机械原理课程设计+牛头刨床(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床学 院、系： 机械工程学院 专 业： 教改实验 053 学 生 姓 名： 彭光卫 班 级：教改053 学 号 指导教师姓名： 刘扬 职称 教授 职称 最终评定成绩 设计日期：2007 年 07 月 09 日目 录1. 设计题目.32. 牛头刨床机构简介.33.机构简介与设计数据.44. 设计内容.55. 体会心得.156. 参考资料.16 附图1： 导杆机构的运动分析与动态静力分析 附图2： 摆动从计动件凸轮机构的设计 附图3：牛头刨床飞轮转动惯量的确定1设计题目：牛头刨床1. ）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有

2、急会运动，行程速比系数在1.4左右。2. ）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3. ）曲柄转速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为7000N，其变化规律如图所示。2、牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。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，由导杆机构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，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机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

3、高，以提高生产率。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（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图4-1，b），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。3、机构简介与设计数据 3.1.机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。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。

4、刨床工作时，由导杆机构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，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机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。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，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，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电

5、动机容量。3.2设计数据设计数据设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动静态分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minmmNmmkg.m2724301108100.36 lo4B0.5 lo4B1804022062080001001.2飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计无齿轮任务dnoz1zo”z1”Jo2Jo1Jo”Jocmaxlo9DaFFsFr/minkg.m28mm80.1614401519500.50.30.20.215130427510654、设计内容4.1. 导杆机构的运动分析（见图例1）已知 曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置

6、，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。要求 做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和89为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，19和79为切削起点和终点所对应的位置，其余2，312等，是由位置1起顺v2方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1）设计导杆机构。 按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图例1）。2）作机构运动简图。选取比例尺按表42所分配的两个曲柄位置作出机

7、构的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图42；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1和8两位置。共计14个机构位置。3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.0168（）和加速度比例尺=0.0168（），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果列入表。4)作滑块的运动线图。根据机构的各个位置，找出滑块6上C点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺=0.0109（），作（t）线图。为了能直接从机构运

8、动简图上量取滑块位移。然后根据（t）线图用图解微风法（弦线法）作出滑块的速度（t）线图，并将结果与其相对运动图解法的结果比较。5）绘制滑块的加速度线图（见图1）.导杆机构的运动分析1).选取长度比例尺，作出机构在位置4 的运动简图。 如一号图纸所示，选取=l/OA（m/mm)进行作图，l表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2.)求原动件上运动副中心A的v和a v= l 0.829m/s式中vB点速度（m/s） 方向丄AOa= l=6.247m

9、/s式中aA点加速度（m/s）,方向A O3.解待求点的速度及其相关构件的角速度由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢量方程式，作图求解。（1）列出OB杆A点的速度矢量方程 根据平面运动的构件两点间速度的关系绝对速度=牵连速度+相对速度先列出构件、上瞬时重合点（，）的方程，未知数为两个，其速度方程：v+ v方向：丄丄AO大小：？ l？（）定出速度比例尺在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表v,则速度比例尺（m s/mm）=0.002 ms/mm（）作速度多边形，求出、根据矢量方程式作出速度多边形的pd部分，则v (m/s)为v=pa=0.82

10、9m/s= v/ l=1.3rad/s其转向为顺时针方向。=l=0.612 m/sB点速度为，方向与v同向.（）列出C点速度矢量方程，作图求解V、VV= + V 方向：水平 丄B 丄BC 大小：？ l ？通过作图，确定点速度为V=bc=0.2909m/sVpc=1.2207m/s式中V点速度，方向丄BC式中V点速度，方向为pc。解待求点的加速度及其相关构件的角加速度（）列出点加速度矢量方程式牵连速度为移动时绝对加速度牵连加速度相对加速度牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）绝对加速度牵连加速度相对加速度哥氏加速度要求点加速度，得先求出点加速度，a= a+ a= a+ a+ a+

11、a方向：？丄AO丄AO丄大小：？l？l 0 ? 2v(2)定出加速度比例尺在一号图纸中取p为加速度极点，去矢量pa代表a，则加速度比例尺（ms/mm）=0.219 m/s/mm(3)作加速度多边形，求出a、a、a根据矢量方程图的panka部分，则 a=aa=0.7949 m/sa=ka=6.247m/sa=pa=0.519 rad/s 方向为 水平向右下12a= a l/ l=3.279m/sa= l=1.225 m/s(4)列出C点加速度矢量方程，作图求解a 、a、 aa = a+ a+ a+ a方向： 水平 BC 丄BC AB 丄AB大小： ？ V/l ? l al/ l由上式可得： a=

12、0.0.15m/sa=0.178m/s确定构件4的角加速度a4由理论力学可知，点A4的绝对加速度与其重合点A3的绝对加速度之间的关系为 方向：O4B O4B O4B O4A O2A 大小： ？ vlo2A ? 2v4Va4a3 vlo2A其中a法向和切向加速度。a为科氏加速度。从任意极点O连续作矢量O和k代表aA3和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219；再过点o作矢量oa4”代表a，然后过点k作直线ka4平行于线段oa4”代表相对加速度的方向线，并过点a4作直线a4a4垂直与线段ka4，代表a的方向线，它们相交于a4，则矢量oa4便代表a4。构件3的角加速度为a/lO4A将代表a的矢量ka

