機械原理設(shè)計說明書牛頭刨床機構(gòu)分析

1、 課 程 設(shè) 計 說 明 書課程名稱 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)老師班 級學(xué) 號姓 名 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 設(shè)計題目： 牛頭刨床機構(gòu)分析 設(shè)計條件及要求：1原始參數(shù)：題 號導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析計算位置轉(zhuǎn)速n2(r/min)機架lo2o4(mm)工作行程h(mm)行程速比系數(shù)k連桿與導(dǎo)桿之比lbc / lo4b工作阻力fmax(n)導(dǎo)桿質(zhì)量m4 (kg)滑塊6質(zhì)量m6 (kg)導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量 js4 (kg m2)2493503001.40.3460020701.1302設(shè)計要求：(1) 根據(jù)給定的工作原理和設(shè)計數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸，按照指定位置畫出機構(gòu)運動簡圖。要求用

2、圖解法設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。(2) 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析。用圖解法求出指定位置處刨頭6的位移、速度、加速度及導(dǎo)桿4的角速度和角加速度，計算過程詳細(xì)寫在說明書中。(3) 導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析。用圖解法求出自己作業(yè)要求位置處的平衡力矩和功率。(4) 編寫設(shè)計說明書一份。應(yīng)包括設(shè)計任務(wù)、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算過程等。設(shè)計時間：自2011年6月20日至2011年6月25日設(shè)計指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任 （簽字）： 年 月 日課 程 設(shè) 計 成 績 評 定 書專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 09機41 姓名：艾路 1設(shè)計題目：牛頭刨床機構(gòu)分析2指導(dǎo)教師評語及成績成績： 指導(dǎo)教師

3、（簽字） 年 月 日3設(shè)計指導(dǎo)小組復(fù)評意見： 組長（簽名） 年 月 日4教學(xué)院長審核意見： 教學(xué)院長（簽名） 年 月 日目 錄一、概述11.1課程設(shè)計目的11.2工作原理21.3設(shè)計要求31.4設(shè)計數(shù)據(jù)41.5設(shè)計要求4二、機構(gòu)尺寸大小設(shè)計62.1機構(gòu)的自由度62.2確定機構(gòu)的極位夾角62.3計算出連桿、導(dǎo)桿、曲柄的長度大小62.4設(shè)計滑塊6的軌跡高度72.6設(shè)計結(jié)果7三、導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析83.1速度分析83.2加速度分析103.3桿組拆分、受力分析121.動態(tài)靜力分析132.取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體143.取桿件2為示力體16四、心得與體會17一、概述1.1課程設(shè)計目的機械原理課程設(shè)計

4、是高等工業(yè)學(xué)校機械類學(xué)生第一次全面的機械運動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的訓(xùn)練，是本課程的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。起目的在于進一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的獨立解決有關(guān)課程實際問題的能力，使學(xué)生對于機械運動學(xué)和動力學(xué)的分析和設(shè)計有一個比較完整的概念，具備計算，和使用科技資料的能力。1.2工作原理牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運動及工作臺的間歇運動來完成工件的平面切削加工的機床。圖1為其參考示意圖。電動機經(jīng)過減速傳動裝置（皮帶和齒輪傳動）帶動執(zhí)行機構(gòu)（導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)）完成刨刀的往復(fù)運動和間歇移動。刨床工作時，刨頭6由曲柄2帶動右行，刨刀進行切削，稱為工作行程。在切削行程h中，前后各有一段0.05h

5、的空刀距離，工作阻力f為常數(shù)；刨刀左行時，即為空回行程，此行程無工作阻力。在刨刀空回行程時，凸輪8通過四桿機構(gòu)帶動棘輪機構(gòu)，棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)使工作臺連同工件在垂直紙面方向上做一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。（a）機械系統(tǒng)示意圖 （b） 刨頭阻力曲線圖（c） 執(zhí)行機構(gòu)運動簡圖 圖1 牛頭刨床1.3設(shè)計要求電動機軸與曲柄軸2平行，刨刀刀刃e點與鉸鏈點c的垂直距離為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2轉(zhuǎn)速偏差為5。要求導(dǎo)桿機構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值。執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按0.95計算，系統(tǒng)有過載保護。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計。1.4設(shè)計數(shù)據(jù)題 號2導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析轉(zhuǎn)速n

6、2(r/min)49機架lo2o4 (mm)350工作行程h(mm)300行程速比系數(shù)k1.40連桿與導(dǎo)桿之比lbc / lo4b0.30導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析工作阻力fmax(n)4600導(dǎo)桿質(zhì)量m4 (kg)20滑塊6質(zhì)量m6 (kg)70導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量 js4 (kg m2)1.11.5設(shè)計要求作原理和設(shè)計數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸，按照指定位置畫出機構(gòu)運動簡圖（a2）。要求用圖解法設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。2、導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析（a3）。用圖解法求出指定位置處刨頭6的位移、速度、加速度及導(dǎo)桿4的角速度和角加速度，計算過程詳細(xì)寫在說明書中。3、導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析（a3）

