課程設(shè)計---牛頭刨床導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析、動態(tài)靜力分析

1、<p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課題名稱：機械原理課程設(shè)計</p><p>　　學 院：機電工程系</p><p>　　專業(yè)班級：機械設(shè)計制造及其自動化085</p><p><b>　　學 號： </b></p><p>

2、;<b>　　學 生： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p>　　2010 年 12 月 22 日</p><p>　　《機械原理課程設(shè)計》評閱書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p

3、><b>　　課程設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　牛頭刨床導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析、動態(tài)靜力分析；</p><p>　?。?）繪制機構(gòu)運動簡圖（兩個位置）；</p><p>　?。?）速度分析、加速度分析（兩個位置）；</p><p>　?。?）機構(gòu)受力分析（兩個位置求平衡力矩）；</p><

4、p>　?。?）繪制運動線圖。</p><p>　?。ㄉ鲜鏊捻椬髟谝粡?號圖紙上）</p><p><b>　　方案比較</b></p><p>　　選擇重要評價指標，將備選方案性能數(shù)據(jù)填入附表1，利用附表2所列評價指標計算公式將計算結(jié)果填入附表3。在附表3中以方案1為基準方案,(ACR)jk 為比較評定因素，其值為各方案的(AF)jk之比

5、（最小的為最佳方案）。</p><p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　了解簡單機械傳動系統(tǒng)運動設(shè)計及方案設(shè)計基本原理。</p><p>　　熟悉平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析、運動分析、動態(tài)靜力分析的基本知識。</p><p>　　熟練掌握常用機構(gòu)的分析與設(shè)計的基本知識和技能。</p><p

6、>　　機械原理課程設(shè)計是對機械的主體機構(gòu)進行運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要求，在此基礎(chǔ)上對機構(gòu)進行運動設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機械原理課程設(shè)計 牛頭刨床 結(jié)構(gòu)分析 運動分析 動態(tài)靜力分析</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘 要III</p><p

7、><b>　　1設(shè)計任務(wù)1</b></p><p>　　2 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析3 </p><p><b>　　2.1速度分析4</b></p><p>　　2.2加速度分析5 </p>&l

8、t;p>　　3 導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析6</p><p>　　3.1運動副反作用力分析6</p><p>　　3.2曲柄平衡力矩分析7</p><p><b>　　4 數(shù)據(jù)匯總9</b></p><p><b>　　5 方案比較10</b></p><p>&

9、lt;b>　　總 結(jié)11</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　1設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1.1 設(shè)計題目：牛頭刨床</p><p>　　機械原理課程設(shè)計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械運動學和動力

10、學分析與設(shè)計的訓練，是本課程的一個重要教學環(huán)節(jié)。其意義和目的在于：</p><p>　　以機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計為結(jié)合點，把機械原理課程設(shè)計的各章理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識。</p><p>　　培養(yǎng)學生獨立解決有關(guān)本課程實際問題的能力，使學生對于機械運動學和動力學的分析和設(shè)計有一個較完整的概念，具備計算、制圖和使用技術(shù)資料的能力。</p>&l

11、t;p>　　1.2 牛頭刨床機構(gòu)簡介</p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖 1-1。電動機經(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)桿機構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，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)率。為此刨床采

12、用有急回作用的導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約5H的空刀距離，見圖4-1，b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量。&

13、lt;/p><p><b>　　如圖 1-1</b></p><p>　　1.3 機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)</p><p><b>　　1.3.1機構(gòu)簡介</b></p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動機經(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)桿機構(gòu)2-3-4

14、-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(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。為此刨床采用急回作用得導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切

15、削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減少切削質(zhì)量和電動機容量。</p><p><b>　　1.3.2設(shè)計數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析</p><p>　　已知 曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，各構(gòu)件尺寸及中心位置，且刨頭導(dǎo)路x – x位于導(dǎo)桿端點B所作

