最新机械原理课程设计+牛头刨床.docx

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1、最新机械原理课程设计+牛头刨床 机械原理 课程设计说明书设计题目：牛头刨床 设计日期：2022 年07 月09 日 目录 1.设计题目 (3) 2. 牛头刨床机构简介 (3) 3.机构简介与设计数据 (4) 4. 设计内容 (5) 5. 体会心得 (15) 6. 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

2、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-

3、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。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

4、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动机容量。3.2设计数据 设计数据设计数据 4、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

5、数n2，各构件尺寸及重心位置，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?2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）。 按表42所分配的两个曲柄位置

6、作出机构的运动简图，其中2）作机构运动简图。选取比例尺 l 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v =0.0168（ mm s m /）和加速度比例尺a =0.0168（ mm s m 2/），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

7、1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺s =0.0109（ mm m ），作c s （t ）线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移。然后根据c s （t ）线图用图解微风法（弦线法）作出滑块的速度c v （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l ，作出机构在位置4 的运动简图。 如一号图纸所示，选取l =l A O 2/O 2A （m/mm)进行作图，l A O 2表示构件的实际长度，O 2A 表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意l 的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的

8、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 A 和a A v 2A =1 l A O 2 0.829m/s 式中v 2A B 点速度（m/s ） 方向丄AO 2 a A = 1 2 l A O 2=6.247m/s 2 式中a A A 点加速度（m/s 2 ）,方向A O 2 3.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

9、 先列出构件、上瞬时重合点（2，4）的方程，未知数为两个，其速度方程： 4A v 2A + v 24A A 方向：丄4 丄AO 2 4 大小： ？ 1 l A O 2 ？ （）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 2A ,则速度比例尺v （m ? s 1-/mm ） v = pa v 2A =0.002 m ?s 1-/mm （）作速度多边形，求出2、4根据矢量方程式作出速度多边形的pd 1部分，则v 2A (m/s)为 v 2A =v pa=0.829m/s 4= v 2A / l 4AO =1.3rad/s 其转向为顺时针方向。 4B =4l 4bO =0.612

10、 m/s B 点速度为4B ，方向与v 2A 同向. （）列出C 点速度矢量方程，作图求解V 6C 、V 46B C V 6C = 4B + V 46B C 方向：水平 丄B 4 丄BC 大小：？ 4l 4bO ？ 通过作图，确定点速度为 V 32A A =v bc=0.2909m/s V C v pc=1.2207m/s 式中V 32A A 5点速度，方向丄BC 式中V C 点速度，方向为p c 。 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

11、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 n + a A = a 2o n + a 2o + a A + a 哥 方向：？ 丄 AO 2 丄AO 2 丄 大小：？ 4 2l 4AO ？ 2l 2AO 0 ? 24v 24A A (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 A n ，则加速度比例尺 a （m ?s 2-/mm ） a = a n pa B =0.219 m/s 2 /mm (3)作加速度多边形，求出a B 、a A 、a B 根据矢量方程图的pa nka 部分，则 a A =a a a=0.7949 m/s 2 a

12、A =a ka=6.247m/s 2 a A =a pa=0.519 rad/s 2 方向为 水平向右下12o a B = a A ? l 4bO / l 2AO =3.279m/s 2 a B n =4 2 ? l 4bO =1.225 m/s 2 (4)列出C 点加速度矢量方程，作图求解a c 、a CB n 、 a CB a c = a CB n + a CB + a B n + a B 方向： 水平 BC 丄BC AB 丄AB 大小： ？ V 46B C 2 /l BC ? 4 2l 4bO a A l 4 bO / l 2AO 由上式可得： a CB =0.0.15m/s 2 a c

13、 =0.178m/s 2 确定构件4的角加速度a 4由理论力学可知，点A 4的绝对加速度与其重合点A 3的绝对加速度之间 的关系为 3343444a a a a a k a a r a a n a t a +=+ 方向：O 4B O 4B O 4B O 4A O 2A 大小： ？ ?24l o2A ? 2?4V a4a3 ?2 2l o2A 其中a 的是和444a n a t a a a 法向和切向加速度。a k a a 34为科氏加速度。 从任意极点O 连续作矢量O 3a 和k 代表a A3和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219；再过点o 作矢量oa 4”代表a n a a 34，然后过

14、点k 作直线k a 4平行于线段oa 4”代表相对加速度的方向线，并过点a 4作直线a 4a 4垂直与线段k a 4，代表a t a 4的方向线，它们相交于a 4，则矢量oa 4便代表a 4。 构件3的角加速度为a t a 4/lO 4A 将代表a t a 4的矢量k a 4平移到机构图上的点A 4，可知4的方向为逆时针方向。 4. 根据以上方法同样可以求出位置九的速度和加速度 5 4.2. 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Js 4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

15、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Q = 555.6 )( mm N ，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i P 和惯性力偶 矩 i M ，并将其合为一力，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y M 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：

16、 F=0 P + G 6 + F i6 + R 45 + R 16=0 方向：x 轴 y 轴 与a 6反向 BC y 轴 大小：8000 620 -m 6a 6 ? ? 以作图法求得: 位置4 R 45 = 7958.3 N 位置1 R 45 =8550.648 N 位置4 R 16 = 284.7 N 位置 1 R 16 = N 力矩平衡方程式： M=0 P*y p+G6*h g+F i6*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 + F i4 + 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-M i4-F i4*h i4-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= 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