牛头刨床机械原理课程设计3点和6点

1 牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析 第一章 机械原理课程设计的目的和任务 1 课程设计的目的 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 起目的在于进 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 具备计算 和使用科技资料 的能力 在次基础上 初步掌握电算程序的编制 并能使用电子计算机来解决工程技术问 题 2 课程设计的任务 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 在次基础上设计 或对各个机构进行 运动设计 要求根据设计任务 绘制必要的图纸 编制计算程序和编写说明书等 第二章 机械原理课程设计的方法 机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种 图解法几何概念比较清晰 直观 解析法精度较高 第三章 机械原理课程设计的基本要求 1 作机构的运动简图 再作机构两个位置的速度 加速度图 列矢量运动方程 2 作机构两位置之一的动态静力分析 列力矢量方程 再作力的矢量图 3 用描点法作机构的位移 速度 加速度与时间的曲线 第四章 机械原理课程设计的已知条件 1 1 机构简介 机构简介 2 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床 如图 1 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 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 1 9 10 11 与棘轮带动螺旋机构 图 1 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 简图 1 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 2 设计数据 设计数据 见表 图 1 表 1 设计数据 3 表 第五章 选择设计方案 设计内容 1 导杆机构的运动分析 已知 曲柄每分钟转 各构件尺寸及 2 n 重心位置 且刨头导路位于导杆端点 B xx 所作弧高的平分线上 见图 2 要求 作机构的运动简图 并作机构两 个位置的速度 加速度多边形以及刨头的运 动线图 以上内容与后面动态静力分析一起 画在 1 号图纸上 参考图例 1 曲柄位置图的作法为 图 2 取 1 和 8 为工作 行程的起点和终点所对应的位置 取 1 和 7 为切削起点和终点所对应的曲柄位置 其余 2 3 12 等 是由位置 1 起 顺方向 2 将曲柄圆周作 12 等分的位置 1 机构运动简图 设计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析 符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4 单位r minmmNmmkgm2 603801105400 25 L04B 0 5 L04B 240502007007000801 1 64350905800 3 L04B 0 5 L04B 200502208009000801 2 方 案 724301108100 36 L04B 0 5 L04B 1804022062080001001 2 图 2 4 图 2 选择表 中方案 第六章 机构运动分析 1 曲柄位置 3 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 3 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W2lO2A 方向垂直于O2A线 指向与 2一致 2 2 n2 60 rad s 6 702064328rad s VA3 VA2 2 lO2A 6 702064328 0 09m s 0 48 69253273m 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 5 VA4 VA3 VA4A3 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 1 2 则由图 1 2 知 V A4A3 0 3560011549 m s VA4 0 4869253273 m s 又 4 VA4 lO4A 1 163226793 rad s VB W4lo4B 0 67467154 m s 取 5 构件作为研究对象 列速度矢量方程 得 6 vC vB vCB 大小 方向 XX O4B BC 取速度极点 P 速度比例尺 v 0 01 m s mm 作速度多边行如图 1 2 则由图 1 2 知 vC5 0 6686416587m s vCB 0 1024078292m s 5 0 588550741rad s 2 加速度分析 取曲柄位置 3 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 a n A2a n A3 2 6 702064328rad s 22 LO2A 6 7020643282 0 09 a n A3a n A2 m s2 4 042589963m 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 aA4A3va n A4 大小 42lO4A 2 4 A4 A3 方向 B A O4B A O2 O4B O4B 沿导路 取加速度极点为P 加速度比例尺 a 0 1 m s2 mm 