機械原理課程設計---牛頭刨床

1、<p>　　09機械原理課程設計——牛頭刨床</p><p>　　說 明 書</p><p>　　姓名： </p><p>　　分析點：4,10點 </p><p>　　組號： </p><p>　　2011 年 7 月 15日</p><

2、;p><b>　　工作原理3</b></p><p><b>　　一.設計任務4</b></p><p><b>　　二.設計數(shù)據(jù)4</b></p><p><b>　　三.設計要求5</b></p><p>　　1、運動方案設計5<

3、/p><p>　　2、確定執(zhí)行機構的運動尺寸5</p><p>　　3、進行導桿機構的運動分析5</p><p>　　4、對導桿機構進行動態(tài)靜力分析5</p><p>　　四.設計方案選定5</p><p>　　五. 機構的運動分析7</p><p>　　1. 4點速度分析,加速度分析

4、8</p><p>　　2. 10點速度,加速度分析10</p><p>　　六.機構動態(tài)靜力分析12</p><p>　　七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖14</p><p><b>　　九.參考文獻17</b></p><p><b>　　工作原理</b></p>

5、<p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖a）所示。電動機經(jīng)過皮帶和齒輪傳動，</p><p>　　帶動曲柄2和固結在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構2－3－4－5－6帶動刨頭6和</p><p>　　刨刀7作往復運動。刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程，此時要求速度較高，以提高</p><p>　　生產率。為此刨床采用有急回運動的導桿

6、機構。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，</p><p>　　凸輪8通過四桿機構1－9－10－11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），使工作臺連同工件</p><p>　　作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作過程中，受到很大的切削阻力（在切削的</p><p>　　前后各有一段0.05H的空刀距離，見圖b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在</p

7、><p>　　整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速轉動，故需安裝飛輪來減小主</p><p>　　軸的速度波動，以提高切削質量和減少電動機容量。</p><p>　　(a) (b)</p><p><b>　　圖d</b></p>

8、;<p><b>　　一.設計任務</b></p><p><b>　　1、運動方案設計。</b></p><p>　　2、確定執(zhí)行機構的運動尺寸。</p><p>　　3、進行導桿機構的運動分析。</p><p>　　4、對導桿機構進行動態(tài)靜力分析。</p><p

9、>　　5、匯總數(shù)據(jù)畫出刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。</p><p><b>　　二.設計數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　本組選擇第六組數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　表2<

10、;/b></p><p><b>　　三.設計要求</b></p><p><b>　　1、運動方案設計</b></p><p>　　根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定1～2個其他形式的執(zhí)行機構（連桿機構），給出機構簡圖并簡單介紹其傳動特點。</p><p>　　2、確定執(zhí)行機構的運動尺寸</

11、p><p>　　根據(jù)表一對應組的數(shù)據(jù)，用圖解法設計連桿機構的尺寸，并將設計結果和步驟寫在設計說明書中。</p><p>　　注意：為使整個過程最大壓力角最小，刨頭導路 位于導桿端點B所作圓弧高的平分線上(見圖d)。</p><p>　　3、進行導桿機構的運動分析</p><p>　　根據(jù)表一對應組的數(shù)據(jù)，每人做曲柄對應2個位置的速度和加速度分析，

12、要求用圖解法畫出速度多邊形，列出矢量方程，求出刨頭6的速度、加速度，將過程詳細地寫在說明書中。</p><p>　　4、對導桿機構進行動態(tài)靜力分析</p><p>　　根據(jù)表二對應組的數(shù)據(jù)，每人確定機構對應位置的各運動副反力及應加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分與尺寸設計及運動分析畫在同一張紙上（2號或3號圖紙）。</p><p>　　提示：如果所給數(shù)據(jù)不方便作圖可稍微

13、改動數(shù)據(jù)，但各組數(shù)據(jù)應該一致，并列出改動值。5、數(shù)據(jù)總匯并繪圖</p><p>　　最后根據(jù)匯總數(shù)據(jù)畫出一份刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。6、完成說明書</p><p>　　每人編寫設計說明書一份。寫明組號，對應曲柄的角度位置。</p><p><b>　　四.設計方案選定</b></p><p>

