机械原理课程设计毕业论文

机械工程学院机械原理课程设计课程名称 机械原理课程设计 题目名称 牛头刨床 专业班级 2012级机械设计制造及其自动化本科班 学 号 学生姓名 指导教师 日 期 2016-1-13 一、牛头刨床的工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1所示。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨头的往复运动。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，以减小电动机容量和提高切削质量。刨头左行时，刨刀不切削，称为空行程，此时要求速度较高，以提高生产率。刨刀每切削一次，利用空回行程的时间，工作台应连同工作件作一次进给运动，以便刨刀继续切削，刨头在工作过程中，受到很大的阻力，在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离(如图2)，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，受力变化较大，这就影响了主轴的平衡运转，故须安装飞轮一减小主轴的速度波动，提高切削质量和减小电动机容量。二、设计内容(1) 根据牛头刨床的工作原理，拟定23个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比；(2) 根据给定的数据（表1）确定机构的运动尺寸（任选1组），用图解法对导杆机构进行运动分析，并将设计结果和步骤写在设计说明书中；(3) 基于ADAMS软件，构建导杆机构的参数化模型，进行仿真分析，输出刨头和导杆的位移曲线（）、速度曲线（）、加速度曲线（）；输出各运动副位置所受到的反力。（要求将参数化建模过程以及输出的仿真曲线在任务书中详细给出）(4) 编写设计说明书。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程，机构运动简图（A3纸）等。表 1题号12345678910导杆机构运动分析转速48494855605652504750机架400350380410380370360370390430工作行程250300310310310320330380390400行程速比系数1.341.401.461.371.461.481.441.531.51.4连杆与导杆之比0.320.30.250.250.280.260.330.30.330.36导杆机构动态静力分析工作阻力()5200460045004000600055004000410042003800导杆质量()()24202028262220222622滑块质量()90707070806280808080导杆质心转动惯量()1.31.11.11.11.21.21.21.21.21.2三、设计数据与要求（1）设计要求电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃E点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为5。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。（2）设计数据（题号4数据）导杆机构运动分析转速n2(r/min)55机架lO2O4(mm) 410工作行程H(mm)310行程速比系数K1.37连杆与导杆之比0.25导杆机构动态静力分析工作阻力Fmax(N)4000导杆质量m4 (kg)28滑块6质量m6 (kg)70导杆4质心转动惯量 Js4 (kg m2)1.1四、方案选项方案一如下：说明：电动机带动曲柄，曲柄带动连杆传动，连杆迫使刨刀往复运动。自由度F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1评价：该方案整体上是不错的，制造成本低，而其急回性能好，稳定，精确性能好，但是利用杠杆传力该机构的承载能力不够好。方案二：方案为偏置曲柄滑块机构。评价：结构简单，能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大；二是机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。方案三如下说明：该机构具有确定的运动，自由度F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1 电机带动曲柄，曲柄带动滑块移动，滑块带动摇杆摆动，摇杆带动滑块，滑块迫使刨刀往复运动，评价：该方案的工作性能相当好，无论从传力性、精确性上都是相对比较好的。五、主机构运动方案的确定以上三个方案相比，方案三的具有较少的移动副，刨削质量好，且冲击震动较小，摩擦阻力要少于一方案，由此看来方案三更理想。速度均方根偏差方案三的要小于方案一，说明方案三的速度波动更小。主机构在切削的过程中能够获得更加平稳的运动速度，更加符合设计要求。 综上所述，选用方案二作为机构的主切削机构。(一）导杆机构设计要求概述： 图5-1已知曲柄每分钟的转数，各构件尺寸，且刨头导路位于导杆端头B所作圆弧的平分线上。要求作机构的运动简图，并作机构一个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图，画在 2号图纸上。（二）计算过程：已知数据n2=55r/min得2=255/60(rad/s)=5.76rad/s 根据图示3-1-2可知，求极位夹角:=180(K-1)/(K+1)=28LAO2=100mm. lBO4=638mm求连杆长度： lBC= lBO4 *0.25=160mm 0.05H的空刀距离: 0.05*310=15.5mm图5-2取一点（3）速度,加速度分析；取曲柄位置“3”进行速度分析。如图示;因构件2和3在A处的转动副相连，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。确定构件3上A点的速度： 构件2与构件3用转动副A相联，所以A3=A2。又A2=2lO2A =0.15.76=0.576m/s求的速度： 选取速度比例尺 ：v=0.03(m/s)/mm; A4 = A3 + A4A3 方向： BO4 AO2 BO4 大小： ？ 2lO2A ？图5-3用图解法求解如图5-3：式中A3、A4表示构件3和构件4上 A点的绝对速度，A4A3表示构件4上A点相对于构件3上A点的速度，其方向平行于线段BO4，大小未知；构件4上A点的速度方向垂直于线段BO4，大小未知。在图上任取一点P，作A3 的方向线pa3 ，方向垂直于AO2，指向与2的方向一致，长度等于A3/v，（其中v为速度比例尺）。过点p作直线垂直于BO4 代表A4的方向线，再过a3作直线平行于线段BO4 代表A4A3的方向线这两条直线的交点为a4，则矢量pa4和a3a4分别代A4和A4A3 。由速度多边形Pa3a4得： v A4A3=v LA4A3=0.18m/s3 求BO 4的角速度4：曲柄位于起点1时位置如图（1）：vA4=vPA4=0.57m/s 此时:杆BO 4的角速度4：4=vA4/lO4A=1.13rad/s杆BO 4的速度V4:VB4=4lO4B=0.72m/s 由图一，由余玄定理可得，AO2O4=60+75=135LAO4=LAO2+LO2O4-2LAO2 LO2O4 COSAO2O4=507mm取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B = C + BC大小 ? ?方向 O4B XX BCV C=v Pc=0.72m/s VBC=0.12m/s5=v CB/l BC=0.75rad/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B = C + BC 大小： ? ? 方向： O4B XX BCV C=v Pc=0.69m/s VBC=0.12m/s5=v CB/l BC=0.75rad/s图5-4由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)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 aA3=aA3=W2 lo2A =3.32m/s2a n A4=W42 lo4A=0.694m/s2a KA4A3=2W3VA4A3=0.407 m/s2a n CB=W52 l CB=0.09 m/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 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42 lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O4B /AO2 O4B O4B取加速度极点为,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm, aA4= uapa4=0.88m/s2aB=uapb=1.7m/s2 ac = acBn + a cB + aBn + a B 大小： ? ? 方向： XX /CB BC /AB ABaC= lca=1.8m/s2图5-5 再取一点（10）点速度,加速度分析取曲柄位置“10”进行速度分析。如图示;因构件2和3在A处的转动副相连，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。 图5-6vA2=vA3=w2lO2A=(2*n2/60)*lO2A=0.576m/s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 O4取速度极点P，速度比例尺v=0.05(m/s)/mm ,作速度多边形如图vA4=vPA4=0.45m/s4=vA4/lO4A=1.33rad/svB=4lO4B=0.85m/svA4A3=A4A3=0.37m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B = C + BC大小 ? ?方向 O4B XX BC图5-7V C=v Pc=0.84m/s5=v CB/l BC=1.2rad/s由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)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=W2 lo2A =0.575 m/s2a n A4=W42 lo4A=0.6m/s2a KA4A3=2W3VA4A3=0.43 m/s2a n CB=W52 l CB=0.23 m/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 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42 lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O