牛头刨床---机械原理课程设计

机械原理学院：大连海事大学轮机工程学院专业：08级轮机工程（陆上）姓名：李兴，赵春龙，王青班级：2班指导老师：毕艳丽2010年7月14日目录课程题目与目的……………………………1.1设计的题目1.2设计的目的机构简介……………………………………设计内容……………………………………3.1导杆机构的运动分析3.2导杆机构的动态静力分析3.3程序设计，速度，加速度3.4飞轮的设计3.5凸轮的设计总结与体悟…………………………………1.1题目：牛头刨床机构的课程设计目的：此课程设计主要以牛头刨床为主要设计对象，并依据具体设计数据对机构进行动静态分析与总结。从中学到以下个知识与技能。1.通过本次设计，综合运用所学的知识，理论联系实际去分析和解决与课程相关的工程问题，并进一步巩固和加深所学的理论知识2.得到拟定运动方案的训练，并且有初步的机械选型与组合及确定传动方案的能力，培养开发和创新机械产品的能力。3.掌握机械运动方案设计的内容，方法，步骤，并对运动分析与设计有一个较完整的概念4.进一步提高运算，绘图，表达及运用计算机和查阅有关技术资料的能力5.通过编写说明书，答辩与及课后思考，培养表达，归纳，总结和独立思考的能力6.通过以小组为单位，各人分工合作的路径，有效锻炼了集体意思及团队合作的能力。大大加深了对团队的理解与协作的理解2.1简介：牛头刨床是一种用于平面切屑加工的机床，主要由齿轮机构，导杆机构和凸轮机构等组成（图1-1所示及为其实物简图）。如图1-2所示即为本次课程设计的机型。电动机通过减速装置（图中只画出齿轮Z1，Z2）使曲柄2转动，再通过导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6与刨刀作往复切屑运动。工作行程时，刨刀速度要稳定，空回行程时，刨刀要快速退回，即要有机会作用。切屑阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。刀具与工作台之间的进给运动，是由固结于轴O2上的凸轮驱动摆动从动件O7D和其他有关机构（图中未画出）来完成的。为了减小机械的速度波动，在曲柄轴O2上安装一调速飞轮。切屑阻力图1-2中。此图为牛头刨床的实物简图1-1设计的牛头刨床的运动简图1-2：杆长LBC=135mm，摇杆摆动角度为33°，行程速比系数为K=1.44898，在运动分析中即以转过75°为例分析。234ACXFx63375c'BB'图1-2设计数据牛头刨床的设计具体参数如1-3图所示：内容导杆机构设计与运动分析导杆机构的动静力分析及飞轮符号n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6Js4G4G6Fxyf[&]单位r/minmmkg.m2Nmm参数60380110540135270240501.12007007000800.15图1-3轮O1与轮O2为齿轮传动机构，其具体参数如下图：内容齿轮机构设计符号z1z2ma单位mm（°）参数1040620°飞轮机构的具体参数如下图：内容凸轮机构设计符号￠lo7D[a]&0&01&0&02运动规律单位°mm°等加速数据1512540751075200等减速以上数据即为本次设计的参数的具体数值大小，在以下的具体计算以及具体分析运动过程中均以具体数值为基本。3.1导杆机构的运动分析【当曲柄位置为75°】①速度分析由运动已知曲柄上A(A2，A3，A4)点开始，列两构件重合点间速度适量的方程，求构件4上A点的速度vA4。因为vA2=vA3=ω2lO2A=2xπn2/60xlO2A=2xπx60/60x0.11m/s=0.6908m/svA4=vA3+vA4A3大小？√√方向⊥O4A⊥O2A∥O4A取极点p，按比例尺μv=0.005（m/s）/mm作速度图（与机构简图绘在同一图样上），如图所示，并求出构件4（3）的角速度ω4和构件4上B点的速度vB以及构件4与构件3上重合点A的相对速度vA4A3。因为PA3A4vA4=μvPa4=0.005x124.11m/s=0.62m/sLo4A=483.65mmω4=vA4/lO4A=0.62/0.48365=1.283rad/svB=ω4lO4B=1.283x0.54=0.69m/svA4A3=μa4a3=0.005x58.37m/s=0.29185m/s对构件5上B、C点，列同一构件两点间的速度矢量方程：vC=vB+vCB大小？√？方向∥xx√⊥BCcbA4A3PvC=μvPc=0.005x137.72m/s=0.69m/sω5=vCB/lBC=0.005x16.72/0.135=0.62rad/s②加速度分析由速度已知曲柄上A(A2A3A4)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件4上A点的加速度aA4,因为：aA2=aA3=W2lo2A=(2πn2/60)Xlo2A=(2xπx60/60)x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=W24lo4A=1.2832x0.48365=0.796m/s2aKA4A3=2W3VA4A3=2x1.283x0.29185=0.75m/s2aNCB=W25lCB=0.622x0.135=0.0519m/s2aA4=aNA4+aTA4=aA3+aKA4A3+aRA4A3大小√？√√?方向A→O4⊥O4AA→O2⊥O4A∥O4A取极点P’,按比例尺0.01(m/s2)/mm做加速度图（与机构简图和速度分析矢量绘在同一样的图上）如下图所示，由影像原理求得构件4上B点和质心S4点的加速度aB和aS4,用构件4上的A点的切向加速度aTA4求构件4的角加速度度a4.A4N4A3kp's4b'aA4=uap’a4’=0.01X136.76=1.3676m/s2aB=uapb’=0.01x152.69=1.53m/s2aS4=0.5aB=0.5x1.53=0.76m/s2a4=atA4/lo4A=0.01x111.21/0.43865=2.54rad/s2(顺时针)aC=aB+aCB+atCB大小？