牛头刨床课程设计说明书.doc

机械原理课程设计 说明书青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：机械原理课程设计学 院：机电工程系专业班级：机械设计制造及其自动化084学 号：学 生：指导老师：青岛理工大学琴岛学院教务处2010年12月22日机械原理课程设计评阅书题目牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日摘 要牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，本次课程设计的主要内容是牛头刨床导杆机构的运动分析和动态静力的分析以及不同设计方案的比较。全班同学在分为三个小组后每人选择一个相互不同的位置，独立绘制运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动曲线图，最后将上述各项内容绘制在一张0号图纸上，并完成课程设计说明书。本次机械原理课程设计的主要特点是具有较高的工作独立性内容联系性，和能够通过此次课程设计将相关课程中的相关知识融会贯通，进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念。17 目 录摘要. IV一、设计任务.11、设计数据.12、机构运动简图.2二、导杆机构的运动分析.21、速度分析.22、加速度分析.5三、导杆机构的动态静力分析.71、运动副反作用力分析.72、曲柄平衡力矩分析.8四、方案比较.11总结.14参考文献.15一、设计任务机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析、动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在此基础上进行相关设计。同时根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。1、设计数据：见表1-1设计内容导 杆 机 构 的 运 动 分 析符号n2l0204l02Al04BlBCl04S4XS6YS6单位r/minmm方案603801105400.25 l04B0.5l04B2405064350905800.30 l04B0.5l04B20050724301108100.36 l04B0.5l04B18040设计内容导 杆 机 构 的 运 动 分 析符号G4G6PYPJS4单位Nmmkgm2方案2007007000801.12208009000801.222062080001001.2表1-12、机构运动简图如图1-1图1-1二、导杆机构的运动分析取曲柄位置“6”进行速度分析、加速度分析。1、速度分析由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于2 lO2A, 方向垂直于O2 A线，指向与2一致。2=2n2/60 （2-1-1）计算得： 2=7.54rad/sA2=2lO2A （2-1-2）计算得： A3=A2=7.540.11m/s=0.8294m/s （O2A）（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 （2-1-3）大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.004(m/s)/mm ，作速度多边形如图2-1-1。PA4A3图2-1-1由图2-1-1得： A4=97.5mm*0.004=0.39m/s (O4A向右)因B与A同在导杆4上，由速度影像法B4/A4= lO4B/ lO4A （2-1-4）计算得： B4=0.672m/s而： B5=B4=0.672m/s（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。得： C5=B5+C5B5 （2-1-5）大小： ? ?方向： 水平 O4B BC取速度极点P，速度比例尺v=0.004(m/s)/mm ，作速度多边形如图2-1-2。PB5C图2-1-2由图2-1-2得： C5=165mm*0.004=0.66m/s (水平向右)C5B5=37.5mm*0.004=0.15m/s4=A4/ lO4A=0.8292 rad/s2、加速度分析因构件2和3在A点处的转动副相连，故aA2n = aA3n其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。aA2n =22lO2A (2-2-1)已知： 2=7.54rad/s计算得： aA3n = aA2n =7.5420.11 m/s2=6.25m/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 （2-2-2）大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向: ? BA O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）取加速度极点P,加速度比例尺a=0.02（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图2-3-1所示。A3KA4Pn4图2-2-1由图2-2-1知：aA4 =207mm*0.02 =4.14m/s2aA4=206mm*0.02=4.12m/s2由加速度影象法得：aB4 / aA4= lO4B/ lO4A （2-2-3）计算得：aB4=7.135m/s2aB5= aB4=7.135m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。得：ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5 （2-2-4）大小： ? ?方向： 水平 CB BC取加速度极点P,加速度比例尺a=0.02（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图2-2-2所示。