13、4平移到机构图上的点A4，可知a4的方向为逆时针方向。项目位置v2vA2vA2A3V3VCBvCVB4vaA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.5360.8290.17180.8110.06491.22160.6121.3顺时针6.2470.5191.2263.2790.0150.1784. 根据以上方法同样可以求出位置九的速度和加速度5项目位置v2vA23 vA2A3V3VCBvCVB4vaA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.536.08290.17180.8110.06491.22160.6121.3顺时针6.2470.6251.2263.2790

14、.0150.17897.5360.8291.2310.66780.33491.53790.82706.2380.4252.4323.2794.2454.237单位1/sm/s1/sm/s24.2. 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。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。步骤 1） 选取阻力比例尺= 555.6 ，根据给定的阻力Q和滑块的冲程H绘制阻力线图。2） 根据个构件的重心的加速度即角加速度，确定各构件的惯性力和惯性力偶矩 ，并将其合为一

15、力，求出该力至重心的距离。 3）按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。将所有位置的机构阻力，各运动副中的反作用力和平衡力矩的结果列入表中：动态静力分析过程：在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明刨头的力的分析过程： 对于刨头可以列出以下力的平衡方程式： F=0 P + G6 + Fi6 + R45 + R16=0 方向：x轴 y轴 与a6反向 BC y轴 大小：8000 620 -m6a6 ? ?以作图法求得:位置4 R45 = 7958.3 N 位置1 R45 =8550.648 N 位置4 R16 = 284.7 N

16、位置 1 R16 = N力矩平衡方程式： M=0 P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0 我们还可以得到： R45=R65对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式： F=0 R54 + R34 + Fi4 + G4 + R14=0 方向: BC O4B a4 y轴 ? 大小：R54 ？ m4a4 220 ?力矩平衡方程式： M=0 R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0 由此可以求得R34的大小：R34= 7958.3 N 位置1 R34=14366.93 最后可以利用力的平衡方程式做力的多边形解出 位置4 R32=12023.66 N 位置1 R32

17、= 244.376N 在摇杆上可以得到R34=-R32 最终得 出位置 4 My=1257.11Nm 位置1=689.612Nm表项目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向448.73430.871.508 顺时针0.3091单位NN.mm项目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向 4 8000 7958.37958.3 12023.66 1257.11 顺时针单位NNN.m表项目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向1546.57110.89712.36逆时针89.5单位NN.mm项目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向 180008550.6481

18、4366.93244.376689.612逆时针单位NNN.m4.3. 飞轮设计（见图3）已知 及其运动的速度不均匀系数d，由动态静力分析所得的平衡力矩My,具有定转动比的各构件的转动惯量J，电动机、曲柄的转速no、n2及某些齿轮的齿数。驱动力矩为常数。要求 用惯性立法确定安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF。以上内容做在2号图纸上。步骤：1） 列表汇集同组同学在动态静力分析中求得的个机构位置的平衡力矩M，以力矩比例尺和角度比例尺绘制一个运动循环的动态等功阻力矩M= M（）线图。对 M（）用图解积分法求出在一个运动循环中的阻力功A= A（）线图。2） 绘制驱动力矩M所作的驱动功A= A（）线图。因

19、M为常数，且一个运动循环中驱动功等于阻力功，故将一个循环中的A= A（）线图的始末两点 以直线相连，即为A= A（）线图。3） 求最大动态剩余功A。将A= A（）与A= A（）两线图相减，即得一个运动循环中的动态剩余功线图A= A（）。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离，即表示最大动态剩余功A。4） 确定飞轮的转动惯量J。由所得的A，按下式确定飞轮的转动惯量J=900 A/n按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为JF=8.37.4.4. 凸轮机构设计（见图2） 已知 摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角F，远休止角Fs，回程运动角F，摆杆长度lo9D=130mm，最大摆角cmax=158，许用

20、压力角a=208；凸轮与曲柄共轴。要求 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出土轮世纪轮廓线。以上内容做在2号图纸上。步骤：1） 根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的（），然后用几何作图法直接绘出（）及（）线图。2） 求基圆半径r及凸轮回转中心O至从动件摆动中心O的距离l OO。按（）线图划分角时，可将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割角所对应的弧，自从动件摆动中心O作辐射线与各分割点想连，则角便按预定比例分割。作图时，如取= l OD*，则可直接根据（）线图上各纵坐标值，在O点的相应辐射线上由D点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就

21、等于等于l OD* 。截取方向可根据D点速度方向顺着凸轮转向转过90后所指的方向来确定。然后按许用压力角作出凸轮轴心的安全区，求出凸轮的基圆半径r和中心距lOO。3）根据凸轮转向，摆杆长l OD，角位移线图=（）图和以上求得的r，l OO，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径P。然后，再选取滚子半径r，画出凸轮的实际廓线。设计过程：1）根据给定的r0=60mm和摆杆位置画出从动件的初始位置O9D0，再根据c-w线图画出从动件的一系位置O9D1 、O9D2 、O9D3 、O9D4 、O9D5、O9D6 、O9D7、O9D8、O9D9 、O9D10 、O9D11 、O9D12 、O9D

