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牛头
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牛头刨床机械原理课程设计,牛头,刨床,机械,原理,课程设计
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目 录一、设计题目 1二、牛头刨床示意图 1三、导杆机构设计 2四、机构的运动分析 3五、机构的动态静力分析 9六、飞轮设计14七、凸轮设计15八、齿轮设计17九、解析法191.导杆机构设计192.机构的运动分析19 3.凸轮设计23十一、参考文献24一、设计题目与数据1题目牛头刨床的机构原理设计二、牛头刨床示意图 图1三、导杆机构设计表1 牛头刨床设计参数主执行机构曲柄转速n150机架LAC430刨刀行程H400行程速比系数K1.40连杆与导杆之比LDE/LCD0.30工作阻力F(N)4700导杆质量m3(kg)22导杆转动惯量JS3(kgm2)1.2滑块质量m5(kg)50进给机构从动件最大摆角y15凸轮从动件杆长(mm)130推程许用压力角a推程40回程许用压力角a回程50滚子半径rr(mm)15刀具半径rc(mm)0.08各杆尺寸设计如下A、求导杆的摆角：max =150（K-1）/（K+1）=150（1.5-1）/（1.5+1）=36 B、求导杆长：LO3B1=H/2sin（max/2）=400/2sin（36/2）=509mm C、求曲柄长：LO2A =LO2O3sin（max/2）=430sin18=132mm D、求连杆长LBF=LO3BLBF/LO3B=5090.309=258.88mm E、求导路中心到O3的距离LO3M =LO3B-LDE/2=LO3B1-1-cos(max/2)/2=789.2mm F、取比例尺 L=0.005m/mm 在A1图纸中央画机构位置图，大致图形如下： 图2四、机构的运动分析已知：曲柄转速n2=50rpm各构件的重心： 构件6的重心：XS6=150mm第7点：A、速度分析求VA3VA3 =VA2=LO2An/30=0.13250/30=1.105m/s 求VA4 = + 大小： ？ 1.105 ？方向：O3A O2A O3A取V=VA3/Pa3=0.02 在A1图的左下方画速度多边形求VB用速度影像求VB=49.9750. 02=0.9995m/s求VF = + 大小： ？ 0.9995 ？方向： 水平 导路 BF接着画速度多边形由速度多边形求得：VF=V=0.9732m/s 方向水平向右求44=3=VA4/LO3A=1.29 rad/S 求VA4A3VA4A3= V=0.92726m/s 方向如速度图A1 左下图7所示 B、加速度分析求aKA4A3aKA4A3=24VA4A3=2.306m/s2 求aA3aA3=aA2=22LO2A=9.26m/s2 方向：AO2 求anA4anA4=23LO3A=1.2349m/s2 方向：AO3 求aA4 + = + + 大小：2.6 ？ 10.0 0 ?方向：AO3 O3A O3A O3A取a=aA3/pa3=0.1 在A1图的左下方画加速度多边形 大致图形如 图7aA4=pa4a=5.598m/s2 求aB方向如A1图 图7所示用加速度影像求aB=9.2m/s2 = + + 大小： ？ 9.2 0 ?方向：水平 FB BF接着画加速度多边形由加速度多边形求得：aF=pfa=8.905m/s2 水平向左 第8点：A、速度分析求VA3VA3 =VA2=LO2An/30=0.13250/30=1.105m/S = + 大小： ？ 1.105 ？方向：O3A O2A O3A取v=VA3/Pa3=0.03 在A1图的左下方画速度多边形 大致图形如A1 8所示求VB用速度影像求VB=0m/s;求VF = + 大小： ？ 1.74 ？