09機(jī)械原理牛頭刨床課程設(shè)計(jì)

1、說(shuō) 明 書(shū)姓名：韓火 學(xué)號(hào)：200900840001 組號(hào)： 第3組 2011 年 7 月 目錄工作原理31、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和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱為空回行程，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

2、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、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。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

3、）484950525048475560機(jī)架lO2O4(mm)380350430360370400390410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系數(shù)K連桿與導(dǎo)桿之比lBC/ lO4B表2方案導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析lO4S4xS6yS6G4G6PypJS4mmNmm21，2，3lO4B240502007007000804，5，6lO4B200502208009000807，8，9lO4B180402206208000100方案飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定nOz1zO"z1JO2JO1JO"JOr/minK21-514401020406-

4、1014401316400.211-151440151950三.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)的1到2個(gè)位置（如圖2中1，2，3，12各對(duì)應(yīng)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

5、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、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。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

6、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)分析選擇第三組數(shù)據(jù)求得機(jī)構(gòu)尺寸如下=180°(k-1/k+1)=30°lO2A= lO4O2sin(/2)=mmlO4B/2) =mmlBC6lO4B=mmlO4S4 =lO4B=mm曲柄位置“3”速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫(huà)速度圖，加速度圖）曲柄在3位置時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如左圖所示由圖量得此位置的位移S=，Lo4A=。設(shè)力、加速度、速度的方向向右為正。取曲柄位置“3”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

7、 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。2=2n2/60 rad/s=5.23（rad/s）A3=A2=2·lO2A=m/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 O4AO2AO4B取速度極點(diǎn)P，速度比例尺µv=0.005(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖1-2 圖12則由圖1-2知：A3= lpA3·v=0.582 m/sA4A3= la3a4·v =m/s4=A4A3/lO4A=(rad/s)B=4.lO4B=0.754(m/s)取5構(gòu)件作為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得 Vc=VB+VcB

8、大小 ? ?方向 XXO4BBC作速度多邊行如圖1-2，則由圖1-2知C=lpc·v=0.728m/s5=CB/lBC=0.701rad/s取曲柄位置“3”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，其大小等于22lO2A方向由A指向O2。aA4A3K=24A4A3=(m/s2)aA3 =22·lO2A=m/s2aA3 =42·lO4A=0.303(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：a A4 =a NA4+a TA4=a A3+a KA4A3+a RA4A3 大小 ？ ?方向AO4O4AAO2O4AO4A取加速度極點(diǎn)為P,加速度

9、比例尺µa=0.005(（m/s2）/mm),作加速度多邊形如圖1-3所示.則由圖1-3知 aA4= uapa4=(m/s2)aB=uapb=(m/s2)a S4=0.5aB=(m/s2)a4=atA4/lo4A=(m/s2)aC=a B + a CB + atCB 大小：？ ?方向：/xxCBBC a C=uapc= 0.646(m/s2)圖3曲柄位置“9”速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫(huà)速度圖，加速度圖） 曲柄在9位置時(shí)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如左圖所示由圖量得此位置的位移S=，Lo4A=。設(shè)力、加速度、速度的方向向右為正。取曲柄位置“9”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A

10、3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。2=2n2/60 rad/s=5.23（rad/s）A3=A2=2·lO2A=m/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 O4AO2AO4B取速度極點(diǎn)P，速度比例尺µv05(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖1-4 圖14則由圖1-4知：A3= lpA3·v=0.582 m/s A4A3= la3a4·v =/s4=A4A3/lO4A=0.80(rad/s) B=4.lO4B=0.62(m/s)取5構(gòu)件作為研究對(duì)象，列速度矢量方程，

11、得 Vc= VB+ VcB大小 ? ?方向 XX O4BBC作速度多邊行如圖1-2，則由圖1-2知C= lpc·v=0.5978m/s 5=CB/ lBC=rad/s取曲柄位置“9”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，其大小等于22 lO2A方向由A指向O2。aA4A3K=24A4A3=(m/s2)aA3 =22·lO2A=m/s2aA4n=42·lO4A=(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：a A4 =a NA4+a TA4=a A3+a KA4A3+a RA4A3 大小 ？ ?方向 AO4O4AAO2O4AO4A取加

12、速度極點(diǎn)為P,加速度比例尺 µa=0.005(（m/s2）/mm),作加速度多邊形如圖1-55知 aA4= uapa4=m/s2 aB=uapb=m/s2 a S4=0.5aB=m/s2 a4=atA4/lo4A=m/s2 aC=a B + a CB + atCB 大?。海??方向：/xxCBBC a C=uapc= 2.72(m/s2)六、機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析一、首先依據(jù)運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果，計(jì)算構(gòu)件4的慣性力FI4（與aS4反向）、構(gòu)件4的慣性力矩MI4（與a4反向，逆時(shí)針）、構(gòu)件4的慣性力平移距離lhd（方位：右上）、構(gòu)件6的慣性力矩FI6（與aC反向）。F14=m4aS4=G4/g.aS

