牛头刨床的机构综合与传动系统设计

1、机械原理课程设计任务书设计题目 牛头刨床的机构综合与传动系统设计 热能与动力工程 专业 1003 班 设计者： 张震 指导教师： 2012年 11月 12日北京交通大学海滨学院目录一、课程设计的题目和原始数据1二、机构简介与设计数据3§2.1、机构简介3§2.2、设计数据4三.课程设计的内容和步骤6§3.1、机构综合6§3.2、机构运动简图6§3.3、矢量方程图解法进行机构的运动分析7对位置3点进行速度分析和加速度分析7对位置6点进行速度分析和加速度分析9对位置9点进行速度分析和加速度分析10对位置12点进行速度分析和加速度分析12§

2、3.4、绘制E点的运动线图14§3.5、凸轮机构设计15四、参考文献17一、概述1课程设计的题目 课程设计的题目是牛头刨床的机构综合与传动系统设计.2课程设计的原始数据 二、机构简介与设计数据1. 机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图2-1。电动机经皮带和齿轮传动，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，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切

3、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（图中没有画出），使工作台连同工件一次进级运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离，见图2-1，b）而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个循环运动中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，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。图2-1图2-1 b2. 设计数据已知： 行程速比系数 K=1.8 刨头行程 H=700 mm 机架长度 AC=450 mm 连杆与导杆之比 DE/CD=0.3 曲柄转速 n=90 r

4、/min三.课程设计的内容和步骤§3.1、机构综合各杆尺寸设计如下： 导杆的最大摆角 max=180°×(K-1)/(K+1)=180°×0.8/2.8=51.4°导杆长 CD=H/2sin(max/2)=700/2sin25.7°=807 mm连杆长 DE=0.3CD=0.3×807=242.1 mm曲柄长 AB=AC×sin(max/2)=450×sin25.7°=195.15 mm导路中心M点到C点的距离 CM=CD-GF/2=CD-CD×1-cos(max/2)/2=

5、767.1 mm§3.2、机构运动简图§3.3、矢量方程图解法进行机构的运动分析1. 曲柄位置“3”速度分析，加速度分析速度分析因构件2和3在B处的转动副相连，故VB2=VB3，其大小等于2AB，方向垂直于AB，指向与2一致。 2=2n/60 rad/s=3 rad/sB3=B2=2·AB =3×0.195 m/s=1.838 m/s（AB）取构件3和4的重合点B进行速度分析。列速度矢量方程，得 B4=B3+B4B3大小 ? ?方向 CB AB CB取速度极点P，速度比例尺µv=0.09 (m/s)/mm ,作速度多边形如图-1(附录)则由图-

6、1知， B4=20·v= 1.8 m/s B4B3=6·v=0.54 m/sD =CD/BC×B4 =0.807/0.63×1.8=2.306 m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 E= D + ED大小 ? ?方向 XX CD ED则由图-1知， E=26v =2.34 m/s ED=4v= 0.36 m/s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B点处的转动副相连，故aB3 = aB2其大小等于22AB,方向由B指向A。aB3 = aB2 =22·AB=17.321 m/s2 4=3=B4/BC=1.8/0.63

7、=2.86 rad/s aB4B3K=24×B4B3=2×2.86×0.54=3.089 m/s2 aB4n =32 ×BC=2.862 ×0.63=5.153 m/s2取3、4构件重合点B为研究对象，列加速度矢量方程得： aB4 = aB4n + aB4 = aB3 + aB4B3K + aB4B3r大小: ? ? ?方向： ? BC BC BA BC BC 取加速度极点为P,加速度比例尺µa=0.3（m/s2）/mm作加速度多边形如图-2所示aB4=17×0.3=5.1 m/s2aD=CD/BC×aB4=0.8

8、07/0.63×5.1=6.533 m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得aE= aD+ aED n + a ED大小 ? ED 2 /ED ?方向 XX ED ED则由图-2知, aE=3.8µa=1.14 m/s2 方向水平向右2. 曲柄位置“6”速度分析，加速度分析速度分析B3=B2=2·AB =3×0.195 m/s=1.838 m/s（AB）取构件3和4的重合点B进行速度分析。列速度矢量方程，得 B4=B3+B4B3大小 ? ?方向 CB AB CB取速度极点P，速度比例尺µv=0.09 (m/s)/mm ,作速度多边形如图

9、-1则由图-1知， B4=14·v= 1.26 m/s B4B3=15·v=1.35 m/sD =CD/BC×B4 =0.807/0.56×1.26=1.816 m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 E= D + ED大小 ? ?方向 XX CD ED则由图-1知， E=19v =1.71 m/s 方向水平向右 ED=6v= 0.54 m/s加速度分析：aB3 = aB2 =22·AB=17.321 m/s2 4=3=B4/BC=1.26/0.56=2.25 rad/s aB4B3K=24×B4B3=2×2.25&

10、#215;1.35=6.075 m/s2 aB4n =32 ×BC=2.252 ×0.56=2.835 m/s2取3、4构件重合点B为研究对象，列加速度矢量方程得： aB4 = aB4n + aB4 = aB3 + aB4B3K + aB4B3r大小: ? ? ?方向： ? BC BC BA BC BC 取加速度极点为P,加速度比例尺µa=0.3（m/s2）/mm作加速度多边形如图-2所示aB4=23×0.3=6.9 m/s2aD=CD/BC×aB4=0.807/0.56×6.9=9.943 m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方