方向：水平 导路 BF VF = V=0m/s 求4 4=3=0rad/s 求VA4A3VA4A3 = V=0m/s B、加速度分析求aKA4A3aKA4A3=24VA4A3=0m/s2 求aA3aA3=aA2=22LO2A=9.07m/s2 方向：AO2 求anA4anA4=23LO3A=0m/s2 方向：AO3 求aA4 + = + + 大小 2.8 ？ 10.0 0.448 ?方向：AO3 O3A 如图6 O3A取a=aA3/=0.4 在A1图的左下方画加速度多边形 大致图形如A1 8所示aA4=pa4a=9.07m/ s2 求aB 用加速度影像求aB=18.14m/s2 方向如A1 8所示 求aF = + + 大小： ？ 9.07 0.2 ?方向：水平 FB BF接着画加速度多边形由加速度多边形得：aF=a=17.98m/s2 方向：水平向左 第12点：A、速度分析求VA3VA3 =VA2=LO2An/30=0.13250/30=1.105m/S 求VA4 = + 大小 ? 1.105 0方向：O3A O2A O3A取V=VA3/Pa3=0.05 在A1图的左下方画速度多边形大致图形如A1 12图所示求VB用速度影像求VB=28.3940.05=1.14m/s求VF= + 大小： ? 1.14 ?方向：水平 导路 BFVF=V=1.359m/s 方向水平向左 求44=3=VA4/LO3A=1.75rad/S 方向：逆时针求VA4A3VA4A3=V=0.9277m/s 方向如速度A1 12图所示 B、加速度分析求aKA4A3aKA4A3 =24VA4A3=6.3m/s2方向如速度A1 12图所示 求aA3aA3=aA2=22LO2A=9.264m/s2 方向：AO2求anA4anA4 =23LO3A=1.26m/s2 方向：AO3求aA4 + = + + 大小：1.26 ？ 9.264 6.3 ?方向：AO3 O3A 如图 O3A取a=aA3/pa3 =0.4 在A1图的左下方画加速度多边形 大致图形如该A1图 12所示aA4= a=16.13m/s2 求aB用加速度影像求aB=26.996m/s2 方向如A1图 12所示求aF = + + 大小： ？ 26.99 1.25 ?方向：水平 FB BF接着画加速度多边形由加速度多边形得：aF= a =26.39m/s2 方向：水平向右 在A1图纸左上角绘制刨头的运动线图。大致图形如A1图左上位移线图所示 曲柄位置名称 结果1234456SF00.0290.0980.190.250.290.384VF00.8411.33915711.61.5781.390aF17.1910.3775.7361.504-0.243-1.492-4.587 曲柄位置名称 结果788910101112SF0.4590.4990.50.4750.3580.250.1760.04VF0.97320.2130-1.077-2.607-3.031-2.859-1.359aF-8.905-16.17-17.98-24.677-19.82-0.87114.26426.39五、机构的动态静力分析已知:导杆的质量 m4=20Kg 刨头的质量 m6=62Kg (其余质量忽略不计) 导杆绕重心的转动惯量 JS4=1.2Kgm 切削阻力为常数大小为 FC=1400N1.确定惯性力、惯性力矩第7点：F16=-m6aF=628.905=552.11NF14=-m4as=-2024.603=81.26NM14=1.211.2734=13.527Nm(未采取平移力的平衡惯性力矩方法） 第12点：F16=-m6aF=6226.393=1636.366NF14=-m4aS=2013.179=263.6N M14=JS44 =38.916Nm将计算结果汇总在如下表中：曲柄位置导杆4刨头F14M14Lh4F167点552.1113.5270552.1112点263.638.91601636.362.确定齿轮2的重量查指导书得齿轮2的重量G2=400N 3.