机械原理课程设计-牛头刨床2点和八点说明书

学院：专业班级：学生姓名：学号：日期:2012年01月12日目录：一.机构简介………………………………………………………3导杆机构的运动分析……………………………3计算数据…………………………………………4二.设计（计算）说明书………………………………………………41.导杆机构的设计（1）画机构的运动简图…………………………………………5（2）对位置点进行速度分析和加速度分析………………………7（3）对位置2点进行速度分析和加速度分析……………………8（4）对位置8点进行动态静力分析………………………………9（5）对位置2点进行动态静力分析………………………………142.凸轮机构的设计……………………………………………………193.齿轮机构的设计……………………………………………………24三.参考文献……………………………………………………………27一.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。刨刀每次削完一次，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，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，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。图1-11．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所作圆弧高的平分线上。要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。1.1设计数据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。设计数据：设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmkgm2方案Ⅰ603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.1Ⅱ64350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2Ⅲ724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.21.2曲柄位置的确定曲柄位置图的作法为：取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。图1-2选择表Ⅰ中方案1取第2位置和第8位置（如下图1-3）。AA图1-31.3速度分析以速度比例尺µ=(0.01m/s)/mm和加速度比例尺µa=(0.1m/s²)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-2）vA2=vA3=ω2lO2A=0.6908m/s表格1-1位置未知量方程2和8杆VA4υA4=υA3+υA4A3大小?√?方向⊥O4A⊥O2A∥O4BVC5υC5=υB5+υC5B5大小?√?方向∥XX⊥O4B⊥BCaA4aA4=anA4+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3r大小:ω42lO4A?√2ω4υA4A3?方向：B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向左）∥O4B（沿导路）ac5VB5=VB4ac5=aB5+ac5B5大小?√?方向∥XX√⊥BC2杆速度图：如图1-4vA4=μvLpa4=0.01x33=0.33m/sω4=vA4/lO4A=0.33/0.42=0.78rad/svB=ω4lO4B=0.78x0.54=0.42m/svA4A3=μvLa4a3=0.01x65=0.65m/svC=μvLpc=0.01x39=0.39m/s图1-42杆加速度图：如图1-5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=w2l02A=(2π)2xlo2A=(2π)2x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=w24lo4A=0.782x0.42=0.25m/s2aKA4A3=2w4vA4A3=2x0.782x0.65=0.79m/s2图1-5ac=uaLp’c=0.1x41=4.1m/s28杆速度图：如图1-6图1-6va2=va3=w2l02a=0.69m/sVa4=va3+va4a3大小？√√方向⊥O4a⊥O2a//O4a按比例尺μv=0.01（m/s）/mm作速度图如图所示，并求出构件4vA4=μvLpa4=0.01x3=0.03m/sω4=vA4/lO4A=0.03/0.42=0.07vrad/svB=ω4lO4B=0.07x0.54=0.04m/svA4A3=μvLa4a3=0.01x65=0.65m/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//x√⊥bcvC=μvLpc=0.01x5=0.05m/s8杆加速度图：如1-7取极点P’,按比例尺0.05(m/s2)/mm做加速度图由速度已知曲柄上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=w2l02A=(2π)2xlo2A=(2π)2x0.11m/s2=4.34m/s2anA4=w24lo4A=0.072x0.42=0.002m/s2aKA4A3=2w4vA4A3=2x0.07x0.65=0.1m/s2aA4=aNA4+aTA4=aA3+aKA4A3+aRA4A3大小√？