机械原理课程设计(牛头刨床)

.PAGE.机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床学院、系：机械工程学院专业：学生姓名：班级：学号指导教师__职称职称最终评定成绩设计日期：20年0月0日目录设计题目…………….……32.牛头刨床机构简介……………….………33.机构简介与设计数据…….…..44.设计内容…………….………….………….55.体会心得………………….156.参考资料……..…………16附图1：导杆机构的运动分析与动态静力分析附图2：摆动从计动件凸轮机构的设计附图3：牛头刨床飞轮转动惯量的确定1设计题目：牛头刨床为了提高工作效率,在空回程时刨刀快速退回,即要有急会运动,行程速比系数在1.4左右。为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量,在工作行程时,刨刀要速度平稳,切削阶段刨刀应近似匀速运动。曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好,切削阻力约为7000N,其变化规律如图所示。2、牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,如图4-1。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,此时要求速度较高,以提高生产率。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,使工作台连同工件作一次进给运动,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5H的空刀距离,见图4-1,b,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小电动机容量。3、机构简介与设计数据3.1.机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。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,称工作切削。此时要求速度较低且均匀,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。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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与棘轮机构带动螺旋机构,使工作台连同工件作一次进给运动,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,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,故需装飞轮来减小株洲的速度波动,以减少切削质量和电动机容量。3.2设计数据设计数据设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动静态分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minmmNmmkgm2Ⅲ724301108100.36lo4B0.5lo4B1804022062080001001.2飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计无齿轮任务no’z1zo"z1"Jo2Jo1Jo"Jo’maxlo9D[]s’r/minkgm2mmⅢ0.1614401519500.50.30.20.215130427510654、设计内容4.1.导杆机构的运动分析〔见图例1已知曲柄每分钟转数n2,各构件尺寸及重心位置,且刨头导路x-x位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。要求做机构的运动简图,并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和8为工作形成起点和终点对应的曲柄位置,1和7为切削起点和终点所对应的位置,其余2,3…12等,是由位置1起顺2方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1设计导杆机构。按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定,即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上〔见图例1。2作机构运动简图。选取比例尺按表4－2所分配的两个曲柄位置作出机构的运动简图,其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图4－2；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1,按转向将曲柄圆周十二等分,得十二个曲柄位置,显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1’和8’两位置。共计14个机构位置。3作速度,加速度多边形。选取速度比例尺=0.0168〔和加速度比例尺=0.0168〔,用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形,并将起结果列入表。4>作滑块的运动线图。根据机构的各个位置,找出滑块6上C点的各对应位置,以位置1为起始点,量取滑块的相应位移,取位移比例尺=0.0109〔,作〔t线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移。然后根据〔t线图用图解微风法〔弦线法作出滑块的速度〔t线图,并将结果与其相对运动图解法的结果比较。5绘制滑块的加速度线图〔见图1.导杆机构的运动分析1>.选取长度比例尺µ,作出机构在位置4的运动简图。