14、　　如圖2所示，牛頭刨床的主傳動機構采用導桿機構、連桿滑塊機構組成的5桿機構。采用導桿機構，滑塊與導桿之間的傳動角r始終為90o，且適當確定構件尺寸，可以保證機構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。適當確定刨頭的導路位置，可以使 圖2</p><p>　　壓力角盡量小。 </p><p>　　五

15、. 機構的運動分析</p><p>　　θ=180°(k-1/k+1)=30°</p><p><b>　　當曲軸位于4點時</b></p><p>　　lO4S4 =5lO4B=0.3865m</p><p>　　lbc=0.278m</p><p>　　lo2A=0.111

16、m</p><p>　　Lo4B=0.77274m</p><p>　　1. 4點速度分析,加速度分析</p><p>　　取曲柄位置“4”進行速度分析。因構件2和3在A處的轉動副相連，故υA3=υA2，其大小等于ω2 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與ω2一致。</p><p>　　vA2=vA3=w2lO2A=(2*πn2/60)*

17、lO2A=0.58m/s </p><p>　　取構件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得</p><p>　　υA4 = υA3 + υA4A3 </p><p>　　大小 ? √ ?</p><p>　　方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B</p>

18、;<p>　　取速度極點P，速度比例尺µv=0.05(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖</p><p>　　則由圖1-2知：vA4=μvPA4=0.58m/s </p><p>　　ω4=vA4/lO4A=1.08rad/s </p><p>　　vB=ω4lO4B=0.595m/s </p><p>　　vA4A3

19、=μA4A3=0.123m/s</p><p>　　取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得 </p><p>　　υB = υC + υBC</p><p>　　大小 √ ? ?</p><p>　　方向 ⊥O4B ∥XX ⊥BC</p><

20、;p>　　作速度多邊行如圖1-2，則由圖1-2知</p><p>　　V C=μv Pc=0.5975m/s</p><p>　　ω5=v CB/l BC=0.11rad/s</p><p>　　由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)點開始，列兩構件重合點間加速度矢量方程，求構件4上A點的加速度aA4,因為 </p><p>　　a

21、A2=aA3=W2 lo2A =3.01 m/s2 </p><p>　　a n A4=W42 lo4A=0.439 m/s2</p><p>　　a KA4A3=2W3VA4A3=0.265 m/s2 </p><p>　　a n CB=W52 l CB=0.003 m/s2 </p><p>　　取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度

22、矢量方程得：</p><p>　　aA4 = aA4n + aA4τ = aA3n + aA4A3K + aA4A3r</p><p>　　大小: ? ω42 lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?</p><p>　　方向： ? //BA ⊥O4B //AO2 ⊥O4B ∥O4B&l

23、t;/p><p>　　取加速度極點為π,加速度比例尺µa=0.01（m/s2）/mm,</p><p>　　作加速度多邊形如圖1-3所示.則由圖1-3知 </p><p>　　aA4= uap’a4’=0.5661m/s2 </p><p>　　aB=uapb’=0.827m/s2 </p><p>　　a S

24、4=0.5aB=0.413m/s2 </p><p>　　α= a A4τ/ lO4B =0.68rad/s2</p><p>　　ac = acBn + a cBτ + aBn + a Bτ</p><p>　　大小 ? √ ? √ √ </p><p>　　方向

25、 ∥XX //CB ⊥BC //AB ⊥AB</p><p>　　其加速度多邊形如圖1─3所示,有</p><p>　　aC= lπc·µa=0.55 m/s2</p><p>　　取曲柄位置“10”進行速度分析。</p><p><b>　　當曲軸位于10點時</b><

26、;/p><p>　　lO4S4 =5lO4B=0.3865m</p><p>　　lbc=0.278m</p><p>　　lo2A=0.111m</p><p>　　Lo4B=0.338m</p><p>　　2. 10點速度,加速度分析</p><p>　　取曲柄位置“10”進行速度分析。因構件

