牛头刨床课程设计

1、荆楚理工学院课程设计成果学院 :_机械工程学院 _ 班 级:学生姓名 :余航学 号:设计地点（单位） _A2301机制三班2009403010326_设计题目 :_牛头刨床 _完成日期：2011年6 月25 日成绩 (五级记分制 ):_ _教师签名 :_ _年月日荆楚理工学院课程设计任务书设计题目：牛头刨床学生姓名余航课程名称机械原理专业班级09 机制（ 3）地点A2301起止时间2011,6,132011,6,24设计内容1、导杆机构的运动分析（位置2号和4号）；设2、导杆机构的动态静力分析（位置2号）；计 3、飞轮设计；内 4、凸轮机构设计；容 要求：及 1、作机构的运动简图，并作机构两个

2、位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动要线图；求 2、按所分配的第二个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩；3、用惯性力法确定安装在轴 O2 上的飞轮转动惯量 JF；4、确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际廓线；设见附表。计参数1、查阅资料，明确设计任务及设计参数等6 月 13 日 8:00 11:302、导杆机构的运动分析6 月 13 日 14:006 月 15 日 11:30进 3、导杆机构的动态静力分析 6 月 15 日 14:00 6 月 17 日 17:30度 4、飞轮设计 6 月 18 日 8:00 6 月 18 日 17:30要 5、凸轮机构设计 6 月

3、 19 日 8:006 月 20 日 17:30求 6、画图 6 月 21 日 14:00 6 月 22 日 17:30 7、整理设计说明书 6 月 23 日 14:006 月 24 日 11:30 8、上交设计成果 6 月 24 日 14:0017:30参考资料说 1.本表应在每次实施前一周由负责教师填写二份， 教研室审批后交学院院备案， 一份由负责教师留用。 2.若填写内容较多可另纸附后。 3.一题多名学生共用的，在设明计内容、参数、要求等方面应有所区别。教研室主任：指导教师：年月日1目录设计数据 . .21、概述1.1牛头刨床简介 .41.2运动方案分析与选择 52、导杆机构的运动分析2

4、.1位置 2的速度分析 62.4位置 2的加速度分析 72.3位置 4的速度分析 102.4位置 4的加速度分析 113、导杆机构的动态静力分析3.1位置 2 的惯性力计算 123.2杆组 5,6的动态静力分析 123.3杆组 3.4的动态静力分析 133.4平衡力矩的计算 .144、飞轮计算4.1驱动力矩 . .154.2等效转动惯量 Je.154.3飞轮转动惯量 .1625、凸轮机构设计5.1从动件运动规律 .165.2最小基圆半径确定 165.3凸轮轮廓确定 . .196、总结 . .217、参考文献 . 228、附图 . .2531.概述一、机构机械原理课程设计的目的：机械原理课程设计

5、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实践环节。其基本目的在于：（）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立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设计有一较完整的概念。（）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。（）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。二、机械原理课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构） 进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此

6、基础上设计凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。三、械原理课程设计的方法：机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。41.1 牛头刨床的简介一机构简介：机构简图如下所示：工作台d'' 0工件ADon 2棘轮O 2Z'' 08O 11d' 0O9o9Z 2n 0O 4EZ 1Z1 '电动机牛头刨床机构简图牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如上图所示。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2 和固结在其

7、上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构1-2-3-4-5-6 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。因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。刨刀每切削完成一次，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。51.2 运动方案分析与选择运动机构简图方案分析 :1. 机构具有确定运动 .自由度为 F=3n-(2P l +Ph )=3 

8、5;5-(2 ×7+0)=1;2. 通过曲柄带动摆杆导杆机构和滑块使刨刀往复运动 ,实现切削功能 ,能满足功能要求 .3. 工作性能 ,工作行程中刨刀速度较慢 ,变化平缓 ,符合切削要求 ,摆动导杆机构使其有急回作用 ,可满足任意行程速比系数 k 的要求 ;4. 传递性能 ,机构传动转角为 90°,传动性能好 ,能承受较大的载荷 ,机构运动链较长 ,传动间隙较大 ;5. 动力性能 ,传动平稳 ,冲击震动较小6. 结构和理性 ,结构简单合理 ,尺寸和质量也较小 ,制造和维修也较容易7. 经济性 ,无特殊工艺和设备要求 ,成本较低 .综上所述 ,选该方案 .62导杆机构的运动分

