牛头刨床的综合与分析--课程设计论文说明书--大学毕业设计论文.doc

辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书（论 文）此页不能删，否则页码不对一、设计题目与数据1题目牛头刨床的综合与分析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 =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 max=18º凸轮的摆杆长 LO4C=130mm凸轮的推程运动角 0=60º凸轮的远休止角 01=10º凸轮的回程运动角 0'=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牛头刨床工作原理：牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。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：max =180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.8-1）/（1.8+1）=51.4° B、求导杆长：LO3B=H/2sin（max/2）=600/2sin（51.4°/2）=697mm C、求曲柄长：LO2A =LO2O3×sin（max/2）=370×sin25.7°=160mm D、求连杆长LBF=LO3B×LBF/LO3B=692×0.3=207mm E、求导路中心到O3的距离LO3M =LO3B-LDE/2=LO3B1-1-cos(max/2)/2=657mm F、取比例尺 L=0.005m/mm 在1#图纸中央画机构位置图，大致图形如下： 图2 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7点：A、速度分析求VA3VA3 =VA2=LO2An/30=0.160×80/30=1.344m/s 求VA4 = + 大小： ？ 1.34 ？方向：O3A O2A O3A取V=VA3/Pa3=0.050 在1#图的左下方画速度多边形，图形如1#图左下方所示=0.93 m/s 方向：如1#图左下方速度图所示求VB用速度影像求VB=30×0.05=1.5m/s 方向：如1#图左下方速度图所示求VF = + 大小： ？ 1.5 ？方向： 水平 O3A BF接着画速度多边形，图形如1#图左下方所示由速度多边形求得：VF=pf()V=1.29m/s 方向：如1#图左下方速度图所示求44=3=VA4/LO3A=1.98 rad/s 方向：顺时针求VA4A3VA4A3= ×V=0.93m/s 方向：如1#图左下方速度图所示 B、加速度分析求aKA4A3aKA4A3=24VA4A3=3.68m/s2 求aA3aA3=aA2=22×LO2A=11.29m/s2 方向：AO2 求anA4anA4=23×LO3A=1.84m/s2 方向：AO3 求aA4 + = + + 大小：1.08 ？ 11.3 3.68 ?方向：AO3 O3A AO2 O3A O3A取a=aA3/pa3=0.15 在1#图的左下方画加速度多边形 aA4=pa4×a=4.59m/s2 方向：如1#图左下方加速度图所示 求aB 用加速度影像求aB=6.74m/s2 方向：如1#图左下方加速度图所示 = + + 大小： ？ 6.75 ?方向：水平 FB BF接着画加速度多边形由加速度多边形求得：aF=pf×a=5.6m/s2 方向：如1#图左下方速度图所示 第8点：A、速度分析求VA3VA3 =VA2=LO2An/30=0.159×80/30=1.344m/s = + 大小： ？ 1.344 ？方向：O3A O2A O3A取v=VA3/Pa3=0.050 在1#图的左下方画速度多边形求VB用速度影像求VB=0m/s 方向：如1#图左下方速度图所示求VF = + 大小： ？ 2.92 ？方向：水平 导路 BF VF =pf() V=0m/s 方向：如1#图左下方速度图所示 求4 4=3=VA4/LO3A=0 m/s 方向：逆时针 求VA4A3VA4A3 = a3a4()×V=0m/s 方向：如1#图左下方速度图所示 B、加速度分析求aKA4A3aKA4A3=24VA4A3=0m/s2 方向： 如1#图左下方加速度图所示 求aA3aA3=aA2=22×LO2A=11.29m/s2 方向：AO2 求anA4anA4=23×LO3A=0m/s2 方向：AO3 求aA4 + = + + 大小 4.1 ？ 11.3 7.4 ?