牛头刨床机械原理课程设计说明书

-1-目录一、设计题目与原始数据………………………………………………………………1二、牛头刨床示意图……………………………………………………………………1三、导杆机构设计………………………………………………………………………2四、机构的运动分析……………………………………………………………………3五、机构的动态静力分析………………………………………………………………9六、飞轮设计………………………………………………………………………………14七、凸轮设计………………………………………………………………………………15八、齿轮设计………………………………………………………………………………17九、解析法…………………………………………………………………………………191.导杆机构设计………………………………………………………………………………192.机构的运动分析……………………………………………………………………………193.机构的动态静力分析………………………………………………………………………224.凸轮设计……………………………………………………………………………………23十、本设计的思想体会…………………………………………………………………27十一、参考文献……………………………………………………………………………36-1-一、设计题目与数据1．题目牛头刨床的综合设计与分析2．原始数据刨头的行程H=600mm行程速比系数K=1.8机架长LO2O3=370mm质心与导杆的比值LO3S4/LO3B=0.5连杆与导杆的比值LBF/LO3B=0.3刨头重心至F点距离XS6=210mm导杆的质量m4=20刨头的质量m6=52导杆的转动惯量JS4=0.9切割阻力FC=1400N切割阻力至O2的距离YP=165mm构件2的转速n2=80许用速度不均匀系数[δ]=1/30齿轮Z1、Z2的模数m12=16小齿轮齿数Z1=18大齿轮齿数Z2=42凸轮机构的最大摆角φmax=18º凸轮的摆杆长LO4C=130mm凸轮的推程运动角δ0=60º凸轮的远休止角δ01=10º凸轮的回程运动角δ0'=60º凸轮机构的机架长Lo2o4=140mm凸轮的基圆半径ro=50mm凸轮的滚子半径rr=15mm二、牛头刨床示意图-2-图1三、导杆机构设计1、已知：行程速比系数K=1.8刨头的行程H=600mm机架长度LO2O3=370mm连杆与导杆的比LBF/LO3B=0.32、各杆尺寸设计如下A、求导杆的摆角：ψmax=180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.8-1）/（1.8+1）=51°B、求导杆长：LO3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=600/[2sin（51°/2）]=691.43mmC、求曲柄长：-3-LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）=370×sin25.5°=161mmD、求连杆长LBF=LO3B×LBF/LO3B=691.43×0.3=207.4mmE、求导路中心到O3的距离LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B{1-[1-cos(ψmax/2)]/2}=658mmF、取比例尺μL=0.005m/mm在A1图纸中央画机构位置图，大致图形如下：图2四、机构的运动分析已知：曲柄转速n2=80rpm各构件的重心：构件6的重心：XS6=210mm-4-第3点：A、速度分析○1求VA3VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.161×80π/30=1.34m/s○2求VA44AV=A3V+A4A3V大小：？1.34？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μV=VA3/Pa3=0.02mmsm/在A1图的左下方画速度多边形○3求VB用速度影像求VB=75×0.02=1.50m/s○4求VFFV=BV+FBV大小：？1.50？方向：水平∥导路⊥BF接着画速度多边形由速度多边形求得：VF=pf———μV=72×0.02=1.44m/s方向水平向右○5求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=2.17rad/S○6求VA4A3VA4A3=a3a4×μV=42×0.02=0.84m/s方向如速度图A1左下B4’所示B、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=2.19m/s2②求aA3-5-aA3=aA2=ω22×LO2A=11.28m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=2.86m/s2方向：A→O3④求aA4A4na+A4ta=A3a+A4A3ka+A4A3ra大小：2.86？11.282.19?方向：A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A取μa=aA3/pa3=0.11mmsm2/在A1图的左下方画加速度多边形大致图形如A1图C4’aA4=pa4×μa=3.74m/s2⑤求aB方向如A1图C4’所示用加速度影像求aB=3.8m/s2Fa=Ba+FBna+FBta大小：？10.40.01?方向：水平√F→B⊥BF接着画加速度多边形由加速度多边形求得：aF=p’f’×μa=10.53m/s2水平向右第4点：A、速度分析○1求VA3VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.0927×80π/30=0.78m/S4AV=A3V+A4A3V大小：？0.78？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μv=VA3/Pa3=0.015mmsm/在A1图的左下方画速度多边形-6-大致图形如A1图B5所示○3求VB用速度影像求VB=3.74m/s;○4求VFFV=BV+FBV大小：？.1.275？