9、析（位置2 号和 4 号）（选择方案一）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n2L0204L02AL04BLBCL04S4XYS6G4G6PYPJS6S4单位r/minmmNmmkgm2603801105400.250.5240502007007000801.1方L 04BL04B案64350905800.30.5200502208009000801.2L 04BL04B724301108100.360.51804022062080001001.2L 04BL04B72.1 位置 2 的速度分析数据： n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=

10、110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B 对位置 2：选取尺寸比例尺 l=0.001m/mm ，作机构运动简图。Lo4A=0.41899m速度分析 ： 取构件 3 和 4 的重合点（ A2 ， A3 ， A4 ）进行速度分析。对构件 2： V A2=2 ·LO2A= （ 60X2 ） /60x0.11=0.69 m/s对构件 3：构件3 和构件 2 在 A 处构成转动副， V A3=V A2 =0.69 m/s对构件 4： V A4=V A3+V A4A3大小： ？0.69？方向： AO4 AO 2/ AO4取速度极点 P，速度比例尺v

11、=0.01（ m/s） /mm。作速度多边形如下图所示。得： V A4=0.3237m/s ，4= VA4/ LO4A=0.3237/0.41899=0.7727 rad/sV A4A3=0.60932m/s （ A 指向 o2）8V B4 =4X L O4BV B5 = V B4=0.6477 m/s对构件 4： V C5=V B5+VC5B5大小：？0.6477?方向： /XX o4B CB取速度极点P，速度比例尺v =0.01（ m/s） /mm。作速度多边形如上图所示。得： V C5 =0.39837 m/s2.2 位置 2 的加速度分析对构件 2： aA2 =w2 2· L

12、 O2A对构件 3：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副，aA3= aA2=4.338 m/s 2nkra A4 =aA3+对构件 4： aA4= a A4 +a A4A3a A4A3大小： ?42 lO4A?方向： ? BA O4BA O2 O4B/O 4B取加速度极点 p，加速度比例尺a=0.01（ m/s2） /mm 。a A4A3 k= 24A4 A3=9= 42 ? l AO 4 m/s2作加速度多边形如上图所示。得：=2.8894m/s2=2.90m/s210对构件 5： : aC5=大小:？方向： xx2.8894/0.41899=6.8967aaa0.7727*0.772

13、7*0.54=0.3324m/saB5 n +B5 t+C5B5 n+C5B5 ？B O4BO 4CB CB11取加速度极点p，加速度比例尺a=0.01（ m/s2） /mm 。作加速度多边形如上图所示。得：=3.7368m/s 2,=3.7368m/s2122.3 位置 4 的速度分析数据： n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B 对位置 4：选取尺寸比例尺 l=0.001m/mm ，作机构运动简图。Lo4A=0.48633m速度分析 ： 取构件 3 和 4 的重合点（ A2 ， A3 ，

14、 A4 ）进行速度分析。对构件 2： V A2=2 ·LO2A= （ 60X2 ） /60x0.11=0.69 m/s对构件 3：构件3 和构件 2 在 A 处构成转动副， V A3=V A2 =0.69 m/s对构件 4： V A4=V A3+V A4A3大小： ？方向： AO 4AO 2/ AO4取速度极点 P，速度比例尺v =0.01（ m/s） /mm。作速度多边形如下图所示。得： V A4，4 = VA4/ LO4A=0.67212/0.48633=1.382 rad/s （顺时针）V A4A3=0.15607m/s （ A 指向 o2）V B4 =4X L O4B13V

15、B5 = V B4=0.74628m/s对构件 4： V C5=V B5+VC5B5大小：？?方向： /XX o4B CB取速度极点P，速度比例尺v =0.01（ m/s） /mm。作速度多边形如上图所示。得： V C5 =0.74845 m/s2.4 位置 4 的加速度分析对构件 2： aA2 =w2 2· L O2A对构件 3：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副，aA3= aA2=4.338 m/s 2对构件 4： aA4=aA4naaA4A3 k +aA4A3 r+A4 =A3+a大小： ?2lO4A?4方向： ? BA O4BA O2O4B/O 4B取加速度极点p，加

