机械原理课程设计-牛头刨床

1、哈尔滨理工大学荣成学院机械原理课程设计题 目：牛头刨床机构运动及动力分析专业年级： 机械电子工程10-3班 学生姓名： 马 原 学 号： xxx xxx xxx 指导教师： 刘 新 娜 哈尔滨理工大学荣成学院完成时间： 2012 年 1 月 3 日哈尔滨理工大学荣成学院机械原理课程设计任务书学生姓名：马原 学号：学 院：荣成学院 专业：机械电子工程任务起止时间：2011年 12 月 26 日至 2012年1 月3日设计题目：牛头刨床机构运动及动力分析机械原理课程设计工作内容：一传动方案如图1所示图1 牛头刨床机构传动方案图二设计数据三分配位置如图2所示：曲柄的整个工作周期分为12等分112，另

2、加1点，7点，总共14点。1点为工作行程起点所对应的曲柄位置； 1点为切削行程起点所对应的曲柄位置；7 点为切削终点所对应的曲柄位置。按照学号排列，每14名同学为一组，依次类推。图2 曲柄运动位置分配图三设计内容1画出机构的运动简图并用作图法分析速度，加速度图，列矢量运动方程；2作当前位置的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；3用描点法作机构的速度，加速度与时间的曲线。四设计要求1. 1号图纸一张；2.课程设计说明书一份；3.在一周内完成并通过答辩资料：机械原理工程力学指导教师签字： 签名：年 月 日系主任签字：签名：年 月 日 目 录1、 机构运动简图52、 导杆机构运动分析53、

3、导杆机构动态经历分析74、 基于 UG 的运动学仿真85、 心得体会 10附图1： 位置5机构运动简图 附图2： 位置5速度多边形 附图3： 位置5加速度多边形 附图4： 导杆受力分析图 附图5： 图5 倒杆扭矩图附图6： 位置5机构运动简图 附图7： 滑块位移图 附图8： 滑块速度图附图9： 滑块加速度图 101 导杆机构简图1、选取长度比例尺µ作出机构在位置5 的运动简图。如图1所示，取µ=l/OA（m/mm)进行作图，l表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意µ的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留

4、下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。图1 位置5机构运动简图2导杆机构运动分析1、求原动件上运动副中心A的v和a v= l 0.6908m/s式中vB点速度（m/s）方向丄AOa= l=4.3382m/s式中aA点加速度(m/s）,方向A O2、解待求点的速度及其相关构件的角速度由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢量方程式，作图求解。列出OB杆A点的速度矢量方程 根据平面运动的构件两点间速度的关系绝对速度=牵连速度+相对速度先列出构件2、4上瞬时重合点A（A，A）的方程，未知数为两个，其速度方程： v v + v方向：丄AO丄

5、AOAO大小：？ l？定出速度比例尺，在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表v,则速度比例尺µ（m s/mm）µ=0.002 ms/mm作速度多边形，求出、根据矢量方程式作出速度多边形的pd部分，则v (m/s)为v=0.6908m/s = v/ l=1.027rad/s其转向为顺时针方向。v=l=0.4785 m/sB点速度为v，方向与v同向.图2 位置5速度多边形求解C点速度矢量方程作图V、V V= V + V 方向：水平 丄BO 丄BC 大小：？ l ？通过作图，确定点速度为=µbc=0.383m/s Vµpc=0.5507m/s式中V点速度，方

6、向为pc。3、解待求点的加速度及其相关构件的角加速度1) 列出点加速度矢量方程式牵连速度为移动时，绝对加速度牵连加速度相对加速度，牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）绝对加速度牵连加速度相对加速度哥氏加速度，要求点加速度，得先求出点加速度， a= a + a= a+ a+ a+ a方向：？丄AO丄AO丄大小：？l？l 0 ? 2v2）定出加速度比例尺在一号图纸中取p为加速度极点，去矢量pa代表a，则加速度比例尺µ（ms/mm）µ=0.2 m/s/mm3) 作加速度多边形，求出a、a、a根据矢量方程图则 a=µaa=0.7152 m/sa=µ