确定各运动副反力 第7点:A、取构件5、6为示力体在机构位置图上方绘制示力体图，如右：比例尺为：L=0.005m/mm大致图形如图7： + + + + =0上式中只有FR45、FR76的大小未知取力比例尺：P=Fc/=20N/mm 在机构位置图下面画力多边形 大致图形如A1图求得：FR45=P=948.32N 方向与力多边形中的方向一致 FR76=P=31.81420=636.28N方向：垂直导路向上MF=0：FC（LO2M-YP）+G6XS6=FR76h76h76=Fc(LO2M-YP)+G6XS6/R76 =0.214m B、取构件3、4为示力体在机构位置图右侧绘制示力体图,比例尺为：L=0.005m/mm 大致图形如A1图 其平衡方程为： + + + + = 0 MO3=0 (确定FR23的大小)：FR23h23+F14hp+G4h4=FR54h54量得:hI4 =0.384m ；h4=0.12m； h54=0.766mFR23=(FR54h54+F14hP+G4h4)/h23=1441N 矢量式中FR74的大小和方向未知 仍取力比例尺P=20N/mm 接着画力多边形图求得:FR74=P=37.820=756.02N 方向与力多边形中he的方向一致 B、取构件2为示力体在机构位置图右方绘示力体图，比例尺为:L=0.005m/mm 大致图形如A1图 其平衡方程为： + + + = 0MO2=0 （确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.072m 算得:rb =0.315m Pb=FR32h32/rb=330N 式中的R72大小和方向未知仍然取力比例尺P=20N/mm 接着画力多边形图，求得： FR72=P=75.820=1516N 方向与为多边形中ij的方向一致 第12点:A、取构件5、6为示力体 在机构位置图上方绘制示力体图, 如A1图 12所示： 比例尺为：L=0.005m/mm + + + =0上式中只有R45、R76的大小未知取力比例尺：P=FI6/=40N/mm在机构位置图下面画力多边形图，大致图形如A1图 12求得：FR45=P=40.940 =1636.8N 方向与力多边形中的方向一致 FR76=P=16.4340=657N 方向：垂直导路向上 MF=0：G6XS6=FR76h76h76=G6XS6/FR76=0.8443m B、取构件3、4为示力体在机构位置图右侧绘制示力体图,比例尺为：L=0.005m/mm 大致图形如A1图其平衡方程为： + + + + = 0MO3=0 (确定FR23的大小)：FR54h54+FI4hI4+G4h4=FR23L23量得:hI4 =0.382m； h4=0.104m； h54=0.750m FR23=(FR54h54+ P14hP+G4h4)/LO3A=4100N 矢量式中FR74的大小和方向未知 仍取力比例尺P=40N/mm接着画力多边形图,求得:FR74=P=5640=2240N 方向与力多边形中ef的方向一致B、取构件2为示力体在机构位置图右下方绘示力体图 比例尺为:L=0.005m/mm大致图形如A1图：其平衡方程为： + + + = 0MO2=0 （确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.072m 算得:rb =0.316m Pb=FR32h32/rb=930.64N 仍然取力比例尺P=40N/mm 接着画力多边形图,求得：FR72=P=9440=3760N 方向与为多边形中if的方向一致 4、将各运动副反力汇总如下： 位置反力指定的两个位置第7点第12点FR7215163757FR747562242FR76636657FR459481637FR2314414100 FR32144141005、计算平衡力偶矩并汇总如下：曲柄位置123456Mb0221.4302.2284.1304.7196.6曲柄位置789101112Mb104.3-26.5205.6410-319.60 6、绘制平衡力偶矩曲线Mb-2该曲线在A1图的右上角 纵坐标比例尺：Mb=10Nm/mm 横坐标比例尺：2=3.75度/毫米 见A1图右上角能量曲线六、飞轮设计已知：许用速度不均匀系数 =1/35 平衡力矩曲线 Mb-2 驱动力矩为常数 曲柄的转数 n2=50rpm 飞轮装在齿轮Z1的O1轴上1、作等效阻力矩曲线Mr-r由于飞轮准备装在Z1的O1轴上，因此|Mr|=|Mb/i12|可由Mb-2曲线直接画出Mr-1曲线（见A1图）。