牛頭刨床設(shè)計(jì)及分析best

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化姓名： xxx學(xué)號(hào)： 2010100xxxx班級(jí)： 07210x指導(dǎo)老師：曾小慧實(shí)習(xí)時(shí)間：2012.7.5-7.13目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)················3二、牛頭刨床工作原理········3三、原始參數(shù)·······&#

2、183;········3四、設(shè)計(jì)步驟及要求··········41.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合·······················42.用解析法作導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析··

3、;···········63.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析···················94.行星輪系設(shè)計(jì)················

4、············155.變位齒輪設(shè)計(jì)····························17五、心得體會(huì)·······

5、·········19六、附錄····················20七、參考文獻(xiàn)················26一、設(shè)計(jì)任務(wù)1牛頭刨床刀桿機(jī)

6、構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析；2對(duì)牛頭刨床傳動(dòng)裝置中行星輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合。二、機(jī)構(gòu)工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，電動(dòng)機(jī)經(jīng)行星輪系和齒輪Z4、 Z5減速帶動(dòng)曲柄2轉(zhuǎn)動(dòng)。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭和刨刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭向左時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，這個(gè)行程稱工作行程，刨頭受到較大的切削力。刨頭右行時(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)力。三、原始參數(shù)H：刨頭行程 ； K：行程速比系數(shù)； Fc切削阻力 ； m4 m5 m6分別為導(dǎo)桿、連桿及刨頭的質(zhì)量；J4、J5分別分別為導(dǎo)桿4及導(dǎo)桿5繞各自質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；m1、mH分別為行星減速器中心

7、輪及齒輪4、5的模數(shù)；Z4，Z5為齒輪4及5的齒數(shù)；n1：電機(jī)轉(zhuǎn)速；n2：曲柄2及齒輪5的轉(zhuǎn)速；k：行星輪個(gè)數(shù)。選取第五組數(shù)據(jù)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和運(yùn)動(dòng)綜合導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析HKlO2O3lO3O4/lO3BlBF/lO3BlBS5/lBFm4 m5m6Js4Js5FC單位mmmmkg kg.m2kg56001.83700.50.30.5 223520.90.0151400 行星輪設(shè)計(jì)變位齒輪n1n2K類型m1Z4Z5mH單位rpmmmmm 510008032K-H 514491620四、設(shè)計(jì)步驟及要求1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合設(shè)LO3B=L3 LBF=L4 LO3D=L'6 LO2A=L

8、1 LO3O2=L6LO3A=S3 LDE=SE 1、導(dǎo)桿的擺角K=1.82、導(dǎo)桿的長(zhǎng)度L33、連桿的長(zhǎng)度L44、刨頭導(dǎo)路中心線xx至O3點(diǎn)的垂直距離L'6根據(jù)已知xx被認(rèn)為通過圓弧BB的繞度ME的中點(diǎn)D知5、曲柄的長(zhǎng)度L16、切削越程長(zhǎng)度0.05H，如圖所示則切削越程長(zhǎng)度為0.05H=0.05×600=30mm7、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖8、計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度F=3×52×7=12.用解析法作導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析建立導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析數(shù)學(xué)模型：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、。為求解需建立兩個(gè)封閉的矢量方程，為此需利用兩個(gè)封閉

9、的圖形O3AO2O3及O3BFDO3，由此可得：并寫成投影方程為：由上述各式可解得：3arcos (L1×cos1) S3S3L6²L1²2×L6×L1×cos10.5×4arcsin(L6L3×sin3) L4SEL3×cos3L4×cos4由以上各式即可求得、四個(gè)運(yùn)動(dòng)變量，而滑塊的方位角=。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，及得一下速度和加速度方程式。=、=結(jié)果：根據(jù)已知的參數(shù)，運(yùn)用MATELAB做出運(yùn)動(dòng)線圖，程序見附錄由圖可知：在一個(gè)周期內(nèi)，位移曲線具有封閉性，且幅度

