牛头刨床设计及分析best

1、机械原理课程设计实习报告专业： 机械设计制造及其自动化姓名： xxx学号： 2010100xxxx班级： 07210x指导老师：曾小慧实习时间：2012.7.5-7.13目 录一、设计任务················3二、牛头刨床工作原理········3三、原始参数·······&#

2、183;········3四、设计步骤及要求··········41.导杆机构的运动综合·······················42.用解析法作导杆机构的运动分析··

3、;···········63.导杆机构的动态静力分析···················94.行星轮系设计················

4、············155.变位齿轮设计····························17五、心得体会·······

5、·········19六、附录····················20七、参考文献················26一、设计任务1牛头刨床刀杆机

6、构的运动综合、运动分析和动态静力分析；2对牛头刨床传动装置中行星轮机构、齿轮机构进行综合。二、机构工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经行星轮系和齿轮Z4、 Z5减速带动曲柄2转动。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头和刨刀作往复运动。刨头向左时，刨刀进行切削，这个行程称工作行程，刨头受到较大的切削力。刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产力。三、原始参数H：刨头行程 ； K：行程速比系数； Fc切削阻力 ； m4 m5 m6分别为导杆、连杆及刨头的质量；J4、J5分别分别为导杆4及导杆5绕各自质心的转动惯量；m1、mH分别为行星减速器中心

7、轮及齿轮4、5的模数；Z4，Z5为齿轮4及5的齿数；n1：电机转速；n2：曲柄2及齿轮5的转速；k：行星轮个数。选取第五组数据。导杆机构的运动分析和运动综合导杆机构的动力分析HKlO2O3lO3O4/lO3BlBF/lO3BlBS5/lBFm4 m5m6Js4Js5FC单位mmmmkg kg.m2kg56001.83700.50.30.5 223520.90.0151400 行星轮设计变位齿轮n1n2K类型m1Z4Z5mH单位rpmmmmm 510008032K-H 514491620四、设计步骤及要求1.导杆机构的运动综合设LO3B=L3 LBF=L4 LO3D=L'6 LO2A=L

8、1 LO3O2=L6LO3A=S3 LDE=SE 1、导杆的摆角K=1.82、导杆的长度L33、连杆的长度L44、刨头导路中心线xx至O3点的垂直距离L'6根据已知xx被认为通过圆弧BB的绕度ME的中点D知5、曲柄的长度L16、切削越程长度0.05H，如图所示则切削越程长度为0.05H=0.05×600=30mm7、机构运动简图8、计算机构的自由度F=3×52×7=12.用解析法作导杆机构的运动分析建立导杆机构的运动分析数学模型：如图所示，先建立一直角坐标系，并标出各杆矢量及其方位角。其中共有四个未知量、。为求解需建立两个封闭的矢量方程，为此需利用两个封闭

9、的图形O3AO2O3及O3BFDO3，由此可得：并写成投影方程为：由上述各式可解得：3arcos (L1×cos1) S3S3L6²L1²2×L6×L1×cos10.5×4arcsin(L6L3×sin3) L4SEL3×cos3L4×cos4由以上各式即可求得、四个运动变量，而滑块的方位角=。然后，分别将上式对时间取一次、二次导数，并写成矩阵形式，及得一下速度和加速度方程式。=、=结果：根据已知的参数，运用MATELAB做出运动线图，程序见附录由图可知：在一个周期内，位移曲线具有封闭性，且幅度

10、适中基本满足要求。角速度和速度的曲线分布较为对称，相对平稳。加速度ae的最大值比较大，满足回程要求。3.导杆机构的动态静力分析受力分析时不计摩擦，且各约束力和约束反力均设为正方向（1） 对刨刀进行受力分析FR56yFR16FR56xF6FcG6 F6=-m6*aE（2）对5杆进行受力分析BFS5FR65xFR65yF5yF5xG5FR45yFR45xM5a5x=aF+0.5L5w25cos5+0.5L55sin5,a5y=0.5L5w25sin5+0.5L55cos5（3） 对滑块3进行受力分析(不计重力)FR23xFR23yFR43xxxFR43yA(4)对4杆进行受力分析O3AS4FR54