27、2和3在A處的轉動副相連，故υA3=υA2，其大小等于ω2 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與ω2一致。</p><p>　　vA2=vA3=w2lO2A=(2*πn2/60)*lO2A=0.58m/s</p><p>　　取構件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得</p><p>　　υA4 = υA3 + υA4A3 </p&g

28、t;<p>　　大小 ? √ ?</p><p>　　方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4</p><p>　　取速度極點P，速度比例尺µv=0.05(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖</p><p>　　vA4=μvPA4=0.55m/s </p><p>　　ω4=vA4/l

29、O4A=1.63rad/s </p><p>　　vB=ω4lO4B=1.26m/s </p><p>　　vA4A3=μA4A3=0.204m/s</p><p>　　取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得 </p><p>　　υB = υC + υBC</p><p>　

30、　大小 √ ? ?</p><p>　　方向 ⊥O4B ∥XX ⊥BC</p><p>　　V C=μv Pc=1.235m/s</p><p>　　ω5=v CB/l BC=0.4rad/s</p><p>　　由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)點開始，列兩構件重合點間加速度矢量方程，求構件4上

31、A點的加速度aA4,因為 </p><p>　　aA2=aA3=W2 lo2A =3.01 m/s2 </p><p>　　a n A4=W42 lo4A=0.9 m/s2</p><p>　　a KA4A3=2W3VA4A3=0.665 m/s2 </p><p>　　a n CB=W52 l CB=0.045 m/s2 </p

32、><p>　　取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：</p><p>　　aA4 = aA4n + aA4τ = aA3n + aA4A3K + aA4A3r</p><p>　　大小: ? ω42 lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?</p><p>　　方向： ?

33、 //BA ⊥O4B //AO2 ⊥O4B ∥O4B</p><p>　　取加速度極點為π,加速度比例尺µa=0.01（m/s2）/mm,</p><p>　　aA4= uap’a4’=1.04m/s2 </p><p>　　aB=uapb’=2.4m/s2 </p><p>　　a S4=0.5aB=1.2m/s

34、2 </p><p>　　α= a A4τ/ lO4B =1.57rad/s2</p><p>　　ac= acBn + a cBτ+ aBn + a Bτ</p><p>　　大小 ? √ ? √ √ </p><p>　　方向 ∥XX //CB

35、⊥BC //AB ⊥AB</p><p>　　其加速度多邊形如圖1─3所示,有</p><p>　　aC= lπc·µa=1.76 m/s2</p><p>　　六.機構動態(tài)靜力分析</p><p>　　1. 4點靜力分析</p><p>　　取S6點為研究對象，分離5、6構件進行

36、運動靜力分析，作阻力體如圖1－4所示。</p><p>　　已知G6=700N，又ac5=0.55m/s2,那么我們可以計算</p><p>　　FS6= G6/g×ac =700/10×0.55=38.5N</p><p>　　又ΣF=P+G6+FS6+F45+FN=0</p><p>　　代入尺寸解得:F45=3474

37、.722N FN=-264.34N</p><p>　　對導桿4受力分析如圖1-5所示，加上慣性力，和慣性力矩</p><p>　　Fs4n =ω42 lO4S4G4/g =9.02N Fs4τ=αlO4S4 G4/g =5.26N Mi=αJS4=0.748N·m</p><p>　　由靜力平衡條件對O4點取矩有：∑Mo4=0 \</p&g

38、t;<p>　　G4lO4S4cos85°+F34 lO4A-FS4lo4s4-Mi-F54cos5°lO4SB=0</p><p>　　代入數(shù)據(jù)解得：F34=5065.6N</p><p>　　畫出力矩圖從圖中量出尺寸求得Fo4=1847N</p><p>　　對曲柄受力分析F34和F02大小相等方向相反即F02= F32=506

39、5.6N，因曲柄平M=F32lO2A=-562.215N·m,平衡力矩Mr=M=562.215N·m（逆時針為正）</p><p>　　2 . 10點靜力分析</p><p>　　取S6點為研究對象，分離5、6構件進行運動靜力分析，作阻力體如圖</p><p>　　已知G6=700N，又ac5=1.76m/s2,那么我們可以計算</p&g