7、。用圖解法求出自己作業(yè)要求位置的平衡力矩和功率，計算過程詳細(xì)寫在說明書中。4、編寫設(shè)計說明書一份。包括設(shè)計任務(wù)、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算過程等。二、機構(gòu)尺寸大小設(shè)計2.1機構(gòu)的自由度曲柄為機構(gòu)原動件。2.2確定機構(gòu)的極位夾角已知形成速比系數(shù)k=1.4，則為：2.3計算出連桿、導(dǎo)桿、曲柄的長度大小已知工作行程、機架、連桿與導(dǎo)桿之比2.4設(shè)計滑塊6的軌跡高度設(shè)計滑塊6的軌跡，為使連桿5在整個運動過程中的最大壓力角最小，即平均壓力最小。取導(dǎo)桿4在極限位置的連線與對稱軸的交點e，導(dǎo)桿4與對稱軸重合是最高點f，則ef連線的中垂線就是最理想的軌跡（滑塊6）。由題意易得，最大壓力角可能出現(xiàn)在左、右極限和b運動到最

8、高點位置，設(shè)在左右極限的壓力角為,取導(dǎo)桿4在極限位置的連線與對稱軸的交點e,是在軌跡下方的最大壓力角，b運動到最高點位置時的壓力角為,是在軌跡上方的最大壓力角。則ef連線的中垂線就是最理想的軌跡（滑塊6），推導(dǎo)計算公式為。bc sin +bc sin=ef即當(dāng)兩壓力角相等時最大壓力角最小。2.5.滑塊c的位移 由圖上可量得s=24mm2.6設(shè)計結(jié)果本人的要求角度是30。即以左極限為基準(zhǔn)順時針旋轉(zhuǎn)30，為曲柄的位置，根據(jù)長度大小關(guān)系依次確定的位置。以b點為圓心，bc的長度為圓心畫圓，交ef的中垂線有兩點，根據(jù)原始圖像，應(yīng)取左邊的點，記為c點。三、導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析3.1速度分析由運動已知的曲柄a

9、點開始，列兩構(gòu)建重合點間速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點的速度，因為2=2n2/60 rad/s=5.13rad/s故對a點進行速度分析可得： a4= a3+ a4a3大小 ? 0.63 ?方向 o4a o2a o4b取極點p，按比例尺v=0.002(m/s)/mm ,作速度多邊形如下圖并求構(gòu)件4的角速度和構(gòu)件4上b點速度以及構(gòu)件4與構(gòu)件3上重合點的相對速度。由此可知各點的速度0.21m/s (順時針)0.31m/s對構(gòu)件5上b、c點，列同一構(gòu)件兩點間的速度矢量方程： 大?。?？ 0.43 ？ 方向：xx bc則有速度圖像可知：同理可知：0.05m/s0.05/0.30rad/s=0.29rad/

10、s圖（1）3.2加速度分析由于曲柄作勻速運動，故可知曲柄上a點的加速度的大小和方向，且構(gòu)件2和3上的a點共速，由已知條件分析可得：=2.4m/s；a4a3k=23a4a3=20.540.40=0.432aa4n=42lo4a=0.5420.003129=0.110.2920.174=0.015對a點由加速度關(guān)系式可知： 大?。?？ ？ ？方向： ？ 取極點 ,按比例尺=0.02/mm加速度圖，如圖，用影像法求的構(gòu)件4上b點和質(zhì)心s4點加速度和，用構(gòu)件4上a點的切向加速度，求構(gòu)件4的角加速度。由圖分析可得如下圖所示的加速度圖解，可知：0.0285=1.72.5=0.5=1.25=3.2（順時針）

11、對c點進行分析： 大小 ? ?方向 xx cb bc由圖解法可知：2.50.36/0.174=2.0圖（2）3.3桿組拆分、受力分析依據(jù)計算結(jié)果，計算構(gòu)件4的慣性力、構(gòu)件4的慣性力矩、構(gòu)件4的慣性力平移距離、構(gòu)件6的慣性力矩。=25n=3.21.1=3.52n=/=140mm=294n1.動態(tài)靜力分析取構(gòu)件5、6基本桿組為示力體（如圖（3）所示）其中構(gòu)件5為二力桿，首先列力平衡方程： 大小 ： ？ ？ 方向 ：xx xx xx xx bc按比例尺=50n/mm作力多邊形如圖（4），如圖所示求出運動反力和。=4850n =1950=950n 圖（3） 圖（4）2.取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體先取

12、構(gòu)件4，已知構(gòu)件4受慣性力和慣性力矩作用，將進行平移一段距離，將等效消除。先取構(gòu)件4，對o4點列力矩平衡方程，求出反力： =7122n再對構(gòu)件4列力平衡方程受力分析如圖（5），力多邊形如圖（6），按比例尺50n/mm求出機架對構(gòu)件4的反力=2000n 大小 ？方向 /bc xx ? 圖（5）圖（6）3.取桿件2為示力體受力分析如圖（7） =2450n =712247.7/1000n.m=339.7n.m=9549pn p=n/9549kw=1.7kw額定功率為p=1.8kw圖（7）四、心得與體會通過這次課程設(shè)計我受益匪淺。首先，通過這一次的課程設(shè)計，我進一步鞏固和加深了所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)了自己獨立分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械所涉及的實際問題的能力。而且，這次課程設(shè)計過程中，通過和同學(xué)合作，培養(yǎng)合作意識，最終實現(xiàn)了預(yù)期的目的。其次通過這次課程設(shè)計，對牛