主运动机构的设计

1、机械原理课程设计（2012-2013学年第二学期）论文题目 牛头刨床主运动机构的设计课程名称机械原理班级2011级机械7班学 号27姓名汪海洋扌指导老师林星陵老师华侨大学厦门工学院机械工程系2013年06月28日引言机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全 面的机械运动学和动力学分析与设计的训练， 是本课程的一个重要教 学环节。机械原理课程设计的主要目的是为学生在完成课堂教学基本 内容后提供一个较完整的从事机械设计初步实践的机会。其意义和目的在于：以机械系统运动方案设计为结合点， 把机械 原理课程设计的各章理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学 生所学的理论知识；培养学生独立

2、解决有关本课程实际问题的能力， 使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个较完整的概念， 具备计算、制图和使用技术资料的能力。同时，注重学生创新意识的 开发。本次课程设计以牛头刨床为例，讲述机械原理课程设计的一般 过程。牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床， 本次课程设计的主 要内容是牛头刨床导杆机构的运动分析和动态静力的分析以及不同 设计方案的比较。全班同学分为两组后每人选择一个相互不同的位 置、运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动 曲线图，并在上述各项内容分别在 A1、A2、A3图纸上，并完成课 程设计说明书。目录引言n第一章概论1.1 机构简介11.2设计任务及要

3、求11.2.1课程设计的任务 11.2.2课程设计的基本要求21.2.3课程设计的已知数据 2第二章传动机构设计方案及拟定2第三章 刨床传动工作循环图 3第四章主传动机构的分析 44.1 机构运动分析44.1.1曲柄位置“ 1'”的分析44.1.2曲柄位置“ 5”的分析64.2动态静力学分析8第五章滑块曲线图11第六章 心得体会 13第七章参考文献14附录15第一章概论1.1机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床， 如图1-1a。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 &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

4、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，以提高生常率。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），使工作台连同工件做 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0.05H的空刀距离，图1-1b），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

5、高切削质量和减少电动机容量。1.2设计任务及要求主运动机构的选型及分析主运动机构的尺度综合计算未知尺寸， 定长度尺寸比例尺 卩I，画机构工 作循环图（绘制在一张3号图纸上）。主运动机构的运动分析按学号要求分组，绘制两位置机构运动简图，并 用矢量方程图解法做这两个位置的运动分析；绘制机构位移线图、速度线图 和加速度线图。此部分绘制在一张1号图纸上。主运动机构的力分析按学号要求做一个位置的力分析，绘制机构运动简 图，用图解法求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。此部分绘在 一张2号图纸上。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；作机构两位置之一的动态静力分析，列

6、力矢量方程，再作力的矢量图； 用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。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n2L0204L02AL04BLbcL04S4XS6YS6G4G6FrYfJS4数量603801105400.250.5240502007007000801.1单位r/mi nmmmmmmLO4BL04BmmmmNNNmmkg m2第二章传动机构设计方案方案3能实现牛头刨床运动基本要求的机构型式， 绘制所选机构运动简图，阐述所选机 构特点（能否实现预期运动、工作性能（工作速度平稳较低、急回）、传递性能、 动力性能、结构合理性、经济性等）。方案选择时考虑以下条件：机构

7、具有确定运动，自由度 F=3 n-（2PI+Ph-P'）-F'=原动件数=1。通过曲柄带动导杆机构和滑块使刨刀往复运动，实现切削功能。工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求，摆动导杆在回程 中有急回作用，满足行程数比系数 K。传动性能好，能承受较大载荷。传动平稳，冲击振动小。结构合理性，结构简单合理，尺寸质量较小，制造维修容易。无特殊工艺和设备要求，成本较低。综合以上条件，对三种方案进行选 定，方案一条件均满足，方案二刨刀部分速度不够平稳，冲击振动明显。方案 三最低点曲柄力的承载性能不够好。最终确定方案一为初期模型进行后期计算 改进。第三章刨床主运动机构工作循环图摆动导

8、杆机构的运动分析，动态静力分析，要求对机构的连续 12个位置 和两个行程极限位置和两个切削极限位置及两个铅锤位置共 17个位置进行分 析。摆动导杆机构在一循环中，所连续间隔位置如图，图中的 17个连续位置 是以曲柄在一循环中的位置表示的。由位置1起顺2方向将曲柄圆周作12等 分的位置。1和8'为行程极限位置1'和7'为切削极限位置，4'和10'为曲柄的上 下两铅锤位置。本次说明书针对编号1'和5进行运动分析及对1'进行静力分析， 其它点计算过程方法与此类似，可类推得。（具体请参见A3图纸）第四章 主传动机构的分析4.1机构运动分析4.1.