11、xFR54yFR14xFR14yFR34xFR34yF4xF4yG4M4Ba4x= 0.5L4w24cos4+0.5L44sin4，a5y=0.5L4w24sin4+0.5L44cos4 X=0, FR54x+F4X+FR34X+FR14X=0 （8）Y=0, FR54Y+F4Y+FR34Y+FR14Y-G4=0 （9）MS4=0, FR14x×（YS4-YO3）+FR34X×（YS4-YA）-FR54X×(YB-YS4)-FR14×(XS4-XO3)-FR34Y×(XS4-XA)+FR54Y×(XB-XS4)+M4=0 （10）（5

12、）对原动件曲柄2进行受力分析曲柄2不计重力，且转动的角速度一定，角加速度为零，惯性力矢和惯性力矩都为零Fx=0,FR32x+FR12x=0；（11）Fy=0,FR32y+FR12y=0;（12）Mo2=0,FR32x×L1sin1+FR32y×L1cos1+MP=0;（13）其中导杆对点O3的转动惯量J4=Js4+m4×0.5L4×0.5L4计算总动能Ek=(m6×vF²+Js5×w5²+m5×vF²+J4×w²4)/2MP=(dEk+Fc×vF/W2W2=2n26

13、0根据已知参数利用MATELAB进行编程得到以下图像，程序见附录。由图可知：在切削的时候平衡力矩比较大，且大小的变化比较明显，在回程空载的时候，平衡力矩较小，且大小的变化比较平缓。约束反力图 由图可知：约束反力在x轴方向上的变化相对于在y轴方向上的变化更加的平稳，且各个力的x轴和y轴上的极值大小都相差不大，最值也在机构允许的范围内，满足工作的要求。4.行星轮系设计已知Z4=14， Z5=49， n1=1000rpm， 行星轮系的设计必须满足四个条件：（1） 传动比条件固定行星架H（2） 同心条件（3） 均布条件（4） 邻接条件由以上各式可得配齿公式且Z1 Z2 Z3为整数，齿轮结构要紧凑则Z1

14、=42 Z2=33 Z3=108 由于各齿轮的齿数都大于17，故为标准齿轮传动。行星系齿轮的参数5.变位齿轮设计（1）确定传动类型已知则为等变位齿轮传动（2） 确定变位系数对于变位齿轮，为有利于强度的提高，小齿轮4采用正变位，大齿轮5采用负变位，使大小齿轮的强度趋于接近，从而使齿轮承载能力提高。（3） 检验重合度故满足重合度要求a=1.3验证正变位齿顶齿厚：a4=arccos（rb4ra4）=33.90ºs4=m4（/2+2xtan）=22.60mmSa4=s4rb4/r4-2ra4（inva4-inv）=8.90.4mH=5.6 故该齿轮合格（4） 变位齿轮4、5的几何尺寸五、心得

15、体会第一次做机械原理课程设计，感觉相当有难度，开始的时候不知道该怎么下手，通过看书和查阅资料，对整个设计过程有了一个初步的了解，于是开始着手设计，每一步对于我来说都是一个挑战，主要还是许多的概念和理论知识还不熟悉。但是通过反复的练习，后面的尝试就慢慢变得容易了。老师在中间穿插的讲解也是相当重要的，为后面的设计指明了方向。课程设计的难度虽然很大，但是经过不断的尝试，我逐渐熟悉了机械原理课程理论的相关知识，动手和实践的能力都有了一定的提高。 完成课程设计花了一个多星期的时间，时间不长，却使我受益匪浅，分析和作图能力都有了一定的提高。感谢老师在这段时间内给予的辅导。初次设计肯定还是存在着不少的问题，

16、我会在以后的学习中不断改进这些问题，使自己的设计能力逐步提高。六、附录Matlab源程序：clear all;clc;%初始条件theta1=linspace(-20.77,339.23,100);%单位度theta1=theta1*pi/180;%转换为弧度制W1=80*pi/30;%角速度 单位rad/sH=0.6;%行程 单位mL1=0.1605;%O2A的长度 单位mL3=0.6914;%O3B的长度 单位mL4=0.2074;%BF的长度 单位mL6=0.370;%O2O3的长度 单位mL6u=0.6572;%O3D的长度 单位mZ=pi/180;%角度与弧度之间的转换dT=(the

