机械原理课程设计牛头刨床-牛逼版

机械原理课程设计牛头刨床-牛逼版广西工学院课程设计用纸第页共页———装订线——0.机构简介与设计数据0.1牛头刨床简介牛头刨床是一种用平面切削加工的机床，如下图所示。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，由曲柄机构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，此时要求速度较底并且均匀，以减少电动机的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，使工作台连同工作件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的工作阻力（在切削的前后个有一段约0.5H的空刀距离，见图）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。牛头刨床机构简图及其阻力曲线0.2设计数据运动分析数据导杆机构的运动分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6r/minmm方案Ⅰ603801105400.25lo4B0.5lo4B24050导杆机构的动态静力分析数据未知量矢量方程vA4的大小vB的大小vC的大小vA4=vA3+vA4A3方向：大小：？l02Aω2？影像法vB=vA4l4/lAO4vC=vB+vCB方向：//导路大小：?vA4l4/lAO？（2）加速度未知量矢量方程aA4的大小aB的大小aC的大小aA4=anA4+atA4=aA3+akA4A3+arA4A3方向：AO4AO4AO2AB大小：v2A4/lAO4?l2ω222ω3vA4A3?影像法aB5=aB4=l4aA4/lao4，方向与aA4相同aC=aB5+anC5B5+atC5B5方向：//导路BO4CBBC大小：?l4aA4/lao4v2C5B5/l5?1.2矩阵法建立直角坐标系，标出各杆矢量及方位角。其中共有四个未知量θ4，θ5，s4,sC.建立两个封闭矢量方程，为此需用两个封闭图形O2AO4及O4BCEO4，由此可得l6+l2=s4,l4+l5=l6′+sC写成投影方程为S4cosθ4=l2cosθ2S4sinθ4=l6+l2sinθ2l4cosθ4+l5cosθ5-sE=0l4sinθ4+l5sinθ5=l′6以上个式即可求得θ4、θ5、s4及sE四个运动变量。其中l4、l5、l2、l6为已知量以上矢量方程式未知量代数式如下：θ4=arctan[(l2sinθ2+l6)/cosθ2l2]l'6=[l24-(l2l4/l6)2]1/2θ5=arcsin[(sinθ4*l4-l'6)/l5]SE=l4cosθ4+l5cosθ5S4=cosθ2l2/cosθ4将上面投影式子分别对t求导，得S'4cosθ4+S4（-sinθ4）ω4=-l2sinθ2ω2S'4sinθ4+S4cosθ4ω4=-l2sinθ2ω2其中，S'4、ω4、为未知量，且由题目已知条件ω2=nπ/30=60π/30=2π=6.28318530717959rad/s将余下的式子对t求导，得-l4sinθ4ω4-l5sinθ5ω5=0l4cosθ4ω4+l5cosθ5ω5=0其中，ω5为未知量。把其写成矩阵形式，运用MATLAB运算。最后运动切削点C的速度vc、S'4、ω5、ω4均可以得到。把上面各式再对时间t二次求导，得到加速度列式：S''4cosθ4-S'4sinθ4ω4-S'4sinθ4ω4-S4(cosθ4ω24+sinθ4a4)=-l2(cosθ2ω22–sinθ2a2S''4sinθ4+S'4cosθ4ω4+S'4sinθ4ω4+S4(-sinθ4ω24+cosθ4a4)=-l2(sinθ2ω22+cosθ2a2-l4（ω24cosθ4+sinθ4a4）-l5（ω25cosθ5+sinθ5a5）=-l4（-ω24sinθ4+cosθ4a4）+l5（-ω25sinθ5+cosθ5a5）=0并写成矩阵形式，即得以下速度和加速度方程式：=结果(m/s)解析法图解法误差相对误差vC-1′+10°0.475512635990170.475549351654750.00003671566457990.0000772128vC-90.551880594645590.551842677919770.00003.79167258190.0000687045结果（m/s2）解析法图解法误差相对误差aC-1′+10°3.272016965878853.272287374478110.000270408599250.0000826427aC-98.506363457667048.505214596011770.001148861655270.00013505902.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(图1)，及在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸，速度和加速度。要求求方案Ⅰ第二位置各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平均力矩。先用图解法，再用虚位移验证所得结果。图解法：2.1杆组5-65-6组示力体已知G6，P，FI6=（G6/g）mC，lI6为R16对C的力臂，未知量平衡条件方程R45和R16的大小F=0G6+P+FI6+R45+R16=0l16MC=0G6xs6+PyP-R16l16-FI6yS6未知量结果R45的大小7236.7881NR16的大小910.1964Nl16的大小0.2.2杆组3-4由以上求得R45，杆5是二力杆，所以R54=R45，杆4的角加速度4=atA4/lA4O4,惯性力偶矩MI4=JS44,惯性力FI4=(G/g)aB4/2,总惯性力F′I4(=FI4)偏离质心S4的距离为h′4=MI4/FI4（其对S4的方向为逆时针），h4为G4对O4的力臂，hI4为F′I4对O4的力臂，h54为R54对O4的力臂，h23为R23对O4的力臂，未知量平衡条件方程R23的大小M=0G4h4+F′I4hI4+R54h54-R23h23=0R14的大小F=0G4+F′I4+R54+R23+R14=0未知量结果（N）R23的大小8773.038R14的大小2436.76022.3杆组1-2未知量平衡条件方程R12的大小F=0R32+R12=0Mb的大小M=0R32h32-Mb=0未知量图解结果虚位移结果误差率R12的大小8773.038N----Mb的大小550.6257809395801Nm550.6257561876643Nm0.000000044952339294652.4虚位移原理所有外力的功率和为0，NP+NI6+NG4+NI4+NM=0，NP=|P||vC|cos180°,NI6=|FI6||vC|cos180°,NG4=0.5|G4||vB|cos103.75252336°,NI4=|FI4||vI4|cos171.89875340°,NM=Mbω2,把数据代入上式，得平衡力矩Mb=550.6257561876643N.m，3.