如一号图纸所示,选取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,另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2.>求原动件上运动副中心A的v＇和av=ωl＝0.829m/s式中v——B点速度〔m/s方向丄AOa=ωl=6.247m/s 式中a——A点加速度〔m/s,方向A→O3.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。〔1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AO∥ＡＯ大小：？ωl？〔２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/mmµ==0.002m•s/mm〔３作速度多边形,求出ω、ω根据矢量方程式作出速度多边形的pd部分,则v<m/s>为v=µpa=0.829m/sω=v/l=1.3rad/s其转向为顺时针方向。Ｖ=ωl=0.612m/sB点速度为Ｖ,方向与v同向.〔４列出C点速度矢量方程,作图求解V、VV=Ｖ+V方向：水平丄BＯ丄BC大小：？ωl？通过作图,确定Ｃ点速度为V=µbc=0.2909m/sV＝µpc=1.2207m/s 式中V——Ｃ点速度,方向丄BC式中V——Ｃ点速度,方向为p→c。４．解待求点的加速度及其相关构件的角加速度〔１列出Ｃ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Ｃ点加速度,得先求出Ｂ点加速度,a=a+a=a+a+a’+a方向：？∥ＡＢ丄ＡＢ∥AO丄AO∥ＡＢ丄ＡＢ大小：？ωl？ωl0?2ωv<2>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〔m•s/mmµ==0.219m/s/mm<3>作加速度多边形,求出a、a、a根据矢量方程图的pa’nka部分,则a=µa＇a=0.7949m/sa’=µka=6.247m/sa=µpa=0.519rad/s方向为水平向右下12ºa=a•l/l=3.279m/sa=ω•l=1.225m/s<4>列出C点加速度矢量方程,作图求解a、a、aa=a+a+a+a方向：水平∥BC丄BC∥AB丄AB大小：？V/l?ωlal/l由上式可得：aa=0.178m/s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：？lo2A?24Va4a3lo2A其中a法向和切向加速度。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k’a’4平行于线段oa4"代表相对加速度的方向线,并过点a4’’作直线a4’’a4’垂直与线段k’a’4,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k’a’4平移到机构图上的点A4,可知4的方向为逆时针方向。项项目位置2vA2vA2A3V3VCBvCVB4aA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.5360.8290.17180.8110.06491.22160.6121.3顺时针6.2470.5191.2263.2790.0150.178根据以上方法同样可以求出位置九的速度和加速度5项项目位置2vA23vA2A3V3VCBvCVB4aA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.536.08290.17180.8110.06491.22160.6121.3顺时针6.2470.6251.2263.2790.0150.17897.5360.8291.2310.66780.33491.53790.82706.2380.4252.4323.2794.2454.237单位1/sm/s1/sm/s24..2.导杆机构的动态静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。步骤选取阻力比例尺=555.6,根据给定的阻力Q和滑块的冲程H绘制阻力线图。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：对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：∈F=0P+G6+Fi6+R45+R16=0方向：∥x轴∥y轴与a6反向∥BC∥y轴大小：8000620-m6a6??以作图法求得:位置4R45=7958.3N位置1’R45=8550.648N位置4R16=284.7N位置1’R16=N力矩平衡方程式：∈M=0P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0我们还可以得到：R45=R65对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：∈F=0R54+R34+Fi4+G4+R14=0方向:∥BC⊥O4B∥a4∥y轴?大小：R54？m4a4220?力矩平衡方程式：∈M=0R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0由此可以求得R34的大小：R34=7958.3N位置1’R34=14366.93最后可以利用力的平衡方程式做力的多边形解出位置4R32=12023.66N位置1’R32=244.376N在摇杆上可以得到R34=-R32最终得出位置4My=1257.11Nm位置1’=689.612Nm表项项目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向448.73430.871.508顺时针0.3091单位NNmm项项目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向480007958.37958.312023.661257.11顺时针单位NNNm表项项目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向1’546.57110.89712.36逆时针89.5单位NNmm项项目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向1’80008550.64814366.93244.376689.612逆时针单位NNNm4.3.