方向：AO3 O3A O3A O3A取a=aA3/pa3()=0.3 在1#图的左下方画加速度多边形aA4=pa4×a=10.6m/ s2 方向：如1#图左下方加速度图所示求aB 用加速度影像求aB=75×0.3=22.5m/s2 方向： 如1#图左下方加速度图所示求aF = + + 大小： ？ 22.5 390.3 ?方向：水平 FB BF接着画加速度多边形由加速度多边形得：aF=pf()×a=21.6m/s2 方向： 如1#图左下方加速度图所示 第10点 速度分析求VA3VA3 =VA2=LO2An/30=0.1418×80/30=1.344m/s 方向：如1#图左下方速度图所示 求VA4 = + 大小 ? 1.344 0方向：O3A O2A O3A取V=VA3/Pa3=0.05 VA4= 1.1 m/s 在1#图的左下方画速度多边形，大致图形如1#图所示求VB用速度影像求VB=3 m/s求VF= + 大小： ? 3 ?方向：水平 O3A BFVF=pf()V=2.9 m/s 求44=3=VA4/LO3A=4.5 rad/s 求VA4A3VA4A3=×V=0.85 m/s B、加速度分析求aKA4A3aKA4A3 =24VA4A3=8.4 m/s2求aA3aA3=aA2=22×LO2A=11.1m/s2 方向：AO2求anA4anA4 =23×LO3A=5.4 m/s2 方向：AO3求aA4 + = + + 大小： 5.4 ？ 11.1 8.4 ?方向：AO3 O3A O3A O3A取a=aA3/pa3 =0.30 在1#图的左下方画加速度多边形 大致图形如1#图所示aA4= ×a=16.2m/s2 方向：如1#图左下方加速度图所示 求aB用加速度影像求aB=150×0.3=45m/s2 方向：如1#图左下方加速度图所示求aF = + + 大小： ？ 45 3 ？方向：水平 FB BF接着画加速度多边形由加速度多边形得：aF= ×a =41.7m/s2 方向：如1#图左下方加速度图所示 在1#图纸左上角绘制刨头的运动线图。大致图形如1#图左上角所示 表1 曲柄位置名称 结果1234456SF00.040.110.2130.30.360. 41VF00.851.4751.711.701.731.51aF18.617.8510.61.8-0.45-01.3-5.2 曲柄位置名称 结果788910101112SF0.50.5750.640.5950.5050.290.2650.05VF1.290.90-0.46-2.5-4.4-4.40-1.8aF-5.6-8.8-27-28.4-42-3.63.642五、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7点：P16=-m6×aF=-52×5.6=-291.2NP14=-m4×as=-20×4.6=-92NM14=-0.9×4=-7.66N·mh =M14/F14=-8/-60=0.0833m 第10点：P16=-m6×aF=-52×42=-2184N P14=-m4×aS=-20×16.5=-330N M14=-JS4×4 =-57.3N·mh =M14/F14=-57.3/330=0.17m 将计算结果汇总在如下表中： 表2曲柄位置导杆4刨头P14M14Lh4P167点-92-7.660.0833-291.212点-330-54.340.17-21842.确定齿轮2的重量查指导书得齿轮2的重量G2=500N 3.确定各运动副反力 第7点:A、取构件5、6为示力体在1#图右下方绘制示力体图比例尺为：L=0.005m/mm大致图形如图： + + + + =0上式中只有FR45、FR76的大小未知取力比例尺：P=Fc/bc=40N/mm 在1#图右下方画力多边形 大致图形如1#图所示求得：FR45=de()×P=1950N 方向：与力多边形中的方向一致 FR76=ea()×P=23×40=690N 方向：垂直导路向上MF=0：FC（LO2M-YP）+G6×XS6=FR76h76h76=Fc×(LO2M-YP)+G6×XS6/R76 =0.41m B、取构件3、4为示力体在机构位置图上方绘制示力体图,比例尺为：L=0.005m/mm 大致图形如1#图其平衡方程为： + + + + = 0 MO3=0 (确定FR23的大小)：FR23h23+F14hp+G4h4=FR54h54量得:hp =0.475m ；h4=0.145m； h54=0.615mFR23=(FR54h54+F'14hP+G4h4)/h23=3000N 矢量式中FR74的大小和方向未知 仍取力比例尺P=40N/mm 接着画力多边形图求得:FR74=gh×P=47×40=1410N 方向：与力多边形中gh的方向一致 