牛头刨床（机械原理课程设计）完整版

机械原理课程设计题目：牛头刨床作者：张晴2/30机械原理 2 4 52、导杆机构的运动分析2.1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 2.4位置4的加速度分析 3、导杆机构的动态静力分析3.1位置2的惯性力计算 (1)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(2)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。(3)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(4)通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机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，在此基础上设计凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。牛头刨床的简介工作台轮机构等组成，如图所示。电动机经过减速装置(图中只画出了齿轮z₁,z₂)使曲柄2转动，再通过导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀作往复切削运动。工作行程时，刨刀速度要平稳，空回行程时，刨刀切削阶段刨刀应近似匀速运动，以提高刨刀的使有关机构(图中未画出来)完成的。为减小机器的速度波动，在曲柄轴0₂上安装原始数据导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号Xs₆Ys₆G₆单位N方案内容凸轮机构设计齿轮机构设计符号0₇Dδ0δδ0运动规律Z₂mα单位mmmm方案1)66/301.1位置2的速度分析(左极限位置的曲柄对应位置顺时针转30°)数据：n₂=60r/min,lo₂o₄=380mm,lo₂A=110mm,lo₄g=540mm,lgc对位置2:选取尺寸比例尺μ₁=1,作机构运动简图。CXCX6X6A2U₂由CAD测量得：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:VA₂=O2lo₂A=(60×2π)160×0.11=0.69m/s对构件3:构件3和构件2在A处构成转动副，VA3=VA2=0.69m/s对构件4:VA4=VA3+VA4A3?//AO₄?//AO₄方向：⊥AO₄⊥AO₂取速度极点P,速度比例尺μv=0.001(m/s)/mm。作速度多边形如下图所示。计算结果Pb4得：VA₄=0.3237m/s,w₄=VA₄/lo₄A=0.323710.41899=0.7726rad/sVA4A3=0.60932m/s(A指向O₂)VB₄=W₄*lo₄B=0.7727*0.54=0.4172m/sVB5=VB4=0.4172m/s对构件4:Vcs=VB5+VC5B5大小：?0.4172?得：Vcs=0.39785m/s对构件2:aAz=w₂²*lo₂A=6.28²*0.11=4.338224m/s²对构件4:aʌa=a?4+aA4=aA3+a64A3+aA₄A3m/s²aa₄=0.2502Tm/s²m/sPa/4A₃=2o₃VA₄A₃=2*0.7727*0.60932=0.94164aA₄=04²*lo₄A=0.7727*0.7727*0.41899=0.2502m/s²作加速度多边形如上图所示。得：aA₄=2.8894m/s²,aʌ4=2.90m/s²aB₄=lo₄B*βBO₄=6.896*0.54=3.72384m/s²aB₄=lBO₄*04²=0.7727*0.7727*0.54=0.33244.5在B处构成转动副，所以aB₄=aB:对构件5::acs=aBs+ass+aCsB₅+acsgs方向：//XXB→O₄取加速度极点p’,加速度比例尺μa=0.01(m/s²)/mm。作加速度多边形如上图所示。得：acs=3.57m/s²(方向水平向右)ac6=acs=3.57m/s2数据：n₂=60r/min,lo₂O₄=380mm,lo₂A=110mm,lo₄B=540mm,lgc=0.25lo₄B,lo₄s₄=0.5lo₄B11A4l₀₄A=0.48633m对构件2:VA₂=W₂*lo₂A=(60*2π)/60*0.11=0.69m/s示。VA2=0.69m/sVA4=0.67212m/sO₄=1.382rad/sVA4A₃=0.15607m/s(A指向O₂)VB₄=04*l₀₄B=1.382*0.54=0.74628m/sVBs=VB₄=0.74628m/s对构件4:Vcs=Vps+Vc₅B₅对构件3:构件3和构件2在AVB4=0.74628Vcs=0.74845m/sm/sa₄z=4.338a₄3=4.338m/s2m/s2af₄A₃=20o₃0A4A₃=2*1.382*0.15607=0.4314m/s²aA₄=04²*lo₄A=1.382*1.382*0.48633=0.92889m/s²作加速度多边形如上图所示。得：aA₄=0.5498m/s²,aA4=1.1079m/s²aR4=lBO₄*βBO₄=1.1305*0.54=0.61407m/s²aB₄=lgO₄*04²=1.382*1.382*0.54=1.03136m/s//xxB//xxB→O₄大小：取加速度极点p',加速度比例尺μa=0.01(m/s2)/mm作加速度多边形如上图所示。得acs=0.5851m/s2ac6=acs=0.5851m/siacs=0.5851m/s2n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0B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,并对杆组进行分析。