16、速度比例尺a=0.01（ m/s2） /mm 。a A4A3 k= 24A4 A3=14= 42 ? l AO 4 m/s2作加速度多边形如上图所示。得：=0.5498m/s2=1.1079m/s 215对构件 5： : aC5=大小:？方向： xx0.5498/0.48633=1.1305aaa1.382*1.382*0.54=1.03136m/saB5 n +B5 t+C5B5 n+C5B5 ？B O4BO 4CB CB16取加速度极点p，加速度比例尺a=0.01（ m/s2） /mm 。作加速度多边形如上图所示。得：=0.6176m/s 2,=0.6176m/s2173、导杆机构的动态静

17、力分析（位置2 号）数据： G4=200N ，G6=700N ，P=7000N, JS4=1.1 kg.m2位置 2：对各构件进行受力分析，按静定条件将机构分解为两个基本杆组及作用有未知平衡力的构件 2，并有杆组进行分析。3.1 位置 2 的惯性力计算对构件 4: 惯性力 FI4=m4· aS4=(G4/g)· aS4，对构件 6: 惯性力 FI6=m6· aC6=(G6/g)·aC6，3.2 杆组 5,6 的动态静力分析示力体力多边形又 F=P+G+FR45+F R16=0，作为多边行如图所示， N=10N/mm。6+FI6由力多边形可得：FR45 =

18、FR45·N =10*727.9=7279NFR16 = FR16·N =10*104.42=1044.2NF I4 =38.112NFI6= 265.57NFR45 =7279NFR16=1044.2NFR54= 7279N183.3 杆组 3,4 的动态静力分析示力体如下图F R23=9021.68NM S4=JS4·S4 =7.579N m(·逆时针 )对 O4 点取矩得：。Mo4=FR54* hO4B+M S4+FI4* hls4A +G 4 cos80hS4A-F R23ho4A =0F R23 =9021.68N力多边形19Fr14=2823

19、N由 F=0，作力的多边形如上图所示， 。N =10N/mm得： Fr14=2823NFR12=FR32=F =9021.68NR233.4 平衡力矩的计算M o2=464.43 N.m在右图中，对o2 点取矩得：M204、飞轮机构的设计：以曲柄为等效构件，求系统的等效转动惯量Je（不能忽略不计）。再根据不均匀系数求JF.符号nO'z1zO ''z1'J O2JO1JO ''JO'单位r/minkg m2数值0.1514401020400.50.30.20.24.1 驱动力矩收集同学数据（共12 个平衡力矩，即Mer ），获得如下图形等效

20、阻抗力矩Mer （）图和等效驱动力矩Med （）图求得： Med=389N*m4.2 等效转动惯量由图可得：W ab=-60J，W bc=985J，W cd=-950 J，最大盈亏功W max=985Jmax2 2飞轮等效转动惯量JF=900· W/( · n * · )=900*985/( 2*60 2*0.15)=166.34(kg · m2)214.3 飞轮转动惯量JF=900· W max/( · 2n2* · )-JeJe<<JF，所以飞轮转动惯量JF=166.345、凸轮机构设计 凸轮机构的设计要求概

21、述：已知摆杆 9 作等加速等减速运动， 要求确定凸轮机构的基本尺寸， 选取滚子半径，将凸轮实际轮廓 凸轮机构的设计要求概述画在 2 号图纸上。该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：符号 maxl O9Dr or ts单位°mm°数据15. 1254777510755.1 从动件运动规律摆杆从动件的运动规律是绕凸轮等加速等减速运动。5.2 最小基圆半径的确定1.依据上述运动方程绘制角位移、角速度、及角加速度的曲线：（ 1）、角位移曲线：22、取凸轮转角比例尺=1. 25°/mm和螺杆摆角的比例尺 =0.5°/mm在轴上截取线段代表，过

22、3 点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33代表 ( 先做前半部分抛物线 ). 做03 的等分点 1、2 两点，分别过这两点做轴的平行线。、将左方矩形边等分成相同的分数, 得到点 1和 2 。、将坐标原点分别与点1,2 ,3 相连 , 得线段 O1,O2和 03, 分别超过 1,2,3点且平行与 轴的直线交与1,2 和 3 .、将点 0,1 ,2 ,3 连成光滑的曲线 , 即为等加速运动的位移曲线的部分, 后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.(2) 角速度曲线 :、选凸轮转角比例尺 =1.25 °/mm和角速度比例尺 =0.0837(rad/s)/mm,在轴上截取线段代表。23（）

