機械原理-牛頭刨床課程設(shè)計.doc

機械原理課程設(shè)計08機械08機械原理課程設(shè)計牛頭刨床說 明 書 姓名： 李安洲 學(xué)號： 200800840058 組號： 第6組 2010 年 7 月 16目 錄工作原理3一.設(shè)計任務(wù)4二.設(shè)計數(shù)據(jù)4三.設(shè)計要求41、運動方案設(shè)計42、確定執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸43、進行導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析44、對導(dǎo)桿機構(gòu)進行動態(tài)靜力分析55、數(shù)據(jù)總匯并繪圖.56、完成說明書.5四.設(shè)計方案選定5五.機構(gòu)的運動分析51.速度分析62.加速度分析6六.機構(gòu)動態(tài)靜力分析7七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖9八.參考文獻(xiàn)10工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖a）所示。電動機經(jīng)過皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機構(gòu)23456帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回運動的導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)191011與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作過程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距離，見圖b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速轉(zhuǎn)動，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減少電動機容量。(a) (b) 圖d 一.設(shè)計任務(wù)1、運動方案設(shè)計。2、確定執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸。3、進行導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析。4、對導(dǎo)桿機構(gòu)進行動態(tài)靜力分析。5、匯總數(shù)據(jù)畫出刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。二.設(shè)計數(shù)據(jù) 本組選擇第六組數(shù)據(jù)表1方案123456789導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析轉(zhuǎn)速n2（r/min）484950525048475560機架lO2O4(mm)380350430360370400390410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系數(shù)K1.461.401.401.441.531.341.501.371.46連桿與導(dǎo)桿之比lBC/ lO4B0.250.30.360.330.30.320.330.250.28表2方案導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析lO4S4xS6yS6G4G6PypJS4mmNmmkg.m21，2，30.5lO4B240502007007000801.14，5，60.5lO4B200502208009000801.27，8，90.5lO4B1804022062080001001.2三.設(shè)計要求1、運動方案設(shè)計根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定12個其他形式的執(zhí)行機構(gòu)（連桿機構(gòu)），給出機構(gòu)簡圖并簡單介紹其傳動特點。2、確定執(zhí)行機構(gòu)的運動尺寸根據(jù)表一對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，用圖解法設(shè)計連桿機構(gòu)的尺寸，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。注意：為使整個過程最大壓力角最小，刨頭導(dǎo)路 位于導(dǎo)桿端點B所作圓弧高的平分線上(見圖d)。3、進行導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析根據(jù)表一對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人做曲柄對應(yīng)的1到2個位置（如圖2中1，2，3，12各對應(yīng)位置）的速度和加速度分析，要求用圖解法畫出速度多邊形，列出矢量方程，求出刨頭6的速度、加速度，將過程詳細(xì)地寫在說明書中。4、對導(dǎo)桿機構(gòu)進行動態(tài)靜力分析根據(jù)表二對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人確定機構(gòu)對應(yīng)位置的各運動副反力及應(yīng)加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分與尺寸設(shè)計及運動分析畫在同一張紙上（2號或3號圖紙）。提示：如果所給數(shù)據(jù)不方便作圖可稍微改動數(shù)據(jù)，但各組數(shù)據(jù)應(yīng)該一致，并列出改動值。5、數(shù)據(jù)總匯并繪圖最后根據(jù)匯總數(shù)據(jù)畫出一份刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。6、完成說明書每人編寫設(shè)計說明書一份。寫明組號，對應(yīng)曲柄的角度位置。