根据影像原理a=1.86192m/s2对构件4:惯性力FI4=M4·as₄=(G4/g)·as₄=200/9.8*1.86192=37.998367N对构件6:惯性力FI6=M6·ac₆=(Gb/g)·ac₆=700/9.8*3.57=255N2.1杆组.5,6的动态静力分析示力体(注：FR45是杆5给6的力)66CCX力多边形力多也又ZF=P+Gs+Fi₆+FR₄s+FR₁6=0,作为多边行如图所示，μv=100N/mm。力多也2.2杆组3,4的动态静力分析FR4s=7256.955NFR16=1080.842NFR54=7256.955NFR23=9067.6577N示力体如下图Ms₄=Js4·Qs4=7.5856N·m(逆时针)对O4点取矩得：ZMo4=FR54*ho4B+Ms4+G4ls₄o₄FR23=9067.657703N力多边形力多边形由ZF=0,作力的多边形如上图所示，μy=10N/mm.得：FR₄=2597.369081NFR|₂=FR₃₂=FR2₃=9067.657703N2.3平衡力矩的计算在下图中，对o2点取矩得：2Mo2=9021.6814*0.05162=464.43N.m2Mo2=FR₂×lh-Mp=0Mh=9067.657703×FR14=2597.369081NMb=498.7211737N.MB导杆机构的动态静力分析(位置4号)Bn2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B位置4: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。2.4位置4的惯性力计算根据影像原理as₄=LO4S4·αs=0.27*1.1305=0.305235m/s对构件4:惯性力FI4=M4·as₄=(G₄/g)·a₄=200/9.8*0.305235=6.229285714N:对构件6:惯性力FI6=m6·ac₆=(Go/g)·ac₆=700/9.8*0.6176=44.11428571N,示力体FI4=6.2292857FI6==44.11428as₄=0.305235m/s2力多边形力多边形又ZF=P+G₆+F₆+FR4s+FR₁6=0,作为多边行如图所示，μv=100N/mm。力多边形由力多边形可得：FR16=FR16μN=100*2.0742745=207.427545NFR45=7061.315Fg₁6=207.4275FR54-7061.3152FR2₃=7854.343FR14=14910.3N2.6杆组3,4的动态静力分析示力体如下图Ms₄=Js4·as4=1.24355N·m(逆时针)对O4点取矩得：R23lo4A^=0FR3=7854.343996N力多边形由ZF=0,作力的多边形如上图所示，μy=10N/mm得：Fpl=14910.3NFRI=FR=FR=7854.343996N在右图中，对o2点取矩得：2Mo2=FR₃2×1h-Mb=)1h=lo₂A×cos4⁰=0.109732mMb=7854.343996×0.109732=861.873233N.m3.解析法校核机构运动分析和动态静力分析结果3.1运动分析(程序见附录)程序截图如下：Q1C3C4SeW310493.129184.75?-0.1641.392-6.3050.754-6.934-7.5500.464140100.590181.190-0.2341.164-0.8560.620-3.780-2.5342.035144101.317180.637-G-0.541-0.884一一位移速度速度店品加速度加速度1050-109g位置基准参见上页图片3.2动态静力分析(程序见附录)S:S:NDebug\B.ereR?2f?2R?42.0881226.329592372.5819527.922612333.0768528.216252233.5?24127.411552014.0685825.410061684.5654922.311731415.0634218.214541285.562?313.217341226.063827.519961216.567061.522691238.51198-41.62441639.01506-37.23761669.51680-34.547617610.01389-35.942?19312.5108240.4266197?281-2.71043-4.12?10?3.2303-14.1870664.4157-27.4070244.9101-42.6369784.6141-30.4969293.5271-15.866820-0.1717-6.006759-2.2963-4.46438-4.9?370.23545-4.57420.23622-2.6?280.236130.46960.244453.46730.25764.96930.243623.96750.25650-2.07220.23554-4.27400.239218824980548222-1111-1202-930-160475.1632.6 486.5-106.9-70.5G.Gf74R45f45R?6h?6R23MB已知2位置时M=9067.657703×0.055=498.7211737N4位置时M=7854.343996×0.109732=861.873233N.m因此2位置相对误差为4.9%,4位置相对误差为0.02%23/30由此可算出其平均驱动矩Ma=312.04NM。△W₁=278.487NM△W₂=-537.815NM△W₃=259.328NM24/305.