13、4=200/10×0.362=7.24(N)M14=a4JS4=×·m=0.7997(N/m)Lh4=0.7997/7.24=110.45(mm)FI6=m6aS6=G6S6=70×0.646=45.22(N)1.取構(gòu)件5、6基本桿組為示力體（如圖所示）因構(gòu)件5為二力桿，只對(duì)構(gòu)件（滑塊）6做受力分析即可，首先列力平衡方程：FR65=FR56 FR54=FR45 FR16 + Fr + F16 + G6 + FR56=0大小 ？ ？方向 xx xx xx x BC 按比例尺F=10N/mm作力多邊形，如圖所示，求出運(yùn)動(dòng)副反力FR16和FR56。倆圖均為桿件

14、 5，6 的受力分析。按比例尺10N/mm作里多邊形FR16=10×87.9=879(N)FR56=10×349.54=3495.4(N)對(duì)C點(diǎn)列力矩平衡方程：FR16lx + F16yS6 = FryF + +G6xS6 Lx=507.097(mm)2.取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體（如圖所示）首先取構(gòu)件4，對(duì)O4點(diǎn)列力矩平衡方程（反力FR54的大小和方向?yàn)橐阎?，求出反力FR34：FR54=FR45 FR34=FR43構(gòu)件4的受力分析FR54×lh1+FI4×lh2+G4×lh3FR34lO4A=0 Fr34=5156.51(N)再對(duì)構(gòu)件4列

15、力平衡方程，按比例尺F=10N/mm作力多邊形如圖所示。求出機(jī)架對(duì)構(gòu)件4的反力FR14F=0 FR54 + G4 + FI4 + FR34 + FR14=0大小 ?方向 BC xx O4A ?？ FR14=10X198.4=1984(N)3.取構(gòu)件2為示力體FR34=FR43 FR32=FR23 FR23+FR12=0 FR12=5156.51(N) =0FFR32×lh Mb = 0 Mb=500.00(N.m)二、計(jì)算構(gòu)件4的慣性力FI4（與aS4反向）、構(gòu)件4的慣性力矩MI4（與a4反向，逆時(shí)針）、構(gòu)件4的慣性力平移距離lhd（方位：右上）、構(gòu)件6的慣性力矩FI6（與aC反向）

16、。F14=m4aS4=27.2(N)M14=a4JS4=×·m=3.806(N/m)Lh4=M14/F14=139.926(mm)FI6=m6aS6=190.4(N)1.取構(gòu)件5、6基本桿組為示力體（如圖所示）因構(gòu)件5為二力桿，只對(duì)構(gòu)件（滑塊）6做受力分析即可，首先列力平衡方程：構(gòu)件的受力簡(jiǎn)圖由于FR65=FR56 FR54=FR45 =oF FR16 + Fr + F16 + G6 + FR56=0大小 ？方向xx xxxx xx BC 因此可以做出里多邊形：按比例尺F=10N/mm作力多邊形，如圖所示，求出運(yùn)動(dòng)副反力FR16和FR56。FR16=10×71.0

17、2=710.2 (N)FR56=10×=(N)對(duì)C點(diǎn)列力矩平衡方程：=0McFR16lx + FI6yS6 = G6xS6 LX=(mm)首先取構(gòu)件4，對(duì)O4點(diǎn)列力矩平衡方程（反力FR54的大小和方向?yàn)橐阎?，求出反力FR34：FR54=FR45 FR34=FR43=04OM FR54×lh1+FI4×lh2+G4×lh3FR34lO4A=0FR34=284.56(N)再對(duì)構(gòu)件4列力平衡方程，按比例尺F=10N/mm作力多邊形如圖所示。求出機(jī)架對(duì)構(gòu)件4的反力FR14：=0F FR54 + G4 + FI4+ FR34+ FR14=0大小 ？方向BC xx

18、 O4A？FR14=10×61.7=617(N)3.取構(gòu)件2為示力體（如圖所示）FR34=FR43 FR32=FR23 FR23+FR12=0 FR12=284.56(N)=0FFR32×lh Mb = 0 Mb=20.86(N.m)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)00.60-ac(m/s2)0.55-1.764s(mm)016740026762Mr(N·m)069500-根據(jù)以上數(shù)據(jù)用軟件繪圖得如下：速度位置變化曲線加速度位置變化曲線 位移位置變化曲線 平衡力矩位置變化曲線八、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&