17、ta1(3)-theta1(2)/W1;%时间间隔for j=1:100 t(j)=dT*(j-1);%时间因素end %位移图像%求解S3、Theta3、Theta4和SE四个变量S3=(L6)2+(L1)2-2*L6*L1*cos(theta1+pi/2).0.5;%求出O3A的值for i=1:100%求解角度theta3、Theta4和SE的长度 theta3(i)=acos(L1*cos(theta1(i)/S3(i); theta4(i)=asin(L6u-L3*sin(theta3(i)/L4); SE(i)=L3*cos(theta3(i)+L4*cos(theta4(i);e

18、nd%求解完成%求解完成 %速度图像%求解VS3、W3、W4和VE四个变量for i=1:100 J= inv(cos(theta3(i),-S3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),S3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-L3*sin(theta3(i),-L4*sin(theta4(i),-1; 0,L3*cos(theta3(i),L4*cos(theta4(i),0); K=J*W1*-L1*sin(theta1(i);L1*cos(theta1(i);0;0; VS3(i)=K(1); W3(i)=K(2); W4(i)=K(3);

19、 VE(i)=K(4);end%求解完成 %加速度图像%求解aS3、a3、a4、aE四个变量for i=1:100 J= inv(cos(theta3(i),-S3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),S3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-L3*sin(theta3(i),-L4*sin(theta4(i),-1; 0,L3*cos(theta3(i),L4*cos(theta4(i),0); P=W1*W1*-L1*cos(theta1(i);-L1*sin(theta1(i);0;0; M=-W3(i)*sin(theta3(i),-V

20、S3(i)*sin(theta3(i)-S3(i)*W3(i)*cos(theta3(i),0,0; W3(i)*cos(theta3(i),VS3(i)*cos(theta3(i)-S3(i)*W3(i)*sin(theta3(i),0,0; 0,-L3*W3(i)*cos(theta3(i),-L4*W4(i)*cos(theta4(i),0; 0,-L3*W3(i)*sin(theta3(i),-L4*W4(i)*sin(theta4(i),0; N=VS3(i);W3(i);W4(i);VE(i); K=J*(-M*N+P); aS3(i)=K(1); a3(i)=K(2); a4(i

21、)=K(3); aE(i)=K(4);end%求解完成 %动态静力分析%初始条件g=9.8;m4=22;m5=3;m6=52;Js4=0.9;Js5=0.015;Fc=1400;Ls4=0.5*L3;Ls5=0.5*L4;%给切削阻力赋值for i=1:100 if(abs(SE(1)-SE(i)>0.05*H&&abs(SE(1)-SE(i)<0.95*H)&&(theta1(i)<pi) Fc(i)=1400; else Fc(i)=0; endend%赋值完成 %求惯性力和惯性力矩for i=1:100F6(i)=-m6*aE(i);F5

22、x(i)=-m5*(aE(i)+0.5*L4*(W4(i)2*cos(theta4(i)+0.5*L4*a4(i)*sin(theta4(i);F5y(i)=-m5*(0.5*L4*(W4(i)2*sin(theta4(i)+0.5*L4*a4(i)*cos(theta4(i);M5(i)=-Js5*a4(i);F4x(i)=-0.5*m4*L3*(W3(i)2*cos(theta3(i)+a3(i)*sin(theta3(i);F4y(i)=-0.5*m4*L3*(W3(i)2*sin(theta3(i)+a3(i)*cos(theta3(i);M4(i)=-Js4*a3(i);end %求

