机械原理课程设计-牛头刨床的综合设计与分析

辽宁工业大学机械原理课程设计说明书（论文）PAGE辽宁工业大学机械原理设计说明书（论文）-1-目录一、设计题目与原始数据………………1二、牛头刨床示意图……………………1三、导杆机构设计………………………2四、机构的运动分析……………………3五、机构的动态静力分析………………9六、飞轮设计………………14七、凸轮设计………………15八、齿轮设计………………16九、本设计的思想体会…………………17十、参考文献………………17全套图纸加V信153893706或扣3346389411一、设计题目与数据1．题目牛头刨床的综合设计与分析2．原始数据刨头的行程H=600mm行程速比系数K=1.8机架长LO2O3=370mm质心与导杆的比值LO3S4/LO3B=0.5连杆与导杆的比值LBF/LO3B=0.3刨头重心至F点距离XS6=210mm导杆的质量m4=20刨头的质量m6=52导杆的转动惯量JS4=0.9切割阻力FC=1400N切割阻力至O2的距离YP=165mm构件2的转速n2=80许用速度不均匀系数[δ]=1/30齿轮Z1、Z2的模数m12=16小齿轮齿数Z1=18大齿轮齿数Z2=42凸轮机构的最大摆角φmax=18º凸轮的摆杆长LO4C=130mm凸轮的推程运动角δ0=60º凸轮的远休止角δ01=10º凸轮的回程运动角δ0'=60º凸轮机构的机架长Lo2o4=140mm凸轮的基圆半径ro=50mm凸轮的滚子半径rr=15mm二、牛头刨床示意图图1三、导杆机构设计1、已知：行程速比系数K=1.8刨头的行程H=600mm机架长度LO2O3=370mm连杆与导杆的比LBF/LO3B=0.32、各杆尺寸设计如下A、求导杆的摆角：ψmax=180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.6-1）/（1.6+1）=51.4286° B、求导杆长：LO3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=550/[2sin（41.5°/2）]=691.4291mmC、求曲柄长：LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）=400×sin(41.5/2)°=160.5371mmD、求连杆长LBF=LO3B×LBF/LO3B=776.2×0.3=207.4287mmE、求导路中心到O3的距离LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B{1-[1-cos(ψmax/2)]/2}=657.1926mmF、取比例尺μL=0.005m/mm在A1图纸中央画机构位置图，大致图形如下：四、机构的运动分析已知：曲柄转速n2=80rpm各构件的重心： 构件6的重心：XS6=210mm第11点：A、速度分析eq\o\ac(○,1)求VA3VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.1417×80π/30=1.3449m/S=+大小：？1.3449？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μv=VA3/Pa3=1.3449/53.796=0.025VA4=pa4×μV=53.3288×0.025=1.3332m/seq\o\ac(○,3)求VB用速度影像求VB=pb×μV=175.368×0.025＝4.3842m/s;eq\o\ac(○,4)求VF=+大小：？4.3842？方向：水平∥导路⊥BFVF=×μV=176.6999×0.025＝4.4175m/seq\o\ac(○,5)求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=1.3332/(42.0509×0.005)=6.3409rad/seq\o\ac(○,6)求VA4A3VA4A3=×μV=7.0746×0.025=0.1769m/sB、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=2×6.3409×0.1769=2.2434m/s2②求aA3aA3=aA2=ω22×(LO2A×0.001)=8.37752×(160.5371×0.001)=11.2669m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×(LO3A×0.005)=6.34092×(42.0509×0.005)=8.4537m/s2方向：A→O3④求aA4+=++大小√？11.26692.2434?方向：A→O3⊥O3A√如图∥O3A取μa=aA3/p’a3’=0.2aA4=p’a4’×μa=46.135×0.2=9.227m/s2；⑤求aB用加速度影像求aB=O3B/O3A×pa4=151.7165m/s2⑥求aF=++大小：？30.34290.3096?方向：水平√F→B⊥BF接着画加速度多边形。由加速度多边形得：aF=×μa=9.6652m/s2方向：水平向右。第5点：A、速度分析eq\o\ac(○,1)求VA3VA3=VA2=LO2Aπn/30=160.5371×80π/30=1.3449m/seq\o\ac(○,2)求VA4=+大小：？1.3449？