10、適中基本滿足要求。角速度和速度的曲線分布較為對(duì)稱，相對(duì)平穩(wěn)。加速度ae的最大值比較大，滿足回程要求。3.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析受力分析時(shí)不計(jì)摩擦，且各約束力和約束反力均設(shè)為正方向（1） 對(duì)刨刀進(jìn)行受力分析FR56yFR16FR56xF6FcG6 F6=-m6*aE（2）對(duì)5桿進(jìn)行受力分析BFS5FR65xFR65yF5yF5xG5FR45yFR45xM5a5x=aF+0.5L5w25cos5+0.5L55sin5,a5y=0.5L5w25sin5+0.5L55cos5（3） 對(duì)滑塊3進(jìn)行受力分析(不計(jì)重力)FR23xFR23yFR43xxxFR43yA(4)對(duì)4桿進(jìn)行受力分析O3AS4FR54

11、xFR54yFR14xFR14yFR34xFR34yF4xF4yG4M4Ba4x= 0.5L4w24cos4+0.5L44sin4，a5y=0.5L4w24sin4+0.5L44cos4 X=0, FR54x+F4X+FR34X+FR14X=0 （8）Y=0, FR54Y+F4Y+FR34Y+FR14Y-G4=0 （9）MS4=0, FR14x×（YS4-YO3）+FR34X×（YS4-YA）-FR54X×(YB-YS4)-FR14×(XS4-XO3)-FR34Y×(XS4-XA)+FR54Y×(XB-XS4)+M4=0 （10）（5

12、）對(duì)原動(dòng)件曲柄2進(jìn)行受力分析曲柄2不計(jì)重力，且轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定，角加速度為零，慣性力矢和慣性力矩都為零Fx=0,FR32x+FR12x=0；（11）Fy=0,FR32y+FR12y=0;（12）Mo2=0,FR32x×L1sin1+FR32y×L1cos1+MP=0;（13）其中導(dǎo)桿對(duì)點(diǎn)O3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J4=Js4+m4×0.5L4×0.5L4計(jì)算總動(dòng)能Ek=(m6×vF²+Js5×w5²+m5×vF²+J4×w²4)/2MP=(dEk+Fc×vF/W2W2=2n26

13、0根據(jù)已知參數(shù)利用MATELAB進(jìn)行編程得到以下圖像，程序見附錄。由圖可知：在切削的時(shí)候平衡力矩比較大，且大小的變化比較明顯，在回程空載的時(shí)候，平衡力矩較小，且大小的變化比較平緩。約束反力圖 由圖可知：約束反力在x軸方向上的變化相對(duì)于在y軸方向上的變化更加的平穩(wěn)，且各個(gè)力的x軸和y軸上的極值大小都相差不大，最值也在機(jī)構(gòu)允許的范圍內(nèi)，滿足工作的要求。4.行星輪系設(shè)計(jì)已知Z4=14， Z5=49， n1=1000rpm， 行星輪系的設(shè)計(jì)必須滿足四個(gè)條件：（1） 傳動(dòng)比條件固定行星架H（2） 同心條件（3） 均布條件（4） 鄰接條件由以上各式可得配齒公式且Z1 Z2 Z3為整數(shù)，齒輪結(jié)構(gòu)要緊湊則Z1

14、=42 Z2=33 Z3=108 由于各齒輪的齒數(shù)都大于17，故為標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)。行星系齒輪的參數(shù)5.變位齒輪設(shè)計(jì)（1）確定傳動(dòng)類型已知?jiǎng)t為等變位齒輪傳動(dòng)（2） 確定變位系數(shù)對(duì)于變位齒輪，為有利于強(qiáng)度的提高，小齒輪4采用正變位，大齒輪5采用負(fù)變位，使大小齒輪的強(qiáng)度趨于接近，從而使齒輪承載能力提高。（3） 檢驗(yàn)重合度故滿足重合度要求a=1.3驗(yàn)證正變位齒頂齒厚：a4=arccos（rb4ra4）=33.90ºs4=m4（/2+2xtan）=22.60mmSa4=s4rb4/r4-2ra4（inva4-inv）=8.90.4mH=5.6 故該齒輪合格（4） 變位齒輪4、5的幾何尺寸五、心得

