牛头刨床课程设计.doc

1、目录工作原理 .一 . 设计任务 .二 . 设计数据 .三 . 设计要求 .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. .四 . 设计方案选定.五 . 机构的运动分析.2. 加速度分析 . .2. 加速度分析 . .七 . 数据总汇并绘图.九 . 参考文献 .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。

2、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

3、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转速 n248 49 5052 50 4847 55 60（ r/min ）机架 l O2O4(mm)380350430360370400390410380导杆工作行程310300400330380250390310310机构H(mm)运动行程速比系数1.41.41.41.41.51.31.51.31.4分析K600434076连杆与导杆之比0.20.30.30.30.30.20.20.30.35632358/l O4Bl BC表 2导杆机构的动态静力分析方案lO4S4xS

4、6yS6G4GPypJS46mmNmmkg.m21， 2， 30.5 l O4B240502007007000801.14， 5， 60.5 l O4B200502208009000801.27， 8， 90.5 l O4B1804022062080001001.2飞轮转动惯量的确定方案nOz1zOz1JO2JO1JOJOr/minKg.m21-50.1514401020400.50.30.20.26-100.1514401316400.50.40.250.211-150.1614401519500.50.30.20.2三 . 设计要求1、运动方案设计根据牛头刨床的工作原理，拟定 1 2 个其

5、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

6、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

7、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三组数据求得机构尺寸如下 =180(k-1/k+1)=30 l O2A= l O4O2sin( /2)=111.3mml O4B=0.5H/sin /2) =773.0mml BC=0.36 l O4B=278.28mml O4S4 =0.5 l O4B=386.5mm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）曲柄 在 3 位 置时 的机构简图如左图所示由图量 得此位置的位移S=86.9mm，Lo4A=514.7mm。设力、加速度、速度的方向向右为正。1. 速度分析取曲柄位

8、置“ 3”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 l O2A，方向垂直于 O2 A 线，指向与 2 一致。2=2n2/60 rad/s=5.23（rad/s ） A3= A2= 2 l O2A=0.582m/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O4AO2AO4B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1-2图 12则由图1-2知：A3 l pA3 v=0.582 m/s A4A3l a3a4 v=0.198m/s=4=A4A3/l O4A=0

9、.976(rad/s)=4=0.754(m/s)B .lO4B取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得Vc = V B+ VcB大小?方向 XXO4BBC作速度多边行如图1-2 ，则由图 1-2 知C= lpc v=0.728m/s5=CB/ l BC=0.701rad/s2. 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，其大小等于22 l O2A方向由 A 指向 O2 。aK= 2=0.386 (m/s2) a=2=3.04m/s22A4A3 4 A4A3A3l O2AaA3= 42 l O4A=0.303(m/s 2)取 3、 4 构件重合点

10、 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：a A4 =a NA4+a TA4=a A3+a KA4A3+a RA4A3大小？?方向AO4 O4AA O2O4A O4A取加速度极点为P , 加速度比例尺a=0.005( （m/s2 ）/mm),作加速度多边形如图1-3 所示 . 则由图 1-3 知aA4= uap a4=0.48(m/s2)aB=uapb=0.723(m/s2)a S4=0.5aB=0.362(m/s2)a4=atA4/lo4A=0.727(m/s2) a C=a B + a CB + atCB大小：？?方向： /xxC B BCa C=uapc= 0.646(m/s2)图 3曲柄位

11、置“ 9”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）曲柄在9 位置时的机构简图如左图所示由图量得此位置的位移S=375.38mm，Lo4A=358.61mm。设力、加速度、速度的方向向右为正。1. 速度分析取曲柄位置“ 9”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 l O2A，方向垂直于2 A 线，指向与 2 一致。O2=2n2/60 rad/s=5.23（rad/s ） A3= A2= 2 l O2A=0.582m/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O4AO2A

12、?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1-4图 14则由图1-4知：A3 l pA3 v=0.582 m/s A4A3l a3a4 v=0.51m/s=4=A4A3/l O4A=0.80(rad/s)= 4.l=0.62(m/s)B O4B取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得Vc = V B+ VcB大小?方向 XXO4BBC作速度多边行如图1-2 ，则由图 1-2 知Cl pc v=0.5978m/s 5 CBl BC = /=0.59rad/s2. 加速度分析取曲柄位置“ 9”进行加速度分析。因构件2 和 3 在 A 点处的转动副相

13、连，其大小等于22 l O2A方向由 A 指向 O2 。aK= 2=0.816 (m/s2) a=2=3.04m/s22A4A3 4 A4A3A3l O2Aan=2=0.23(m/s2)A44l O4A取 3、 4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：a A4 =a NA4+a TA4=a A3+a KA4A3+a RA4A3大小？?方向AO4 O4AA O2O4A O4A取加速度极点为 P, 加速度比例尺2）/mm), =0.005( （ m/sa作加速度多边形如图1-5 所示 . 则由图 1-5 知aA4= uap a4=1.26m/s2aB=uapb=2.73m/s2a S4

