機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床14752

1、09機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床（速度分析與受力分析附于最后）說(shuō) 明 書姓名：分析點(diǎn)：4,10點(diǎn)_ 組號(hào)：第3組2011 年7 月15日工作原理3一.設(shè)計(jì)任務(wù)4二設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)4三. 設(shè)計(jì)要求41、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)42、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸43、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析44、對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析5四. 設(shè)計(jì)方案選定5五. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析61. 4點(diǎn)速度分析，加速度分析72. 10點(diǎn)速度，加速度分析9六. 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析11七. 數(shù)據(jù)總匯并繪圖13九.參考文獻(xiàn)16工作原理牛頭創(chuàng)床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖a）所示。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)皮帶和齒輪傳動(dòng), 帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作吋，山導(dǎo)桿機(jī)

2、構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和 創(chuàng)刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。創(chuàng)頭左行時(shí)，創(chuàng)刀不切削，稱為空冋行程，此時(shí)要求速度較高，以提高 生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次,利用空回行程的時(shí)間, 凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)1一9-10-11與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺(tái)連同工件 作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便創(chuàng)刀繼續(xù)切削。創(chuàng)頭在工作過(guò)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(jiàn)圖b）,而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。因此刨頭在 整個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)，故需安裝飛輪來(lái)減小主 軸的速度波動(dòng)，以提高切削質(zhì)量和減少電動(dòng)機(jī)容量。(a)(b)c）執(zhí)行機(jī)

3、艇動(dòng)晦一設(shè)計(jì)任務(wù)1、運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)。2、確處執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸。3、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。4、對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析。5、匯總數(shù)據(jù)畫汕刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。二設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)本組選擇第六組數(shù)據(jù)方案148249表1350轉(zhuǎn)速 n2（r/min）導(dǎo)桿機(jī)架 /（）2（）4（mm）380350430機(jī)構(gòu)工作彳亍程h（mm）310300400% 一 1坯動(dòng)行程速比系數(shù)k1.461.401.40分析連桿與導(dǎo)桿之比 加/ 04b0.250.30.364567895250484755603603704003904103803303802503903103101.441.531.341

4、.501.371.460.330.30.320.330.250.28表2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析方案/o4s4兀s6ys6g4g6pyp丿s4mmnmmkg.m運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定12個(gè)其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)），給出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn) 圖并簡(jiǎn)單介紹其傳動(dòng)特點(diǎn)。 確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸根據(jù)表一對(duì)應(yīng)組的數(shù)據(jù)，用圖解法設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，并將設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟寫在設(shè)計(jì) 說(shuō)明書中。注意：為使整個(gè)過(guò)程最人壓力角最小，刨頭導(dǎo)路位于導(dǎo)桿端點(diǎn)b所作圓弧高的平分線 上（見(jiàn)圖d）o 進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析1, 2, 305/（）4b240502007007000801.14, 5, 60.5/（）4b20

5、0502208009000801.27, 8, 90.5/q4b1804022062080001001.2三設(shè)計(jì)要求根據(jù)表一對(duì)應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人做山柄對(duì)應(yīng)2個(gè)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(guò)程詳細(xì)地寫在說(shuō)明書屮。4、對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析根據(jù)表二對(duì)應(yīng)紐的數(shù)據(jù)，每人確定機(jī)構(gòu)對(duì)應(yīng)位置的各運(yùn)動(dòng)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(jì)及運(yùn)動(dòng)分析畫在同一張紙上（2號(hào)或3號(hào)圖紙）。提示：如來(lái)所給數(shù)據(jù)不方便作圖可稍微改動(dòng)數(shù)據(jù)，但各組數(shù)據(jù)應(yīng)該一致，并列出改動(dòng)值。5、數(shù)據(jù)總匯并繪圖最后根據(jù)匯總數(shù)據(jù)畫出-份刨頭的位移、速度、加速度線圖

6、以及平衡力矩的變化曲線。6、完成說(shuō)明書每人編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。寫明組號(hào)，對(duì)應(yīng)曲柄的角度位置。四設(shè)計(jì)方案選定圖2如圖2所示，牛頭刨床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用導(dǎo) 桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的5桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo) 桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動(dòng)角始終為90°, r適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機(jī)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)確立刨頭的導(dǎo)路位置，可以使 壓力角q盡量小。五.機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析8二180。 （k-1/k+l）二30。 當(dāng)曲軸位于4點(diǎn)時(shí) zo4s4 二5?o4b=°3865m /bc=0.278m/o2a=0« 111mlo4b=07727