√√?方向//xx√C→B⊥BCA4N4A3kp'b'c'aC=uap’c’=0.01x134.02=1.34m/s2a5=atCB/lBC=0.01x71.3/0.135=5.281m/s2当曲柄为运动简析图中B’C’即为122°时。①速度分析：①速度分析由运动已知曲柄上A(A2，A3，A4)点开始，列两构件重合点间速度适量的方程，求构件4上A点的速度vA4。因为vA2=vA3=ω2lO2A=2xπn2/60xlO2A=2xπx60/60x0.11m/s=0.6908m/svA4=vA3+vA4A3大小？√√方向⊥O4A⊥O2A∥O4A取极点p，按比例尺μv=0.005（m/s）/mm作速度图（与机构简图绘在同一图样上），如图所示，并求出构件4（3）的角速度ω4和构件4上B点的速度vB以及构件4与构件3上重合点A的相对速度vA4A3。A4A3pvA4=μvPa4=0.005x114.53m/s=0.57m/sLo4A=496.43mmω4=vA4/lO4A=0.57/0.49643=1.154rad/svB=ω4lO4B=1.154x0.54=0.62m/svA4A3=μa4a3=0.005x28.88m/s=0.1444m/s对构件5上B、C点，列同一构件两点间的速度矢量方程：vC=vB+vCB大小？√？方向∥xx√⊥BCbcA4A3pvC=μPc=0.005x123.23m/s=0.62m/sω5=vCB/lBC=0.005x8.75/0.135=0.32rad/s②加速度分析：由速度已知曲柄上A(A2A3A4)点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件4上A点的加速度aA4,因为：aA2=aA3=W2lo2A=(2πn2/60)Xlo2A=(2xπx60/60)x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=W24lo4A=1.154x1.154x0.49643=0.66m/s2aKA4A3=2W3VA4A3=2x1.154x0.1444=0.33m/s2aNCB=W25lCB=0.32x0.32x0.135=0.013824m/s2aA4=aNA4+aTA4=aA3+aKA4A3+aRA4A3大小√？√√?方向A→O4⊥O4AA→O2⊥O4A∥O4A取极点P’,按比例尺0.01(m/s2)/mm做加速度图（与机构简图和速度分析矢量绘在同一样的图上）如下图所示，由影像原理求得构件4上B点和质心S4点的加速度aB和aS4,用构件4上的A点的切向加速度aTA4求构件4的角加速度度a4.N4'a4'kA3'p'b'aA4=uap’a4’=0.01X81.81=0.82m/s2aB=uapb’=0.01x88.99=0.89m/s2aS4=0.5aB=0.445m/s2a4=atA4/lo4A=0.01x48.34/0.49643=0.974m/s2aC=aB+aCB+atCB大小？√√?方向//xx√C→B⊥BCc'N4'a4'kA3'p'b'aC=uap’c’=0.01x58.53=0.59m/s2a5=atCB/lBC=0.01x67.75/0.135=5.02m/s2以上两种情况分别为曲柄转过75°和122°时加速度与速度的瞬时分析，这种分析有助于后面的动态静力分析。取任意两点的目的也是为了消除特殊性，使计算更为准确。3.2动态静力分析(当曲柄位置为75°时)首先依据运动分析结果，计算构件4的惯性力FI4（与aS4反向）、构件4的惯性力矩MI4（与a4反向，逆时针）、构件4的惯性力平移距离lhd（方位：右上）、构件6的惯性力矩FI6（与aC反向）。F14=m4aS4=gG4aS4=81.9200×0.76=15.49NM14=a4JS4=2.54×1.1N·m=2.79N/mLh4=1414FM=49.1579.2m=0.180m=180mmFI6=m6aS6=gG6aS6=81.9700×1.34N=95.617N1.取构件5、6基本杆组为示力体（如图所示）因构件5为二力杆，只对构件（滑块）6做受力分析即可，首先列力平衡方程：∑=oFFR65=—FR56FR54=—FR45FR16+Fr+F16+G6+FR56=0大小？√√√？方向⊥xx∥xx∥xx⊥xx∥BC按比例尺μF=10N/mm作力多边形，如图所示，求出运动副反力FR16和FR56。B俩图均为杆件5，6的受力分析。按比例尺10N/mm作里多边形G6F16FrFR16FR16=10×45.48=454.8NFR56=10×710=7100N对C点列力矩平衡方程：∑=0McFR16lx+F16yS6=FryF++G6xS6Lx=454.85054.89240700807000xxx−+=1590.860mm2.取构件3、4基本杆组为示力体（如图所示）首先取构件4，对O4点列力矩平衡方程（反力FR54的大小和方向为已知），求出反力FR34：FR54=—FR45FR34=—FR43FR54Fr4332,58Fr144o4G4bAlh3lh2lh1构件4的受力分析∑=04OMFR54×lh1+FI4×lh2+G4×lh3﹣FR34lO4A=0FR34=[7100x536.05+15.49x399.19+200x32.58]/483.65=7895.49N再对构件4列力平衡方程，按比例尺μF=10N/mm作力多边形如图所示。求出机架对构件4的反力FR14：∑=0FFR54+G4+FI4+FR34+FR14=0大小√√√√？方向∥BC⊥xx√⊥O4A？Fr43FR14FR45G4FR54FR14=10X87.77=877.7N3.取构件2为示力体（如图所示）FR12FR32A02MbFR34=—FR43FR32=—FR23∑=0FFR23+FR12=0FR12=7889.73N∑=02OMFR32×lh－Mb=0Mb=7889.73X99.35/1000=783.85N.m当曲柄位置为122°时的动态静力分析。首先依据运动分析结果，计算构件4的惯性力FI4（与aS4反向）、构件4的惯性力矩MI4（与a4反向，逆时针）、构件4的惯性力平移距离lhd（方