机械原理-牛头刨床课程设计.doc

机械原理课程设计08机械08机械原理课程设计牛头刨床说 明 书 姓名： 李安洲 学号： 200800840058 组号： 第6组 2010 年 7 月 16目 录工作原理3一.设计任务4二.设计数据4三.设计要求41、运动方案设计42、确定执行机构的运动尺寸43、进行导杆机构的运动分析44、对导杆机构进行动态静力分析55、数据总汇并绘图.56、完成说明书.5四.设计方案选定5五.机构的运动分析51.速度分析62.加速度分析6六.机构动态静力分析7七.数据总汇并绘图9八.参考文献10工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动，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23456带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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191011与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图b），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转动，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) (b) 图d 一.设计任务1、运动方案设计。2、确定执行机构的运动尺寸。3、进行导杆机构的运动分析。4、对导杆机构进行动态静力分析。5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。二.设计数据 本组选择第六组数据表1方案123456789导杆机构运动分析转速n2（r/min）484950525048475560机架lO2O4(mm)380350430360370400390410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系数K1.461.401.401.441.531.341.501.371.46连杆与导杆之比lBC/ lO4B0.250.30.360.330.30.320.330.250.28表2方案导杆机构的动态静力分析lO4S4xS6yS6G4G6PypJS4mmNmmkg.m21，2，30.5lO4B240502007007000801.14，5，60.5lO4B200502208009000801.27，8，90.5lO4B1804022062080001001.2三.设计要求1、运动方案设计根据牛头刨床的工作原理，拟定12个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。2、确定执行机构的运动尺寸根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路 位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图d)。3、进行导杆机构的运动分析根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应的1到2个位置（如图2中1，2，3，12各对应位置）的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。4、对导杆机构进行动态静力分析根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分与尺寸设计及运动分析画在同一张纸上（2号或3号图纸）。提示：如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。5、数据总汇并绘图最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。6、完成说明书每人编写设计说明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置。四.设计方案选定如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使 图2压力角尽量小。 五.机构的运动分析选择第六组数据求得机构尺寸如下=180(k-1/k+1)=26.15lO2A= lO4O2sin(/2)=90.5034mm lO4B=0.5H/sin/2) =552.4652mm lBC=0.32lO4B=176.7889mm lO4S4 =0.5lO4B=276.326mm并画曲柄在5位置时的机构简图如左图所示由图量得此位置的位移S=150mm，Lo4A=486.5488mm。设力、加速度、速度的方向向右为正。曲柄位置“5”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）1.速度分析取曲柄位置“5”进行速度分析。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。 2=2n2/60 rad/s=5rad/sA3=A2=2lO2A0.453m/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 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1-2 图12则由图1-2知：A3= lpa4v=0.493 m/s A4A3= la2a4v =0.0108 m/s4=A4A3/ lO4A=0.9015rad/s B5=4 lO4B=0.4981m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 B5 = C5 + B5C5大小 ? ?方向 O4B XX BC作速度多边行如图1-2，则由图1-2知C5= lpcv=0.4965m/s C5B5= lBCv =0.0161m/s CB=C5B5/ lBC=0.1475rad/s2.加速度分析取曲柄位置“5”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，其大小等于22 lO2A方向由A指向O2。aA4A3K =24A4 A3=0.1958 m/s2 aA3n =22lO2A2.2626m/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,作加速度多边形如图1-3所示.则由图1-3知 aA4= la4a=0.396m/s2 导杆4的角加速度:= a A4/ lO4B =1.5179rad/s2aBn =42 lO4B =0.4499m/s2 a B5=lO4B =0.8386m/s2 ac5B5n =BC2 lBC=3.8463mm/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac5= ac5B5n+ a c5B5+aB5n+ a B5大小 ? ? 方向 XX /CB BC /AB AB其加速度多边形如图13所示,有aC= lca=-0.8704 m/s2 图3 六.机构动态静力分析取S6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14所示。 图14已知G6=800N，又ac=ac5=0.8704m/s2,那么我们可以计算FS6= G6/gac =800/100.8704=69.632N 又F=P+G6+FS6+F45+FN=0正交分解得：F45sin3+Fs6P=0 FN+F45sin3G6=0代入数据解得:F45=8942.626N FN=331.979N对导杆4受力分析如图1-5所示，加上惯性力，和惯性力矩，用静力平衡分析法解。Fs4n =42 lO4S4G4/g =17.96N Fs4=lO4S4 G4/g =33.54N Mi=JS4=1.82Nm由静力平衡条件对O4点取矩有：Mo4=0 G4 lO4S4cos87+F23 lO4A-FS4-Mi-F54cos6lO4SB=0代入数据解得：F23=10102.56N正交分解：Fy=0 Fyo4- Fs4n cos87+Fs4sin87-G4-F23cos87-F54cos87=0 Fx=0 Fxo4+ Fs4n sin87+ Fs4cos87+F23sin87-F54sin87=0解得：Fyo4= 1232.29N Fxo4=1136.33N对曲柄受力分析如图16所示F32和F02大小相等方向相反即F02= F23=10102.56N，因曲柄平M=F32 lO2A=-888.18Nm,平衡力矩Mr=-M=888.18Nm（顺时针为正） 图15 图1-6 七.数据总汇并绘图统计12人的数据得到如下表位置123456789101112c(m/s)00.290.440.520.50.430.2-0.02-0.23-0.77-0.75-0.3ac(m/s2)2.92.81.120.39-0.84-2.42-2.55-3.5-3.49-1.722.42.4s(mm)02050100155195240247.52402008030Mr(Nm)04307328138887909.42.618.27