16、圓弧高的平分線上，如圖1-2。</p><p>　　要求 作機構(gòu)的運動簡圖。并作機構(gòu)一到兩個位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動態(tài)靜力分析一起畫在一張0號圖紙上。</p><p>　　（其中，機構(gòu)的速度、加速度分析每人獨立分析，運動線圖需綜合一個小組的數(shù)據(jù)作圖。）</p><p>　　曲柄位置圖的做法如圖1-2。取1和8’為工作行程起點

17、和終點所對應(yīng)的曲柄位置，1’和7’為切削起點和終點所對應(yīng)的曲柄位置，其余2、3、…10等，是由位置1起，順方向?qū)⑶鷪A周作10等分（例，或者可以據(jù)運動情況分點）的位置。</p><p>　　已知 各構(gòu)件的重量G（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞中心的轉(zhuǎn)動慣量及切削力P的變化規(guī)律如圖1-1b。</p><p>　　要求 求一個位置的運動副反作用力及曲柄上所需的平衡

18、力矩。以上內(nèi)容和運動分析的內(nèi)容畫在同一張圖紙上。 </p><p><b>　　2.1 速度分析</b></p><p>　　1.選取長度比例尺µ，作出機構(gòu)在位置8 的運動簡圖。</p><p>　　如0號圖紙所示，選取µ=0.0025（m/mm)進行作圖，l表示構(gòu)件的實際長度，OA表示構(gòu)件在圖樣上的尺寸。作圖時，必須注意&

19、#181;的大小應(yīng)選得適當，以保證對機構(gòu)運動完整、準確、清楚的表達，另外應(yīng)在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關(guān)分析圖形的位置。</p><p>　　求從動件上運動副中心C的和</p><p><b>　　根據(jù)已知條件可得：</b></p><p>　　=6.70 rad/s</p><p>　　=×=

20、0.603 m/s</p><p>　　= + </p><p>　　方向：丄　　丄AO　　∥</p><p>　　大?。?？　　　　　　　 ？</p><p>　　根據(jù)速度矢量方程選取速度比例尺，繪制速度多邊形于A0圖紙上，得：</p><p>　　=×=0.4422 m/s</p

21、><p>　　=×=0.4221 m/s</p><p>　　=/=1.58 rad/s</p><p>　　由此可得：=0.916 m/s</p><p>　　列出C點速度矢量方程，作圖求解V、V</p><p>　　= + </p><p>　　方向：

22、 水平 丄BＯ BC </p><p>　　大?。?？ ωl ？</p><p>　　根據(jù)矢量方程作圖并選速度比例尺通過作圖，確定Ｃ點速度為</p><p>　　=0.916 m/s （ ）</p><p>　　方向：沿導(dǎo)軌水平向左</p&g

23、t;<p><b>　　2.2 加速度分析</b></p><p>　　列出Ｃ點加速度矢量方程式　　牽連速度為移動時</p><p>　　絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度</p><p>　　牽連運動為轉(zhuǎn)動時，（由于牽連運動與相對運動相互影響）</p><p>　　絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度＋哥氏

24、加速度</p><p>　　要求Ｃ點加速度，得先求出Ｂ點加速度，要求出B點的加速度，則需要求出A點的加速度，再根據(jù)A點的加速度作圖求出：</p><p>　　= a + =　 + + </p><p>　　方向： ？　 　 丄ＡＢ　 　 ∥ＡＢ　 丄ＡＢ</p><p>　　大?。海俊　ˇ豯

25、　　?。俊　ˇ豯 ? 2ωv</p><p>　　根據(jù)矢量方程繪制加速度多邊形于A0圖紙，可得：</p><p>　　a=4.380 m/s</p><p>　　得：=15.644 （ 逆時針 ）</p><p>　　= + + </p><p>　　方向

26、： 水平 ∥BC 丄BC 如圖</p><p>　　大?。?？ V/l ? 已求出（如圖）</p><p><b>　　由上式可得：</b></p><p>　　a= 8.8 m/s （ ）</p><p><