飞轮设计〔见图3已知及其运动的速度不均匀系数,由动态静力分析所得的平衡力矩My,具有定转动比的各构件的转动惯量J,电动机、曲柄的转速no’、n2及某些齿轮的齿数。驱动力矩为常数。要求用惯性立法确定安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF。以上内容做在2号图纸上。步骤：列表汇集同组同学在动态静力分析中求得的个机构位置的平衡力矩M,以力矩比例尺μ和角度比例尺μ绘制一个运动循环的动态等功阻力矩M=M〔φ线图。对M〔φ用图解积分法求出在一个运动循环中的阻力功A=A〔φ线图。绘制驱动力矩M所作的驱动功A=A〔φ线图。因M为常数,且一个运动循环中驱动功等于阻力功,故将一个循环中的A=A〔φ线图的始末两点以直线相连,即为A=A〔φ线图。求最大动态剩余功[A]。将A=A〔φ与A=A〔φ两线图相减,即得一个运动循环中的动态剩余功线图A=A〔φ。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离,即表示最大动态剩余功[A]。确定飞轮的转动惯量J。由所得的[A],按下式确定飞轮的转动惯量J=900[A]/πnδ按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为JF=8.37.4..4.凸轮机构设计〔见图2已知摆杆9为等加速等减速运动规律,其推程运动角,远休止角s,回程运动角’,摆杆长度lo9D=130mm,最大摆角max=15,许用压力角[]=20；凸轮与曲柄共轴。要求确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径,划出土轮世纪轮廓线。以上内容做在2号图纸上。步骤：根据从动件运动规律,按公式分别计算推程和回程的〔,然后用几何作图法直接绘出〔φ及φ〔ψ线图。求基圆半径r及凸轮回转中心O至从动件摆动中心O的距离lOO。按φ〔ψ线图划分ψ角时,可将其所对的弧近视看成直线,然后根据三角形相似原理,用图解法按预定比例分割ψ角所对应的弧,自从动件摆动中心O作辐射线与各分割点想连,则ψ角便按预定比例分割。作图时,如取μ=lOD*μ,则可直接根据〔φ线图上各纵坐标值,在O点的相应辐射线上由D点分别向左或右截取各线段,线段所代表的实际长度就等于等于lOD*。截取方向可根据D点速度方向顺着凸轮转向转过90后所指的方向来确定。然后按许用压力角[а]作出凸轮轴心的安全区,求出凸轮的基圆半径r和中心距lOO。3根据凸轮转向,摆杆长lOD,角位移线图ψ=ψ〔φ图和以上求得的r,lOO,画出凸轮理论廓线,并找出其外凸轮曲线最小曲率半径P。然后,再选取滚子半径r,画出凸轮的实际廓线。设计过程：1根据给定的r0=60mm和摆杆位置画出从动件的初始位置O9D0,再根据--线图画出从动件的一系位置O9D’1、O9D’2、O9D’3、O9D’4、O9D’5、、O9D’6、O9D’7、O9D’8、O9D’9、O9D’10、O9D’11、O9D’12、O9D’13、O9D’14,使得∠D0O9D’1=1、∠D0O9D’2=2、∠D0O9D’3=3、∠D0O9D’4=4、∠D0O9D’5=5、、∠D0O9D’6=6、∠D0O9D’7=7、∠D0O9D’8=8、∠D0O9D’9=9、∠D0O9D’10=10、∠D0O9D’11=11、∠D0O9D’12=12、∠D0O9D’13=13、∠D0O9D’14=14。2从基圆上任一点C0开始,沿〔-方向将基圆分为与图--线图横轴对应的等份,得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。过以上各点作径向射线OC1、OC2、OC3、OC4、OC5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、OC14。以O为中心及OD’1为半径画圆弧,分别交OC0和OC1于E’1和E1,在圆弧上截取E1D1=E’1D’1得点D1。用同样方法,在以OD’2为半径的圆弧上截取E2D2=E’2D’2得点D2,在OD3为半径的圆弧上截取E3D3=E’3D’3得点D3,在OD4为半径的圆弧上截取E4D4=E’4D’4得点D4,在OD5为半径的圆弧上截取E5D5=E’5D’5得点D5,在OD6为半径的圆弧上截取E6D6=E’6D’6得点D6,在OD7为半径的圆弧上截取E7D7=E’7D’7得点D7,在OD8为半径的圆弧上截取E8D8=E’8D’8得点D8,在OD9为半径的圆弧上截取E9D9=E’9D’9得点D9,在OD10为半径的圆弧上截取E10D10=E’10D’10得点D10,在OD11为半径的圆弧上截取E11D11=E’11D’11得点D11,在OD12为半径的圆弧上截取E12D12=E’12D’12得点D12,在OD13为半径的圆弧上截取E13D13=E’13D’13得点D13。将D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13连成曲线便得到凸轮轮廓曲线。5.心得体会美丽的花朵必须要通过辛勤的汗水浇灌.有开花才有结果,有付出才有收获.通过几天日日夜夜的奋斗,在老师亲切地指导下,在同学们的密切配合下,当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终于完成了,心里无比的高兴,因为这是我们努力的结晶.在这几天中,我有很多的体验,同时也有我也找到许多的毛病,仅就计算机辅助绘图而言,操作的就远远不够熟练,专业知识也不能熟练应用。但是通过这次实践设计,我觉得我有了很打的提高。其次,通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书,并初步掌握了一些设计数据的计算方法；再次,自己的计算机绘图水平也有了一定的提高,并对所学知识有了进一步的理解。当然,作为自己的第一次设计,其中肯定有太多的不