15、體會(huì)第一次做機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)，感覺相當(dāng)有難度，開始的時(shí)候不知道該怎么下手，通過看書和查閱資料，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過程有了一個(gè)初步的了解，于是開始著手設(shè)計(jì)，每一步對(duì)于我來說都是一個(gè)挑戰(zhàn)，主要還是許多的概念和理論知識(shí)還不熟悉。但是通過反復(fù)的練習(xí)，后面的嘗試就慢慢變得容易了。老師在中間穿插的講解也是相當(dāng)重要的，為后面的設(shè)計(jì)指明了方向。課程設(shè)計(jì)的難度雖然很大，但是經(jīng)過不斷的嘗試，我逐漸熟悉了機(jī)械原理課程理論的相關(guān)知識(shí)，動(dòng)手和實(shí)踐的能力都有了一定的提高。 完成課程設(shè)計(jì)花了一個(gè)多星期的時(shí)間，時(shí)間不長(zhǎng)，卻使我受益匪淺，分析和作圖能力都有了一定的提高。感謝老師在這段時(shí)間內(nèi)給予的輔導(dǎo)。初次設(shè)計(jì)肯定還是存在著不少的問題，

16、我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中不斷改進(jìn)這些問題，使自己的設(shè)計(jì)能力逐步提高。六、附錄Matlab源程序：clear all;clc;%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=80*pi/30;%角速度 單位rad/sH=0.6;%行程 單位mL1=0.1605;%O2A的長(zhǎng)度 單位mL3=0.6914;%O3B的長(zhǎng)度 單位mL4=0.2074;%BF的長(zhǎng)度 單位mL6=0.370;%O2O3的長(zhǎng)度 單位mL6u=0.6572;%O3D的長(zhǎng)度 單位mZ=pi/180;%角度與弧度之間的轉(zhuǎn)換dT=(the

17、ta1(3)-theta1(2)/W1;%時(shí)間間隔for j=1:100 t(j)=dT*(j-1);%時(shí)間因素end %位移圖像%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); theta4(i)=asin(L6u-L3*sin(theta3(i)/L4); SE(i)=L3*cos(theta3(i)+L4*cos(theta4(i);e

18、nd%求解完成%求解完成 %速度圖像%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*-L1*sin(theta1(i);L1*cos(theta1(i);0;0; VS3(i)=K(1); W3(i)=K(2); W4(i)=K(3);

19、 VE(i)=K(4);end%求解完成 %加速度圖像%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),-V

20、S3(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),-L4*W4(i)*sin(theta4(i),0; N=VS3(i);W3(i);W4(i);VE(i); K=J*(-M*N+P); aS3(i)=K(1); a3(i)=K(2); a4(i

21、)=K(3); aE(i)=K(4);end%求解完成 %動(dòng)態(tài)靜力分析%初始條件g=9.8;m4=22;m5=3;m6=52;Js4=0.9;Js5=0.015;Fc=1400;Ls4=0.5*L3;Ls5=0.5*L4;%給切削阻力賦值for i=1:100 if(abs(SE(1)-SE(i)>0.05*H&&abs(SE(1)-SE(i)<0.95*H)&&(theta1(i)<pi) Fc(i)=1400; else Fc(i)=0; endend%賦值完成 %求慣性力和慣性力矩for i=1:100F6(i)=-m6*aE(i);F5

22、x(i)=-m5*(aE(i)+0.5*L4*(W4(i)2*cos(theta4(i)+0.5*L4*a4(i)*sin(theta4(i);F5y(i)=-m5*(0.5*L4*(W4(i)2*sin(theta4(i)+0.5*L4*a4(i)*cos(theta4(i);M5(i)=-Js5*a4(i);F4x(i)=-0.5*m4*L3*(W3(i)2*cos(theta3(i)+a3(i)*sin(theta3(i);F4y(i)=-0.5*m4*L3*(W3(i)2*sin(theta3(i)+a3(i)*cos(theta3(i);M4(i)=-Js4*a3(i);end %求

