机械原理课程设计之牛头刨床7点和12点.doc

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603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.21.2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、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。 第五章 选择设计方案1机构运动简图 图1-22、选择表中方案 取第方案的第7位置和第12位置（如下图1-3）。图1-32、曲柄位置“7”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“7”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“1”。取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。图4则由图1-4知，A4=pa4v=28.337436290.01 =0.2833743629m/s A4A3=a3a4v=53.24772580.01=0.532477258m/sO4A=383.14488122 mm由速度影像定理得B5=B4=A4O4B/ O4A=0.428968617m/s 又 4=A4/ lO4A=0.739601064rad/s 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BC其速度多边形如图1-4所示，有C5= v=42.071932910.01m/s =0.4207193291m/sC5B5=v=9.742020420.01 m/s = 0.0974202042m/sCB=C5B5lCB=0.0974202042/0.174 rad/s = 0.559886229rad/s取曲柄位置“7”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“1”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4= a A4n+ a A4t= a A3n + a A4A3k + a A4A3r大小 ? 0 ? 0 ?方向 ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=0.01（m/s2）/mm,作加速度多边形图1-5 图1-5则由图15知， a A4t= a4a4a =277.765984480.01 m/s2 =2.7776598448m/s2= ka4a=168.960930440.01 m/s2 =1.6896093044m/s24= a A4tlO4A =2.77765984480.38314488rads2 =7.249633204 rads2a A4 = pa4a = 278.555554010.01m/s2 =2.7855555401m/s2用加速度影象法求得a B5 = a B4 = a A4 lO4B/lO4A= 2.7855555401580/383.14488122m/s2 =4.216739653 m/s2 又 a C5B5n =52lCB= 0.55988622920.174 m/s2 =0.05454423 m/s2取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC5= aB5+ aC5B5n+ aC5B5大小 ? 0 ?方向 xx CB BC其加速度多边形如图15所示，有aC5B5t= C5C5a =64.409689450.01 m/s2 =0.6440968945m/s25=/lCB =0.6440968945/0.174 rads2 =3.701706287 rads2aC5 = pC5a = 413.173162720.01m/s2 =4.1317316272 m/s21、曲柄位置“12”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“12”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.70rad/sA3=A2=2lO2A=6.700.09m/s=0.603m/s（O2A）取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺1=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2图1-2则由图1-2知， A4=1=32.280025120.01m/s=0.3228002512m/s A4A3=1=51.29139610.01m/s=0.512913961m/s用速度影响法求得，B5=B4=A4O4B/O4A=0.3228002512580/293.47849337 m/s=0.637948435m/s又 4=A4/ lO4A=0.3228002512/0.29347849337 rad/s=1.099911096 rad/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O4B BC取速度极点P，速度比例尺1=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。则由图1-2知， C5= 1=62.300070220.01m/s=0.6230007022m/s C5B5=1=14.365573330.01m/s=0.1436557333m/sCB=C5B5/lCB=0.1436557333/0.174 rad/s=0.82560766 rad/s2.加速度分析：取曲柄位置“12”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.70rad/s, =22LO2A=6.7020.09 m/s2=4.04m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： BA O4B AO2 O4B（向左） O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺2=0.04（m/s2）/mm,作加速度多边形如图1-3所示则由图1-3知, aA4=AA42=112.8319510.04m/s=4.51327804m/s2,4= aA4/ LO4A=15.37856486 rad/s2aA4A3r=A3A42 =252.54101720.04 m/s2 =10.10168407 m/s2aA4 = PA42 =458.844569010.04m/s2 =18.35378276 m/s2用加速度影象法求得aB5 = aB4 =18.35378276580/293.47849377 m/s2 =36.27248411 m/s2又ac5B5n=CB2lCB=0.8256076620.174 ms2=0.118603273 ms2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? ?方向 XX CB BC其加速度多边形如图13所示,有aC5B5= BC2 =127.793490110.04 m/s2 =5.111739604 m/s2ac5 =p C2 =905.8956560.04 m/s2= 36.23582624 m/s2C5= a C5B5/CB =5.1117396040.174 rad/s2=29.37781382 rad/s2第七章机构运态静力分析取“12”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图16所示。图16已知P=0N，G6=800N，又ac=ac5=36.23582624m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/1036.23582624m/s2=2898.866099N 又F=P+G6+FI6+F45+FRI6=0，作为多边行如图1-7所示，N=10N/mm。图1-7由图1-7力多边形可得： F45=CDN=298.94744610N=2989.47446N FR16= ADN=87.0398793210N=870.3987932N在图1-6中，对c点取距，有 MC=-PyP-G6XS6+ FR16x-FI6yS6=0代入数据得x=1177.555981mm 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示图1-8 L=4。 已知： F54=-F45=2989.47446N，G4=220NaS4=aA4 lO4S4/lO4A=18.35378276290/293.47849377m/s2=18.13618026m/s2 , S4=4=7.45rad/s2 由此可得FI4=-G4/gaS4 =-220/1018.13618026 N=-398.995965N MS4=-JS4S4=-1.27.45 Nm= -8.94Nm 在图1-8中，对A点取矩得： MA=G48.5+FI472.5+M+F54144.5-F2366.5=0代入数据， 得F23=6088.915971N 又 F=FR54+FR32+FS4+G4+FO4n+FO4=0,作力的多边形如图1-9所示，N=10N/mm。 图1-9由图1-9可得： F23=CDN=608.891597110N=6088.915971N FO4n=CBN=281.8775257110N=2818.7752571N 对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-10所示，L=1。 由图1-10可知，h