机械原理课程设计牛头刨床

机械原理课课程程设设计计说说明明书书设计题目：牛头刨床学院、系：机械工程系专业：模具学号：201000103065学生姓名：陈文翔指导教师姓名：最终评定成绩：附图1：导杆机构的运动分析与动态静力分析附图2：凸轮机构的运动分析附图2：齿轮机构的设计机械原理课程设计第2页2012/2/23目录一.设计题目…………………………….……………………..3二.牛头刨床机构简介……………………………….………..4三.机构简介与设计数据……………………………………....5四.设计内容…………….………………………….…………..64.1导杆机构的运动分析4.2导杆机构的动态静力分析4.3.齿轮机构的设计4.4.飞轮转动惯量的确定4.5摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计五.参考文献………………………………………………….14六．体会心得………………………………………………….14机械原理课程设计第3页2012/2/23一、设计题目：牛头刨床1.）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急回运动，行程速比系数在1.4左右。2.）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3.）曲柄转速在64r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为9000N，其变化规律如图所示。机械原理课程设计第4页2012/2/23二、牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量，刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图4-1，b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机容量。机械原理课程设计第5页2012/2/23三、机构简介与设计数据3.1机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。3.2设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动静态分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minMmNmmkgm2Ⅱ64350905800.3o4B0.5o4B200502208009000801.2飞轮转动惯量的确定齿轮机构的设计no’z1zo”z1”Jo2Jo1Jo”Jo’do’do’’m12mo’’1’r/minkgm2mm。Ⅱ0.1514401316400.50.40.250.21003006420机械原理课程设计第6页2012/2/23四、设计内容4.1导杆机构的运动分析已知曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。要求做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和8为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，1和7为切削起点和终点所对应的位置，其余2，3…12等，是由位置1起顺2方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1）设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图例1）。2）作机构运动简图。选取比例尺l按表4－2所分配的两个曲柄位置(2和8)作出机构的运动简图，其中2位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图4－2；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1’和8’两位置。共计14个机构位置。3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺v=0.01（mmsm/）和加速度比例尺a=0.05（mmsm2/），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果列入表。导杆机构的速度加速度图作图过程1.选取长度比例尺µl，作出机构在位置11的运动简图。如一号图纸所示，选取µl=lAO2/O2A（m/mm)进行作图，lAO2表示构件的实际长度，O2A表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意µl的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2.求原动件上运动副中心A的vA＇和aAv2A=ω1lAO2＝0.603m/s式中v2A——B点速度（m/s）方向丄AO2机械原理课程设计第7页2012/2/23aA=ω12lAO2=4.04m/s2式中aA——A点加速度（m/s2）,方向A→O23.解待求点的速度及其相关构件的角速度由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢量方程式，作图求解。（1）列出OB杆A点的速度矢量方程根据平面运动的构件两点间速度的关系绝对速度=牵连速度+相对速度先列出构件２、４上瞬时重合点Ａ（Ａ2，Ａ4）的方程，未知数为两个，其速度方程：Ｖ4A＝v2A+v24AA方向：丄ＡＯ4丄AO2∥ＡＯ4大小：？ω1lAO2？