凸轮机构的设计1)基圆半径的确定已知凸轮运动规律为正弦加速度，最大压力角amax=40,推程运动角δmax=15,律的标尺于0.8处，于是，根据h/r₀=0.8,即可求得r₀≥40.79mm,所以可以取凸轮为42mm牛头刨床运动循环图213.6°刨头工作行程空回行程工作台停止进给5.1图解法看附录手绘图5.2解析法几何画板-[凸轮]f(θ)=15(sing(θ)=15.X(θ)=15·sin(θ)-12.5·sin(θ+f(θ)+21)Y(θ)=15·cos(θ)-12.5·cos(θ+f(θ)+21)r(θ)=15·sin(θ)-12.5·sin(θ+g(θ)+21)s(θ)=15·cos(θ)-12.5·cos(θ+g(θ)+21)HG55由几何画板编写函数可得上图25/30牛头刨床动力传输装置，电动机和减速器(齿轮)的选取：选用交流异步电动机转速1440r/min;,选用传动比为3的带传动，主轮D1=50mm,副轮D2=150mm;再选用一个两级齿轮传动即可。可以取z₁=18,z₂=45,z₃=15,z₄=48;设计的齿轮为标准直齿圆柱齿轮，模数为2,ha*=1分度圆直径d=mz齿顶高ha=ha*m齿全高h=ha*+hr=(2ha*+c*)mdr=d-2hr=(z-2ha*-2c*)m基圆直径d,=dcosα=mzcosa根据上述公式可得：26/30da₁=40,dri=31,dp₁=33.8da₂=94,drz=85,do₂=84.6da₃=34,dr₃=25,dp₃=28.2da₄=100,df₄=91,dp₄=90.2通过查表，我组选用Y132M-4型电动机，功率7.5Kw,转速附录3.1运动分析(程序)#include<stdio.h>voidmain(){/*a=AB,b=CD,c=DE,d=AC,e=H,f=w1*/doubleB,C,D,E,F,G,I,L,M,0;/*B=q3,C=q4,E=Se,F=w3,G=w4,I=Ve,L=a3,M=a4,o=ae*/printf("@1\t@3\t@4\tSe\tW3\tW4\tVe\tA3\tA4\tAe\t\n");while(x<6.3)B=atan((d+a*sin(x))/(a*cos(x)));/*求q3*/if(B<0)B=PI+B;C=PI-asin((e-b*sin(B))/c);/*求q4*/if(C<0)C=PI+C;E=b*cos(B)+c*cos(C);/*求Se*/F=(a*f*(a+d*sin(x)))/(d*d+a*a+2*d*a*sin(x));/*求w3*/G=-(F*b*cos(B))/(c*cos(C));/*求w4*/I=(F*b*sin(B-C))/cos(C);/*求Ve*/L=((d*d-a*a)*d*a*f*f*cos(x))/((d*d+a*a+2*d*a*sin(x))*(d*d+a*a+2*dM=(F*F*b*sin(B)+G*G*c*sin(C)-L*b*cos(B))/(c*cos(C));O=-(L*b*sin(B-C)+F*F*b*cos(B-C)-G*G*c)/cos(C);/*求ae*/printf("%3.0f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\t%3.3f\n",x*180/PI,(B*180)/PI,(C*180)/PI,E,F,G,I,L,M,O);x=x+PI*4/180;}3.2动态静力分析(程序)#include<stdio.h>pi,p,K,H,Ll,BFO3B,QMAX,L4,L2,L5,fq,Y;f2,f40,g,f50,n,f4,i,fz,w2,s,w4,v,ak,ar,e4;floatL,f5,w5,e5,xf,vf,afloatFC,G6,PI6,PI6X,PI6Y,R45,R45X,R45Y,R76;floatR54,R54X,R54Y,G4,R23,R23X,R23Y,f23,PI4,PI4X,PI4Y;floatR74,R74X,R74Y,f74,R32,R32X,R32Y,PB,PBX,PBY,G2;floatR72,R72X,R72Y,f72,MI4,MB,M4,M6,JS4,YP;gan()p=pi/180;K=1.459;H=0.32;M4=20.4;M6=71.4;JS4=1.1;YP=0.8;QMAX=180*(K-1)/(K+1)*p;L4=H/(2*sin(QMAX/2));L2=L1*sin(QMAX/2);Y=L4-L4*(1-cos(QMAX/2))/2;fq=180+QMAX/2/p;fz=360-QMAX/2/p;YP=Y-L1-YP;}main()f2=fq*p;f40=180*p+f40;g=Y/L5-L4/L5*sin(f40);f50=atan(-g/sqrt(1-g*g));f50=180*p+f50;printf("nR72f72R74”);printf("h76R23MB\n");for(n=1;n<=13;n=++n-0.5)elseif(n==10.5){f2=270*p;f4=90*p;}elseif(n==8.5){f2=fz*p;f4=atan((Ll+L2*sin(f2))/L2/cos(f2));}f2=(fq-i)*p;{if(f2<0)f2=360*p+f2;f4=atan((Ll+L2*sin(f2))/L2/cos(f2));}{if(f2/p<270&&f2/p>90)f4=180*p+f4;}}w2=-2*pi*60/60;s=sqrt(L2*L2+L1*L1+2*L1*L2*sin(f2));v=-L2*w2*sin(f2-f4);ak=2*v*w4;e4=-(ak+L2*w2*w2*sin(f2-f4))/s;L=L4/L5;g=Y/L5-L*sin(f4);f5=atan(-g/sqrt(1-g*g));f5=180*p+f5;w5=-L*w4*cos(f4)/cos(f5);e5=w5*w5*sin(f5)/c