27、b>　　方向：水平向左</b></p><p>　　3導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析</p><p>　　3.1 運動副反作用力分析</p><p>　　已知 各構(gòu)件的重量G（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞重心的轉(zhuǎn)動慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律。</p><p>　　要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需

28、要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運動分析的同一張圖紙上。</p><p><b>　　動態(tài)靜力分析過程：</b></p><p>　　在分析動態(tài)靜力的過程中可以分為刨頭，搖桿滑塊，曲柄三個部分。</p><p>　　首先說明刨頭的力的分析如圖 1-3：</p><p><b>　　圖 1-3</b><

29、;/p><p>　　對于刨頭可以列出以下力的平衡方程式：</p><p>　　∑F=0 + + + = 0</p><p>　　方向： ∥y軸 與a6反向 ∥BC ∥y軸</p><p>　　大?。?800 -m6a6

30、 ? ?</p><p><b>　　以作圖法求得:</b></p><p>　　位置8 F16 = 800 N （ ）</p><p>　　=720 N （ ） </p><p><b>　　我們還可以得到：</b></p><

31、;p>　　F45 = F65</p><p><b>　　圖 1-4</b></p><p>　　同理，對于搖桿進行受力分析如圖 1-4所示：</p><p>　　對于搖桿滑塊機構(gòu)可以列出平衡方程式：</p><p>　　∑=0 + + + + + =

32、 0</p><p>　　方向: ∥BC ⊥O4B ∥a4 ∥y軸 ∥O4B ⊥ O4B</p><p>　　大小： F54 ？ m4a4 220 ? ?</p><p><b>　　力矩平衡方程式：</b>

33、;</p><p>　　∑M=0 F54× -× -Mi4-Fi4× hi4-G4× =0</p><p>　　由此可以求得R34的大?。? 1778.74 N 方向：垂直Ｂ向左上</p><p>　　F=940 N ( ← )</p><p>　　=80 N ( ↑ )<

34、/p><p>　　3.2 曲柄平衡力矩分析</p><p>　　根據(jù)曲柄受力平衡并在A0圖紙繪制出受力平衡分析，如圖 1-5，可得：</p><p><b>　　圖 1-5</b></p><p>　　M=×L=124.5 N·m ( 順時針 )</p><p><b&g

35、t;　　4 數(shù)據(jù)匯總</b></p><p>　　對全組數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計并分析，繪制出整個牛頭刨床運動情況相關(guān)參數(shù)的曲線圖：</p><p><b>　　速度、加速度曲線</b></p><p><b>　　位移、力矩曲線</b></p><p><b>　　5方案比較</b

36、></p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計我有了很多收獲。首先，通過這一次的課程設(shè)計，我進一步鞏固和加深了所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械所涉及的實際問題的能力。對平面連桿機構(gòu)有了更加深刻的理解，為后續(xù)課程的學習奠定了堅實的基礎(chǔ)。而且，這次課程設(shè)計過程中，與同學激烈討論，

37、團結(jié)合作，最終完美的實現(xiàn)了預(yù)期的目的，大家都受益匪淺，也對這次經(jīng)歷難以忘懷。</p><p>　　其次通過這次課程設(shè)計，對牛頭刨床的工作原理及內(nèi)部各傳動機構(gòu)及機構(gòu)選型、運動方案的確定以及對導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析有了初步詳細精確的了解，這都將為我以后參加工作實踐有了很大的幫助。非常有成就感，培養(yǎng)了很深的學習興趣。</p><p>　　我在這次設(shè)計中感到了合作的力量，增強了自己的團隊精神。這將使我受

38、益終生。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 機械工程手冊編輯委員會編．機械設(shè)計手冊【M】．第3版．北京：機械工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[2] 作者．機械設(shè)計手冊【M】．第3版．北京：機械工業(yè)出版社，2008．P56-P78</p><p>　　[3] 作者．論文名稱