位置的速度多邊形和加速度多邊形，對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，作滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖。取=0.004m/mm，作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如下 圖 1-3 所 示極位夾角=33.7行程速比系數(shù)k=1.46 =2arcsin(lo2a/lo2o4) 圖1-3=2arcsin

5、(110/380)=33.7k=(180+)/(180-)=1.46（1）當(dāng)曲柄位于位置2 時(shí)lo4a=lo4a=0.004105=0.420m va4=0.33m/sva3=va2=2lo2a=60/300.11=0.69m/sva4a3=0.62m/sa速度分析vs4=0.21m/s4av = 3av + 34aavvc=0.4m/s 方向：4boao2 /bo45=0.74rad/s 大?。?？4=0.79rad/s作速度多邊形，取速度比例尺v=0.01(m/s)/mm4av=v4pa=0.01 33=0.33m/s4=aoalv44=0.33/0.420=0.79rad/s34aav=

6、v43aal=0.01 62=0.62m/s v5b= v4b=4bol4=0.43m/s 由速度影像原理確定點(diǎn)b cv = bv + cbv方向： /xxbo4bc大?。?？cv=vpcl=0.01 40=0.4m/s cbv=vbcl=0.01 10=0.1m/s 5= bclcbluv=0.74rad/s vs4=vps4=0.0121=0.21m/s b. 加速度分析4aa= naa4 + taa4 = 3aa + kaaa34 + 34raaa=0.26m/s2方向： ? a 4obo4 a 2obo4 /bo4=0.98 m/s2大?。?? ？ ? =2.84 m/s2由于3aa=2

7、2aol2=4.34m/s2, aa3=4.34 m/s2kaaa34=2434aav=0.98m/s2aa4=2.85 m/s2naa4=24aol4=0.26m/s24=6.76 m/s2作加速度多邊形，選取加速度比例尺為a=0.05(m/s 2)/mm as4=1.83 m/s2ab=3.67 m/s2taa4=aanl=2.84m/s2，raaa34=aakl=0.0533=1.65m/s2ac=3.7 m/s24aa=24bol4=2.85m/s2。由加速度影像原理求得bba =4aaaoboll44=3.67m/s2as4=aps4=0.0536.65=1.83m/s 2ca =

8、ba + ncba + tcba方向： /xx b4o c b bc大?。?？ncba=25bcl=0.07m/s2ca =acpl=0.0574=3.7m/s2，tcba=a cnl=0.0510=0.5m/s2(2)當(dāng)曲柄位于位置6 時(shí)lo4a=lo4a=0.004113=0.452m va3=va2=2lo2a=60/300.11=0.69m/s va4=0.47m/sa. 速度分析va4a3=0.5m/s4av = 3av + 34aavvs4=0.28m/s 方向：4boao2 /bo4vc=0.55m/s 大?。海?=0.74rad/s 作速度多邊形，取速度比例尺v= 0.01(m

9、/s)/mm 4=1.04rad/s 4av=v4pa=0.01 47=0.47m/s 4=aoalv44=0.47/0.452=1.04rad/s 34aav= v43aal=0.01 50=0.5m/s v5b= v4b=4bol4=1.04 0.54=0.56m/s 由速度影像原理確定點(diǎn)b cv = bv + cbv方向： /xxbo4bc大小：？cv=vpcl=0.0155=0.55m/s cbv=vbcl=0.0110=0.1m/s 5= bclcbluv=0.74rad/s vs4=vps4=0.0128.33=0.28m/s b. 加速度分析4aa= naa4 + taa4 =

10、3aa + kaaa34 + 34raaa方向：？ a4obo4 a 2obo4 /bo4=0.49m/s2大小：？ ? =1.04m/s2由于3aa=22aol2=4.34m/s2kaaa34=2434aav=2.1m/s2=2.05 m/s2naa4=24aol4=0.49m/s2aa3=4.34 m/s2作加速度多邊形，選取加速度比例尺為a=0.05m/s2aa4=2.1 m/s2taa4=aanl=2.05m/s 2，raaa34=aakl=0.05 50=2.5m/s 24aa=24bol4=2.1m/s 2由加速度影像原理得4=4.54 m/s2ba=4aaaoboll44=2.7