9、1曲柄位置“ 1' ”的速度及加速度 分析速度分析:已知,垂直于°2A线，指向与'2一致型=2 n n60=6.28rad/s,u3 = 32 °2A=6.28>O.11m/s=0.69m/s2° 2 A，方向列速度矢量方程得V A3 =V A4大小2O2AV方向-o2a-o4a取速度极点P,速度比例尺/°4BMv作速度多边形则知vA4 =Pa4 % = 0.304m/s ,vA3A4 =0.62m/s, vB 二 Va4 *O4B/O4A=0.40m/s,其中，O4A=415.34mm)（矢量图形可参见A1图纸,% =0.005(

10、m/s)/mm。)大小方向Vc水平可得 vc =0.38m/s,Vb已知PBvCB=0.10m/s,V CB丄BC4=0.732rad/so加速度分析：取曲柄位置“ 1"进行加速度分析）因构件2和3在A点处的转动副相连, 故aAaAsh也，方向由a指向02。取加速度极点为P/，加速度比例尺a：3二a；2二们22lo2A=6.282><0.11 m/S=4.34m/s2, a；4=°.22 m/S。取3、，4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：8 A 3=naA4 a兀+A418 A3 A4k8 A3 A 4大小：2AO2 22AO4 4?24VA3A4方

11、向：AO 2A fO 4丄BO4/O4B丄O4B肉=0.03(m/s2)/mm。作加速度多边形。则,2 o TaCB = Vcb / BC=0.08m/s2列加速度矢量方程得:aA4 =P'A'4 aF 3.04m/S2 , aA4 =3.03 m/s2, aA3A4 =0.87 m/&, aA3A4=1.69m/s2, 用加速度影象法求得 鬼=3.96 m/s2o (具体矢 量图参见A1图纸)a c二 a bna c ba c b大小?已知vCb / BC?方向水平P'B'Cf B丄CB取5构件为研究对象比严比=P'C 由= 3.92 m/s2

12、aCB=0.74 m/s285= vCB / BC =5.50m/s4.1.2曲柄位置“ 5”的速度及加速度分析速度分析：同求“ 1'”方法一样可求，2方向垂直于°2A线，指向与2 致，'2大小与上述“ 1”的一样。U3 = 列速度矢量方程得=6.28Q11m/s=0.69m/sV A 3=V A4V A 3 A 4大小;2O2AV?方向-0?AA/O4B取速度极点P，速度比例尺厲=0.01(m/s)/mm。作速度多边形则知vA4 = PA4 % =0.68m/s ,vA3A4=0.12m/s , Vb =0.75m/s。Vc 二VbVCB大小?已知?方向水平PB丄B

13、CvC =0.75m/s, vCB =0.04m/s。其中，O4A=487.75mm,4=1.395rad/s。加速度分析：取曲柄位置“ 5”进行加速度分析。a：2 = a：3=22lo2A 方向由 A 指向。2。aA3 = aA2 = 21o2a=6.2-8 X).11 m/S=4.34m/Sa；4=0.93 m/s2。边形。测得,aA4 =P'A'4 a= 1.04m/s2盼=0.43 m/&,k*aA3A4 =0.34 m/S2,取3、4构件重合点A为研究对象, 列加速度矢量方程a A 3=na A4aA4Y3 A3 A4ka A3 A 4大小：2AO2 22ao

14、4 4?2 '4VA3A4方向：AO 2A fO 4丄BO4/O4B丄O4B取加速度极点为p/，加速度比例尺pa=0.025(m/s2)/mm。作加速度多yaA3A4=3.33m/s2。用加速度影象法求得aB=1.15 m/s o取5构件为研究对象，列加速度矢量方程a ca B+o+a C Ba C B大小?已知Vcb / BC?方向水平P ' B 'Cf B丄CB其中 aCB=0.011m/s ,有3c5 = 3c =P C a =p-0.62 m/s ,aCB=1.03 m/s2 ,a5=vCB/BC =7.62m/s24.2动态静力学分析取“1'”点为研究