40、t;<p>　　FS6= G6/g×ac =700/10×1.76=123.2N</p><p>　　又ΣF= G6+FS6+F45+FN=0</p><p>　　從受力圖中量出尺寸代入得 F45=123.7N FN=689.2N</p><p>　　對導桿4受力分析如圖1-5所示，加上慣性力，和慣性力矩，用靜力平衡分析

41、法解。</p><p>　　Fs4n =ω42 lO4S4G4/g =12.6N Fs4τ=αlO4S4 G4/g =19N Mi=αJS4=1.727N·m</p><p>　　由靜力平衡條件對O4點取矩有：∑Mo4=0 \</p><p>　　-G4lO4S4cos85°+F 34 cos20°lO4A+FS4lo4s4+Mi-

42、F54cos5°lO4SB=0</p><p>　　代入數(shù)據(jù)解得：F34=292.5N</p><p>　　做力矩圖如圖所示，從圖中量出尺寸求出FO4=324.8N</p><p>　　對曲柄受力分析F34和F02大小相等方向相反即F02= F32=292.5N，因曲柄平M=F32lO2A=32.2N·m,平衡力矩Mr=-M=-32.2N

43、3;m（逆時針為正）</p><p><b>　　七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖</b></p><p>　　統(tǒng)計12人的數(shù)據(jù)得到如下表</p><p>　　平衡力矩——位置變化曲線</p><p>　　速度——位置變化曲線</p><p>　　加速度——位置變化曲線</p><p>

44、　　位移——位置變化曲線</p><p><b>　　八．飛輪的設計</b></p><p>　　1.確定△Wmax </p><p>　　1>將各點的平衡力矩畫在坐標紙上，如下圖。平衡力矩所做的功可以通過數(shù)據(jù)曲線與橫坐標之間所夾得面積之和求的。依據(jù)在一個周期內及360°內，曲柄驅動力矩所做的功等于阻力力矩所做的功，即可求的驅動

45、力矩Md。在下圖中，橫坐標為曲柄轉角，一個周期2π，將一個周期變成180份，縱坐標軸為力矩： </p><p>　　Md=ΣSi/2π=【(x1+ x2)/2+ (x2+x3)/2…………】2°π/180°/2π=199.7 N.m</p><p>　　2>根據(jù)盈虧功的原理，求得各盈虧功值，并做能量指示圖，以曲柄的平均驅動力矩為分界線，求出各區(qū)段盈虧功值</

46、p><p>　　△W1=104.72 N.m </p><p>　　△W2=733.03 N.m </p><p>　　△W3=471.23 N.m </p><p>　　曲柄的平均驅動力矩Md= 199.7 N.m</p><p>　　曲柄的最大驅動力矩Md=570 N.m</p><p>　　△

47、Wmax=733.03N.m</p><p>　　JC=JO2+JO”.i2o”o2+JO1.i2o’o2=10.4(N.m2)</p><p>　　由最大盈虧功可以求得飛輪的轉動慣量</p><p>　　JF>=[900△Wmax]/(π2n2[﹠])— JC=167.93(N.m2)</p><p>　　因此可以設計出所需要求的飛輪

48、。</p><p><b>　　九.參考文獻</b></p><p>　　1.《機械原理》（第七版） 吳克堅 等 主編 高等教育出版社</p><p>　　2.《機械原理課程設計》曲繼方主編，機械工業(yè)出版社</p><p>　　3.《機構分析與設計》華大年等主編，紡織工業(yè)出版社</p><p>

49、;　　4.《機械運動方案設計手冊》鄒慧君主編，上海交通大學出版社</p><p>　　曲軸在4點時受力分析（u=10N/mm） 曲軸在10點時受力分析 </p><p>　　4點速度矢量圖，加速度矢量圖 運動靜力分析</p><p>　　u v=0.05m /s u a=0.01m/s2

50、 圖1—4 </p><p>　　10點速度，加速度圖，運動靜力分析</p><p>　　曲軸4點受力分析,力矩圖</p><p>　　圖1—5 曲軸10點受力分析