牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析

1、课程设计说明书课程设计说明书课题名称：机械原理课程设计课题名称：机械原理课程设计学学 院：机电工程系院：机电工程系专业班级：机械专业班级：机械 083 班班学学 号：号：学学 生：生：指导老师：指导老师： 学院教务处学院教务处 2010 年年 12 月月 23 日日 机械原理课程设计 说明书 II机械原理课程设计机械原理课程设计评阅书评阅书题目牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析学生姓名学号指导教师评语及成绩指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名： 年 月 日教研室意见总成绩： 室主任签名： 年 月 日 机械原理课程设计 说明书 III

2、摘摘 要要关键词：牛头刨床、速度、加速度、力与力矩本次课程设计是对刨床的的设计参数进行评定，设计过程分为三组，主要是对刨头的加速度、速度和受力情况进行分析和计算，然后作出刨头的速度矢量图、加速度矢量图和力与力矩的矢量图，统计刨头不同位置的速度、加速度、力的参数，将数据绘制成曲线图，然后分析曲线图的走势来评定刨床的各项参数，在进行组与组之间的对比，得出最优参数。最后分析其原因。 机械原理课程设计 说明书 IV目目 录录摘摘 要要 .IIIIII1 1 设计任务设计任务.1 12.12.1 速度分析速度分析 .3 32.22.2 加速度分析：加速度分析：.4 43 3 导杆机构的动态静力分析导杆机

3、构的动态静力分析.5 53.13.1 刨头的力的分析过程：刨头的力的分析过程： .5 53.23.2 对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式： .5 53.33.3 曲柄曲柄 2 2 平衡力矩分析平衡力矩分析.5 54 4 方案比较方案比较 .6 6总总 结结 .8 8参考文献参考文献 .9 9 机械原理课程设计 说明书 11 1 设计任务设计任务 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 1-1。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

4、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，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。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。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约 5H 的空刀距离，见图 1-1，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小电动

5、机容量。课程设计的任务：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。设计数据： 机械原理课程设计 说明书 2表 1-1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/minmmNmmkgm2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.2 图图 1-21-2 机械原理课程设计 说明书 32 2 导杆

6、机构的运动分析导杆机构的运动分析2.12.1 速度分析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 = ，其大小等于lO2A，方向垂直于 O2 A线，指向与 2一致。A3A22 =2n2/60 rad/s =7.54 rad/s2 = = lO2A =0.83m/s（O2A）A3A22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 = + (2-1)A4A3A34A大小 ? 0.829 ？方向 O4A O2A O4B取速度极点 P，速度比例尺=0.005(m/s)/mm ,作速度多边形， =vA4v=89.30.005m/s=0.44

7、7 m/s4Pa =pb =133.90.005m/s=0.669 m/sA34Av又 = /lo4A =0.4467/0.0.316 rad/s =1.24 rad/s4A33A=AB=1.240.81 m/s=1 m/sB44取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 = + (2-2)C55B5C5B大小 ? 1 ?方向 导杆 O4B BC取速度极点 P，速度比例尺=0.005(m/s)/mm, 作速度多边行。v则由图知， = pc5=19.60.005 m/s=0.98m/sC5v =42.30.005 m/s=0.216 m/s5C5B = / LBC =0.216/0.2916=

8、0.74 rad/s55C5B2.2 加速度分析：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 点处的转动副相连， 机械原理课程设计 说明书 4故=,其大小等于lO2A,方向由 A 指向 O2。anA2anA322 =7.54rad/s2= LO2A=7.5420.11 m/s2=6.25m/s2anA3anA222 =2=21.240.6996=1.73 m/s2aKAA344A33A= lO4A=1.2420.316=0.552 m/s2anA424 取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：= + = + + (2-3)aA4anA4aA4an

9、A3aKAA34aAAr34大小: ? lO4A ? 6.25 2 ?244A33A方向： ? BA O4B AO2 O4B（向左）O4B（沿导路）取加速度极点为 P,加速度比例尺=0.02（m/s2）/mm,a作加速度多边形. =350 0.02m/s2=7m/s2aA4=7.05 m/s2aA4 =7.050.81/0.316=15.8 m/s2 aB4取 5 构件为研究对象,列加速度矢量方 = + + (2-4)aC5aB5anBC55aBC55大小 ? 15.8 lBC ? 25方向 导杆 BC BC aA4取加速度极点为 P,加速度比例尺=0.05（m/s2）/mma其加速度多边形有