23、解平衡力矩J4=Js4+m4*(0.5*L3)*(0.5*L3);%導(dǎo)桿對(duì)點(diǎn)O3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量for i=1:100 Ekk(i)=(m6*VE(i)*VE(i)+Js5*W4(i)*W4(i)+m5*VE(i)*VE(i)+J4*W3(i)*W3(i)/2;%計(jì)算總動(dòng)能enddEkk(1)=Ekk(1)-Ekk(100);%動(dòng)能的改變量for i=2:100 dEkk(i)=Ekk(i)-Ekk(i-1);%動(dòng)能的改變量endfor i=1:100 MP(i)=(dEkk(i)+Fc(i)*abs(VE(i)/W1;%求平衡力矩end %求約束反力for i=1:100J=inv(1,0,0,0

24、,0,0,0,0,0,0,0,0,0; 0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; -1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0; 0,-1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0; 0.5*L4*sin(theta4(i),-0.5*L4*cos(theta4(i),0,0.5*L4*sin(theta4(i),-0.5*L4*cos(theta4(i),0,0,0,0,0,0,0,0; 0,0,0,0,0,1,0,-1,0,0,0,0,0; 0,0,0,0,0,0,1,0,-1,0,0,0,0; 0,0,0,-1,0,0,0,1,0,1,0,0,0; 0,0,0,0,

25、-1,0,0,0,1,0,1,0,0; 0,0,0,0.5*L3*sin(theta3(i),-0.5*L3*cos(theta3(i),0,0,0.5*L3*sin(theta3(i),-0.5*L3*cos(theta3(i),(-S3(i)+0.5*L3)*sin(theta3(i),(S3(i)-0.5*L3)*cos(theta3(i),0,0; 0,0,0,0,0,-1,0,0,0,0,0,1,0; 0,0,0,0,0,0,-1,0,0,0,0,0,1；0,0,0,0,0,-L1*sin(theta1(i),-L1*cos(theta1(i),0,0,0,0,0,0);P=-F6(

26、i)-Fc(i);m6*g;-F5x(i);-F5y(i)+m5*g;-M5(i);0;0;-F4x(i);-F4y(i)+m4*g;-M4(i);0;0;-MP(i);K=J*P;FR56x(i)=K(1);FR56y(i)=K(2);FR16(i)=K(3);FR45x(i)=K(4);FR45y(i)=K(5);FR23x(i)=K(6);FR23y(i)=K(7);FR34x(i)=K(8);FR34y(i)=K(9);FR14x(i)=K(10);FR14y(i)=K(11); FR12x(i)=K(12);FR12y(i)=K(13); end%畫圖%畫運(yùn)動(dòng)圖figure(1);p

27、lot(t,theta3,'r');hold on;plotyy(t,theta4,t,SE);grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('theta3、theta4(rad)');title('角度Theta3、theta4和位移SE');axis( 0 , 0.75,-0.2,2);figure(2);plot(t,W3,'r');hold on;grid on;plotyy(t,W4,t,VE);xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('W3、W4(rad/s

28、)');title('角度速度W3、W4和速度VE');axis(0 , 0.75,-5,3);figure(3);plot(t,a3,'r');hold on;plotyy(t,a4,t,aE);grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('a3、a4(rad/s/s)');title('角度加速度a3、a4和加速度aE');axis(0 , 0.75,-80,80);%運(yùn)動(dòng)圖畫完%畫反力圖figure(4);plotyy(theta1,Fc,theta1,SE);xlabel('

29、;Theta1（時(shí)間t）');ylabel('Fc');axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,1400);title('切削阻力Fc與位移SE');grid on;figure(5);plotyy(theta1,MP,theta1,Fc);xlabel('Theta1（時(shí)間t）');ylabel('力矩');axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,300);title('平衡力矩');grid on;figure(6);plotyy(theta1,Ekk,t

30、heta1,SE);xlabel('Theta1（時(shí)間t）');ylabel('Fc');title('導(dǎo)桿、連桿和刨頭的總動(dòng)能');grid on;figure(7);plot(t,FR56x,'r');grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('FR56x');title('FR56x');figure(8);plot(t,FR56y,'r');grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('FR56y&

31、#39;);title('FR56y');figure(9);plot(t,FR16,'r');grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('FR16');title('FR16');figure(10);plot(t,FR45x,'r');grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('FR45x');title('FR45x');figure(11);plot(t,FR45y,'r');grid on;xlabel('時(shí)間t/s');ylabel('FR45y');title('FR45y');figure(12);plot(t,FR23x,'r');g