11、m/s2as4=1.35 m/s2ca = ba + ncba + tcbaab=2.7 m/s2方向： /xx b4o c b bcac=2.8 m/s2大?。?？由ncba=25bcl=0.7420.135=0.07m/s 2ca=acpl=2.8m/s 2，tcba=a cnl=0.052=0.1m/s2二、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析已知：各構(gòu)件的重量g4=200n ，g6=700n ，導(dǎo)桿 4 繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 js4=1.1kg?m 2，切削力 p的變化規(guī)律， yp=80mm. 要求：確定位置分配表中2 個(gè)位置的各運(yùn)動(dòng)副反力及曲柄上所需的平衡力矩my 。（1）曲柄位于位置 2 時(shí)f14=

12、m4as4=g4/g as4=200/101.83=36.6n(o2a) f14=22n(o2 a) m14=js4 4=1.16.76=7.436n?m(逆時(shí)針 ) m14=7.436n?m(逆lh4=m14/f14=7.436/36.6=203mm 時(shí)針）f16=m6ac=700/10 3.7=259n(方向與 ac 相反) f16=259n(方向與拆分基本桿組，受力分析如圖ac 方向相反）lh4=203mm由 fi6+p+ g6+fr45+fr16=0, 作圖，取 f=100n/mm fr16=10012=1200n fr45=10073=7300n fr16=1200n fr65=fr

13、54=fr45=7300n fr65=fr45 對(duì) b 點(diǎn)取矩=7300nfi612.25l+g633l-p80+fr16h16l=0 fr23= fr12即 25950+700132-700080+12004h16=0 =8828n得 h16=94.7mm lh16=378.8mm fr14=2000n 對(duì) o4點(diǎn)取矩my=494,4n ?m(順fr54126+f14105+g417=fr23105時(shí)針 )即 7300126+36.6105+20017=105fr23 得 fr23=8828n 由 fr54+f14+g4+fr23+fr14n+fr14t=0作圖（在上圖中）fr14=f20=

14、2000n fr23=fr32=fr12=8828n my=fr32hl=8828140.004=494,4n?m(順時(shí)針 )（2）曲柄位于位置 6時(shí)f14=m4as4=g4/g as4=200/101.35=27n(o2a) f14=27n(o2 a) m14=js4 4=1.14.54=4.99n?m(順時(shí)針 ) m14=4.99n?m(順lh4=m14/f14=4.99/27=185mm 時(shí)針 )f16=m6ac=700/10 2.8=196n(方向與 ac 相反) f16=196n(方向與拆分基本桿組，受力分析如圖ac 相反 )由 fi6+p+ g6+fr45+fr16=0,作圖，取f

15、=100n/mm fr16=g6=700n fr45=p=7000n fr16=700nfr65=fr54=fr45=7000n fr65= fr45 對(duì) b 點(diǎn)取矩=7000n -fi612.5l+g627l-p80+fr16h16l=0 lh16=706mm即-19650+700108-700080+2800h16=0 fr23= fr12 得 h16=176.5mm lh16=706mm =8122n對(duì) o4 點(diǎn)取矩fr54132+f1495+g418=fr23113即 7300126+36.6105+20017=113fr23 得 fr23=8122n 由 fr54+f14+g4+fr

16、23+fr14n+fr14t=0作圖（在上圖中）fr14=f160=16000n fr14=16000n fr23=fr32=fr12=8122n my=617.3n ?m(逆my=fr32hl=8122190.004=617.3n?m(逆時(shí)針 ) 時(shí)針 )三、凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知 ：擺桿 9 為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其行程為，許用壓力角 ，基圓半徑r0，凸輪回轉(zhuǎn)中心o2至推桿擺動(dòng)中心o9的距離為 lo2o9，擺桿長(zhǎng)度lo9d，凸輪與曲柄共軸。=15， lo9d=125mm ro=50mm rt=15mm lo2o9=140mm =400=7501=10 0 =100mm 要求 ：繪制推桿的運(yùn)動(dòng)線

17、圖和凸輪的輪廓曲線。02=200取 =0.25/mm，作圖四、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知 ：電動(dòng)機(jī)和曲柄的轉(zhuǎn)速no、n2，皮帶輪直徑do、d o，某些齒輪的齒數(shù)，模數(shù)m，分度圓壓力角；齒輪為正常齒制。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為：n0 =1440r/min, n2=60r/min, d0 =100mm d0=300mm, m1=m2=6mm, m0=m1 =3.5, 要求： 根據(jù)傳動(dòng)比確定齒輪2 的齒數(shù) z2；根據(jù)齒輪不根切選出第2 對(duì)齒輪的變位系數(shù)x1、 x2；計(jì)算該對(duì)齒輪傳動(dòng)的各部分尺寸及重合度；通過(guò)繪圖量出實(shí)際嚙合線b1b2的長(zhǎng)度，計(jì)算出重合度，并與按公式計(jì)算出的重合度進(jìn)行比較。由圖， z1 與 z2 嚙合， z1