15、对象（具体参见A2图纸）对构件6进行运动静力分析，作阻力体如图16所示图1 6已知 Fr=7000N, G6=700N,又 ac=ac5=3.9248m/s ,那么我们可以计算Fi6=- Ge/g & =-700/9.8 3%248=-280.345N又艺FF叶G6 + Fi6+F45+FR16=0，作为多边行如图1-7所示。由图1-7力多边形可得：F45=7290.161N, Fr16= 1078.189N。对 c 点取距有：艺 Me二-Fr Yf-G6Xs6+ Fr16 x-Fi6 Ys6=0代入数据得x=0.35057m对构件4进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示,已知:F

16、54=-Fas4=aA4 O4S4/O4A=3.043 >270/415.34m/$=1.97789m/&a4 = aB /O4B=7.305m/s2由此可得：Fi4=-G4/g XS4 =-200/9.8 1X7789N=-40.3651NM s4=-Js4 a4=-1.1 X305 N m= -8.0355N m对 O4点取矩：h4=70.19mm, hj4=269.27mm, h54=513.45, h34=372.97mm<3Ma=G4X 0.07019+Fj4X 0.26927+MS4+F54X 0.51345-F 34X 0.37297=0代入数据得 Fr34

17、=10124.34184N。又 艺F=F4+F34+Fi4+G4+Fi4=0,作力的多边形如图1-9所示由图1-9可得：F14=3726.484N由构件 3： R43= -R23对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-10所示，h2=48.51mm,则对曲柄列平行方程有,艺 M=M-F 32 h2=0 即 M=491.13 N M第五章滑块曲线图（详见A1图纸）位移曲线 ：2.5mm/mm速度曲线 :00 3(m/s)/mm加速度曲线：0.1(m/s2)/mm位移曲线速度曲线加速度曲线第六章心得体会通过这次课程设计，扎实了我的理论知识，培养了独立解决有关 本课程实际问题的能力，让我对于机械

18、运动学和动力学的分析和设计 有一个较完整的概念，此次测算我采用了 AutoCAD制图技术画出主运 动机构进行数据采集，更一步提高了数据的准确性及CAD制图技术。并新学并使用公式编辑器软件的使用，自身运用计算辅助软件的能力 得到了实际应用及提高。本次设计采用分组分工完成，由个人各自的处理数据计算和图形绘制，通过我们宿舍的讨论及与其他同学积极讨论，并反复对自己的结果进行核算复查，尽量避免自己数据出现错误。在整合各个数据并 完成运动线图的绘制。在本次课程设计过程中，也遇到了加速度分析 及方向分析的，绘图细节考虑不周全的问题，得到老师的细心指导， 在机械原理及工程力学等方面的知识得到了提高。通过本次课

19、程设计，自身在各学科理论知识、计算、绘图使用 技术资料的和计算机的熟练程度得到了提高。 锻炼自身的独立工作能 力，也锻炼了机械总体设计能力，让自身更加了解实际问题，更加了 解机械行业。第七章参考文献1 孙桓,陈作模,葛文杰机械原理M.7版.北京:高等教育出版社.2006.2 盛冬发，刘军.理论力学M.北京:北京大学出版社.2007.3 张佑林，王琳.现代机械工程图学教程M.北京:科学出版社.2007.4 张佑林.机械工程图学基础教程M.北京:人民邮电出版社.2011.附录:各点的位移、速度、加速度的数据'编号Sc(mm)° c (m/s)a c (m/s2)1006.0121

20、'15.630.3763.924217.940.4173.736362.150.6502.0804120.870.7500.9944'156.320.76205184.010.749-0.6216243.050.652-1.9087289.680.454-3.4077'297.000.372-4.0048312.310.0035-6.6698'312.630-6.6979293.43-0.561-8.84910218.23-1.051-0.90210'156.32-1.382011106.74-1.2553.7001224.41-0.6248.921机械原理课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 设计题目：牛头刨床主运动机构设计设计任务：1. 主运动机构的选型及分析2. 主运动机构的尺度综合计算未知尺寸，定长度尺寸比例尺 卩丨，画机构工作循环图（绘制在一张 3 号图纸上）。3. 主运动机构的运动分析按学号要求分组，绘制两位置机构运动简图，并用矢量方程图解法做这两个 位置的运动分析；绘制机构位移线图、速度线图和加速度线图。此部分绘制在一 张1号图纸上。4.