机械原理课程设计-牛头刨床的主传动结构的设计.doc

机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床的设计机构位置编号：6和1方案号：2号班 级：2012250404姓 名：学 号：201225040427 2015年01月20日一、概述1课程设计的题目 此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计.2课程设计的任务和目的 1）任务：1. 导杆机构进行运动分析；2. 导杆机构进行动态静力分析；3. 飞轮设计；（略）4. 凸轮机构设计；5. 齿轮机构的设计。2）目的：机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。3课程设计的要求 牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的 实现传动功能。二.机构简介与设计数据1， 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，以提高生产效率。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（图中没有画出），使工作台连同工件一次进级运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05h的空刀距离，见图4-1，b）而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个循环运动中，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少电动机容量。2， 设计数据 见表4-11）设计内容导杆机械的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n2lo2o4lo2alo4blbclo4s4xs6ys6g4g6pypjs4单位r/minmmnmmkgm2方案1603801105400.25lo4b0.5lo4b240502007007000801.1264350905800.3lo4b0.5lo4b200502208009000801.23724301108100.36lo4b0.5lo4b1804022062080001001.2 2)选择设计方案：设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的静力分析符号n2lo2o4lo2alo4blbclo4s4xs6ys6g4g6pypjs4单位r/minmmnmmkgm2方案64350905800.3lo4b0.5lo4b200502208009000801.2设计内容飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计符号noz1zoz1jo2jo1jo”jomaxlo9ds单位r/minkg.m2mm方案0.1514401316400.50.40.250.21513538701070方案特点：1、结构简单，制造方便，能承受较大的载荷；2、具有急回作用，可满足任意行程速比系数k的要求；3、滑块行程可以根据杆长任意调整；4、机构传动角恒为90度，传动性能好；5、工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求；6、机构运动链较长，传动间隙较大；7、中间移动副实现较难。 三.课程设计的内容和步骤1导杆机构的设计及运动分析1）导杆机构简图2）导杆机构运动分析a.曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“6”进行速度分析。取构件3和4的重合点a进行速度分析。有2=23.1464/60=6.698666667 rad/s 其转向为顺时针方向。a3=a2=2lo2al =6.698666667900.001=0.60288 m/s 方向:ao2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。 图1-3则由图1-3知，a4=pa4v=48.643524450.01 m/s =0.4864352445 m/s 方向pa4a4a3=a3a4v=35.61531780.01m/s=0. 356153178m/s 方向a3a44=a4/ lo4al =0.4864352445/0.41841411745 =1.1625689103rad/s其转向为顺时针方向。b =4lo4bl =1.16256891030.58=0.674289967865m/s方向pb 取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得c = b + cb大小 ? ?方向 xx o4b bc其速度多边形如图1-1所示，有c=pcv=66.465793860.01 m/s =0. 6646579386m/s方向pccb=bcv=10.275048510.01 m/s =0. 1027504851m/s方向bcb.取曲柄位置“6”进行加速度分析.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 a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ? ?方向 ? ao4 o4b ao2 o4b（向左）o4baa4n=42lo4al=1.162568910320.41841411745=0.56551449203m/s2方向pna a3=22lo2al =6.6986666672900.001=-4.03849216039m/s2方向pa3aa4a3k=24a4a3v=21.16256891030. 356153178=0.82810522395m/ s2方向a3k取加速度极点为p,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形图 图1-4 则由图14知，a a4t=n1 a4a =15.649295170.1 =1.564929517m/s2方向na4a a4a3r = ka4a=26.988769370.1 =2.698876937m/s2方向ka44=a a4t/lo4al=1.564929517/0.38342033151rad/s2=4.0814985238rad/s2转向为逆时针方向。