牛头刨床课程设计.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093班学 号：学 生： 指导老师：青岛理工大学琴岛学院教务处 2011年 6 月 30 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周靖斐学号20090201097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。本次课程设计的目的在于运用已学过的知识培养学生创新能力，用创新思想确定出解决工程实际问题的方案及其有关尺寸，并学会将方案绘制出机构运动简图的能力。培养学生对确定的机构运动简图进行机构运动分析及动力分析，学会按任务进行调研、实验、查阅技术资料、设计计算、制图等基本技能。在此基础上学会运用团队精神，集体解决技术难点的能力。 目 录1 设计任务11.1设计数据2 1.2机构运动简图.22 导杆机构的运动分析32.1速度分析.32.2加速度分析.43 导杆机构的动态静力分析73.1运动副反作用力分析73.2曲柄平衡力矩分析8总 结9参考文献10 机械原理课程设计 说明书1 设计任务机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较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。本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和动态静力分析。全班分为 3 组，每组12人左右，一组选择一个备选方案，然后独立绘制运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动线图。最后将上述各项内容绘制在两张A1号图纸上，并完成课程设计说明书。牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1a。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，以提高生常率。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（图中未画），使工作台连同工件做一次进给运动，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（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离，图1-1b），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，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量a图b图图1-11.1、设计数据：见表1.1 表1.1方案导杆机构的运动分析603801105400.250.52405064350905800.30.520050724301108100.360.518040方案导杆机构的动态静力分析G4G6PNkgm22007007000801.12208009000801.222062080001001.21.2、机构运动简图如图1-1 图1-1 机构运动简图2 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。2.1、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）计算得： 2=6.28rad/sA2=2lO2A （2-2）计算得： A3=A2=6.280.11m/s=0.6908m/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。 A4 = A3 + A4A3 （2-3）得: 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2-1。pa4a3图2-1由图2-1得： A4=107.2mm*0.005=0.536m/s (O4A向右)因B与A同在导杆4上，由速度影像法 B4/A4= lO4B/ lO4A （2-4）计算得： B4=0.632m/s而： B5=B4=0.632m/s（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。得： C5 = B5 + C5B5 （2-5）大小： ? ?方向： 水平 O4B BC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2-2。pbc图2-2由图2-2得： C=123.8mm*0.005=0.619m/s (水平向右)CB=28.8mm*0.005=0.144m/s2.2、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 （2-6）已知： 2=6.28rad/s计算得： aA3n = aA2n =6.2820.11 m/s2=4.34m/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 （2-7）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2-3a3ka4Pn4 图2-3 由图2-3知：aA4=85mm*0.02=1.7m/s2由加速度影象法得：aB4 / aA4= lO4B/ lO4A （2-8）计算得：aB4=2.004m/s2aB5= aB4=2.004m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。得： ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5 （2-9）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2-4所示。pb5n5c5图2-4由图2-4得：ac5 =98mm*0.02=1.96m/s2 (方向水平向左)3 导杆机构的动态静力分析3.1、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所示。FR45FR16图3-1 阻力体FI6=- G6/gac （3-1）已知： P =7000NG6=600Nac=ac5=-1.96m/s2,计算得： FI6 =-700/10(-1.96)=442.8N由： F=P+G6+FI6+FR16+FR56=0 （3-2）取极点P”，比例尺N=40N/mm，作力多边形如图3-2所示。P”PFR56G6FI6FR16图3-2由图3-2得：FR45=172mm*40 N/mm=6880N（方向沿5杆向右）3.2、曲柄平衡力矩分析（1）分离3、4构件进行运动静力分析。如图3-3，对O4点取矩得：M O4=FR54h54+FR23h23+GhG +FI4hI4+M=0 将数据代入式计算得：FR23=8077N又：F=FR54+FR32+F04x+F04y+G4 +F14=0 取极点P”，比例尺N=50N/mm，作力多边形。由图得：FR04x=22*50=1100N Fr04y=29.5*50=1475N（2）对曲柄2进行运动静力分析，作力分析如图3-3所示。FR23FR322图3-3由图3-3得：M =FR32*l =680.6 N . m2总 结本次设计以牛头刨床设计为对象，囊括了各个构件在任意两个角度的速度分析、加速度分析，各个构件的受力情况，动态的静力分析等等。将常见的机械设计整体复习整理了一遍，加强了对本学期所学知识的掌握。结合设计中遇到的问题，现对牛头刨床总结作出如下评价：1、行程大小，即主动件位于两侧极限为止时，刨刀行程 H 在所须的长度（约在 350mm 左右），刨刀每刨削一刀后返回时，工作台做横向进给，每次横向进给量相同； 2、运动特性，其行程速比系数为 K=1.4。这样可以提高生产率，刨刀快速返回，以减少非工段时间，有急回特性； 3、传力特性，此机构最小传动角为 87，传力性能良好； 4、整体运动空间的大小，即尺寸的范围大约在 1200mm 左右，宽 900mm 左右。牛头刨床一般只能加工小型工件，不过它具有设计先进，造型美观，性能可靠，精度稳定，操作简洁，维护方便等特点，在工作生产中应用很广泛。在工程技术领域，经常会遇到一些需要反复操作，重复性很高的工作，如果能有一个供反复操作且操作简单的专用工具，工作效率将会得到很大提高，所以设计一个有好的图形用户界面是以后改进的重要方向。在这次课程设计中，我遇到了很多难题，如何高效率计算，如何通过各种渠道高效率的搜索自己想要的资料，如何跟大家最默契的合作，如何用全面的眼光看待整个设计过程等等，这些问题在整个设计过程中被我一一解决，最后圆满结束。这次课程设计让我们的每一个组员都受益颇丰，得到了拟定运动方案的训练，并且有初