機械原理課程設(shè)計---牛頭刨床機構(gòu)綜合與分析

1、<p><b>　　機械原理</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計課題：牛頭刨床機構(gòu)綜合與分析</p><p><b>　　系 別：</b></p><p>　　班 級： </p><

2、;p><b>　　學(xué) 號：</b></p><p>　　姓 名： </p><p><b>　　指導(dǎo)老師： </b></p><p><b>　　日 期：</b></p><p><b>　　目 錄</b>

3、</p><p>　　前言…………………………….……….................…………… 3</p><p><b>　　設(shè)計項目</b></p><p>　　機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)…………………...........…………….…..3</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b><

4、/p><p>　　機構(gòu)簡圖的繪制…………………………….……….......………5</p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析……………………………….….....…… 6</p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析…………………………........…......10</p><p>　　凸輪機構(gòu)的設(shè)計……………………………………….….……13

5、</p><p>　　飛輪機構(gòu)的設(shè)計……………………………………….….……14</p><p>　　5. 心得體會………………………………………………….15</p><p>　　6. 參考文獻……………………………………..………….....16 </p><p><b>　　前 言</b></p>

6、<p>　　機械原理課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校機械類學(xué)生第一次全面的機械運動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的訓(xùn)練，是本課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。起目的在于進一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的獨立解決有關(guān)課程實際問題的能力，使學(xué)生對于機械運動學(xué)和動力學(xué)的分析和設(shè)計有一個比較完整的概念，具備計算，和使用科技資料的能力。</p><p><b>　　設(shè)計項目</b></p><

7、p><b>　　牛頭刨床機構(gòu)簡介</b></p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖4-1。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，

8、以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(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

9、質(zhì)量和減小電動機容量。</p><p><b>　　設(shè)計數(shù)據(jù) </b></p><p><b>　　設(shè)計數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析（見1號圖紙）</p><p>　　已知 曲柄每分

10、鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點B</p><p>　　所作的圓弧高的平分線上。</p><p>　　要求 做機構(gòu)的運動簡圖，并作機構(gòu)兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動靜力分析一起畫在1號圖紙上。</p><p>　　曲柄位置圖的作法為取1和8為工作形成起點和終點對應(yīng)的曲柄位置，1和7為切削起點和終點所對

11、應(yīng)的位置，其余2，3…12等，是由位置1起順2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置。</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　1）設(shè)計導(dǎo)桿機構(gòu)。 按已知條件確定導(dǎo)桿機構(gòu)的未知參數(shù)。其中滑塊6的導(dǎo)路x-x的位置可根據(jù)連桿5傳力給滑塊6的最有利條件來確定，即x-x應(yīng)位于B點所畫圓弧高的平分線上（見1號圖紙）</p><p>　　2

12、）作機構(gòu)運動簡圖。選取比例尺畫出機構(gòu)的兩個極限位置(用雙點劃線)及位置3、9的運動簡圖，其中一個位置用粗線畫出。曲柄位置的做法見1號圖紙；取滑塊6在上極限時所對應(yīng)的曲柄位置為起始位置1，按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分，得十二個曲柄位置，顯然位置8對應(yīng)于滑塊6處于下極限的位置，其中8和8’重合。共計13個機構(gòu)位置。</p><p>　　3）作速度，加速度多邊形。選取速度比例尺=0.02（）和加速度比例尺=0.16（），用

13、相對運動圖解法作該兩個位置的速度多邊形和加速度多邊形，并將起結(jié)果列入表。</p><p>　　4)作滑塊的運動線圖。根據(jù)機構(gòu)的各個位置，找出滑塊6上C點的各對應(yīng)位置，以位置1為起始點，量取滑塊的相應(yīng)位移，取位移比例尺（），作（t）線圖。為了能直接從機構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移。然后根據(jù)（t）線圖用圖解微分法（弦線法）作出滑塊的速度（t）線圖，并將結(jié)果與其相對運動圖解法的結(jié)果比較。</p><p&

14、gt;　　5）繪制滑塊的加速度線圖（見1號圖紙）</p><p>　　.導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析</p><p>　　1).選取長度比例尺µ，作出機構(gòu)在位置9運動簡圖。</p><p>　　如一號圖紙所示，選取µ=l/OA（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µ的大小應(yīng)選得適當(dāng)，以保證對機構(gòu)運

15、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>　　2.)求原動件上運動副中心A的v＇和a </p><p>　　v=ω2 l ＝0.8294m/s</p><p>　　式中v——A點速度（m/s） 方向丄AO</p><p>　　a=ω2 l=6.2534m/s</p&

16、gt;<p>　　式中a——A點加速度（m/s）,方向A →O</p><p>　　3.位置3處構(gòu)件的速度分析</p><p><b>　　（1）對A點：</b></p><p>　?。諥3　?。健　+ 　　vA3A2</p><p>　　方向： 丄A3O4