（２）定出速度比例尺在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表v2A,则速度比例尺µv（m•s1/mm）µv=pav2A=0.01m•s1/mm（３）作速度多边形，求出ω2、ω4根据矢量方程式作出速度多边形的pd1部分，则v2A(m/s)为v2A=µvpa=0.603m/sω4=v2A/l4AO=0.95rad/s其转向为顺时针方向。Ｖ4B=ω4l4bO=0.55m/sB点速度为Ｖ4B，方向与v2A同向.（４）列出C点速度矢量方程，作图求解V6C、V46BCV6C=Ｖ4B+V46BC方向：水平丄BＯ4丄BC大小：？ω4l4bO？通过作图，确定Ｃ点速度为机械原理课程设计第8页2012/2/23VCB=µvbc=0.06m/sVC＝µvpc=0.55m/s式中VCB，方向丄BC式中VC——Ｃ点速度，方向为p→c。４．解待求点的加速度及其相关构件的角加速度（１）列出Ｃ点加速度矢量方程式牵连速度为移动时绝对加速度＝牵连加速度＋相对加速度牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）绝对加速度＝牵连加速度＋相对加速度＋科氏加速度要求Ｃ点加速度，得先求出Ｂ点加速度，要求出B点的加速度，则需要求出A点的加速度，再根据A点的加速度作图求出：aA=aAn+aA=a2on+a3rAA4+a3kAA4方向：？AB丄ＡＢOA2∥ＡＢ丄ＡＢ大小：？ω42l4AO？ω2l2AO?2ω4v24AA(2)定出加速度比例尺在一号图纸中取Π为加速度极点，去矢量Πa’代表aAn，则加速度比例尺µa（m•s2/mm）µa='anaB=50mm/s2/mm(3)作加速度多边形，求出aB、aA、aB，根据矢量方程图：可求出：aA=µaa=1.08m/s2aB=aA•l4bO/l2AO=0.45m/s2aBn=ω42•l4bO=4.00m/s2(4)列出C点加速度矢量方程，作图求解ac、aCBn、aCB机械原理课程设计第9页2012/2/23ac=aCBn+aCB+aB方向：水平∥BC丄BC丄O4B大小：？V46BC2/lBC?2.125m/s由上式可得：ac=1.5m/s2将代表ata4的矢量k’a’4平移到机构图上的点A4，可知4的方向为逆时针方向。4.2导杆机构的动态静力分析已知各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。要求求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。步骤:1）选取阻力比例尺Q=50)(mmN，根据给定的阻力Q和滑块的冲程H绘制阻力线图。2）根据个构件的重心的加速度即角加速度，确定各构件的惯性力iP和惯性力偶矩iM，并将其合为一力，求出该力至重心的距离。3）按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。将所有位置的机构阻力，各运动副中的反作用力和平衡力矩yM的结果列入表中：机械原理课程设计第10页2012/2/23动态静力分析过程：在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明刨头的力的分析过程：对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：∑F=0P+G6+Fi6+R45+R16=0方向：∥x轴∥y轴与a6反向∥BC∥y轴大小：9000800-m6a6??以作图法求得:位置2R45=8975NR16=1125N力矩平衡方程式：∑M=0P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0我们还可以得到：R45=R65对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：∑F=0R54+R34+Fi4+G4+R14=0方向:∥BC⊥O4B∥a4∥y轴?大小：R54？m4a4220?力矩平衡方程式：∑M=0R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0由此可以求得R34的大小：R34=8100N所以：位置4R32=8100在摇杆上可以得到R34=-R3211位置受力分析表机械原理课程设计第11页2012/2/234.3.齿轮机构的设计已知电动机、曲柄的转速n,o、n2，皮带轮直径d,o、d,,o，某些齿轮的齿数z，模数m。分度圆压力角；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。要求计算齿轮z2的齿数，选择齿轮副z1-z2的变位系数，计算这对齿轮的各部分尺寸，用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。步骤:(1)首先根据已知的条件求出z2的齿数。i2'O=n''O/n2=z'1*z2/z1*z''O得出：z2=39。对小齿轮实行正变位，对大齿轮实行负变位，且是等变位，经计算并分析后取变位系数X1=﹣X2=0.3再根据齿轮各部分尺寸相关计算公式得到齿轮的基本参数如下：d1=m*Z1=6*13＝78mmFi6Fi4Mi4lh4大小方向11280501.21顺时针0.3091单位NNmmPN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向1190009100910081005270.06顺时针单位NNm项目位置项目位置机械原理课程设计第12页2012/2/23d2=m*Z2=6*39=234mmr1b=r1*。20cos=36.64mmr2b=r2*。20cos=109.9mmh1a=(h*a+x)m12=(1+0.3)*6=7.8mmh2a=(h*a-x)m12=(1-0.3)*6=4.2mmh1f=(h*a+c*-x)m12=(1+0.25-0.3)*6=5.7mmh2f=(h*a+c*+x)m12=(1+0.25+0.3)*6=9.3mmr