为了使图形一样，其比例尺选为：Mr=Mb/i12=3.75Nm/mm 2、求功曲线Wr-1取极距H=60mm 图解积分Mr-1得Wr-1曲线。纵坐标比例尺为：W =MH/150=3.915.140/150=39.26J/mm 3、求功曲线Wd-1根据一个稳定运转循环中能量变化为零，以及Md=常数的条件可作出Wd-1曲线。比例尺仍为：W=39.26J/mm4、求驱动力矩曲线Md-1仍取极距H=60mm 图解微分Wd-1得Md-1曲线。纵坐标比例尺为：M=3.75Nm/mm 得驱动力矩：Md =hM=12.93.75=48.375Nm 5、确定最大盈亏功为：W=39.269.96= 391.0296J 6、求飞轮的转动惯量JF=900W/2n2=(900391.029635)/(3.142 502)=195Kgm 7、确定飞轮尺寸b=4gJF/D3H材料用灰铸铁=7104N/m3取飞轮直径 D=0.5m 取轮缘的高宽比为H/b=1.5 b2=4gJF/D3H=(49.8195)/(3.141.50.537104)b=0.430m=430mm H=1.5b=1.5430=645mm 图3七、设计凸轮轮廓曲线已知：推杆的运动规律为等加速等减速上升和等加速等减速下降,凸轮与曲柄共轴,顺时凸轮机构的最大摆角 max=15凸轮的摆杆长 LO4C=150mm凸轮的推程运动角 0=70凸轮的远休止角 01=0凸轮的回程运动角 0=70凸轮机构的机架长 Lo2o4=160mm凸轮的基圆半径 ro=50mm凸轮的滚子半径 rr=15mm摆杆的角位移曲线以及凸轮轮廓曲线的设计已绘制在A2图纸上. 图4 八、齿轮设计及绘制啮合图已知：齿轮1的尺数Z1=18齿轮2的尺数Z2=48模数m12=15压力角=20齿顶高系数h*a=1径向间隙系数C*=0.251、列表计算集合尺寸名称符号计算公式计算结果小齿轮分度圆直径d1d1=mz1252大齿轮分度圆直径d2d2=mz2672小齿轮齿顶圆直径da1da1=d1+2ha250大齿轮齿顶圆直径da2da2=d2+2ha700小齿轮齿根圆直径df1df1=d1-2hf207大齿轮齿根圆直径df2df2=d2-2hf637小齿轮基圆直径db1db1=d1cos236.8大齿轮基圆直径db2db2=d2cos631.47分度圆齿距PP=m43.982基圆齿距pbpb=pcos41.32分度圆齿厚ss=p/220.664分度圆齿槽宽ee=p/220.664径向间隙cc=c*m3.5标准中心距aa=m(z1+z2)/2462实际中心距aa=a462传动比ii=z2/z12.666重合度=B1B2/Pb1.5 图5 九、解析法1导杆机构设计已知：（1）行程速比系数K；（2）刨头和行程H；（3）机架长LO2O3（4）连杆与导杆的比LBF/LO3B求解:(1)求导杆的摆角：max=150（K-1）/（K+1）(2)求导杆长：LO3B1=H/2sin（max/2）(3)求曲柄长：LO2A=LO2O3sin（max/2）(4)求连杆长：LBF=LO3BLBF/LO3B(5)求导路中心到O3的垂直距离LO3M：从受力情况（有较大的传动角）出发，刨头导路O3B线常取为通过B1B2挠度DE的中点M.即： LO3M=LO3B-LDE/2将上述已知条件和公式编入程序 见附录与图解法比较，误差在毫米以下。不用修改。2机构运动分析已知： (1)曲柄转速2； (2)各构件的长度。求解：、建立机构的运动方程式如图所示：选定直角坐标系XOY。标出各杆的矢量和转角。