11、程,得aE= aD+ aED n + a ED大小 ? ED 2 /ED ?方向 XX ED ED则由图-2知, aE=29µa=8.7 m/s2 方向水平向左3. 曲柄位置“9”速度分析，加速度分析速度分析B3=B2=2·AB =3×0.195 m/s=1.838 m/s（AB）取构件3和4的重合点B进行速度分析。列速度矢量方程，得 B4=B3+B4B3大小 ? ?方向 CB AB CB取速度极点P，速度比例尺µv=0.09 (m/s)/mm ,作速度多边形如图-1则由图-1知， B4=15·v= 1.35 m/s B4B3=14.5

12、3;v=1.305 m/sD =CD/BC×B4 =0.807/0.29×1.35=3.757 m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 E= D + ED大小 ? ?方向 XX CD ED则由图-1知， E=39v =3.51m/s 方向水平向左 ED=13v= 1.17 m/s加速度分析：aB3 = aB2 =22·AB=17.321 m/s2 4=3=B4/BC=1.35/0.29=4.655 rad/s aB4B3K=24×B4B3=2×4.655×1.305=12.15m/s2 aB4n =32 ×BC=4.

13、6552 ×0.29=6.284m/s2取3、4构件重合点B为研究对象，列加速度矢量方程得： aB4 = aB4n + aB4 = aB3 + aB4B3K + aB4B3r大小: ? ? ?方向： ? BC BC BA BC BC 取加速度极点为P,加速度比例尺µa=1.0（m/s2）/mm作加速度多边形如图-2所示aB4=25×1.0=25 m/s2aD=CD/BC×aB4=0.807/0.29×25=69.57 m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得aE= aD+ aED n + a ED大小 ? ED 2 /ED ?方向 XX

14、 DE ED则由图-2知, aE=75µa=75 m/s2 方向水平向左4. 曲柄位置“12”速度分析，加速度分析速度分析B3=B2=2·AB =3×0.195 m/s=1.838 m/s（AB）取构件3和4的重合点B进行速度分析。列速度矢量方程，得 B4=B3+B4B3大小 ? ?方向 CB AB CB取速度极点P，速度比例尺µv=0.09 (m/s)/mm ,作速度多边形如图-1则由图-1知， B4=0 B4B3 =1.838 m/s 方向与B3方向相反D =CD/BC×B4 = 0 m/s 取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 E=

15、D + ED大小 ? ?方向 XX CD ED则由图-1知， E= 0 m/s ED = 0 m/s加速度分析：aB3 = aB2 =22·AB=17.321 m/s2 4=3=B4/BC= 0 rad/s aB4B3K=24×B4B3=0 m/s2 aB4n =32 ×BC=0 m/s2取3、4构件重合点B为研究对象，列加速度矢量方程得： aB4 = aB4n + aB4 = aB3 + aB4B3K + aB4B3r大小: ? 0 ? 0 ?方向： ? BC BC BA BC BC 取加速度极点为P,加速度比例尺µa=0.8（m/s2）/mm作加速度

16、多边形如图-2所示aB4= aB4= aB=17.321 m/s2aD=CD/BC×aB4=0.807/0.41×17.321=34.1 m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得aE= aD+ aED n + a ED大小 ? 0 ?方向 XX ED ED则由图-2知, aE=35µa=28 m/s2 方向水平向右§3.4、绘制E点的运动线图曲柄位置 0 1 2 3 4 5 6 E点速度 0 1.06 1.6 2.23 2.26 2.45 1.71曲柄位置 7 8 9 10 11 12E点速度 1.2 0.45 3.51 5.94 2.65 0利

17、用以上数据得出E点运动线图如下：§3.5、凸轮机构设计1. 设计步骤和要求（1）在升程过程中，限制最大压力角300 ，确定凸轮基圆半径r0。（2）合理选择滚子半径rr。（3）选取适当比例尺，用几何作图法给制从动杆位移线图。（4）用反转法绘制凸轮的理论廓线和实际廓线，并标注全部尺寸（5）用参考程序解析法设计凸轮机构，并与图解法结果对比。（6）将机构简图、原始数据、尺寸综合方法、对比写人说明书。2.设计内容升距H=70mm,推程运动角=150度，远休止角=10度，回程运动角=120度，近休止角=80度。升程过程中，最大压力角 30°，确定凸轮基圆半径r0r0 =82 mm rr

18、=(0.10.5)r0 =8.2-41 mm 取rr=20 mm推程加速公式 ,推程等减速公式S=h-2h-(0-)2/, 回程正弦加速公式 ,得出凸轮位移推程等加速 推程等减速 远休=10° s=0.62 =80° s=39.51 =160° s=70=20° s=2.49 =90° s=47.6=30° s=5.6 =100° s=54.44=40° s=9.96 =110° s=60.04=50° s=15.56 =120° s=64.4=60° s=22.4 =130° s=67.51=70° s=30.49 =140° s=69.38=75° s=35 =150° s=70回程 近休=170° s=69.74 =290°-360° s=0=1