作加速度多边形如图 1 3 所示 7 图 3 则由图 1 3 知 aA4 P a4 a 3 2638759m s2 aB4 aB5 aA4 L04B L04A 40522083799 m s2 取 5 构件为研究对象 列加速度矢量方程 得 ac aB acBn a cB 大小 5l2CB 方向 X 轴 C B BC 其加速度多边形如图 1 3 所示 有 ac p c a 4058026085 m s2 2 曲柄位置 6 速度分析 加速度分析 列矢量方程 画速度图 加速度图 8 取曲柄位置 6 进行速度分析 其分析过程同曲柄位置 3 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 vA4 vA3 vA4A3 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 4 图 4 则由图 1 4 知 vA4 pa4 v 0 4937347224 m s vA4A3 a3a4 v 0 3622963846 m s 4 V4 Lo4A 0 4937347224 0 418414117 10180013302 m s 9 vB 4LO4B 0 684407715m s 取 5 构件为研究对象 列速度矢量方程 得 vC vB vCB 大小 方向 XX O4B BC 其速度多边形如图 1 4 所示 有 vC 0 6746306462 m s vCB 0 1042921378 m s 取曲柄位置 6 进行加速度分析 分析过程同曲柄位置 3 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 A4 a A3n a A4A3k a A4A3 大小 42lO4A 2 4VA4A3 方向 B O4 O4B A O2 O4B 向右 O4B 沿导 路 取加速度极点为 P 加速度比例尺 a 0 01 m s2 mm 作加速度多边形图 1 5 10 图 1 5 则由图 1 5 知 a A4 p a4 a 1 672045993 m s2 aB4 aB5 aA4 L04B L04A 2 317767581 m s2 取 5 构件的研究对象 列加速度矢量方程 得 aC aB aCBn aCB 大小 方向 xx C B BC 其加速度多边形如图 1 5 所示 有 aC5 p C a 2 207695373 m s2 整理可得 各点的速度 加速度分别列入表 中 表 11 项 目 位 置 2 4 VA VBVc 36 7020643210163226790 486925320 674671540 66864165 66 7020643210180013300 493734720 684407710 67463064 单 位 1 s1 sm s 表 项目 位置 3A a n A a 4 t A a 4 n B a t B a C a 34 04258993 26368753 21416284 52208370 098774 58026 64 04258991 67204590 58261292 31776750 466102 20769 单位 2 sm 第七章 机构运态静力分析 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 心的转动惯量及切削力 P 的变化规律见图 1 b S J 要求 按表 所分配的第二行的一个位置 求各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡 力矩 以上内容作在运动分析的同一张图纸上 见图例 1 12 5 6杆组示力体共受五个力 分别为P G6 Fi 6 R1 6 R4 5 其中 R4 5和 R1 6 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F1 6 均垂直于质心 R4 5沿杆方向由 C指向B 惯性力Fi 6大小可由 运动分析求得 方向水平向左 选取比例尺 10N mm 作力的多边 形 U 10N mm 已知P 9000N G6 800N 又ac ac5 2 207695373m s2 那么我们可以计算 FI6 G6 g ac 800 9 8 2 207695373 180 2200304N 又 F P G6 FI6 F45 FRI6 0 作为多边行如图 1 6 所示 图 1 6 图 1 6 力多边形可得 FR45 CD N 9181 5664521N 表 机构位置分配图 13 FR16 AD N 649 014527N 在图 1 6 中 对 c 点取距 有 MC P yP G6XS6 FR16 x FI6 yS6 0 代入数据得x 736 0138841m 分离 3 4 构件进行运动静力分析 杆组力体图如图 1 7 所示 图 1 7 已知 FR54 FR45 9181 5664521N G4 220N aS4 aA4 lO4S4 lO4A 1 672045993 0 29 0 41841411745m s2 1015888 14 3791m s2 S4 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 670917669 N m 在图 1 7 中 对 O4点取矩得 MO4 Ms4 FI4 x4 F23 x23 F54 x54 G4 x4 0 代入数据 得MO4 1 670917669 37 53572637 0 29 F23 0 24791637035 9181 5664521 0 571 64177839 220 0 0441846418 0 故 F23 21159 27768N Fx Fy G4 FI4 F23 F54 0 方向 M4o4 大小 O4B 15 由图解得 Fx 5782 1812402N Fy 1