机械原理课程设计指导书机械设计09-3班20111124.doc

机械原理课程设计指导书（机械设计09-3、4班，材料成型09班）指导教师： 王全为山东科技大学机电学院机械设计系2011年11月24日牛头刨床机构设计分析一、 设计的目的和任务1、 设计的目的进一步巩固和加深同学们所学的机械原理课程的理论知识，培养其分析问题、解决问题的能力；使之对运动学及动力学的分析和设计有一较完整的概念；并使同学们进一步提高计算、制图和使用技术资料的能力。2、 设计任务本设计是对牛头刨床的工作机构，用矢量方程图解法进行运动分析；用动态静力分析法进行力分析。以上任务要求完成：1号图纸一张，2号图纸(或坐标纸)一张，说明书一份。设计中要做到计算准确、步骤清楚、书写端正、图的布置要匀称、图中线条、尺寸标准均应符合制图标准。二、 机构简介和设计内容1、 机构简介牛头刨床是一种常用的平面切削加工机床。如图1所示，电动机经皮带传动、齿轮传动（图中未画出），最后带动曲柄1转动。刨床工作时，是由导杆机构（由构件1、2、3、4、5、6组成）带动刨头和刨刀作往复直线运动。刨头5右行时，刨头切断，称为工作行程，此时要求速度较低且均匀；刨头左行时，不进行切削，称为空回行程，此时速度较高，以节省时间提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。图 1刨头在工作行程中，受到很大切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，如图2所示）。而在空回行程时，则没有切削阻力。刨头在整个运动循环中，受力情况有很大变化，这就影响了主轴的匀速运转，因此用安装飞轮来减小速度的波动，从而提高金属表面的切削质量。 图 22、 设计内容计算并绘制出机构在指定位置的位移、速度、加速度图，受力图，汇总各位置的结果，绘制位移、速度、加速度曲线、平衡力矩曲线，等效阻力矩曲线以及等效驱动力矩曲线。根据上述得到的数据，确定飞轮的转动惯量。三、 已知数据图1为牛头刨床的机构运动简图，该机床用电动机驱动。经过变速箱中的齿轮传动，使导杆机构的曲柄1具有的转速为n1，再经导杆机构将曲柄1的转动转变为刨刀的直线往复运动，刨刀行程为H，行程速度变化系数为K。机构的几何尺寸及其他数据分为五种方案，如表1所示。（每组1011人，共同设计一个方案，有17个位置点，每人计算12个位置点。注：其中的五个特殊位置点，应由5位同学每人选择一个位置点。）表1 机械设计09-3班（40人）用数据方案n1(r/min) KH(mm)LAC(mm)(Kg.m2)G3(N)G5(N)XS(mm)yP(mm)(N/mm)I891.454004700.51.61600.36802501201/25150II641.484304500.51.11800.37201801201/30200III441.54804300.51.22000.36201501001/35250IV321.575204000.50.71500.35801601001/40300表1 机械设计09-4班（41人）用数据方案n1(r/min) KH(mm)LAC(mm)(Kg.m2)G3(N)G5(N)XS(mm)yP(mm)(N/mm)I691.504304600.51.11800.37001801201/30200II481.474804400.51.22000.36301501001/35250III371.555204100.50.71500.36001601001/40300IV231.615503800.50.92200.3520210801/30300表1 材料成型09班（33人）用数据方案n1(r/min) KH(mm)LAC(mm)(Kg.m2)G3(N)G5(N)XS(mm)yP(mm)(N/mm)I611.454304500.51.11800.37201801201/30200II391.524804300.51.22000.36201501001/35250III301.505204000.50.71500.35801601001/40300其中：-导杆3对重心的转动惯量。 -机架长 -刀架重心S位置的横坐标点（在铰链E的右方），如图3所示。 -切削力作用点的坐标。 -刨床的速度不均匀系数。-切削阻力比例尺。 注意：切削阻力， （如图2所示，为20mm。）图 3四、 设计方法与步骤：1、 绘机构位置图：已知：K、H、LAC、LDE/LCD要求：按画出机构中导杆的两个极端位置（用双点划线表示）和一个由教师指定的中间位置（用粗实线表示）。步骤：1)计算极位夹角及摆角 2）计算导杆长度 3）选长度比例尺，作机构位置图：（A）由导杆左端位置（编号为0）开始，按300等分，将曲柄一周分为12个位置，并按顺时针依次编号，再找出五个特殊位置点（曲柄端点B处在最上点位、最下点位，导杆3的位置处在最右，构件5距其极端位置为0.05H的和点）并编号。（B）刨头移动导路XX位于导杆端点D所作圆弧高度的平均线上。2、机构运动分析：已知：n1、各构件的尺寸及位置。要求：按速度比例尺绘制指定位置的速度图、按加速度比例尺绘制指定位置的加速度图，并计算构件3的运动参数角速度和角加速度。步骤：（1） 用矢量方程图解法，对指定位置作机构的速度图（自定）。确定出，并计算。（2） 用矢量方程图解法，对指定位置作机构的加速度图（自定）。确定出E点的加速度，并计算构件3的角加速度。（注意哥氏加速度）。（3） 将计算结果与本组其他同学的计算结果汇总，并填入表2中。（4） 绘制滑块5的、线图。表2 位置参数01234567891011VEm/srad/saEm/s2rad/s2m/s23、动态静力分析：已知：构件的重量、，导杆3绕重心轴的转动惯量，切削阻力（数值见图2和表1）。要求：绘制指定位置的受力分析图、计算各运动副中反作用力及曲柄所需要的平衡力矩。步骤：（1）确定各惯性力及惯性力矩 。（2）划分构件组，对各组进行受力分析 。（3）作力多边形并确定各运动副反力。（4）确定曲柄所需要的平衡力矩。（5）将计算结果填入表3中。 表3参数位置0123 4、飞轮转动惯量的确定：已知：机器运转不均匀系数、飞轮安装在曲柄轴上，驱动力矩为常数。要求：确定飞轮的转动惯量。步骤：（1） 汇总各点位置需加于曲柄的平衡力矩并填入表4中。 表4 位置参数01234567891011（2） 绘制等效阻力矩曲线（见图4、（a） 等效阻力矩的数值，与曲柄力分析图上的平衡力矩大小相等，但方向相反。注意在作曲线时，若方向与（）方向相同则取为“正”，否则取为“负”，选取比例尺。（3） 绘制等效驱动力矩曲线（见图4、（a）根据一周期中，驱动功和阻抗功相等的原则，在图上以比例尺，画出曲线。（4） 绘制剩余力矩曲线（见图4、（b） （5） 绘制动能增量（盈亏功）曲线（见图4、（c）由图，用坐标纸数格法或按图解积分法确定各位置（）的动能增量（盈亏功）。并用一定比例尺绘曲线，注意图能量比例尺为（），即每格（）代表的焦耳的数量。（6） 绘制除飞轮以外的各构件的动能曲线（见图4、（d） 以曲柄1为等效构件，按下式计算各位置等效转动惯量及其动能。 并将和的计算结果汇总填入表4，然后用选定的比例尺画出。（7） 绘曲线，即（）曲线 在图上，用比例尺绘制曲线，其中（见图4、（C）。（8） 确定最大动能差在曲线上，找出最大动能点。量出其垂直高度（见图4、（C），则：（9） 计算飞轮转动惯量 五、 编写设计说明书和整理图纸说明书的内容应包括以下几个方面：（1） 设计题目：自己所作的方案、点位及要完成的任务。（2） 机构运动分析：已知条件、绘制位置图、速度图及加速度图的步骤：列表（可参考表2填写）。（3） 机构动态静力分析：已知条件及分析过程：列表填写（参表3）。（4） 飞轮转动惯量的确定：已知条件、要求：绘制各条曲线说明：填写表格（参表4）。（5） 小结：分析、讨论与该设计有关的问题、收获及体会等等。图纸的要求是标出必要的符号和说明：注出线图的比例尺，图纸要有边框和标题栏（参考机械制图要求）。图 4附页：机械原理课程设计说明书第一页内容格式学院 机械电子工程 专业 机械设计 班级 093 姓名 * * * 一、课程设计题目： 刨床 切削机构设计 二、课程设计主要参考资料：（1）齐秀丽. 机械原理M. 北京：中国电力出版社，2010.（2）孙桓. 机械原理M