18、 與 z1 同軸， z1 與 z0嚙合， vo =vono /30do /2=no/30 do/2 得 no=do /dono=100/3001440=480r/min io1 =no/n1 =z1 /zo=40/20=2 n1 =n1=240r/min 又 i12=n1/n2=z2/z1=240/60=4 z2=4z1=4 10=40 設(shè)采用等變位齒輪傳動(dòng)，即x1=-x2 由最小變位系數(shù)：xmin=ha*(zmin-z)/zmin 令 ha* 用解析法作牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖所示，先建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及其方位角。其中共有四個(gè)未知量3、4、3s、es為求解需建立兩個(gè)封閉的

19、矢量方程，為此需利用兩個(gè)封閉的圖形o3ao2o3 及 o3bfdo3 ，由此可得：316slleslll643并寫成投影方程為：1133coscosls61133sinsinlls64433sinsinlll0coscos4433esll由上述各式可解得：111163cossinarctanlll43364sinarcsinlll3113coscosls4433coscosllse由以上各式即可求得3、4、3s、es四個(gè)運(yùn)動(dòng)變量，而滑塊的方位角32，然后，分別將上式對(duì)時(shí)間取一次、二次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣形式，即得一下速度和加速度方程式。而32、32根據(jù)以上各式，將已知參數(shù)代入，即可應(yīng)用計(jì)算機(jī)計(jì)算。

20、并根據(jù)所得數(shù)值作出機(jī)構(gòu)的位置線圖、速度線圖、加速度線圖。這些線圖稱為機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖。通過(guò)這些線圖可以一目了然的看出機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中位移、速度、 加速度的變化情況，有利于進(jìn)一步掌握機(jī)構(gòu)的性能。牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析matlab 程序源代碼：clear;%初始條件theta1=linspace(-20.77,339.23,100);%單位度theta1=theta1*pi/180;% 轉(zhuǎn)換為弧度制w1=60*pi/30;% 角速度單位 rad/s h=0.6;%行程單位 m l1=0.11;%o2a 的長(zhǎng)度單位 m l3=0.54;%o3b 的長(zhǎng)度單位 m l4=0.27;%bf 的長(zhǎng)度單位

21、m l6=0.380;%o2o3 的長(zhǎng)度單位m l6u=0.6572;%o3d 的長(zhǎng)度單位 m z=pi/180;% 角度與弧度之間的轉(zhuǎn)換dt=(theta1(3)-theta1(2)/w1;% 時(shí)間間隔for j=1:100 t(j)=dt*(j-1);% 時(shí)間因素end %求解 s3、theta3、theta4和 se 四個(gè)變量s3=(l6)2+(l1)2-2*l6*l1*cos(theta1+pi/2).0.5;%求出 o3a 的值for i=1:100% 求解角度 theta3、theta4和 se 的長(zhǎng)度theta3(i)=acos(l1*cos(theta1(i)/s3(i); t

22、heta4(i)=asin(l6u-l3*sin(theta3(i)/l4); se(i)=l3*cos(theta3(i)+l4*cos(theta4(i); end%求解完成%求解 vs3、w3、w4 和 ve 四個(gè)變量for i=1:100 j= inv(cos(theta3(i),-s3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),s3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-l3*sin(theta3(i),-l4*sin(theta4(i),-1; 0,l3*cos(theta3(i),l4*cos(theta4(i),0); k=j*w1*-

23、l1*sin(theta1(i);l1*cos(theta1(i);0;0; vs3(i)=k(1); w3(i)=k(2); w4(i)=k(3); ve(i)=k(4); end%求解完成%求解 as3、a3、a4、ae 四個(gè)變量for i=1:100 j= inv(cos(theta3(i),-s3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),s3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-l3*sin(theta3(i),-l4*sin(theta4(i),-1; 0,l3*cos(theta3(i),l4*cos(theta4(i),0); p=w1*w1*-l1*cos(theta1(i);-l1*sin(theta1(i);0;0; m=-w3(i)*sin(theta3(i),-vs3(i)*sin(theta3(i)-s3(i)*w3(i)*cos(theta3(i),0,0; w3(i)*cos(theta3(i),vs3(i)*cos(theta3(i)-s3(i)*w3(i)*sin(theta3(i),0,0; 0,-l3*w3(i)*cos(theta3(i),-l4*w4(i)*cos(theta4(i),0; 0,-l3*w3(i)*sin(theta3(i),