7、4m1.4點(diǎn)速度分析，加速度分析取曲柄位置“4”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在a處的轉(zhuǎn)動(dòng)副 相連，故ua3ta2，其大小等于/(32a，方向乖直于。2 a線，指向與 0)2致。va2=va3=w21o2a=(2 * h 2/60)*i02a=0.5 8m/s取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得ua4 = ua3 +°a4a3大小 ？ 丿?方向丄o4a 丄o2a /7o4b取速度極點(diǎn)p,速度比例尺山=0.05(m/s)/mm，作速度多邊形如圖則由圖 1一2知：va4= ft vpa4=o.58m/s5=va4/lo4a=1.08rad/svg= 3 4i04b=o595

8、m/sv/4a3=u a4a3=023m/s取5構(gòu)件作為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得ub =uc +ubc大小 v ?方向丄o4bxx丄bc作速度多邊行如圖1-2,則由圖12知v c=gv pc=0.5975m/s3 5=v cb/1 bc=0 11 rad/s由速度已知曲柄上a(a2a3 a4)點(diǎn)開(kāi)始，列兩構(gòu)件重合點(diǎn)間加速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的加速度aa4,因?yàn)閍a2=aa3=w2 lo2a =3.01 m/s2ana4=w42 lo4a=0.439 m/s2a ka4a3 =2w3va4a3 =0.265 m/s2a11 cb=w5 1 cb=0003 m/s取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)a為研

9、究對(duì)象，列加速度矢量方程得:aa4=+ a4t =aaan +aa4a3k +aa4a3r大小：92co4 ?o4a?寸2tt)41)a4 a39方向：?/ba丄o4b/ao2丄o4b/7o4b取加速度極點(diǎn)為加速度比例尺k=0. 01 (m/s2) /mm,作加速度多邊形如圖1-3所示則由圖1-3知aa4= uap,a4, = 0.5661 m/s2ab = uapb5=o.827m/s2a s4=0.5ab=0.413m/s2a a a,/ zo4b 0»68rad/s=c ncb-卜a crt+ abn +abt大小 ？v9a方向 xx/cb丄bc/ab±ab其加速度多

10、邊形如圖13所示，有ace- inc ma二0. 55 m/s2取曲柄位置“10”進(jìn)行速度分析。當(dāng)曲軸位于10點(diǎn)時(shí)/o4s4 =5/o4b=°3865mzbc=0.278mzo2a=0. 111ml°4b=0.338m210點(diǎn)速度，加速度分析取曲柄位置“10”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3在a處的轉(zhuǎn)動(dòng)副 相連，故ua3ta2，其大小等于/(32a，方向乖直于。2 a線，指向與 0)2致。va2=va3=w21o2a=(2 * h 2/60)*i02a=0.5 8m/s取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)a進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得ua4 = ua3 +°a4a3大小 ？ v?方

11、向丄cua 丄o2a。4取速度極點(diǎn)p,速度比例尺|iv=0.05(m/s)/mm，作速度多邊形如圖va4= ji vpa4=o.55m/s34=va4/lo4a=1.63rad/svg= 3 4i04b=1.2 6m/sva4a3= » a4a3=0.204m/s取5構(gòu)件作為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得l)b =i)c +ubc大小v?9方向丄o4bxx±bcv c=pv pc=1.235m/s3 5=v cb/1 bc=0-4rad/s由速度已知曲柄上a(a2a3 a4)點(diǎn)開(kāi)始，列兩構(gòu)件重合點(diǎn)間加速度 矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的加速度aa4,因?yàn)閍a2 = aa3=2 &

12、gt;o2a =301 ftl/s?a n a4=w42 lo4a=0.9 m/$2a ka4a3=2w3va4a3 = 0.665 m/s2a n cb=w5? 1 cb=°°45 m/s2取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)a為研究對(duì)象，列加速度矢量方程得：_c11 丄 ct c11 丄k 丄 craa4 一 ha4 十 a4 一 樂(lè)3 十 a4a3 十 a4a3大?。?？c)42 /04a?720)4a4 a3 ?方向：? /ba ±04b /a02±04b /oab取加速度極點(diǎn)為加速度比例尺人二0.01 (m/s2) /mm, aa4= uap5a45 = 1.04

13、m/s2ab = uapb,=2.4m/s2a s4=0.5ab = 1.2m/$2aot / ?o4b =1 57rad/s大小 ？ 丿？7p方向 xx /cb 丄 bc /ab 丄 ab其加速度多邊形如圖13所示，有ac= /nc 卩a二 1. 76 m/s2六機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析1.4點(diǎn)靜力分析取s6點(diǎn)為研究對(duì)象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作阻力體如 圖14所示。已知g6=700n,又ac5=0.55m/s2,那么我們可以計(jì)算fs6= g6/gxac =700/1 oxo.55=38.5n又f=p+g6+fs6+f45+fn=0代入尺寸解得:f45=3474.722nfn=-264.3