√√?方向A→O4⊥O4AA→O2⊥O4A∥O4AaA4=uaLp’a4’=0.05x89=4.45m/s2aB=uaLp’b’=0.05x128=6.4m/s2aC=aB+aCB+atCB大小？√√？方向//x√C→B⊥BC’ac=uaLp’c=0.05x138=6.9m/s2表格（1-2）位置要求图解法结果2Vc5（m/s）0.39ac5(m/s²)4.18Vc5（m/s）0.05Ac5(m/s²)6.9各点的速度，加速度分别列入表1-3，1-4中表1-3项目位置ω2ω4VA4A3VA4Vc526.280.780.650.330.3986.280.070.650.030.05单位1rad/s1rad/sm/s表1-4项目位置aA4nAa4aA3Ca23.10.254.344.184.450.0024.346.9单位1.4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。首先按杆组分解实力体，用力多边形法决定各运动副中的作用反力和加于曲柄上的平衡力矩。参考图1-3，将其分解为5-6杆组示力体，3-4杆组示力体和曲柄。I6图2-12.1矢量图解法：2.1.15-6杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、Fi6、R16、R45,其中R45和R16方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力F16均垂直于质心，R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺μ=(50N)/mm，作力的多边形。将方程列入表2-1。已知P=7000N，G6=700N，又ac=ac5=4.1m/s2,那么我们可以计算FI6=-G6/g×ac=-700/10×4.1=-287N又ΣF=P+G6+FI6+FR45+FR16=0，图1-7图1-7力多边形可得：FR45=7400NFR16=7300N分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，2.1.2对3-4杆组示力体分析A已知：F54=-F45=7400N，G4=200NaS4=aA4·lO4S4/lO4A=1.85m/s2,βS4=0.88rad/s2由此可得：FI4=-G4/g×aS4=-220/10×4.60918918N=-36.33NMS4=-JS4·βS4=-1.2×15.8937558N·m=-14.39N·m在图上量取所需要的长度lAB=196.56771918lS4A=93.42630616lO4A=383.42033151ΣMA=FR54cos18。lABµl+MS4+FI4cos4。lS4Aµl+G4sin13。lS4Aµl+FRO4τlO4Aµl=0代入数据，得FRO4τ=-1976.48N方向垂直O4B向右ΣF=FR54+FR34+F´S4+G4+FRO4τ+FRO4n=0方向:∥BC⊥O4B与aS4同向∥y轴⊥O4B∥O4B大小：√?√√√?作力的多边形如图1-8所示，选取力比例尺µP=50N/mm。图8FR34=EA·µN=9025NFRO4n=FA·µN=2000N方向：∥O4B向下因为曲柄2滑块3的重量可忽略不计，有FR34=FR23=FR322.1.3对曲柄分析，共受2个力，分别为R32,R12和一个力偶M，由于滑块3为二力杆，所以R32=R34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以FR12与FR32等大反力，由此可以求得:h2=0.09m,则，对曲柄列平行方程有，ΣMO2=M-F42·h2=0即即M=496.37N·m第二节凸轮机构的设计㈠凸轮机构的设计要求概述：⒈已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，将凸轮实际轮廓㈠凸轮机构的设计要求概述画在2号图纸上。该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：符号ψmaxlO9DΦΦsΦ’【α】单位度mm度度数据15.125751075402.由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表：推程0≤2φ≤Φo/2回程Φo+Φs≤φ≤Φo+Φs+Φ'o/2ψ=24*Φ*Φ/(25*π)ψ=π/12-24（φ-17π/36）2/25πω=96φ/25ω=-96（φ-17π/36）2/25β=192π/25β=-192π/25推程Φo/2≤φ≤Φo回程Φo+Φs+Φ’o/2≤φ≤Φo+Φs+Φ’oψ=π/12-24（5π/12-φ）2/25πψ=24（8π/9-φ）2/25πω=96（5π/12-φ）2/12ω=-96（8π/9-φ）2/25β=-192π/25β=192π/253.依据上述运动方程绘制角位移ψ、角速度ω、及角加速度β的曲线：（1）、角位移曲线：φ（）ψ（）φ（）图(1)①、取凸轮转角比例尺μφ=1.25°/mm和螺杆摆角的比例尺μψ=0.5°/mm在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33＇代表(先做前半部分抛物线).做03的等分点1、2两点，分别过这两点做ψ轴的平行线。②、将左方矩形边等分成相同的分数,得到点1＇和2＇。③、将坐标