PB5n5C5图2-2-2由图2-2-2得：ac5 =350mm*0.02=7m/s2 (方向水平向左)三、导杆机构的动态静力分析1、运动副反作用力分析取“6”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3-1-1所示。FR45FR16图3-1-1FI6=- G6/gac （3-1-1）已知： P =8000NG6=620Nac=ac5=-7m/s2,计算得： FI6 =-620/9.8(-7)=442.8N由：F=P+G6+FI6+FR16+FR56=0 （3-1-2）取极点P”，比例尺N=25N/mm，作力多边形如图3-1-2所示。P”PFR56G6FI6FR16图3-1-2由图3-1-2得：FR56=302mm*25 N/mm=7550N（方向沿5杆向右）2、曲柄平衡力矩分析（1）分离3、4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图3-2-1所示。FI4FR54FR14FR14FR23O4图3-2-1如图3-2-1，对O4点取矩得：M O4=FR54h54+FR23h23+GhG +FI4hI4+M=0 （3-2-1）已知： FR54=-FR56=-7550N h54=397mm*2=0.794mG4=220NhG=46mm*2=0.092mh23= lO4A=0.47mhI4= lO4S4=0.5lO4B=0.405mas4/ aV4=lO4S4/lO4A=0.5lO4B/lO4A=3.55m/s2又： FI4=G/9.8* as4 （3-2-2）所以： FI4=220/9.8*3.55=79.69N (垂直于O4B向右)而：M=J （3-2-3）= aA4/lO4A （3-2-4）J = JS4+m4l2O4S4 （3-2-5）得： J=1.2+220/9.8*0.4052=4.8822M= J=42.797(向右)将数据代入式计算得：FR23=12551.89N又：F=FR54+FR32+FI4+G4 +F14=0 （3-2-6）已知： FI4=G4/9.8* as4as4/ aA4= lO4S4/lO4AaA4=4.14m/s2as4=3.567 m/s2FI4=220/9.8*3.567=80.8N取极点P”，比例尺N=25N/mm，作力多边形如图3-2-2所示。P”FR54FR23G4FI4FR14图3-2-2由图3-2-2得FR14=203.5*25=5087.5N（2）对曲柄2进行运动静力分析，作力分析如图3-2-3所示。FR23FR322图3-2-3由图3-2-3得：FR32=- FR23=-12551.89N四、方案比较附表1指标数据项目方案1方案2方案3备注功能质量0.780.7151.236工作段刨头最大速度0.5990.5510.527工作段刨头平均速度3.964.3411.72工作段刨头最大加速度23.231.842.869工作段刨头加速度最大变化率424347.2983工作段刨头的最大惯性力1593714494.320480机架对曲柄的最大反力8200600013625机架对导杆的最大反力9085.1190859086.94最小传动角构件3、4/构件5、6892.471275.51411.96最大平衡力矩经济适用性能最大运动轮廓尺寸156875.09189080424440长宽机构复杂程度424242构件数运动副数附表2序号指标类型指标名称指标值1运动性能工作段刨头接近等速运动的程度2工作段刨头加速度曲线平均斜率3动力性能刨头最大惯性力4两组最小传动角平均值的倒数5最大机架反力6最大平衡力矩7经济适用性最大运动轮廓尺寸长宽8机构复杂程度构件数运动副数附表2中部分符号含义如下：、：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；、：分别与和相对应的曲柄转角；：一级四杆机构的最小传动角；：二级四杆机构最小传动角。附表3：与计算值表序号（同附表2）方案方案方案（AF）jk(ACR)jk（AF）jk(ACR)jk（AF）jk(ACR)jk11.30211.2980.9972.3471.80216.13716.810.4242.3992.633624.41723.261.169831.5740.65410.6551.0020.90691.387515937114494.30.909204801.2856892.4711275.51.431411.961.5827156875.0911890801.214374002.708421421421以方案1为基准方案, 为比较评定因素，最终得出结论，方案2比其他两个方案更加合适。总 结这次课程设计，由于理论知识掌握的不够扎实，再加上没有设计经验，刚开始拿到设计题目的时候有些手忙脚乱，不知道从何入手。但是通过指导老师、组长刘振国同学和叶青松同学的指导帮助下，以及所有组员的讨论学习下，使我们很快的理解了设计内容，掌握了方法。自从第一天开始，我们全组同学就争分夺秒的去完成各自的数据计算和图形绘制，大家都担心由于自己的不积极而影响全组的设计进程。同学们有时甚至连午饭都想不起来吃，专心在教室加班加点做自己的设计同时大家积极与其他人交流讨论，与别人讨论出结果后再反复对自己的结果进行核算复查，尽量避免自己的数据出现错误。为期一周的机械原理课程设计结束了，在这次实践的过程中不仅使自己将相关知识掌握的更加牢固，更学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,同学们所表现出来的积极向上勤奋好学的精神更值得我们在今后的学习生活中一直保持下去。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己需要学习的东西还有很多，以前总是认为已经掌握得很好的东西，其实差的还很远，是自己眼高手低而已。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后