14、4n對(duì)導(dǎo)桿4受力分析如圖1-5所示，加上慣性力，和慣性力矩fs4n =co42 /o4s4g4/g =9.02n fs4t= a /o4s4 g4/g =5.26n mi= ajs4=0.748n m由靜力平衡條件對(duì)04點(diǎn)取矩有:emo4二0 g4/o4s4cos85° +f34/o4afs41°4s4mi-f54cos5° zo4sb0代入數(shù)據(jù)解得：f34二5065.6n畫出力矩圖從圖中量出尺寸求得f°4二1847n對(duì)曲柄受力分析f34和f02大小相等方向相反即f02二f32二5065. 6n, 因曲柄平 m=f32/o2a=-562. 215n m,

15、平衡力矩 mr二m二562. 215n m （逆 時(shí)針為止）2 .10點(diǎn)靜力分析取s6點(diǎn)為研究對(duì)象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作阻力體如 圖已知g6=700n,又ac5=1.76m/s2,那么我們可以計(jì)算fs6= g6/gxac =700/10xl.76=123.2n又 sf= g6+fs6+f45+fn=0從受力圖中量岀尺寸代入得f45=123.7nfn=689.2n對(duì)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 =co42 /o4s4g4/g =12.6n fs4= a zo4s4 g4/g =19n mi= a js4=1.727n m由靜力

16、平衡條件對(duì)04點(diǎn)取矩有：emo4=0 一g4?o4s4cos85° +f 34 cos20° zo4a+fs410is4+mi-f54cos5° /o4sb0 代入數(shù)據(jù)解得：f34二292.5n做力矩圖如圖所示，從圖中量出尺寸求出f滬324.8n對(duì)曲柄受力分析f34和f02大小相等方向相反即f02= f32=292. 5n, 因曲柄平m二f32/o2a二32. 2n m,平衡力矩mr二-m二-32. 2n m （逆時(shí)針為 正）七數(shù)據(jù)總匯并繪圖統(tǒng)計(jì)12人的數(shù)據(jù)得到如下表位置123156789101112v c (m/s)00. 430. 7280. 600. 807

17、0.70.44-0.15-0. 60-1.24-1.29-0. 638ac (m/s2)5.43. 260. 6460. 55-1.35-3. 66-5. 24-5.15-2. 72-1.7644. 941s(mm)023.586.9167241.3317.9378. 1400357.4267131.262mr (n m)069500562.2564.5504. 37256.512.620. 8632.2-67.3-26. 03平衡力矩位置變化illi線速度一一位置變化illi線400350 :t 、:-300 -a-j!-：2oo!h-150ii!一 4-/-丄-丄-丄50/:1i /iii

18、iy|iiiiiiq/iii|024681012位移位置變化曲線八.飛輪的設(shè)計(jì)1. 確定 wmax1將各點(diǎn)的平衡力矩畫在處標(biāo)紙上，如下圖。平衡力矩所做的功對(duì)以通過(guò)數(shù)據(jù)曲線與橫處 標(biāo)之間所夾得而積之和求的。依據(jù)在一個(gè)周期內(nèi)及360。內(nèi)，山柄驅(qū)動(dòng)力矩所做的功等于阻 力力矩所做的功，即可求的驅(qū)動(dòng)力矩md。在下圖中，橫坐標(biāo)為illi柄轉(zhuǎn)角，一個(gè)周期2兀， 將一個(gè)周期變成180份，縱坐標(biāo)軸為力矩：md= s si/2 jt =【(xl+x2)/2+(x2+x3)/2】2° n/18o° /2 兀=199.7n.m2根據(jù)盈虧功的原理，求得各盈虧功值，并做能量指示圖，以曲柄的平均驅(qū)動(dòng)力矩

19、為分界 線，求出各區(qū)段盈虧功值awl = 104.72n.mw2=733.o3 n.maw3=471.23 n.m曲柄的平均驅(qū)動(dòng)力矩md= 199.7 n.m曲柄的最大驅(qū)動(dòng)力矩md=570 n.m wmax=733.o3n.mj c=j 02+j()”0*02+j 01 "002= 10.4(n .m2) 由最大盈虧功可以求得飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 jf=900awmax/(兀 2n2 & ) jc=167.93(n.m2) 因此町以設(shè)計(jì)出所需耍求的飛輪。九參考文獻(xiàn)1. 機(jī)械原理(笫七版)吳克堅(jiān)等 主編 髙等教育出版社2. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)曲繼方主編，機(jī)械工業(yè)出版社3. 機(jī)構(gòu)分析與設(shè)

