機械原理課程設計牛頭刨床

1、 裝 訂 線 牛頭刨床0.機構(gòu)簡介與設計數(shù)據(jù)0.1牛頭刨床簡介牛頭刨床是一種用平面切削加工的機床，如下圖所示。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由曲柄機構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較底并且均勻，以減少電動機的容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。為此刨床采用有急回作用的導桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)，使工作臺連同工作件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中

2、，受到很大的工作阻力（在切削的前后個有一段約0.5h的空刀距離，見圖）而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量。牛頭刨床機構(gòu)簡圖及其阻力曲線0.2設計數(shù)據(jù)運動分析數(shù)據(jù)導桿機構(gòu)的運動分析n2lo2o4lo2alo4blbclo4s4xs6ys6r/minmm方案603801105400.25 lo4b0.5 lo4b24050導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析數(shù)據(jù)導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析g4g6pypjs4nmmkgm2方案2007007000801.1凸輪機構(gòu)設計數(shù)據(jù)方案凸輪機構(gòu)設計max

3、lo9ds,ommo方案1512540751075飛輪轉(zhuǎn)動慣量確定數(shù)據(jù)飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定noz1zo”z1jo2jo1jo”jor/minkgm2方案0.0514401020400.50.30.20.21.導桿機構(gòu)的運動分析已知 曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)n2,各構(gòu)件的尺寸及重心位置，且刨頭導路x-x位于導桿端點b所作圓弧高的平分線上（見圖） .要求 做出機構(gòu)的運動簡圖，用解析法和圖解法求出方案中1+10和9位置的速度、加速度，并對結(jié)果進行誤差分析。1.1矢量方程圖解法用cad按一定的比例繪制機構(gòu)位置機構(gòu)簡圖及相應的速度和加速度多邊形圖，并量出個對應量進行對矢量方程的所求得的結(jié)果分析誤差。矢量方程圖解法

4、：其中l(wèi)2=lao2, l4=lbo4,l5=lbc,vb=vb4=vb5, ab= ab4=ab5（1） 速度未知量矢量方程va4的大小vb的大小vc的大小va4 = va3 + va4a3方向： 大?。?？ l02a2 ？ 影像法 vb= va4l4/lao4 vc = vb + vcb方向： /導路 大?。?? va4l4/lao ？（2）加速度未知量矢量方程aa4的大小ab的大小ac的大小aa4= ana4 + ata4 = aa3 + aka4a3 + ara4a3方向： ao4 ao4 ao2 ab 大小： v2a4/lao4 ? l222 23 v a4a3 ?影像法ab5 =a

5、b4=l4 aa4/lao4 ，方向與aa4相同ac = ab5 + anc5b5 + atc5b5方向： /導路 bo4 cb bc大?。?? l4aa4/lao4 v2c5b5/l5 ?1.2矩陣法建立直角坐標系，標出各桿矢量及方位角。其中共有四個未知量4，5，s4,sc.建立兩個封閉矢量方程，為此需用兩個封閉圖形o2ao4及o4bceo4，由此可得l6+l2=s4, l4+l5=l6+sc寫成投影方程為 s4cos4=l2cos2 s4sin4=l6+l2sin2 l4cos4+l5cos5-se=0 l4sin4+l5sin5= l6以上個式即可求得4、5、s4及se四個運動變量。其中

6、l4、l5、l2、l6為已知量以上矢量方程式未知量代數(shù)式如下：4=arctan(l2 sin2+ l6)/ cos2 l2 l6= l24-(l2 l4/ l6)21/2 /2 5=arcsin(sin4* l4- l6)/ l5 se =l 4 cos4 + l 5 cos5 s4=cos2 l 2/cos4 將上面投影式子分別對t求導，得 s4 cos4+ s4（-sin4）4= -l2 sin22 s4 sin4+ s4cos44= -l2 sin22 其中，s4、4、為未知量，且由題目已知條件2=n/30=60/30=2= 6.28318530717959rad/s將余下的式子對t求導

