机械原理课程设计——牛头刨床主体机构

主体机构设计,牛头刨床主体机构,主体结构设计,设计要求 （1）刨刀工作行程要求速度比较平稳，空回行程时刨刀快速退回，机构行程速比系数在1.4左右。 （2）刨刀行程H=300mm或H=150mm。曲柄转速、切削力、许用传动角等见表1，每人选取其中一组数据。 （3）切削力P大小及变化规律如图1所示，在切削行程的两端留出一点空程。具体数据如下：,主体机构,刨刀行程：H=150,速比系数：K=1.4,主体机构（方案一）,方案一：摆动导杆机构与摇杆滑块机构组合机构机构简图： 计算机构的自由度F=3527=1,主体机构（方案一）,机构尺寸的计算：1、导杆的摆角K=1.4则：=180K-1K+1=302、导杆的长度L4H=150mm则：L4 =H2sin（2）=289.77mm290mm3、计算O2O3距离取L2的长度为60mmLo2o3= L2/sin15 =60/sin15 = 231.82mm232mm,主体机构（方案一）,主体机构（方案一）,运动分析利用矢量方程法求解机构中各个主要构件的位移、速度、加速度与曲柄L2角位移之间的关系。根据主体机构的具体特征，选取适当坐标系，确定矢量坐标，列写矢量方程。具体如下图所示：,矢量方程：建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及其方位角。其中共有四个未知量4、5、LO3A、SF。为求解需建立两个封闭的矢量方程，为此需利用两个封闭的图形O3AO2O3及O3BFDO3,矢量方程：由上面的矢量坐标可以得到矢量方程：,S1+L2 = S3 1,S2+SF=L4+L5 2,位置分析向x，y方向投影的：由1可得： L2cos=S3 cos S1+L2sin=S3sin由2可得： SF=L4cos4+L5cos5 S2=L4sin4+L5sin5,解之得：SF=L4cos+L5cos5 4=arccos（L2cosS3） 5=arcsin（S2-L4sin）L5 S3=(S1)+(L2)+2*S1*L2*sin1/2,即可求得4、5、LO3A、SF四个运动变量,H=0.15; %行程（单位：m）L2=0.06; %O2A的长度 L4=0.29; %O3B的长度L5=0.08; %BF的长度LO2O3=0.232; %O2O3的长度LO3D=0.285; %O3D的长度W2=2.5*pi/3; %曲柄角速度rad/stheta2=linspace(-15,345,100);%划分theta2=theta2*pi/180;%转换为弧度制dtheta2=theta2(2)-theta2(1）;%角度间隔 for i=1:100theta2(i)=theta2(1)+dtheta2*(i-1);%角度end,%刨刀位移分析LO3A=(LO2O3)2+(L2)2-2*LO2O3*L2*cos(theta2+pi/2).0.5;%求O3A的长度for i=1:100 %求4、5以及SF的长度theta4(i)=acos(L2*cos(theta2(i)/LO3A(i);theta5(i)=asin(LO3D-L4*sin(theta4(i)/L5);SF(i)=L4*cos(theta4(i)+L5*cos(theta5(i);end%求解结束 figure(1);%画图plot(theta2,SF,-);grid on;xlabel(曲柄转过角度theta2);ylabel(SF);title(刨刀位移SF);axis(theta2(1) ,theta2(100),0,0.2); %确定坐标上下限,位移图像：,%2,速度分析for i=1:100%求解Vr、W4、W5和VF四个变量J=inv(-1,-L4*sin(theta4(i),-L5*sin(theta5(i),0; 0,L4*cos(theta4(i),L5*cos(theta5(i),0; 0,-LO3A(i)*sin(theta4(i),0,cos(theta4(i); 0,LO3A(i)*cos(theta4(i),0,sin(theta4(i); %求矩阵的逆矩阵K=J*W2*0;0;-L2*sin(theta2(i);L2*cos(theta2(i); %求解矩阵方程VF(i)=K(1);W4(i)=K(2);W5(i)=K(3);Vr(i)=K(4);end%求解结束 figure(2);%画图plot(theta2,VF,-);grid on;%plot(theta2,VF,g*,theta2,W4,r+,theta2,W5,b,theta2,Vr,c-);grid on;%分别求出其他机组速度关系xlabel(曲柄转过角度theta2);ylabel(VF);title(刨刀速度VF);axis(theta2(1) ,theta2(100),-0.2,0.4); %确定坐标上下限,刨刀速度图像：,摆杆L4的角速度：,连接杆L5的角速度：,套筒3相对于摆杆的相对速度：,%3加速度分析for i=1:100 %求解 aF、a4、a5、ar与曲柄转过角度的关系 J=inv(-1,-L4*sin(theta4(i),-L5*sin(theta5(i),0; 0,L4*cos(theta4(i),L5*cos(theta5(i),0; 0,-LO3A(i)*sin(theta4(i),0,cos(theta4(i); 0,LO3A(i)*cos(theta4(i),0,sin(theta4(i);P=W2*W2*0;0;-L2*cos(theta2(i);-L2*sin(theta2(i);M=0,-W4(i)*L4*cos(theta4(i),-W5(i)*L5*cos(theta5(i),0; 0,-W4(i)*L4*sin(theta4(i),0,-W5(i)*L5*sin(theta5(i);0,-W4(i)*LO3A(i)*cos(theta4(i)-Vr(i)*sin(theta4(i),0,-W4(i)*sin(theta4(i); 