10、：= 0.00531.34 =15.67m/s2 aC5= （同向）aC6aC5 机械原理课程设计 说明书 53 3 导杆机构的动态静力分析导杆机构的动态静力分析3.13.1 刨头的力的分析过程：刨头的力的分析过程： 对于刨头可以列出以下力的平衡方程式： F=0 P + G6 + FI6 + FR45 + FR16 = 0 （3-1） 方向：x 轴 竖直向下 与反向 BC（推力） 竖直向上aC6 大小： 0 620 - m6ac6 ? ?以作图法求得:FR45 = 991 N FR16 = 639N 3.23.2 对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：对于摇杆

11、滑块可以列出以下力的平衡方程式：=0 FR54 + FR34 + FI4 + G4 + FR14=0 （3-2）F 方向: BC O4B y 轴 ?aA4 大小 991N 2680N - m4 220N ?aA4 对 O4 力矩平衡方程式：（取顺时针为正）=0 FR54 * y1 + G6 * y2 - FR34 * y3 + FI4 * y4 + M = 0 （3-3）M 得到： FR34=2680N由此可以求得 FR14的大小： FR14=1525 N 3.33.3曲柄曲柄 2 2 平衡力矩分析平衡力矩分析对 O2点取力矩平衡方程式：（取顺时针为正）即 FR34对 O2力矩：M= 93 N

12、m 机械原理课程设计 说明书 64 4 方案比较方案比较附表 4-1：方案 1方案 2方案 3序号（同附表 2）jkAF)(jkACR)(jkAF)(jkACR)(jkAF)(jkACR)(11.35611.320.771.61.1723.5512.730.769.12.563260.71360.81.38618.72.3740.023510.02301.020.02270.96588781141741.60155781.7562675155102.0614660.5470.16710.2700.480.3331.99附表 4-2：机构性能比较表指标数据项目方案 1方案 2方案 3备注smv/

13、max60.7620.791.245工作段刨头最大速度smvm/60.5620.5980.78工作段刨头平均速度2max6/sma3.94.429.78工作段刨头最大加速度max6y28.6411.4311.4工作段刨头加速度最大变化率 NFImax6260.5360.82618.7工作段刨头的最大惯性力 NFmax1288881417415578机架对曲柄的最大反力 NFmax14267555107630机架对导杆的最大反力min0/850/870/88.2最小传动角构件 34 构件 5、6功能质量mNMbmax851.41066.51466最大平衡力矩最大运动轮廓尺寸mmmm3155302

14、70298419796长宽经济适用性能机构复杂程度676767构件数运动副数 机械原理课程设计 说明书 7附表 4-3：机构评价指标序号指标类型指标名称指标值 jkAF1工作段刨头接近等速运动的程度mvv6max6/2运动性能工作段刨头加速度曲线平均斜率212min61max6 yy3刨头最大惯性力max6IF4两组最小传动角平均值的倒数6min54min32、5最大机架反力max12F6动力性能最大平衡力矩bmaxM7最大运动轮廓尺寸长宽8经济适用性机构复杂程度构件数运动副数附表 4-3 中部分符号含义如下：、：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；max6ymin6y、：分别与和相对应

15、的曲柄转角；12max6ymin6yrad：一级四杆机构的最小传动角；min43、rad：二级四杆机构最小传动角。min65、rad结论：结论：从总体数据来看，第一组数据是最好的，但也有其不足之处，比如其运动性能和经济性能不如第二组好；第三组数据也有一些优点其最小传动角比其他组大，这样可以避免死点等情况，其最大平衡力矩比较小。 机械原理课程设计 说明书 8总总 结结 本次课程设计持续一周，可以说是紧张又有学到了知识，从中可以发现许多的问题，发现问题以后就要解决，从中会学到很多，也发现了自己的很多问题，特别是专业课不熟悉，作图不熟练，这些都导致了课程设计过程中特别是作图时出现的误差，所以要认真学

16、好专业知识，多熟悉专业方面的知识 ，在作图方面要多练习，在数据统计过程中发现有些点的数据和实际值有较大的出入，这可能是有些同学在计算过程中没有计算正确，也可能是某些参数的矢量方向弄反了，通过再三的核对、检查，有些比较大的误差我们可以更正过来，但有些小的误差我们无法避开，这很可能是画图时出现的误差。本次课程设计我们分为三组，三组各有自己的数据，完成作图后进行比较，看看那个方案比较好，这样的比较可以让我们比较全面的了解刨床的一些设计参数，虽然不能说我们的数据是完全正确的，但从线条的走向趋势来看还是能大体的反映一些设计要求的，可以说这次课程设计是一次模拟真实的的设计，通过计算各项（AF）jk，比如运动性能、动力性能、经济适用性。运动性能表现在速度和加速度方面；动力性能表现在所受的力和力矩方面，而经济性表