17、丄A3O2 ∥A3A2</p><p>　　大?。???？　　　　　ω2 lAO2　　　　？</p><p>　　線段： pa3 pa2 a3a2</p><p>　?。ǎ玻┒ǔ鏊俣缺壤摺　≡趫D紙中，取p為速度極點，取矢量pa2代表v,則速度

18、比例尺µ（m? s/mm）</p><p>　　µ==0.02 m?s/mm</p><p>　?。ǎ常┳魉俣榷噙呅?，求出ω、ω根據(jù)矢量方程式作出速度多邊形的pd部分，則v (m/s)為</p><p>　　v=µpa=0.8294m/s</p><p>　　ω= v/ l=1.2911rad/s</p&g

19、t;<p>　　其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><p>　　由速度影像法，得出VB3=0.6400m/s</p><p>　　B點速度為Ｖ，方向與v同向.</p><p><b>　　（４）C點</b></p><p>　　Vc3= ＶB3 + VC3B3</p><p>

20、　　方向：水平 丄B3O 丄B3C3</p><p>　　大?。?？ 0.6400m/s ？</p><p>　　線段：pc3 pb3 c3b3</p><p>　　通過作圖，確定Ｃ點速度為</p><p>　　V=µbc=0.4800m/s</p&g

21、t;<p>　　V＝µpc=1.0000m/s</p><p>　　式中V——Ｃ點速度，方向為p→c。</p><p>　?。矗恢?處構(gòu)件的加速度分析</p><p>　　（１）列出Ｃ點加速度矢量方程式　　牽連運動為移動時</p><p>　　絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度</p><p>

22、;　　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＋哥氏加速度</p><p><b>　　對B點：</b></p><p>　　a3= a3 + a3=　 aA2 + aKA3A2 + arA3A2</p>

23、<p>　　方向：？　　 ∥A3O4 　 丄A3O4　A2→O2　 丄A3O4　 ∥A3O4</p><p>　　大?。?？　　 ωLA3O4　　　？　　 ωLA3O2 2ω4VA3A2 ？</p><p>　　線段： p，a3” a3”a3’

24、p， a,2 a,2k’ k’a3,</p><p>　　(2)定出加速度比例尺　　在1號圖紙中取p，為加速度極點，取加速度比例尺</p><p>　　µ=0.1600m/s/mm</p><p>　　(3)作加速度多邊形，可求出a3、arA3A2的值,同時， 由加速度影像法，可求得aB

25、3= 0.4800 m/s </p><p><b>　　(4)對C點：</b></p><p>　　aC3 = aB3 + aC3B3</p><p>　　方向： 水平 ∥A3O4 丄C3B3</p><p>　

26、　大小： ？ 0.4800 m/s ？</p><p>　　線段： p,c3, p,b,3 c,3b,3 </p><p><b>　　由上式可得：</b></p><p>　　aC3B3= 1.9200m/s</p>

27、;<p>　　aC3 =4.3200m/s</p><p>　　同理，可以求出位置九的速度和加速度</p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析</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</p><p>　　心的轉(zhuǎn)動慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律。</p>&

28、lt;p>　　要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運動分析的</p><p><b>　　同一張圖紙上。</b></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&g

29、t;　　對構(gòu)件在位置9時進行拆分桿組（見1號圖紙），求各個構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩：</p><p>　　連桿4：Pi4=-m4·as4=-G4/g·(µ·P,S4)=-98.7755N</p><p>　　Mi4=- Js4αs4=-Js4·)(µ·atp,b,9)/lO4BS4=-20.3852N·m（即

30、順時針方向）</p><p>　　構(gòu)件6：Pi6=-m6·as6=-G6/g·(µ·P,C,9)=-496N(即與as6的方向相反)</p><p><b>　　對于刨頭：</b></p><p>　　∑F=0 , G6 + Pi6 + P45 + P16=0</

31、p><p>　　方向：∥y軸 與a6反向 ∥BC ∥y軸</p><p>　　大小： 620 496 ? ?</p><p>　　按µN=10N/mm的比例做力多邊形（見1號圖紙），可求得: P45 =490N，方向為由B指向C</p><p>　　對于搖桿滑塊機構(gòu)可以列出平衡方

32、程式：</p><p>　　∑F=0 ， P54 + P23 + Pi4 + G4 + P14=0</p><p>　　方向: ∥BC ⊥O4B9 ∥a4 ∥y軸 ?</p><p>　　大?。?490N ？ 98

33、.7755N 220N ?</p><p>　　按µN=10N/mm的比例做力多邊形（見1號圖紙），求得P23=1300N, P14=710N</p><p>　　在搖桿上可以得到P23 =- P32</p><p>　　對曲柄：由1號圖紙上直接量取h1</p><p>　　∑M=0 , P32·

34、;h1+Mb=0</p><p>　　求出Mb=20.8361N</p><p>　　凸輪機構(gòu)設(shè)計（見圖2） </p><p>　　已知 擺桿9為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角，遠休止角s，回程運動角</p><p>　　’，擺桿長度lo9D=130mm，最大擺角max=15，許用壓力角[]=42；凸輪與曲柄共軸。</p>