0,-W4(i)*LO3A(i)*sin(theta4(i)+Vr(i)*cos(theta4(i),0,W4(i)*cos(theta4(i);N=VF(i);W4(i);W5(i);Vr(i);K=J*(P-M*N); %求解矩阵方程aF(i)=K(1);a4(i)=K(2);a5(i)=K(3);ar(i)=K(4);end %求解结束,figure(3); %画图plot(theta2,aF,-);grid on;%plot(theta2,aF,-,theta2,a4,-,theta2,a5,-,theta2,ar,-);grid on;%分别求出其他几组加速度xlabel(曲柄转过角度theta2);ylabel(aF);title(刨刀加速度 aF);axis(theta2(1) ,theta2(100),-1,1); %确定坐标上下限,刨刀加速度图像：,摆杆L4的角加速度：,连杆L5的角加速度：,套筒3相对于摆杆的相对速度：,飞轮的设计：,飞轮设计,%求解飞轮最大盈亏功P=4500;%切削力选取x=152+L4*cos(theta4)-L5*cos(theta5)%刨刀位移Me=P*abs(VF)/W2; %等效阻力矩Md=P*(1-2*0.05)*H/(2*pi); %等效驱动力矩Ee=P*x; %等效阻力矩做功t=theta2/W2; %时间Eed=Md*W2*t; % 等效驱动力矩做功e=Eed-Eer; %机械能的变化量 plot(t,e),gridxlabel(曲柄转过角度),ylabel(E),title(机械能变化曲线),计算机求解最大盈亏功：,机械能变化曲线：,飞轮设计：,速度图解法：,V1A+V12=V 2AVF+VFB=V 2BV2B=V 2A为常数比,加速度图解分析： a4An+a4Ar+a24Ar+ak24A =a2A大小方向 a4b+aF4Br=aF a4A=V 4B,进给凸轮机构设计,负责人：XXX,凸轮设计原理,凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-w使其绕轴心O转动。这是凸轮于推杆之间的相对运动并未改变但此时凸轮将静止不动而推杆则一方面随其机架O点以角速度-w绕轴心O转动一方面又在绕机架O点作匀加速摆动。这样推杆在这种复合运动中其滚子中心运动的轨迹即为凸轮的理论轮廓线。以理论轮廓线上一系列点为圆心以滚子半径r为半径作一系列的圆在作此圆族的包络线即为凸轮的工作廓线。,切削时不可以进给,刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程,刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程,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0-4-5-6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（凸轮推程时，4杆顺时针转，从而使6杆顺时针转，6杆的上部分就会推动棘轮顺时针转动一齿，棘轮带动螺旋机构从而使工作台进给，凸轮在回程和近，远休止时工作台不运动）。总结：凸轮（摆杆）的推程在刨刀在空回行程，凸轮（摆杆）的回程和近，远休止在刨刀的什么行程都没关系，换言之，凸轮（摆杆）的推程的角度范围在刨刀的空回行程对应的主体机构曲柄的的角度范围之内，就满足切削时不可以进给的条件,机器的工作循环图:,机构行程速比系数在K=1.4,=,刨刀的工作行程对应曲柄的,刨刀的空回行程对应曲柄的,由于要满足切削时不可以进给条件，即凸轮（摆杆）的推程的角度范围在刨刀的空回行程对应的主体机构曲柄的的角度范围之内。,凸轮推程的起始点相对应的主体机构曲柄的角位置,有推程的凸轮运动角不可选得太小，否则将增大凸轮的尺寸，降低动力性能，一般可取7080，上停程运动角建议取0210，回程时推杆也不可回得太快，一般回程运动角03 与01 接近或稍小些，其余为下停程。则有：凸轮（摆杆）的推程的角度01,，回程的角度030175，上停程运动角0210，下停程,04,凸轮推程的起始点相对应的主体机构曲柄的角位置,总结：凸轮（摆杆）的推程的角度0175刨刀的空回行程对应曲柄的,范围内就满足条件。凸轮推程的起始点相对应的主体机构曲柄的角位置：取凸轮（摆杆）的推程的角度0175的中心位置与刨刀的空回行程对应曲柄的,动件在推程和回程中的运动规律:改善其动力特性,选正弦加速度运动规律，无刚性和柔性冲击,选方案2，H=150mm，则推程许用压力角为= 38;回程许用压力角为= 65，推程最大摆角为max =15，摆杆长度为L=70mm,在满足压力角条件确定基圆半径，摆杆中心间的中心距。,推程许用压力角为= 38；回程许用压力角为= 65；试凑法：对照摆杆长度为L，赋值基圆半径，中心距a=90,r0=50;经试验符合要求,凸轮曲线上最小曲率半径的确定滚子半径,滚子半径rf：rfmi n 3（mm）及rf0.8mi n（mm）,方法1用图解法确定凸轮理论廓线上某点A的曲率半径R：以A点位圆心,任选较小的半径r 作圆交于廓线上，在圆A两边分别以理论廓线上的B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于E、F、H、M四个点处。过E、F两点作直线再过H、M两点作直线两直线交于O点则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心曲率半径OA。并且曲率中心肯定在曲线过A 点的法线上。可以通过法线与直线EF或HM的交点求曲率中心。,方法2确定凸轮理论廓线上某点A的曲率半径R：凸轮理论廓线上有360个点，设A点的前后两点分别为点B和点C，过点A,B,C三点可确定一个圆D，圆D的半径近似为点A的曲率半径R,齿轮机构设计,负责人：XXX,齿轮机构参数选择,根据主体结构的参数（n=75r/min,H=150mm）综合提供的齿轮机构参数选择以下的参数：,设计方法和过程,齿轮系的总传动比：,设计方法和过程,