B、取构件2为示力体在机构位置图下方绘示力体图，比例尺为:L=0.005m/mm 大致图形如1#图所示 其平衡方程为： + + + = 0MO2=0 （确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.07m 算得:rb =0.325m Pb=FR32h32/rb=646.2N 式中的R72大小和方向未知仍然取力比例尺P=40N/mm 接着画力多边形图，求得： FR72=ij()×P=78.7×40=3150N 方向：与为多边形中ij的方向一致 第10点:A、取构件5、6为示力体 在机构位置图上方绘制示力体图, 如1#图所示： 比例尺为：L=0.005m/mm + + + =0上式中只有R45、R76的大小未知取力比例尺：P=PI6/ab()=40N/mm在机构位置图右下方画力多边形图，大致图形如1#图所示求得：FR45=cd×P=55×40 =2200N 方向：与力多边形中的方向一致 FR76=da×P=21×40 =840N 方向：垂直导路向上MF=0：G6×XS6=FR76h76h76=G6×XS6/FR76=0.13m B、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：L=0.005m/mm 大致图形如1#图所示其平衡方程为： + + + + = 0MO3=0 (确定FR23的大小)：FR54h54+PI4hp+G4h4=FR23L23量得:hp =0.5m； h4=0.115m； h54=0.62m FR23=(FR54h54+ P14hP+G4h4)/LO3A=6649N 方向：如1#图下方力多边形图所示 矢量式中FR74的大小和方向未知 仍取力比例尺P=40N/mm接着画力多边形图,求得:FR74=fg×P=3920N 方向：与力多边形中fg的方向一致B、取构件2为示力体在机构位置图右下方绘示力体图 比例尺为:L=0.005m/mm大致图形如1#图所示：其平衡方程为： + + + = 0MO2=0 （确定Pb的大小）：FR32h32=Pbrb量得:h32=0.115m 算得:rb =0.33m Pb=FR32h32/rb=2200N 仍然取力比例尺P=40N/mm 接着画力多边形图,求得：FR72=5520 N 方向：与为多边形中ih的方向一致 4、将各运动副反力汇总如下： 表3 位置反力指定的两个位置第2点第10点FR7231505520FR7414103960FR76690840FR4519502200FR2330006649 FR32300066495、计算平衡力偶矩并汇总如下： 表4曲柄位置123456Mb0225.5301312.5195212.49曲柄位置789101112Mb154.38-5586.82787.5-504-483.14 6、绘制平衡力偶矩曲线Mb-2该曲线在A1图的右上角 纵坐标比例尺：Mb=10Nm/mm 横坐标比例尺：2=2度/毫米 见1#图右上方 六、飞轮设计已知：许用速度不均匀系数 =1/30 平衡力矩曲线 Mb-2 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Mr1-1由于飞轮准备装在Z1的O1轴上，因此|Mr|=|Mb/i12|可由Mb-2曲线直接画出Mr11曲线（见1#图）。为了使图形一样，其比例尺选为：Mr=Mb/i12=12/2.3=4.28Nm/mmi12=Z2/ Z1=42/18=2.32、求功曲线Wr1-1取极距H=30mm图解积分Mr1-1得Wr1-1曲线。纵坐标比例尺为：W =Mr×1×H×/180°=5×4.6×30×/180°=10.47J /mm 3、求功曲线Wd1-1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Wd1-1曲线。比例尺仍为：W=10.47J/mm4、求驱动力矩曲线Md1-1仍取极距H=30mm图解微分Wd1-1得Md1-1曲线。纵坐标比例尺为：Mr=4.28Nm/mm 得驱动力矩：Md1=h×Mr=32.1Nm 5、确定最大盈亏功将功曲线变成动能曲线。量取：W，=53 mm最大盈亏功为：W=33×16=528J 6、求飞轮的转动惯量n1= n2×i12=80×2.3=184 rpmJF=900W/2n12=900×528×30/(2×1842)=42.71 Kgm 7、确定飞轮尺寸b=4gJF/D3H材料用灰铸铁=7×104N/m3取飞轮直径D=0.5m取轮缘的高宽比为H/b=1.5b=4gJF/1.5D3=4×9.8×42.71/（3.14×1.5×0.53×7×104) =406mmH=1.5b=609mm图3七、设计凸轮轮廓曲线已知：推杆的运动规律为等加速等减速上升和等加速等减速下降,凸轮与曲柄共轴,顺时回转；凸轮机构的最大摆角 max=18°凸轮的摆杆长 LO4C=130mm凸轮的推程运动角 0=60°凸轮的远休止角 01=10°凸轮的回程运动角 0'=60°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在2#图纸上绘制摆杆的角位移曲线和凸轮轮廓曲线图。