機(jī)械原理設(shè)計(jì)說(shuō)明書牛頭刨床機(jī)構(gòu)分析

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書課程名稱 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 設(shè)計(jì)題目： 牛頭刨床機(jī)構(gòu)分析 設(shè)計(jì)條件及要求：1原始參數(shù)：題 號(hào)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析計(jì)算位置轉(zhuǎn)速n2(r/min)機(jī)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(dòng)慣量 js4 (kg m2)2493503001.40.3460020701.1302設(shè)計(jì)要求：(1) 根據(jù)給定的工作原理和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按照指定位置畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。要求用

2、圖解法設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟寫在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。(2) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(jì)算過(guò)程詳細(xì)寫在說(shuō)明書中。(3) 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(jì)說(shuō)明書一份。應(yīng)包括設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程等。設(shè)計(jì)時(shí)間：自2011年6月20日至2011年6月25日設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師（簽字）： 教研室主任 （簽字）： 年 月 日課 程 設(shè) 計(jì) 成 績(jī) 評(píng) 定 書專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班級(jí)： 09機(jī)41 姓名：艾路 1設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床機(jī)構(gòu)分析2指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)成績(jī)： 指導(dǎo)教師

3、（簽字） 年 月 日3設(shè)計(jì)指導(dǎo)小組復(fù)評(píng)意見： 組長(zhǎng)（簽名） 年 月 日4教學(xué)院長(zhǎng)審核意見： 教學(xué)院長(zhǎng)（簽名） 年 月 日目 錄一、概述11.1課程設(shè)計(jì)目的11.2工作原理21.3設(shè)計(jì)要求31.4設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)41.5設(shè)計(jì)要求4二、機(jī)構(gòu)尺寸大小設(shè)計(jì)62.1機(jī)構(gòu)的自由度62.2確定機(jī)構(gòu)的極位夾角62.3計(jì)算出連桿、導(dǎo)桿、曲柄的長(zhǎng)度大小62.4設(shè)計(jì)滑塊6的軌跡高度72.6設(shè)計(jì)結(jié)果7三、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(huì)17一、概述1.1課程設(shè)計(jì)目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

4、是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類學(xué)生第一次全面的機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，是本課程的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)。起目的在于進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立解決有關(guān)課程實(shí)際問題的能力，使學(xué)生對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和設(shè)計(jì)有一個(gè)比較完整的概念，具備計(jì)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(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)完成工件的平面切削加工的機(jī)床。圖1為其參考示意圖。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。刨床工作時(shí)，刨頭6由曲柄2帶動(dòng)右行，刨刀進(jìn)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(shí)，即為空回行程，此行程無(wú)工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)連同工件在垂直紙面方向上做一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。（a）機(jī)械系統(tǒng)示意圖 （b） 刨頭阻力曲線圖（c） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 圖1 牛頭刨床1.3設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)軸與曲柄軸2平行，刨刀刀刃e點(diǎn)與鉸鏈點(diǎn)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(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值。執(zhí)行構(gòu)件的傳動(dòng)效率按0.95計(jì)算，系統(tǒng)有過(guò)載保護(hù)。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)。1.4設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)題 號(hào)2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)速n

6、2(r/min)49機(jī)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(jī)構(gòu)動(dòng)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(dòng)慣量 js4 (kg m2)1.11.5設(shè)計(jì)要求作原理和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸，按照指定位置畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（a2）。要求用圖解法設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟寫在設(shè)計(jì)說(shuō)明書中。2、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(jì)算過(guò)程詳細(xì)寫在說(shuō)明書中。3、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(jì)算過(guò)程詳細(xì)寫在說(shuō)明書中。4、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份。包括設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程等。二、機(jī)構(gòu)尺寸大小設(shè)計(jì)2.1機(jī)構(gòu)的自由度曲柄為機(jī)構(gòu)原動(dòng)件。2.2確定機(jī)構(gòu)的極位夾角已知形成速比系數(shù)k=1.4，則為：2.3計(jì)算出連桿、導(dǎo)桿、曲柄的長(zhǎng)度大小已知工作行程、機(jī)架、連桿與導(dǎo)桿之比2.4設(shè)計(jì)滑塊6的軌跡高度設(shè)計(jì)滑塊6的軌跡，為使連桿5在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)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(duì)稱軸的交點(diǎn)e，導(dǎo)桿4與對(duì)稱軸重合是最高點(diǎn)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(yùn)動(dòng)到最

8、高點(diǎn)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(duì)稱軸的交點(diǎn)e,是在軌跡下方的最大壓力角，b運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)位置時(shí)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(jì)算公式為。bc sin +bc sin=ef即當(dāng)兩壓力角相等時(shí)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(jì)結(jié)果本人的要求角度是30。即以左極限為基準(zhǔn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30，為曲柄的位置，根據(jù)長(zhǎng)度大小關(guān)系依次確定的位置。以b點(diǎn)為圓心，bc的長(zhǎng)度為圓心畫圓，交ef的中垂線有兩點(diǎn)，根據(jù)原始圖像，應(yīng)取左邊的點(diǎn)，記為c點(diǎn)。三、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析3.1速度分析由運(yùn)動(dòng)已知的曲柄a

9、點(diǎn)開始，列兩構(gòu)建重合點(diǎn)間速度矢量方程，求構(gòu)件4上a點(diǎn)的速度，因?yàn)?=2n2/60 rad/s=5.13rad/s故對(duì)a點(diǎn)進(jìn)行速度分析可得： a4= a3+ a4a3大小 ? 0.63 ?方向 o4a o2a o4b取極點(diǎn)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(diǎn)速度以及構(gòu)件4與構(gòu)件3上重合點(diǎn)的相對(duì)速度。由此可知各點(diǎn)的速度0.21m/s (順時(shí)針)0.31m/s對(duì)構(gòu)件5上b、c點(diǎn)，列同一構(gòu)件兩點(diǎn)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(yùn)動(dòng)，故可知曲柄上a點(diǎn)的加速度的大小和方向，且構(gòu)件2和3上的a點(diǎn)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(duì)a點(diǎn)由加速度關(guān)系式可知： 大小： ？ ？ ？方向： ？ 取極點(diǎn) ,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(diǎn)和質(zhì)心s4點(diǎn)加速度和，用構(gòu)件4上a點(diǎn)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(shí)針）

11、對(duì)c點(diǎn)進(jìn)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(jì)算結(jié)果，計(jì)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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jìn)行平移一段距離，將等效消除。先取構(gòu)件4，對(duì)o4點(diǎn)列力矩平衡方程，求出反力： =7122n再對(duì)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(jī)架對(duì)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(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我受益匪淺。首先，通過(guò)這一次的課程設(shè)計(jì)，我進(jìn)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(shí)，培養(yǎng)了自己獨(dú)立分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的能力。而且，這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)和同學(xué)合作，培養(yǎng)合作意識(shí)，最終實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目的。其次通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，對(duì)牛