7、，得 - l4sin44- l5sin55= 0 l4cos44 +l5cos55 =0 其中，5 為未知量 。把其寫成矩陣形式，運用matlab運算。最后運動切削點c的速度vc、s4、5、4均可以得到。把上面各式再對時間t二次求導，得到加速度列式：s4 cos4-s4 sin44-s4 sin44 -s4 (cos424+ sin4 a4)=-l2 (cos222 sin2a2 ) s4 sin4+s4 cos44+s4 sin44 + s4 (-sin424+ cos4 a4)=-l2 (sin222 +cos2a2 ) - l4（24 cos4+sin4 a4）- l5（25cos5+s

8、in5a5）= ac - l4（-24 sin4+cos4 a4）+l5（-25sin5+cos5a5） =0 并寫成矩陣形式，即得以下速度和加速度方程式： =結(jié)果(m/s)解析法圖解法誤差相對誤差vc-1+100.475512635990170.475549351654750.00003671566457990.0000772128vc-90.551880594645590.551842677919770.00003.79167258190.0000687045結(jié)果（m/s2）解析法圖解法誤差相對誤差ac-1+103.272016965878853.272287374478110.00027

9、0408599250.0000826427ac-98.506363457667048.505214596011770.001148861655270.00013505902.導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析已知 各構(gòu)件的重量g(曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計)，導桿4繞重心的轉(zhuǎn)動慣量js4及切削力p的變化規(guī)律(圖1)，及在導桿機構(gòu)設計和運動分析中得出的機構(gòu)尺寸，速度和加速度。要求 求方案第二位置各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平均力矩。先用圖解法，再用虛位移驗證所得結(jié)果。圖解法：2.1桿組5-6 5-6組示力體已知g6 ， p， fi6=（ g6/g）mc，li6為r16對c的力臂，未知量平

10、衡條件方程r45和r16的大小f=0g6+p+fi6+r45+r16=0l16mc=0g6xs6+pyp-r16l16-fi6ys6=0未知量結(jié)果r45的大小7236.7881 nr16的大小910.1964 nl16的大小0.786987m2.2桿組3-4 由以上求得r45 ，桿5是二力桿，所以r54=r45 ，桿4的角加速度4= ata4/la4o4, 慣性力偶矩mi4=js44, 慣性力fi4=(g/g) ab4/2,總慣性力fi4(= fi4) 偏離質(zhì)心s4的距離為h4= mi4/ fi4（其對s4的方向為逆時針），h4為g4對o4的力臂，hi4為fi4對o4的力臂，h54 為r54對

11、o4的力臂，h23為r 23對o4的力臂，未知量平衡條件方程r23的大小m=0g4h4+ fi4 hi4+r54h54- r 23h23=0r14的大小f=0g4+ fi4+r54+ r 23+r14=0未知量結(jié)果（n）r23的大小8773.038r14的大小2436.76022.3桿組1-2未知量平衡條件方程r12的大小f=0r 32+ r 12=0mb的大小m=0r32h32-mb=0未知量圖解結(jié)果虛位移結(jié)果誤差率r12的大小8773.038n-mb的大小550.6257809395801nm550.6257561876643nm0.000000044952339294652.4虛位移原理

12、所有外力的功率和為0，np+ni6+ng4+ni4+nm=0，np=|p|vc|cos180,ni6=|fi6|vc|cos180,ng4=0.5|g4|vb|cos103.75252336,ni4=|fi4|vi4|cos171.89875340,nm=mb2 ,把數(shù)據(jù)代入上式，得平衡力矩mb=550.6257561876643n.m，3.飛輪設計已知 機器運轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)，平衡力矩mb,飛輪安裝在曲柄軸上，驅(qū)動力矩med為常數(shù)。要求 ：求方案飛輪轉(zhuǎn)動慣量jf。3.1等效阻力矩公式 mer=fvcos=|p|vc|cos180o|+0.5vb|g|cos ，, 其中在1，1/，2，3，4

13、，5，6，7，7，8位置，=，在8，9，10，11，12位置，=180-。在8，8，9，10，11，12，1位置p=0。15個位置的等效阻力矩：位置vc(m/s)4(rad/s) ( )mer（nm）10.37642984044598-0.73221043681139103.2967有切削力：-421.0104922416307沒切削力：-1.6358034017324470.38093795214087-0.7203638990854776.7310有切削力：-422.7806688877953沒切削力：1.61643777386792800758218020.39