7、;ka=6.247m/sa=µpa=0.519 rad/s方向为 水平向右下12ºa= a l/ l=3.279m/sa= l=1.225 m/s4）列出C点加速度矢量方程5）作图求解a 、a、 a a = a+ a+ a+ a方向：水平 BC 丄BC AB 丄AB大小： ？ V/l ? l al/ l由上式可得： a=0.0.15m/s、a=2.77m/s项目位置确定构件4的角加速度a4由理论力学可知，点A4的绝对加速度与其重合点A3的绝对加速度之间的关系为：方向：O4B O4B O4B O4A O2A 大小： ？ vlo2A ? 2v4Va4a3 vlo2A其中a法向和

8、切向加速度。a为科氏加速度。从任意极点O连续作矢量O和k代表aA3和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219；再过点o作矢量oa4”代表a，然后过点k作直线ka4平行于线段oa4”代表相对加速度的方向线，并过点a4作直线a4a4垂直与线段ka4，代表a的方向线，它们相交于a4，则矢量oa4便代表a4。构件3的角加速度为a/lO4A将代表a的矢量ka4平移到机构图上的点A4，可知a4的方向为逆时针方向。图3位置5加速度多边形V3VCBvCVB4vaA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向50.70.060.60.61.3顺时针4.30.70.50.280.031.93导杆机构的动态静

9、力分析已知 各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重 心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。步骤 1） 选取阻力比例尺= 500 ，根据给定的阻力Q和滑块的冲程H绘制阻力线图。2） 根据个构件的重心的加速度即角加速度，确定各构件的惯性力和惯性力偶矩 ，并将其合为一力，求出该力至重心的距离。3）按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。将所有位置的机构阻力，各运动副中的反作用力和平衡力矩的结果列入表中： 动态静力分析过程：在分析动态静力的过

10、程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明刨头的力的分析过程：图4 导杆受力分析图结果分析： 对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：F=0 P + G6 + Fi6 + R45 + R16 =0方向：x轴 y轴 与a6反向BC y轴大小：7000 700 -m6a6 ? ?以作图法求得:位置5 R45 = 7286.9 N 位置5 R16 = 116.07 N 力矩平衡方程式：M=0 P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：F=0 R54 + R34 + Fi4 + G4 + R14=0方向: BC O4B a4 y轴 ?大小：R54 ？

11、 m4a4 220 ?力矩平衡方程式：M=0 R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0由此可以求得R34的大小：R34= 2283 N最后可以利用力的平衡方程式做力的多边形解出位置5 R32=16691.58 N，在摇杆上可以得到R34=-R32最终得出位置5 Mb=634.95Nm图5 倒杆扭矩图项目位置PFr54Fr32hlxMb大小方向 5 70007290167000.2262850635顺时针单位NNN.m4 基于UG的运动学仿真1)在UG下完成机构简化部件建模（如图6）。2)在装配模式下完成部件装备，并设置约束。3)进入运动仿真环境，将各部件设置为“连

12、杆”。4)建立连杆间的运动副，包括5个转动副及连个滑动副，并将O2A杆设置驱动力。5)建立解算方案并进行求解。6)分别作出位移图（图7）、速度图（图8加速度图（图9）。 图6 牛头刨床机构建模图7 滑块位移图图8 滑块速度图图9 滑块加速度图心 得 体 会机械原理课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的一个重要环节。作为一名机械电子工程大二的学生，我觉得有这样的实训是十分有意义的。在已经度过的一年半的生活里我们大多数接触的不是专业课或几门专业基础课。在课堂上掌握的仅仅是专业基础理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学的专业理论知识运用到实践当中呢？我想这样的实训为

13、我们提供了良好的实践平台。不到一周的机械原理课程设计就这样结束了，在这次实践的过程中学到了很多东西，既巩固了上课时所学的知识，又学到了一些课堂内学不到的东西，还领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。 其中在创新设计时感觉到自己的思维有一条线发散出了很多线，想到很多能够达到要求的执行机构，虽然有些设计由于制造工艺要求高等因素难以用于实际，但自己很欣慰能够想到独特之处。这个过程也锻炼了自己运用所学知识对设计的简单评价的技能；而手工画图时认识到了一件事情中的每个环节的认真都是重要的，哪怕是一个数的马虎或粗略那都会给以后的任务带来更大的误差甚至错误，所以作为一个设计人员来说细心是最重要的，之后才可以谈其他；用CAD画机构运动简图、速度图、加速度图、力分析图时不仅要求准确无误的画出来，还要根据