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μV=VA3/Pa3=0.02VA4=pa4×μV=67.1535×0.02=1.3431m/seq\o\ac(○,3)求VB用速度影像求VB=×μV=1.7514m/seq\o\ac(○,4)求VF=+大小：？1.7514？方向：∥导路如图⊥BF接着画速度多边形。由速度多边形求得：VF=×μV=1.7444m/s方向水平向右；eq\o\ac(○,5)求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=1.3431/(106.0448×0.005)=2.5331rad/Seq\o\ac(○,6)求VA4A3VA4A3=×μV=0.0701m/sB、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=2×2.5331×0.0701=0.3551m/s2 ②求aA3aA3=aA2=ω22×LO2A=8.37752×160.5371×0.001=11.2669m/s2方向：A→O2 ③求anA4anA4=ω23×LO3A=2.53312×106.0448×0.005=3.4022m/s2方向：A→O3 ④求aA4+=++大小：√？11.26690.3551?方向：A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A取μa=aA3/p’a3’=0.2在A1图的左下方画加速度多边形。aA4=p’a4’×μa=17.0508×0.2=3.4102m/s2⑤求aB用加速度影像求aB=p’b’×μa=4.4470m/s2=++大小：？4.44700.0077?方向：水平√F→B⊥BF接着画加速度多边形。由加速度多边形求得：aF=×μa=1.1327m/s2水平向左。 第8”点：A、速度分析eq\o\ac(○,1)求VA3VA3=VA2=LO2Aπn/30=160.5371×80π/30=1.3449m/Seq\o\ac(○,2)求VA4=+大小?1.3449？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μV=VA3/pa3=0.025VA4=0m/seq\o\ac(○,3)求VB用速度影像求VB=0m/s。eq\o\ac(○,4)求VF=+大小：000方向：∥导路如图⊥BFVF=0m/s；eq\o\ac(○,5)求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=0rad/S方向：逆时针；eq\o\ac(○,6)求VA4A3VA4A3=-1.3449m/sB、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=0m/s2②求aA3aA3=aA2=ω22×LO2A=11.2664m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=0m/s2方向：A→O3④求aA4+=++大小：0？11.26690?方向：A→O3⊥O3AA→O2如图∥O3A取μa=aA3/p’a3’=0.2aA4=p’a4’×μa=56.3345×0.2=10.54m/s2⑤求aB用加速度影像求aB=p’a4’×O3B/O3A=56.3345×138.2858/66.6717=116.8451m/s2⑥求aF=++大小：？23.37080?方向：水平√F→B⊥BF接着画加速度多边形。由加速度多边形得：aF=p’f’×μa=113.531×0.2=22.7062m/s2方向：水平向左收集同组同学的位移、速度、加速度得数据并混编在下表中：曲柄位置12344’56SF00.03080.10590.20620.30.31060.4209VF00.90351.50971.741.75281.74441.6359aF35.602811.08536.85342.0-0.7436-1.1327-3.2897曲柄位置788’91010’1112SF0.51320.58100.60.59610.50140.30.26040.0513VF1.34940.77490-0.5166-2.7456-4.4536-4.4175-1.9554aF-6.2523-12.6872-22.7062-24.2664-42.9034-5.85479.665232.6五、机构的动态静力分析已知：导杆的质量：m4=20Kg；刨头的质量：m6=52Kg；(其余质量忽略不计)导杆绕重心的转动惯量：JS4=0.9Kgm切削阻力为常数大小为：；FC=1400N1.确定惯性力、惯性力矩第5点：P16=-m6×aF=-52×1.1327=-58.9004NP14=-m4×as=-15×-（4.4470××0.5）=-44.47NM14=-js4×α4=-0.9×(0.2328/0.5302)=-0.3945Nmh=M14/F14=-0.3929/-44.47=0.0088m第11点：P16=-m6×aF=-52×9.6652=-502.5904NP14=-m4×aS=-20×(151.7165/2)=-303.433NM14=-JS4×α4=-0.9×3.6976/0.2103=-15.8243Nmh=M14/F14=-15.8243/-303.433=0.0522m将计算结果汇总在如下表中：曲柄位置导杆4刨头p14M14Lh4p165点-44.47-0.39450.0088-58.900411点-303.433-15.82430.0522-502.59042.确定齿轮2的重量查指导书得齿轮2的重量G2=500N3.