14、899626827684-0.77402415612856103.0285-446.216094684966430.63915294780580-1.1966571923625798.6781-713.855181330449840.74969259589138-1.3843146439626093.0033-835.999938305133950.74892875184810-1.3945026658995086.9253-833.753997214468260.65215617269322-1.2303581365662681.2604-724.850556686670070.444662

15、67902492-0.8414669863029476.9323-493.550791659705280.06239414232435-0.1176534321336275.17850.292119786966319-0.551880594645591.0440338124941877.5763-2.2842494545988510-1.221593665967142.2929885361508385.0311-2.2561114211473711-1.294813909348672.3927976002702095.08221.8812200887967312-0.6276964058933

16、81.20913304931302102.48212.53044215000846方案 裝 訂 線 : no2=60r/min no=1440r/min則傳動比為：i=no/no2=1440/60=24, 20=(1500/24)*2*3.14/60=6.541666666rad/sm=10=2*pi=6.28318530717959 rad/s=0.05 max=m(1+/2)=2*pi*(1+0.025)= 6.44026493985908rad/s min=m(1-)/2=2*pi*(1-0.025)= 6.12610567450010rad/s3.2等效驅(qū)動力矩由上面等效阻力矩作圖（見

17、附圖），在同一個周期內(nèi)，驅(qū)動力矩做功應等于阻力矩做功。 (med-mer)d =0 用近似面積計算：等效阻力矩線圍成面積= 7055.69001mm2,可求得等效驅(qū)動力矩：2med= 7055.69001*8.0024*/90，med= 39.18652*8.0024=313.5862226666667nm，3.3求最大盈虧功最大盈虧功wmax =（med-mer）d=斜線以上部分的總面積，=0.2mm用cad量得斜線以上部分的總面積=3879.53623912826mm2，根據(jù)比例尺，有wmax=3879.53623912826*4*/90= 1083.695904439571（j）3.4原

18、機構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動慣量je=jo2+jo1(no1/n2)2+jo”(no” /n2)2+jo(no/n2)2 又no2/no=60/1440,no/no=do/do=300/100,no/no1=z1/zo=10/20,將以上各值帶入(4-4)中： je=133.3 kgm23.5求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量jfjf=wmax900/n22 -=1083.695904439571*900/602/2/0.05-133.3= 415.7067587308556 kg*m23.6結(jié)果項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)wmax1083.695904439571j313.5862226666667nm133.3 kgm2jf4.15

19、7067587308556 kgm24.凸輪機構(gòu)設計4.1推桿運動規(guī)律已知 擺桿9為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角，遠休止角s,回程運動角,擺桿長度lo9d，最大擺角max，許用壓力角凸輪與曲柄共軸。要求 確定方案凸輪的基本尺寸，選定滾子的半徑，畫出凸輪的實際廓線。步驟： 1）根據(jù)從動件的運動規(guī)律，按照下列公式計算推程和回程的各個角位移。等加速推程： =2max2/o2 ，= = 4max/o2 “=4max/o2 等減速推程： =max-2max(o-) 2/ o2 ,= = 4max(o-) /o2 “ =-4max(o-)/o2 把推程角6等分，并列出對應的擺角：表位置1234567

20、（）012.52537.55062.575（）00.8333333.333337.500011.666614.1663315.0000d/dt00.8377581.675512.513271.675510.8377580等加速回程： =max-2max2/，o2 ,= = -4max/ ，o2 “ =-4max/o2 等減速回程： =2max(，o-) 2/ ，o2,= = -4max(，o-) / ，o2 裝 訂 線 “ =-4max(o-)/ o2 位置1234566（）8597.5110122.5135147.5160（）1514.166611.66667.50003.333330.8333330d/dt0-0.8377-1.6755-2.5132-1.67551-0.8377504.2凸輪基本尺寸設計-w4sin4 -s4in4-s4w4cos4 0 0w4cos4 s4cos4-s4w4sin4 0 0 0 -l4w4cos4 -l5w5cos5 0 0 -l4w4sin4 -l5w5sin5 0用auto cad2004作圖確定基圓的半徑和中心距。以擺桿長為半徑，