摆杆的角位移曲线和凸轮轮廓曲线图形见2#图纸。八、齿轮设计及绘制啮合图已知：齿轮1的尺数 Z1=18齿轮2的尺数 Z2=42模数 m12=16压力角 =20°齿顶高系数 h*a=1径向间隙系数 c*=0.251、 列表计算几何尺寸等（见表5） 2、绘制齿廓啮合图在2#图纸上绘制齿廓啮合图。取比例尺为：L=0.001m/mm齿廓啮合图见2#图纸。九、解析法1导杆机构设计已知：（1）行程速比系数K；（2）刨头和行程H；（3）机架长LO2O3（4）连杆与导杆的比LBF/LO3B求解: (1)求导杆的摆角：max=180°×（K-1）/（K+1）(2)求导杆长：LO3B1=H/2sin（max/2）(3)求曲柄长：LO2A=LO2O3×sin（max/2）(4)求连杆长：LBF=LO3B×LBF/LO3B(5)求导路中心到O3的垂直距离LO3M：从受力情况（有较大的传动角）出发，刨头导路O3B线常取为通过B1B2 挠度DE的中点M.即： LO3M=LO3B-LDE/2将上述已知条件和公式编入程序。（源程序和运行结果见附录A）结果分析： 与图解法比较，误差在毫米以下，不用修改。2机构运动分析已知： (1)曲柄转速2； (2)各构件的长度。求解：、建立机构的运动方程式 如图所示：选定直角坐标系XOY。标出各杆的矢量和转角。各构件矢量所组成的封闭矢量表5 名称符号计算公式计算结果小齿轮分度圆直径d1d1=mz1288大齿轮分度圆直径d2d2=mz2672小齿轮齿顶圆直径da1da1=d1+2ha320大齿轮齿顶圆直径da2da2=d2+2ha704小齿轮齿根圆直径df1df1=d1-2hf248大齿轮齿根圆直径df2df2=d2-2hf632小齿轮基圆直径db1db1=d1cos271大齿轮基圆直径db2db2=d2cos631分度圆齿距PP=m50基圆齿距pbpb=pcos47分度圆齿厚ss=p/225分度圆齿槽宽ee=p/225径向间隙cc=c*m4标准中心距aa=m(z1+z2)/2480实际中心距aa=a480传动比ii=z2/z12.3重合度=B1B2/Pb1.57 图4方程式为: + = a b其中令：Ll=LO2O3；Y=L03M；S=L03A；将a式分别投影在x和y轴上得L2cosF2=S cos F4 cLl+L2 sin F2=S sin F4 d两式相除则得tgF4=(Ll+L2sinF2)L2cosF2 (1)在三角形A0203中S2=LlLl+L2L22L1L2cos(90+F2) (2)将c d两式对时间求导一次得L2W2sinF2=SW4sinF4+VrcosF4 eL2W2cosF2=SW4cosF4+VrsinF4 f将坐标XOY绕O点转F4角(也就是将e f两式中的F2角F4角分别减去F4)，经整理后可分别得到Vr=L2 W2sin(F2F4) (3)W4=L2 W2 cos(F2-F4)S (4) 再将e f二式方别对时同求导一次后，同样将坐标XOY绕0点转F4角(也就是将式中的F2角F4角分别成去F4)，经整理后可分别得到ar=SW4W4L2W2W2cos(F2F4) (5)ak=2 Vr W4 (6)e4=2 Vr W 4+ L2W2W2sin(F2一F4) (7)将b式分别投|影在x和y轴上得X：L4 cos F4十L5 cos F5 (8)Y：L4 sin F4十L5 sin F5 (9)由(9)式可直接得sin F5=（YL4sinF4）L5 (10)对(9)式求导，一次可得L4W4cosF4=L5W5cosF5 于是由g式可得W5=(L4W4cosF4)L5cosF5 (11)对g式求导一次经整理可得e5=（L4e4cosF4+L4W4 W4sinF4+L5W5W5sinF5)L5cosF5 (12)(8)式中的X是坐标值，要想得到F点的位移XF应该是XF=XX0XF=L4 cos F4+L5 cos F5一(L4 cos F40+L5 cos F50) (13)式中F40 F50是导杆4处在左极限位置l时，导杆4和连杆5与坐标的正向夹角对（13）式求导一次可得：VF=L4W4sinF4L5 W5sinF5 (14)对（14）式求导一次可得：aF=L4cosF4W4W4L4sinF4e4L5c