14、=0.5aB=1.36m/s2a4=atA4/lo4A=3.45m/s2 a C=a B + a CB + atCB大小：？?方向： /xx C B BCa C=uapc= 2.72(m/s2)六、机构动态静力分析一、首先依据运动分析结果，计算构件 4 的惯性力 FI4 （与 aS4 反向）、构件 4 的惯性力矩 MI4（与 a4 反向，逆时针）、构件 4 的惯性力平移距离 lhd （方位：右上）、构件 6 的惯性力矩 FI6 （与 aC 反向）。F14=m4aS4=G4/g. aS4=200/100.362=7.24(N)M14=a4JS4=0.727 1.1N m=0.7997(N/m)L

15、h4=M 14F14 =0.7997/7.24=110.45(mm)FI6=m6aS6=G6/g.aS6=70 0.646=45.22(N)1. 取构件 5、6 基本杆组为示力体（如图所示）因构件 5 为二力杆，只对构件（滑块）6 做受力分析即可，首先列力平衡方程：FR65=FR56FR54=FR45FR16 + Fr + F16 + G6 + FR56=0大小？方向xx xx xx x BC按比例尺 F=10N/mm作力多边形，如图所示，求出运动副反力FR16和 FR56。俩图均为杆件 5 ， 6 的受力分析。按比例尺 10N/mm作里多边形FR16=1087.9=879(N)FR56=10

16、349.54=3495.4(N)对 C点列力矩平衡方程：FR16lx + F16yS6 = FryF + +G6xS6Lx=507.097(mm)2. 取构件 3、 4 基本杆组为示力体（如图所示）首先取构件 4，对 O4 点列力矩平衡方程（反力FR54的大小和方向为已知），求出反力FR34：FR54=FR45 FR34= FR43构件 4 的受力分析FR54lh1+FI4 lh2+G4lh3 FR34lO4A=0Fr34=5156.51(N)再对构件 4 列力平衡方程，按比例尺F=10N/mm作力多边形如图所示。求出机架对构件4的反力 FR14 F=0FR54 + G4 + FI4 + FR

17、34 + FR14=0大小?方向 BCxx O4A?FR14=10X198.4=1984(N)3. 取构件 2 为示力体FR34=FR43FR32=FR23FR23+FR12=0FR12=5156.51(N)F=0FR32lhMb = 0Mb=500.00(N.m)二、计算构件 4 的惯性力 FI4 （与 aS4 反向）、构件 4 的惯性力矩 MI4（与 a4 反向，逆时针）、构件 4 的惯性力平移距离 lhd （方位：右上）、构件 6 的惯性力矩 FI6 （与 aC反向）。F14=m4aS4=27.2(N)M14=a4JS4=3.461.1Nm=3.806(N/m)Lh4=M14/F14=1

18、39.926(mm)FI6=m6aS6=190.4(N)1. 取构件 5、 6 基本杆组为示力体（如图所示）因构件 5 为二力杆，只对构件（滑块）6 做受力分析即可，首先列力平衡方程：构件 5.6 的受力简图由于 FR65=FR56 FR54=FR45 =oFFR16 + Fr + F16 + G6 + FR56=0大小？方向 xxxxxxxxBC因此可以做出里多边形：按比例尺 F=10N/mm作力多边形，如图所示，求出运动副反力 FR16和 FR56。FR16=10 71.02=710.2 (N)FR56=10 19.43=194.3(N)对 C点列力矩平衡方程： =0McFR16lx +

19、FI6yS6 = G6xS6LX= 223.14(mm)首先取构件 4，对 O4点列力矩平衡方程 （反力 FR54的大小和方向为已知），求出反力 FR34：FR54=FR45 FR34= FR43 =04OM FR54lh1+FI4 lh2+G4 lh3 FR34lO4A=0FR34=284.56(N)再对构件 4 列力平衡方程，按比例尺F=10N/mm作力多边形如图所示。求出机架对构件4的反力 FR14： =0F FR54 + G4 + FI4+ FR34+ FR14=0大小？方向 BC xxO4A ？FR14=1061.7=617(N)3. 取构件 2为示力体（如图所示）FR34=FR43

20、 FR32= FR23FR23+FR12=0 FR12=284.56(N) =0FFR32lhMb = 0Mb=20.86(N.m)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)00.40.70.60.80.70.4-0.-0.-1.-1.-0.638328007415602429ac(m/s 2)5.3.20.60.5-1.-3.6-5.-5.-2.-1.44.9414646535624157276s(mm)023.86.167241317.3784003572671316259.39.1.4.2Mr(Nm)069500562564504.25612.20.32.-67-26.03.2.537.56862.3根据以上数据用软件绘图得如下：速度位置变化曲线加速度