20、計(jì)華人年等主編，紡織丁業(yè)出版社4. 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)手冊(cè)鄒慧君上編，上海交通人學(xué)出版社曲軸在4點(diǎn)時(shí)受力分析(u=10n/mm)曲軸在10點(diǎn)時(shí)受力分析4點(diǎn)速度矢量圖，加速度矢量圖運(yùn)動(dòng)靜力分析v二0. 05m/sa二0. 01m/s2圖1一410點(diǎn)速度，加速度圖，運(yùn)動(dòng)靜力分析a3i/ckbf32曲軸4點(diǎn)受力分析,力矩圖 圖15 受力分析力矩圖曲軸10點(diǎn)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。刨床工作時(shí), 如圖仃1）所示，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和刨刀 7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程, 此時(shí)要求速度較低并且均勻；刨頭左行時(shí)，刨刀

21、不切肖ij,稱空回行程，此吋要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。切、設(shè)計(jì)說(shuō)明書1.畫機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、以04為原點(diǎn)定出坐標(biāo)系，根據(jù)尺寸分別定出02點(diǎn)，b點(diǎn)，c點(diǎn)。確定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)吋的左右極限位置。曲柄位置圖的作法為：取1和8，為工作行程起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置，1'和廠為0町魁羊和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位hq q5h其余2、3- 12等，是由位置1起，丿2方向?qū)⑶鷪A作12等分的位置(如下圖)。(b)eh/2取笫i方案的笫4位置和第9位置（如下圖1-3） o2.對(duì)位置4點(diǎn)進(jìn)行速度分析和加速度分析(a)速

22、度分析取速度比例尺h(yuǎn)二0.001%/ob?對(duì)a點(diǎn)：二f方向：丄boq丄。2人大小：？vx 673.239加加= 0.6732390.486334/wn-138431_va4 0.673239 號(hào) © 二十二 / lo4a匕宀，0.001鄉(xiāng)力4去廠i幻心/ mmx 156.326加加= 0.156326，%b、對(duì)于c點(diǎn)：vc方向:/xx'丄bc大小:% 二耳仏二 0.001x 749.708mm = 0.749708仁二 匚二 0.001x 49.0895加加=0.0490895 卩=0.363626 c ujhc速度分析圖:圖1-4(b)加速度分析選取加速度比例尺為“二0.0

23、01對(duì)于a點(diǎn):仏一仏+ 4二 +aa4a+ %方向:aq丄0諾a 02丄qb/o4b大小:v?vv9由于a人二湄 總二34263%a爲(wèi)二2 3。匕內(nèi)二 0.432808 %砒二礦怎二0.931975，% 已知,根據(jù)加速度圖1-5可得：二以二 0.549416z a n a% 二“血f298112o= 1.081866co5 vct /1bc 二° 363626。另外還可得出：ab = aai x - = 1.201248 v24 1o4a/5二 0.01785%2對(duì)于c點(diǎn)0.01785 哆2,輕二1.201248懷已知,o«4 aac二勺 +nacb+acb方向：/xx，0

24、4c->b丄bc大小：？vj?根據(jù)根據(jù)加速度圖町得:% 二兒加二 06176832心二兒認(rèn)尸0.9942344加速度分析圖:圖1-53對(duì)位置9點(diǎn)進(jìn)行速度分析和加速度分析(a)速度分析取速度比例尺h(yuǎn)二0.001對(duì)a點(diǎn):方向:/o4b大小:va4= "/x pci $ =0.001x 328.9949/77777 = 0.3289949v4 0.3289949 作694 = -=0.315119m = 1 044034二 0.001x 607.82497血血=0.60782497 卩0.56377824對(duì)于c點(diǎn)： 二 匕 + 乙方向： /xx，丄qb大?。?？v043676吹vcj

25、u, x l（）c = 0.001 號(hào)/膽 x551.8355加加=0.5518355% 匕廣 h x i於-0.001 /# x 143.6768“” =d 二二 1.06427 %速度分析圖:33圖1一6(b)加速度分析選取加速度比例尺為兒二0.001對(duì)于a點(diǎn):方向:ao4/o4b大小:由于仏二屍i。人二4.34263囁% =1.26918%a； =cl ,=0.343.4818o4a已知,根據(jù)加速度圖1-7可得:砒二化梟二 2.5498973 %町駭二兒梟二2.4106178久?嘰二話總二2.57293仔2 另外還可得出：勺二仏x型二4.40906697%4 lo.a/ 'a 缶二 &/肚二 0.152911對(duì)于c點(diǎn)acbacb方向:/x