四.設(shè)計方案選定如圖2所示，牛頭刨床的主傳動機構(gòu)采用導(dǎo)桿機構(gòu)、連桿滑塊機構(gòu)組成的5桿機構(gòu)。采用導(dǎo)桿機構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動角r始終為90o，且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當(dāng)確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使 圖2壓力角盡量小。 五.機構(gòu)的運動分析選擇第六組數(shù)據(jù)求得機構(gòu)尺寸如下=180(k-1/k+1)=26.15lO2A= lO4O2sin(/2)=90.5034mm lO4B=0.5H/sin/2) =552.4652mm lBC=0.32lO4B=176.7889mm lO4S4 =0.5lO4B=276.326mm并畫曲柄在5位置時的機構(gòu)簡圖如左圖所示由圖量得此位置的位移S=150mm，Lo4A=486.5488mm。設(shè)力、加速度、速度的方向向右為正。曲柄位置“5”速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）1.速度分析取曲柄位置“5”進行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。 2=2n2/60 rad/s=5rad/sA3=A2=2lO2A0.453m/s取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度極點P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖1-2 圖12則由圖1-2知：A3= lpa4v=0.493 m/s A4A3= la2a4v =0.0108 m/s4=A4A3/ lO4A=0.9015rad/s B5=4 lO4B=0.4981m/s取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得 B5 = C5 + B5C5大小 ? ?方向 O4B XX BC作速度多邊行如圖1-2，則由圖1-2知C5= lpcv=0.4965m/s C5B5= lBCv =0.0161m/s CB=C5B5/ lBC=0.1475rad/s2.加速度分析取曲柄位置“5”進行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點處的轉(zhuǎn)動副相連，其大小等于22 lO2A方向由A指向O2。aA4A3K =24A4 A3=0.1958 m/s2 aA3n =22lO2A2.2626m/s2 取3、4構(gòu)件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得： aA4 = aA4n + aA4= aA3n + aA4A3K +aA4A3r大小: ? 42 lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O4B /AO2 O4B O4B取加速度極點為,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖1-3所示.則由圖1-3知 aA4= la4a=0.396m/s2 導(dǎo)桿4的角加速度:= a A4/ lO4B =1.5179rad/s2aBn =42 lO4B =0.4499m/s2 a B5=lO4B =0.8386m/s2 ac5B5n =BC2 lBC=3.8463mm/s2取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得ac5= ac5B5n+ a c5B5+aB5n+ a B5大小 ? ? 方向 XX /CB BC /AB AB其加速度多邊形如圖13所示,有aC= lca=-0.8704 m/s2 圖3 六.機構(gòu)動態(tài)靜力分析取S6點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析，作阻力體如圖14所示。 圖14已知G6=800N，又ac=ac5=0.8704m/s2,那么我們可以計算FS6= G6/gac =800/100.8704=69.632N 又F=P+G6+FS6+F45+FN=0正交分解得：F45sin3+Fs6P=0 FN+F45sin3G6=0代入數(shù)據(jù)解得:F45=8942.626N FN=331.979N對導(dǎo)桿4受力分析如圖1-5所示，加上慣性力，和慣性力矩，用靜力平衡分析法解。Fs4n =42 lO4S4G4/g =17.96N Fs4=lO4S4 G4/g =33.54N Mi=JS4=1.82Nm由靜力平衡條件對O4點取矩有：Mo4=0 G4 lO4S4cos87+F23 lO4A-FS4-Mi-F54cos6lO4SB=0代入數(shù)據(jù)解得：F23=10102.56N正交分解：Fy=0 Fyo4- Fs4n cos87+Fs4sin87-G4-F23cos87-F54cos87=0 Fx=0 Fxo4+ Fs4n sin87+ Fs4cos87+F23sin87-F54sin87=0解得：Fyo4= 1232.29N Fxo4=1136.33N對曲柄受力分析如圖16所示F32和F02大小相等方向相反即F02= F23=10102.56N，因曲柄平M=F32 lO2A=-888.18Nm,平衡力矩Mr=-M=888.18Nm（順時針為正） 圖15 圖1-6 七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖統(tǒng)計12人的數(shù)據(jù)得到如下表位置123456789101112c(m/s)00.290.440.520.50.430.2-0.02-0.23-0.77-0.75-0.3ac(m/s2)2.92.81.120.39-0.84-2.42-2.55-3.5-3.49-1.722.42.4s(mm)02050100155195240247.52402008030Mr(Nm)04307328138887909.42.618.27