35、<p>　　要求 確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，凸輪實際輪廓線。以上內(nèi)容做</p><p><b>　　在2號圖紙上。</b></p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　由從動件運動規(guī)律得：推程運動段ωm=Φ/t=12π/25rad/s, ωmax=2ωm=24π/25 α=

36、ωmax/t=34.74 rad/s2 ?；爻踢\動段ω，m=Φ，/t=36π/65rad/s, ω，max=2ωm=72π/65，α，=ω，max /t=46.25 rad/s2</p><p>　　然后用幾何作圖法直接繪出（φ）及φ（ψ）線圖。（詳見2號圖紙）</p><p>　　2)用幾何作圖法按許用壓力角[а]作出凸輪軸心的安全區(qū)，求出基圓半徑r=46mm,凸輪回轉(zhuǎn)中心O至從動件擺

37、動中心O的距離l OO9=148mm。按φ（ψ）線圖劃分ψ角時，可將其所對的弧近視看成直線，然后根據(jù)三角形相似原理，用圖解法按預(yù)定比例分割ψ角所對應(yīng)的弧，自從動件擺動中心O作輻射線與各分割點想連，則ψ角便按預(yù)定比例分割。（詳見2號圖紙）</p><p>　　3）根據(jù)凸輪轉(zhuǎn)向，擺桿長l OD，和以上求得的r，l OO9，由反轉(zhuǎn)法畫出凸輪理論廓線，然后，再選取滾子半徑rT=0.1ro，畫出凸輪的實際廓線。</p

38、><p><b>　　（詳見2號圖紙）</b></p><p><b>　　飛輪設(shè)計（見圖3）</b></p><p>　　已知 及其運動的速度不均勻系數(shù)，由動態(tài)靜力分析所得的平衡力矩My,具有定轉(zhuǎn)</p><p>　　動比的各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量J，電動機、曲柄的轉(zhuǎn)速no’、n2及某些齒輪的齒數(shù)。驅(qū)動&l

39、t;/p><p><b>　　力矩為常數(shù)。</b></p><p>　　要求 用慣性力法確定安裝在軸O2上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF。以上內(nèi)容做在2號圖紙上。</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　列表匯集同組同學(xué)在動態(tài)靜力分析中求得的機構(gòu)位置的平衡力矩M，以力矩比例尺μ和角度比例尺

40、μ繪制一個運動循環(huán)的動態(tài)等功阻力矩Md= Mr（φ）線圖。對 </p><p>　　Mr（φ）用圖解積分法求出在一個運動循環(huán)中的阻力功Ar= Ar（φ）線圖。</p><p>　　各機構(gòu)位置平衡力矩對應(yīng)表</p><p>　　繪制驅(qū)動力矩Md所作的驅(qū)動功Ad= Ad（φ）線圖。因Md為常數(shù)，且一個運動循環(huán)中驅(qū)動功等于阻力功，故將一個循環(huán)中的Ar= Ar（

41、φ）線圖的始末兩點 以直線相連，即為Ad= Ad（φ）線圖。</p><p>　　求最大盈虧功△Emax。將Ad= Ad（φ）與Ar= Ar（φ）兩線圖相減，即得一個運動循環(huán)中的動態(tài)盈虧功線圖△E = △E（φ）。該線圖的縱坐標最高點與最低點的距離，即表示最大盈虧功△Emax確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J。由所得的△Emax，按下式確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量</p><p>　　J=900△Emax /π2

42、n22δ</p><p>　　按照上述步驟得到飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為JF=179.5681</p><p>　　心得體會 </p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我才發(fā)現(xiàn)我與同學(xué)之間的差距，別人半天能夠解決的問題，我需要一天才能夠完成，究其原因，還是理論基礎(chǔ)不夠扎實，處理問題的思維沒有懂得系統(tǒng)化，全局化，常常是畫了一下又要擦掉，從而浪費了很多時間。見賢

43、思齊，在這次實踐的過程中不僅使自己將相關(guān)知識掌握的更加牢固，更學(xué)到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制,同學(xué)們所表現(xiàn)出來的積極向上勤奮好學(xué)的精神更值得我們在今后的學(xué)習(xí)生活中一直保持下去。</p><p>　　最后我要感謝指導(dǎo)老師對我們的悉心指導(dǎo)，感謝全班同學(xué)的團結(jié)協(xié)作，是你們耐心的幫助我解答我遇到的每一個問題和疑問，才能使我

44、順利的完成這次課程設(shè)計。謝謝你們的幫助。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]《機械原理課程設(shè)計手冊》龔建新主編，高等教育出版社，2010</p><p>　　[2]《機械原理》高中庸等主編，華中科技大學(xué)出版社，2011</p><p>　　[3]《工程力學(xué)》龔良貴主編，北京航天航空大