22、13 、O9D14，使得D0O9D1 =c1、D0O9D2 =c2 、D0O9D3 =c3、D0O9D4 =c4 、D0O9D5 =c5、D0O9D6 =c6 、D0O9D7 =c7、D0O9D8 =c8、D0O9D9 =c9 、D0O9D10 =c10 、D0O9D11 =c11 、D0O9D12 =c12、D0O9D13 =c13 、D0O9D14 =c14。2）从基圆上任一点C0开始，沿（-v）方向将基圆分为与图c-w线图横轴对应的等份，得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。过以上各点作径向射线OC1、OC2、OC3、OC4、OC

23、5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、OC14。3） 以O为中心及OD1为半径画圆弧，分别交OC0和OC1于E1和E1，在圆弧上截取E1D1= E1D1得点D1。用同样方法，在以OD2为半径的圆弧上截取E2D2= E2D2得点D2，在OD3为半径的圆弧上截取E3D3= E3D3得点D3 ，在OD4为半径的圆弧上截取E4D4= E4D4得点D4 ，在OD5为半径的圆弧上截取E5D5= E5D5得点D5 ，在OD6为半径的圆弧上截取E6D6= E6D6得点D6 ，在OD7为半径的圆弧上截取E7D7= E7D7得点D7 ，在OD8为半径的圆弧上截取E8D8= E

24、8D8得点D8 ，在OD9为半径的圆弧上截取E9D9= E9D9得点D9 ，在OD10为半径的圆弧上截取E10D10= E10D10得点D10 ，在OD11为半径的圆弧上截取E11D11= E11D11得点D11 ，在OD12为半径的圆弧上截取E12D12= E12D12得点D12 ，在OD13为半径的圆弧上截取E13D13= E13D13得点D13。将D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13连成曲线便得到凸轮轮廓曲线。5.心得体会美丽的花朵必须要通过辛勤的汗水浇灌.有开花才有结果,有付出才有收获.通过几天日日夜夜的奋斗，在老师亲切地指导下，在

25、同学们的密切配合下，当然也有自己的努力和辛酸,这份课程设计终于完成了,心里无比的高兴,因为这是我们 努力的结晶.在这几天中，我有很多的体验，同时也有我也找到许多的毛病，仅就计算机辅助绘图而言，操作的就远远不够熟练，专业知识也不能熟练应用。但是通过这次实践设计，我觉得我有了很打的提高。其次，通过这次设计我学会了查找一些相关的工具书，并初步掌握了一些设计数据的计算方法；再次，自己的计算机绘图水平也有了一定的提高，并对所学知识有了进一步的理解。当然，作为自己的第一次设计，其中肯定有太多的不足，希望在今后的设计中，能够得到改正，使自己日益臻于成熟，专业知识日益深厚。我在这次设计中感到了合作的力量，增强

26、了自己的团队精神。这将使我受益终生。“功到自然成.”只有通过不锻炼,自己才能迎接更大的挑战和机遇,我相信我自己一定能够在锻炼成长. 彭光卫 2007年7月6.参考文献1.机械原理课程设计手册邹慧君主编，高等教育出版社，19982.机械原理课程设计曲继方主编，机械工业出版社3.机械原理黄茂林，秦伟主编.北京：机械工业出版社，2002 4.机械原理教程.申永胜主编.北京：清华大学出版社，1999 5.机械原理邹慧君等主编，高等教育出版社，19996.连杆机构伏尔默 J主编，机械工业出版社7.机构分析与设计华大年等主编，纺织工业出版社8.机械运动方案设计手册邹慧君主编，上海交通大学出版社9.机械设计

27、吴克坚，于晓红，钱瑞明主编.北京：高等教育出版社，200310.机械设计.龙振宇主编.北京：械工业出版社，2002 11.机械设计基础（第四版）杨可桢，程光蕴主编.北京：高等教育出版社，1999 12.机械设计基础（下册）张莹主编.北京：机械工业出版社，1997 13.机械设计（机械设计基础）周立新主编.重庆：重庆大学出版社，1996 14.机械系统设计朱龙根，黄雨华主编.北京：机械工业出版社，199015.机械设计学黄靖远，龚剑霞，贾延林主编.北京：机械工业出版社，1999 16.机械设计手册徐灏，第二版.北京：机械工业出版社，200017.设计方法学黄纯颍主编，机械工业出版社18.机械传动设计手册江耕华等主编，煤炭工业出版社19. 机械原理（第六版） 孙 桓 等 主编 高等教育出版社 20.机械原理课程设计指导书 罗洪田 编著 高等教育出版社 21.机械原理教学大纲 制定人张荣江 22. 机械原理 郑文经 吴克坚等 主编专心-专注-专业