机械原理课程设计说明书(牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力

1、青岛理工大学琴岛学院 课程设计说明书课题名称:机械原理课程设计学 院:机电工程系专业班级:机械设计制造及其自动化学 号:学 生:指导老师:青岛理工大学琴岛学院教务处 年 月 日机械原理课程设计评阅书 摘 要牛头刨床运动和动力分析一、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 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 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

2、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 高切削质量和减少电动机容量 a b图目 录摘 要 . I II1设计任务 12 导杆机构的运动分析 2导杆机构的动态静力分析

3、4 3.1运动副反作用力分析 . 4 3.2力矩分析 .64方案比较 7 5总结 .10 6参考文献 .10 机械原理课程设计 说明书1设计任务机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析。 动态 静力分析,确定曲柄平衡力矩,并对不同法案进行比较,以确定最优方案。 要求根据设计任务,绘制必要的图纸和编写说明书等。 2 导杆机构的运动分析2.1 速度分析取曲柄位置 1对其进行速度分析, 因为 2和 3在以转 动副相连,所以 V A2=VA3, 其大小等于 2l 02A ,指向于 2相同。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A4 = A3 + A4A3大小 ?

4、?方向 O 4A O 2A O 4B选比例尺 v =0.004(m/s /mm,做出速度矢量图(见图 a A4=0.088m/sA3=0.816m/s取 5构件作为研究对象,列速度矢量方程,得C5 = B5 + C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BC取速度极点 p ,选比例尺 v =0.004(m/s /mm,做出速度矢量图 (见图 a C5=0.16m/sC5B5=0.044m/s2.2 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 a n A2=an A3, 其大小等于 22l O2A , 方向由 A 指向 O 2。取 3、 4构件重合点

5、 A 为研究对象,列加速度矢量方程aA4 = a A4 + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3v 大小 : ? 42l O4A ? 24A4A3 ?方向: ? BA O 4B AO 2O 4B (向左 O 4B (沿导路 取加速度极点为 P ' , 加速度比例尺 µa =0.02(m/s2 /mm,作加速度多边形(见图 b .aA4 a A4=6.52m/s2取 5构件为研究对象 , 列加速度矢量方程 , 得a c5= aB5+ ac5B5n + a c5B5大小 ? ?方向 XX C B BCac5=11.72 m/s23导杆机构的动态静力分析3.1 运

6、动副反作用力分析取 “ 1” 点为研究对象,分离 5、 6构件进行运动静 力,力分析图如下: 然后可以列出等式如:又 F=G6+FI6+FR45+FR16=0,作多边行(见图 c ,µN =10N/mm。 Fp45=750N, F R16=680N分离 3,4构件进行运动静力分析,画出杆组力体图, r 144已知: FR54=-FR45=750N, G 4=220N对 A 点取矩得:M A =FR54l AB +MS4-F S4l s4A -G 4l S4A +FO4·O4A=0(以上各距离都为 A 点到该 力所在直线的垂直距离F O4=683.5N又 F=FR54+FR2

7、3+FS4'+G4+FO4n +FO4=0,作力的多边形 (见图 d , µN =5N/mm。FR23=1610N, F O4n =403.2 曲柄平衡力矩分析取构件 2做受力分析 r 12 Fr 32做力矢量图(见图 e 取 =20N/mmF r32=Fr12=1610N对 O 2点取距,得平衡力矩为:M=8.05N/m 机械原理课程设计 说明书 4 方案比较 指标数据项目 v6 max (m / s v6 m (m / s a 6 max m / s 2 方案 1 0.78 0.599 方案 2 0.715 0.551 4.34 方案 3 1.236 0.527 11.7

8、2 备注 工作段刨头最大速度 工作段刨头平均速度 工作段刨头最大加速 度 工作段刨头加速度最 大变化率 工作段刨头的最大惯 性力 机架对曲柄的最大反 力 机架对导杆的最大反 力 º 最小传动角构件 3、 4/ 构件 5、6 ( 3.96 y 6 max 功 能 质 量 F12 max ( N F14 max ( N FI 6 max ( N 23.2 31.8 42.869 424 347.2 983 15937 14494.3 20480 8200 90º 90º 85.11º 85.11º 892.47 6000 90º 90&#

9、186; 85º 85º 1275.5 13625 90 min (° M bmax (N m 经济 最大运动轮廓尺 适用 性能 寸 (mm × mm 机构复杂程度 86.94º 86.94º 1411.96 最大平衡力矩 长× 宽 构件数 × 运动副数 156875.09 189080 42 42 424440 42 7 机械原理课程设计 说明书 序号 1 2 指标类型 指标名称 工作段刨头接近等速运动的程度 指标值 ( AF jk v6 max / v 6 m 运动性能 工作段刨头加速度曲线平均斜率 刨头最大惯

10、性力 两组最小传动角平均值的倒数 动力性能 最大机架反力 最大平衡力矩 最大运动轮廓尺寸 经济适用性 机构复杂程度 y 6 max1 + y 6 min 2 1 + 2 FI 6 max 3 4 3、 4min F12 max M bmax 2 + 5、 6min 5 6 7 8 长× 宽 构件数 × 运动副数 中部分符号含义如下： 附表 2 中部分符号含义如下： y 6 max y 6 min 切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率； 、 ：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率； 1 、 2 ：分别与 y 6 max 和 y 6 min 相对应的曲柄转角 (rad

11、； 3、 min ：一级四杆机构的最小传动角 (rad ； 4 5、 min ：二级四杆机构最小传动角 (rad 。 6 8 机械原理课程设计 说明书 附表 3： ( AF jk 与 ( ACR jk 计算值表 ( ACR jk 为比较评定因素， ( AF jk 之比 最 为比较评定因素， 其值为各方案的 （ 方案 2 方案 3 为基准方案, 以方案 1 为基准方案, 小的为最佳方案） 。 小的为最佳方案） 序号 （ 同 附 表 2） 1 2 3 4 5 6 7 8 方案 1 ( AF jk 1.302 16.137 624.4 0.654 15937 892.47 ( ACR jk 1 1

12、1 1 1 1 ( AF jk 1.298 6.81 723.26 0.655 14494.3 1275.5 189080 42 ( ACR jk 0.997 0.42 1.16 1.002 0.909 1.43 1.21 1 ( AF jk 2.347 42.399 983 0.9069 20480 1411.96 437400 42 ( ACR jk 1.80 2.63 1.57 1.387 1.285 1.582 2.70 1 156875.09 1 42 1 综合比较， 在多种性能上占有优势 有优势， 综合比较，方案 2 在多种性能上占有优势，故应该选择方案 2 9 机械原理课程设计 说明书 总 结 通过本次课程设计， 对于机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较 完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我 也更加明确了自己所学知识的用途，这为我以后的学习指明了方向，让我在以后 的学习中更加思路清晰，明确重点，从而更好的像需要的方向努力。同时这次设 计也告诉我了无论是学习还是工作，都需要严谨二字，一个数据的微