a a4 = pa4a =16.639288450.1=-1.663928845m/s2方向pa4a a4a3=a3a4a=28.126484230.1=2.812648423 m/s2方向a3a4取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得ac= ab n + ab + acbn+ acb大小 ? ?方向 xx ba ab cb bcabn=42lo4bl=1.162568910325800.001=7.8390855303 m/s2ab=aa4tlo4b/lo4a=1.564929517580/383.42033151=2.1692841661 m/s2acbn=lcbl =0. 10275048512/0.174=0.0606762195 m/s2其加速度多边形如图11所示，有ab = pba = 23.065789410.1 m/s2 =-2.306578941m/s2acbt= n 2ca = 4.432033430.1 m/s2 =0. 443203343 m/s2ac = pca = 22.027272710.1 m/s2 =-2.202727271 m/s2总结6速度和加速度值以速度比例尺=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺a=(0.05m/s)/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） 表格 1-1位置未知量结果 6 va4 0.4864352445 m/svc 0. 6646579386m/saa 1.663928845m/s2ac -2.202727271 m/s2 a、曲柄位置“1”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“1”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2lo2a，方向垂直于o2 a线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.7020643264rad/sa3=a2=2lo2a=6.702064213*0.09m/s=0.603185789m/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v=0.005 (m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2 则由图1-2知， a4=v= 0m/s a4a3=v=0m/s由速度影像定理求得，b5=b4=a4o4b/ o4a=0m/s又 4=a4/ lo4a=0rad/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v=0.01(m/s)/mm, 则由图1-2知， c5= v=0m/s c5b5=v=0m/s cb=c5b5/lcb=0 rad/sb.加速度分析：取曲柄位置“1”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=6.7020643264rad/s, =22lo2a=6.702064326420.09 m/s2=4.04258996116m/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 o4b 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 ? w52 lbc ?方向 xx cb bc取加速度极点为p,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形如图1-3所示则由图1-3知, c5b5=v=0m/s w5 =cb=c5b5/lcb=0 rad/s=0 m/s2 aa4a3k =0 m/s2aa4 =4.042589961168314 m/s2,用加速度影象法求得ab5 = ab4 = aa4* o4b/ o4a=6.932257312225 m/s2所以ac=0.01(pc)=6.5990882824m/s2总结1点的速度和加速度值以速度比例尺=(0.005m/s)/mm和加速度比例尺a=(0.05m/s)/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1-2，1-3，并将其结果列入表格（1-2） 表格 1-1位置未知量结果 1 va40m/svc0m/saa4.04258996116 m/s2 ac6.5990882824m/s2机构动态静力分析导杆机构的动态静力分析 已知：各构件的质量g（曲柄2，滑块3和连杆5的重量可以忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量j及切削力p的变化规律可知。5-6杆组示力体共受五个力，分别为p,g6，f16，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f16大小可由运动分析求得，方向水平向左，选取比例尺u=(10n)/mm，做力的多边形。u=10n/mm已知p=9000n,g6=800n.又ac=ac5=2.207695373m/s2,那么我们可以计算，f16=-g6/g*ac=-800/9.8*2.207695373=-180.2200304n 又f=p+g6+f16+f45+fr16=0做力的多边形如下，图（1）由力多边形可得： fr45=cd*un=9181.5664521n fr16=ad*un=649.014527n在图中，对c点取矩，有 mc=-p*yp-g6*xs6+fr16*x-f16*ys6=0带入数据得x=736.013884m分离3,4构件进行静力分析，杆组力体图如下，图（2）已知;fr54=-fr45=-9181.5664521n,g4=220nas4=aa4*lo4s4/lo4a=1.672045993*0.29/0.41841411745m/s2=10158883791m/s2s4=aa4/lo4a=0.582612951/0.41841411745=1.393431391由此可得： fs4=-g4/g*as4=-26.01575857n ms4=-js4*s4=-1.2*1.393431391n*m =-1.670917669n*m在图中，对o4点取矩得：mo4=ms4+f14*x4+f23*x23+f54*x54+g4*x4=0带入数据，得mo4=-1.670917669-37.5372637*0.29+f23*0.24791637035+9181.5664521*0.57164177839+220*0.0441846418=0故f23=-21