23、（°）10图(2)由角速度方程可得 =o /2, = max , 求得 v 换算到图示长度 ,3 点处 =0/2, 故 max 位于过 3 点且平行与轴的直线 . 由于运动为等加速、等减速 , 故连接 03即为此段的角速度图 , 下一端为等减速连接 36 即为这段角速度曲线。其他段与上述画法相同 , 只是与原运动相反。(3) 角加速度曲线 : 选取 与上 述相 同的 凸 轮转 角比 例尺 =1.25 ° /mm 和角 加速 度 比例 尺 =0.8038(rad/s)/mm 在轴上截取线段代表。由角加速度方程求的角加速度. 因运动为等加速 , 等减速 , 故各段加速度值也相同

24、,只是方向相反 . 13 段为加速段为正值 , 轴上取做平行于 13 的直线段即为 1、3 段的加速度，其余各段与 3 做法相似。( °)( °)图(3)24序号偏角序号偏角00°715°10.8°814.2°23.4°911.6°37.5°107.5°411.6°113.4°514.2°120.8°615°130°5.3 凸轮轮廓的确定1 作摆动从动件盘形凸轮轮廓设计：设计原理设计凸轮轮廓依据反转法原理。即在整个机构加上公共角速度（）

25、 （为原凸轮旋转角速度）后，将凸轮固定不动，而从动件连同机架将以（）绕凸轮轴心逆时针方向反转，与此同时，从动件将按给定的运动规律绕其轴心相对机架摆动，则从动件的尖顶在复合运动中的轨迹就是要设计的凸轮轮廓。设计凸轮轮廓：、绘制凸轮的理论轮廓线既滚子轴心实际轮廓 将 曲线图（如图（ 1）的推程运动角和回程运动角个分成 4 等份，按式求个等分点对应的角位移值： 1= 1*11， 1=2*22 ，的数值见表（ 1）。 选取适当的长度比例尺 l 定出 O2 和 O9 的位置（选取 l=0.002m/mm）。以 O2为圆心，以 r0/l 为半径，作圆，再以以O2为圆心，以b l为半径作基圆。以O9 为r

26、/圆心，以 l Oo9l 为半径，作圆弧交基圆与ODO便是从动件的起始位OD/D （D）。则 O9置，注意，要求从动件顺时针摆动，故图示位置DO 位于中心线 O2O9 的左侧。 以 O2 为圆心，以 l Oo9 O2 /l 为半径作圆，沿（ -） 即为逆时针方向 自 O2O9开始依次取推程运动角 0 =75°，远休止角 s=10°，回程运动角o=75 和远休止角s=200°,并将推程和回程运动角各分成4 等份 ,得 O91 ,O92, O93 O99 各点。它们便25是逆时针方向反转时，从动体轴心的各个位置。 分别以 O91 ,O92, O93 O99 为圆心，以

27、 l O9D/ e 为半径画圆弧，它们与基圆相交于D 1，D 2，D 3D 9，并作 D 1 O91D1， D 2 O9rD分别等于摆杆角位，移 1，2， 3。并使 O91D1= O91 D 1，2，则得D1O92D2= O92DD2D9（与 D 9 重合）各点，这些点就是逆时针方向反转时从动件摆杆端滚子轴心的轨迹点。 将点 D1，D2，D9 连成光滑曲线。连成的光滑曲线便是凸轮的理论轮廓，亦即为滚子轴心的轮廓轨迹。B、绘制凸轮的实际轮廓： 在上述求得的理论轮廓线上，分别以该轮廓线上的点为圆心，以滚子半径为半径，作一系列滚子圆。 作该系列圆的内包络线，即为凸轮的实际轮廓，如图。C、校核轮廓的最小曲率半径min ：在设计滚子从动件凸轮的工作轮廓时，若滚子半径rt 过大，则会导致工作轮廓变尖或交叉。在理论轮廓线上选择曲率最大的一点E，以 E 为圆心作任意半径的小圆，再以该圆与轮廓的两个交点F 和 G 为圆心，以同样半径作两个小圆，三个小圆相交于H、 I、J、K 四点；连 HI 、JK 得交点 C，则 C 点和长度 CE 可近