确定各运动副反力第11点:A、取构件5、6为示力体比例尺为：μL=0.005m/mm++++=0上式中只有FR45、FR76的大小未知。取力比例尺：μP=Fc/=20N/mm；FR45=ab×μP=25.4556×20=509.112N；FR76=ad×μP=21.0662×20=421.324N；方向垂直导路向上。因为：∑MF=0；G6×XS6=FR76h76h76=[G6×XS6]/FR76=253.9993mB、取构件3、4为示力体在机构位置图右侧绘制示力体图，比例尺为：μL=0.005m/mm。其平衡方程为：++++=0∑MO3=0(确定FR23的大小)：FR23h23+F14hp+G4h4=FR54h54量得：hp=0.1595m；h4=0.0197m；h54=0.6877m；FR23=(FR54h54+F'14hP+G4h4)/h23=1416.6786N矢量式中FR74的大小和方向未知，仍取力比例尺μP=20N/mm。接着画力多边形图求得：FR74=cd×μP=38.9031×20=778.062N；方向与力多边形中cd的方向一致。C、取构件2为示力体比例尺为:μL=0.005m/mm大致图形如A1图8其平衡方程为：+++=0∑MO2=0（确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.1519m算得；rb=0.3207mPb=FR32h32/rb=714.059N式中的R72大小和方向未知仍然取力比例尺μP=20N/mm接着画力多边形图，求得：FR72=fg×μP=78.3833×20=1567.66N方向与为多边形中fg的方向一致第5点:A、取构件5、6为示力体比例尺为：μL=0.005m/mm+++=0上式中只有R45、R76的大小未知取力比例尺：μP=FI6/=20N/mmFR45=×μP=20×67.9776=1359.552N方向与力多边形中的方向一致FR76=ab×μP=14.3182×20=286.364N∑MF=0：G6×XS6=FR76h76h76=[Fc×(lo2m-YP)+G6×XS6]/FR76=(1400×160122.1926+509.6×210/286.364=971.0915mB、取构件3、4为示力体比例尺为：μL=0.005m/mm，其平衡方程为：++++=0∑MO3=0(确定FR23的大小)：FR54h54+FI4hI4+G4h4=FR23L23量得：hI4=0.094m；h4=0.014m；h54=0.15mFR23=(FR54h54+P’14hP+G4h4)/LO3A=4986N矢量式中FR74的大小和方向未知，仍取力比例尺μP=20N/mm；接着画力多边形图，求得:FR74=ae×μP=23.1747×20=463.494NC、取构件2为示力体比例尺为:μL=0.005m/mm其平衡方程为：+++=0∑MO2=0（确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.1666m算得；rb=0.3157mPb=FR32h32/rb=589.8376N仍然取力比例尺μP=20N/mm接着画力多边形图，求得：FR72=78.1685×20=1563.37N4、将各运动副反力汇总如下：位置反力指定的两个位置第11点第5点FR721567.661563.37FR74778.062463.494FR76421.324286.364FR45509.1121359.552FR231416.67861159.4752FR321439.33831159.47535、计算平衡力偶矩并汇总如下：曲柄位置123456Mb0179.6686293.1267251.2076786.2117209.6191曲柄位置789101112Mb170.846455.782881.9952846.5582-228.9987-540.47096、绘制平衡力偶矩曲线Mb-δ2该曲线在A1图的右上角纵坐标比例尺：μMd=16Nm/mm横坐标比例尺：μδ2=2度/毫米见A1图I六、飞轮设计已知：许用速度不均匀系数[δ]=1/30平衡力矩曲线Mb-δ2驱动力矩为常数曲柄的转数n2=80rpm飞轮装在齿轮Z1的O1轴上1、作等效阻力矩曲线Mr-δr由于飞轮准备装在Z1的O1轴上，因此|Mr|=|Mb/i12|可由Mb-δ2曲线直接画出Mr-δ1曲线（见A1图I）。为了使图形一样，其比例尺选为：μMr=μMb/i12=6.87Nm/mm。2、求功曲线Wr-δ1取极距H=50mm；图解积分Mr-δ1得Wr-δ1曲线。纵坐标比例尺为：μW=μM×μδ×H×π/180°=6.87×0.087×50×π/180°=0.48J/mm3、求功曲线Wd-δ1根据一个稳定运转循环中能量变化为零，以及Md=常数的条件，可作出Wd-δ1曲线。比例尺仍为：μW=0.48J/mm。4、求驱动力矩曲线Md-δ1仍取极距H=50mm图解微分Wd-δ1得Md-δ1曲线。纵坐标比例尺为：μM=6.87Nm/mm得驱动力矩：Md=h×μM=4.8976×6.87=33.6465Nm5、确定最大盈亏功为：[W]=19.5983×0.48=9.4071J6、求飞轮的转动惯量JF=900[W]/π2n2[δ]=(900×9.4071×30)/(3.142×802)=4.021Kgm7、确定飞轮尺寸b=4gJF/πD3Hγ，材料用灰铸铁γ=7×104N/m3，取飞轮直径D=0.5m，取轮缘的高宽比为H/b=1.5；b2=4gJF/πD3Hγ=(4×10×25.5)/(3.1