飞轮设计已知机器运转的速度不均匀系数δ，平衡力矩Mb,飞轮安装在曲柄轴上，驱动力矩Med为常数。要求：求方案Ⅰ飞轮转动惯量JF。3.1等效阻力矩公式Mer=∑FVcosθ=|P||vc||cos180o|+0.5vB|G|cos，,其中在1，1/，，2，3，4，5，6，7，7＇，8＇位置，=，在8，9，10，11，12位置，=180-。在8，8′，9，10，11，12，1位置P=0。15个位置的等效阻力矩：位置vc(m/s)ω4(rad/s)(°)Mer（Nm）1′0.37642984044598-0.73221043681139103.2967有切削力：-421.0104922416307没切削力：-1.635803401732447′0.38093795214087-0.7203638990854776.7310有切削力：-422.7806688877953没切削力：1.616437773867928′00758218020.39899626827684-0.77402415612856103.0285-446.216094684966430.63915294780580-1.1966571923625798.6781-713.855181330449840.74969259589138-1.3843146439626093.0033-835.999938305133950.74892875184810-1.3945026658995086.9253-833.753997214468260.65215617269322-1.2303581365662681.2604-724.850556686670070.44466267902492-0.8414669863029476.9323-493.550791659705280.06239414232435-0.1176534321336275.17850.292119786966319-0.551880594645591.0440338124941877.5763-2.2842494545988510-1.221593665967142.2929885361508385.0311-2.2561114211473711-1.294813909348672.3927976002702095.08221.8812200887967312-0.627696405893381.20913304931302102.48212.53044215000846方案Ⅰ——装订线——:nO——装订线——则传动比为：i=no’/nO2=1440/60=24,ω20=(1500/24)*2*3.14/60=6.541666666rad/sωm=ω10=2*pi=6.28318530717959rad/s[δ]=0.05ωmax=ωm(1+[δ]/2)=2*pi*(1+0.025)=6.44026493985908rad/sωmin=ωm(1-[δ])/2=2*pi*(1-0.025)=6.12610567450010rad/s3.2等效驱动力矩由上面等效阻力矩作图（见附图），在同一个周期内，驱动力矩做功应等于阻力矩做功。(Med-Mer)dφ=0用近似面积计算：等效阻力矩线围成面积=7055.69001mm2,可求得等效驱动力矩：2Med=7055.69001*8.0024*π/90，Med=39.18652*8.0024=313.5862226666667Nm，3.3求最大盈亏功最大盈亏功△Wmax=（Med-Mer）dφ=斜线以上部分的总面积，=0.2mm用CAD量得斜线以上部分的总面积=3879.53623912826mm2，根据比例尺，有△Wmax=3879.53623912826*4*π/90=1083.695904439571（J）3.4原机构的等效转动惯量Je=Jo2+Jo1·(no1/n2)2+Jo”(no”/n2)2+Jo’(no’/n2)2又nO2/nO′=60/1440,nO′/nO″=dO″/dO′=300/100,nO″/nO1=z1′/zO″=10/20,将以上各值带入(4-4)中：Je=133.3kg·m23.5求飞轮的转动惯量JFJF=△Wmax·900/n2·π2[δ]-=1083.695904439571*900/602/π2/0.05-133.3=415.3.6结果项目数据项目数据△Wmax1083.695904439571J313.5862226666667Nm133.3kg·m2JF4.157067587308556kg·m4.凸轮机构设计4.1推杆运动规律已知摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角φ，远休止角φs,,回程运动角φ,,摆杆长度lo9D，最大摆角Φmax，许用压力角[α]凸轮与曲柄共轴。要求确定方案Ⅰ凸轮的基本尺寸，选定滚子的半径，画出凸轮的实际廓线。步骤：1）根据从动件的运动规律，按照下列公式计算推程和回程的各个角位移φ。等加速推程：φ=2φmaxδ2/δo2φ，==4φmaxδ/δo2∴φ“=4φmaxδ/δo2等减速推程：φ=φmax-2φmax(δo-δ)2/δo2φ,==4φmax(δo-δ)/δo2∴φ“=-4φmax(δo-δ)/δo2把推程角6等分，并列出对应的摆角：表位置1234567（°）012.52537.55062.575φ（°）00.8333333.333337.500011.666614.1663315.0000dφ/dt00.8377581.675512.513271.675510.8377580等加速回程：φ=φmax-2φmaxδ2/δ，o2φ,==-4φmaxδ/δ，o2∴φ“=-4φmaxδ/δo2等减速回程：φ=2φmax(δ，o-δ)2/δ，o2φ,==-4φmax(δ，o-δ)/δ，o2——装订线——∴φ“=-4φmax(δo-δ)/——装订线——位置1234566（°）8597.5110122.5135147.5160φ（°）1514.166611.66667.50003.333330.8333330dφ/dt0-0.8377-1.6755-2.5132-1.67551-0.8377504.2凸轮基本尺寸设计-w4sinθ4-S4inθ4-S4w4cosθ400w4cosθ4S4cosθ4-S4w4sinθ4000-L4w4cosθ4-L5w5