方向：水平∥导路⊥BFVF=pf——μV=1.28m/s○5求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=1.03rad/s○6求VA4A3VA4A3=a3a4———×μV=0.12m/sB、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=0.3m/s2②求aA3aA3=aA2=ω22×LO2A=6.5m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=0.77m/s2方向：A→O3④求aA4A4na+A4ta=A3a+A4A3ka+A4A3ra大小0.79？6.50.3?方向：A→O3⊥O3A√如图6∥O3A取μa=aA3/pa3———=0.035mmsm2/在A1图的左下方画加速度多边形大致图形如A1图C5所示-7-aA4=pa4×μa=1.05m/s2⑤求aB用加速度影像求aB=44×0.035=1.54m/s2方向如A1图C5所示⑥求aFFa=Ba+FBna+FBta大小：？1.50.05?方向：水平√F→B⊥BF接着画加速度多边形由加速度多边形得：aF=p′f′————×μa=1.1m/s2方向：水平向右第9点：A、速度分析○1求VA3VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.0927×80π/30=0.78m/S○2求VA44AV=A3V+A4A3V大小?0.780方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μV=VA3/Pa3=0.015mmsm/在A1图的左下方画速度多边形大致图形如A1图B11所示○3求VB用速度影像求VB=66×0.015=0.99m/s○4求VFFV=BV+FBV大小：?0.99?方向：水平∥导路⊥BF-8-VF=pf——μV=0.98m/s方向水平向左○5求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=0.8rad/S方向：顺时针○6求VA4A3VA4A3=a3a4×μV=0.66m/s方向如速度A1图B11所示B、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=2×0.8×0.66=1.0m/s2方向如速度A1图C11所示②求aA3aA3=aA2=ω22×LO2A=6.5m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=0.45m/s2方向：A→O3④求aA4图8A4na+A4ta=A3a+A4A3ka+A4A3ra大小：0.45？6.51.0?方向：A→O3⊥O3A√如图∥O3A取μa=aA3/pa3=0.05mmsm2/在A1图的左下方画加速度多边形大致图形如该A1图C11所示aA4=pa4×μa=5.5m/s2⑤求aB用加速度影像求aB=212×0.05=10.6m/s2方向如A1图C11所示⑥求aFFa=Ba+FBna+FBta大小：？10.60.01?方向：水平√F→B⊥BF接着画加速度多边形-9-由加速度多边形得：aF=fp'×μa=10.6m/s2方向：水平向左在A1图纸左上角绘制刨头的运动线图。大致图形如A1图左上D所示曲柄位置名称结果12344’56SF00.020.0680.1400.160.2120.276VF00.61.01.281.21.120.92aF10.538.14.21.1-0.03-2.4-0.6曲柄位置名称结果788’91010’1112SF0.3040.3120.320.2640.1880.20.1000.016VF0.44-0.280-0.98-1.4-1.6-1.28-0.68aF-10.5-12-11.3-10.6-2.7-0.047.212.6五、机构的动态静力分析已知:导杆的质量m4=16Kg刨头的质量m6=68Kg(其余质量忽略不计)导杆绕重心的转动惯量JS4=1.6Kgm切削阻力为常数大小为FC=1600N1.确定惯性力、惯性力矩第4点：F16=-m6×aF=-68×1.1=-74.8NF14=-m4×as=-16×0.77=-12.32NM14=-1.6×α4=-1.1Nmh=M14/F14=1.1/12.32=0.09m第9点：-10-F16=-m6×aF=-68×10.6=720.8NF14=-m4×aS=-16×5.5=-88NM14=-JS4×α4=-7.79Nmh=M14/F14=7.79/88=0.09m将计算结果汇总在如下表中：曲柄位置导杆4刨头F14M14Lh4F164点12.321.10.0974.89点887.790.09720.82.确定齿轮2的重量查指导书得齿轮2的重量G2=500N3.确定各运动副反力第4点:A、取构件5、6为示力体在机构位置图上方绘制示力体图，如右：比例尺为：μL=0.005m/mm大致图形如图10：FC+6G+I6F+FR45+R76F=0上式中只有FR45、FR76的大小未知取力比例尺：μP=Fc/ab——=20N/mm在机构位置图下面画力多边形大致图形如A1图H5求得：FR45=de——×μP=1680N方向与力多边形中de的方向一致FR76=ea——×μP=32×20=640N方向：垂直导路向上∑MF=0：FC（LO2M-YP）+G6×XS6=FR76h76h76=[Fc×(LO2M-YP)+G6×XS6]/R76=0.0206m-11-B、取构件3、4为示力体在机构位置图右侧绘制示力体图,比例尺为：μL=0.005m/mm大致图形如A1图F5其平衡方程为：R54F+4G+R23F+I4P'+R74F=0∑MO3=0(确定FR23的大小)：FR23h23+F14hp+G4h4=FR54h54量得:hI4=0.078m；h4=0.002m；h54=0.223mFR23=(FR54h54+F'14hP+G4h4)/h23=2580N矢量式中FR74的大小和方向未知仍取力比例尺μP=20N/mm接着画力多边形图求得:FR74=hd——×μP=43×20=860N方向与力多边形中he的方向一致B、取构件2为示力体在机构位置图右方绘示力体图，比例尺为:μL=0.005m/mm大致图形如A1图G5其平衡方程为：R32F+bP+2G+R72F=0∑MO2=0（确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.02m算得:rb=0.06mPb=FR32h32/rb=860N式中的R72大小和方向未知仍然取力比例尺μP=20N/mm接着画力多边形图，求得：FR72=ij——×μP=140×20=2800N方向与为多边形中ij的方向一致第9点:A、取构件5、6为示力体-12-在机构位置图上方绘制示力体图,如A1图E11所示：比例尺为：μL=0.005m/mm6G+I6F+FR45+R7