各构件矢量所组成的封闭矢量方程式为: 图6+ = a b其中令：Ll=LO2O3；Y=L03M；S=L03A；将a式分别投影在x和y轴上得L2cosF2=S cos F4 cLl+L2 sin F2=S sin F4 d两式相除则得tgF4=(Ll+L2sinF2)L2cosF2 (1)在三角形A0203中S2=LlLl+L2L22L1L2cos(90+F2) (2)将c d两式对时间求导一次得L2W2sinF2=SW4sinF4+VrcosF4 eL2W2cosF2=SW4cosF4+VrsinF4 f将坐标XOY绕O点转F4角(也就是将e f两式中的F2角F4角分别减去F4)，经整理后可分别得到Vr=L2 W2sin(F2F4) (3)W4=L2 W2 cos(F2-F4)S (4) 再将e f二式方别对时同求导一次后，同样将坐标XOY绕0点转F4角(也就是将式中的F2角F4角分别成去F4)，经整理后可分别得到ar=SW4W4L2W2W2cos(F2F4) (5)ak=2 Vr W4 (6)e4=2 Vr W 4+ L2W2W2sin(F2一F4) (7)将b式分别投|影在x和y轴上得X：L4 cos F4十L5 cos F5 (8)Y：L4 sin F4十L5 sin F5 (9)由(9)式可直接得sin F5=（YL4sinF4）L5 （10）对(9)式求导，一次可得L4W4cosF4=L5W5cosF5 于是由g式可得W5=(L4W4cosF4)L5cosF5 （11）对g式求导一次经整理可得e5=（L4e4cosF4+L4W4 W4sinF4+L5W5W5sinF5)L5cosF5 （12）(8)式中的X是坐标值，要想得到F点的位移XF应该是XF=XX0XF=L4 cos F4+L5 cos F5一(L4 cos F40+L5 cos F50) （13）式中F40 F50是导杆4处在左极限位置l时。导杆4和连杆5与坐标的正向夹角对（13）式求导一次可得：VF=L4W4sinF4L5 W5sinF5 （14）对（14）式求导一次可得aF=L4cosF4W4W4L4sinF4e4L5cosF5 W5W5L5sinF5e5 (15)角度的分析关于F4和F5两个角度的分析 当曲柄2运动到第一象限和第四象限时，导杆4在第一象限。此时得出的F4就是方位角。当曲柄2运动到第二象限和第三象限时导杆4是在第二象限，得出的F4是负值，所以方位角应该是F4=150+F4由于计算机中只有反正切，由（10）式是不能直接求出F5因此要将其再转换成反正切的形式F5=atn(gsqr(1g*g) （16）式中g=sin F5=(YL4*sin F4) L5无论曲柄2运动到第几象限。连杆5都是在第二第三象限，由于在第二象限时F5是负值，在第三象限时F5是正值，因此在转换方位角时可以用一个公式来表示即：F5=150+F5 （17）开始计算是在左极限l的位置。因此F2的初值应该是： F2=Fq=195(Fq为起始角)运行到8时导杆处在右极限终止位置，因此F2的数值应该是：F2=FZ=345 (FZ为终止角)编写程序及运行结果见附录：结果分析： 上述结果与图解法比较，除加速度略有点误差外其余各结果均无误差。因此验证了图解法和解析法的运算结果都是正确的。加速度的误差尽管很小但也进行了查找修正3凸轮机构的轮廓曲线设计已知(1)从动件8的运动规律及0、01、(2)从动件8的长度LO4C(3)从动件的最大摆角max=16(4)从动件与凸轮的中心距LO2O4(5)凸轮理论轮廓的基圆半径r0(6)滚子半径rr(7)凸轮与曲柄共轴,顺时针回转 图71.建立数学模型选取XOY坐标系，B0点为凸轮起始点。开始时推杆滚子中心处于B0点处，当凸轮转过角度时，推杆相应地产生位移角。根据反转法原理,此时滚子中心应处于B点，其直角坐标为：y = a sinLsin(0) ax = a cosLcos(0) b式中a为凸轮轴心O与摆动推杆轴心A之间的距离,L为摆动推杆的长度。在OA0B0中0=arc cos (a2L2r20)/2aL ca式和
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