23、解平衡力矩J4=Js4+m4*(0.5*L3)*(0.5*L3);%导杆对点O3的转动惯量for i=1:100 Ekk(i)=(m6*VE(i)*VE(i)+Js5*W4(i)*W4(i)+m5*VE(i)*VE(i)+J4*W3(i)*W3(i)/2;%计算总动能enddEkk(1)=Ekk(1)-Ekk(100);%动能的改变量for i=2:100 dEkk(i)=Ekk(i)-Ekk(i-1);%动能的改变量endfor i=1:100 MP(i)=(dEkk(i)+Fc(i)*abs(VE(i)/W1;%求平衡力矩end %求约束反力for i=1:100J=inv(1,0,0,0

24、,0,0,0,0,0,0,0,0,0; 0,1,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0; -1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0; 0,-1,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0; 0.5*L4*sin(theta4(i),-0.5*L4*cos(theta4(i),0,0.5*L4*sin(theta4(i),-0.5*L4*cos(theta4(i),0,0,0,0,0,0,0,0; 0,0,0,0,0,1,0,-1,0,0,0,0,0; 0,0,0,0,0,0,1,0,-1,0,0,0,0; 0,0,0,-1,0,0,0,1,0,1,0,0,0; 0,0,0,0,

25、-1,0,0,0,1,0,1,0,0; 0,0,0,0.5*L3*sin(theta3(i),-0.5*L3*cos(theta3(i),0,0,0.5*L3*sin(theta3(i),-0.5*L3*cos(theta3(i),(-S3(i)+0.5*L3)*sin(theta3(i),(S3(i)-0.5*L3)*cos(theta3(i),0,0; 0,0,0,0,0,-1,0,0,0,0,0,1,0; 0,0,0,0,0,0,-1,0,0,0,0,0,1；0,0,0,0,0,-L1*sin(theta1(i),-L1*cos(theta1(i),0,0,0,0,0,0);P=-F6(

26、i)-Fc(i);m6*g;-F5x(i);-F5y(i)+m5*g;-M5(i);0;0;-F4x(i);-F4y(i)+m4*g;-M4(i);0;0;-MP(i);K=J*P;FR56x(i)=K(1);FR56y(i)=K(2);FR16(i)=K(3);FR45x(i)=K(4);FR45y(i)=K(5);FR23x(i)=K(6);FR23y(i)=K(7);FR34x(i)=K(8);FR34y(i)=K(9);FR14x(i)=K(10);FR14y(i)=K(11); FR12x(i)=K(12);FR12y(i)=K(13); end%画图%画运动图figure(1);p

27、lot(t,theta3,'r');hold on;plotyy(t,theta4,t,SE);grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('theta3、theta4(rad)');title('角度Theta3、theta4和位移SE');axis( 0 , 0.75,-0.2,2);figure(2);plot(t,W3,'r');hold on;grid on;plotyy(t,W4,t,VE);xlabel('时间t/s');ylabel('W3、W4(rad/s

28、)');title('角度速度W3、W4和速度VE');axis(0 , 0.75,-5,3);figure(3);plot(t,a3,'r');hold on;plotyy(t,a4,t,aE);grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('a3、a4(rad/s/s)');title('角度加速度a3、a4和加速度aE');axis(0 , 0.75,-80,80);%运动图画完%画反力图figure(4);plotyy(theta1,Fc,theta1,SE);xlabel('

29、;Theta1（时间t）');ylabel('Fc');axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,1400);title('切削阻力Fc与位移SE');grid on;figure(5);plotyy(theta1,MP,theta1,Fc);xlabel('Theta1（时间t）');ylabel('力矩');axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,300);title('平衡力矩');grid on;figure(6);plotyy(theta1,Ekk,t

30、heta1,SE);xlabel('Theta1（时间t）');ylabel('Fc');title('导杆、连杆和刨头的总动能');grid on;figure(7);plot(t,FR56x,'r');grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('FR56x');title('FR56x');figure(8);plot(t,FR56y,'r');grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('FR56y&

31、#39;);title('FR56y');figure(9);plot(t,FR16,'r');grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('FR16');title('FR16');figure(10);plot(t,FR45x,'r');grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('FR45x');title('FR45x');figure(11);plot(t,FR45y,'r');grid on;xlabel('时间t/s');ylabel('FR45y');title('FR45y');figure(12);plot(t,FR23x,'r');g