主運動機構的設計

1、機械原理課程設計（2012-2013學年第二學期）論文題目 牛頭刨床主運動機構的設計課程名稱機械原理班級2011級機械7班學 號27姓名汪海洋扌指導老師林星陵老師華僑大學廈門工學院機械工程系2013年06月28日引言機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全 面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練， 是本課程的一個重要教 學環(huán)節(jié)。機械原理課程設計的主要目的是為學生在完成課堂教學基本 內容后提供一個較完整的從事機械設計初步實踐的機會。其意義和目的在于：以機械系統(tǒng)運動方案設計為結合點， 把機械 原理課程設計的各章理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學 生所學的理論知識；培養(yǎng)學生獨立

2、解決有關本課程實際問題的能力， 使學生對于機械運動學和動力學的分析和設計有一個較完整的概念， 具備計算、制圖和使用技術資料的能力。同時，注重學生創(chuàng)新意識的 開發(fā)。本次課程設計以牛頭刨床為例，講述機械原理課程設計的一般 過程。牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床， 本次課程設計的主 要內容是牛頭刨床導桿機構的運動分析和動態(tài)靜力的分析以及不同 設計方案的比較。全班同學分為兩組后每人選擇一個相互不同的位 置、運動簡圖，進行速度、加速度以及機構受力分析，繪制相關運動 曲線圖，并在上述各項內容分別在 A1、A2、A3圖紙上，并完成課 程設計說明書。目錄引言n第一章概論1.1 機構簡介11.2設計任務及要

3、求11.2.1課程設計的任務 11.2.2課程設計的基本要求21.2.3課程設計的已知數(shù)據(jù) 2第二章傳動機構設計方案及擬定2第三章 刨床傳動工作循環(huán)圖 3第四章主傳動機構的分析 44.1 機構運動分析44.1.1曲柄位置“ 1'”的分析44.1.2曲柄位置“ 5”的分析64.2動態(tài)靜力學分析8第五章滑塊曲線圖11第六章 心得體會 13第七章參考文獻14附錄15第一章概論1.1機構簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床， 如圖1-1a。電動機經皮帶和齒輪 傳動，帶動曲柄2和固結在其上的凸輪 &刨床工作時，由導桿機構2 -3 -4 -5 -6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行

4、時，刨刀進行切削，稱工作行程， 此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量；刨頭左行時， 刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生常率。為此刨床采用有 急回作用的導桿機構。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1 -9 -10 -11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），使工作臺連同工件做 一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力（在 切削的前后各有一段約0.05H的空刀距離，圖1-1b），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，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提

5、高切削質量和減少電動機容量。1.2設計任務及要求主運動機構的選型及分析主運動機構的尺度綜合計算未知尺寸， 定長度尺寸比例尺 卩I，畫機構工 作循環(huán)圖（繪制在一張3號圖紙上）。主運動機構的運動分析按學號要求分組，繪制兩位置機構運動簡圖，并 用矢量方程圖解法做這兩個位置的運動分析；繪制機構位移線圖、速度線圖 和加速度線圖。此部分繪制在一張1號圖紙上。主運動機構的力分析按學號要求做一個位置的力分析，繪制機構運動簡 圖，用圖解法求各運動副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。此部分繪在 一張2號圖紙上。作機構的運動簡圖，再作機構兩個位置的速度，加速度圖，列矢量運動 方程；作機構兩位置之一的動態(tài)靜力分析，列

6、力矢量方程，再作力的矢量圖； 用描點法作機構的位移，速度，加速度與時間的曲線。設計內容導桿機構的運動分析導桿機構的動態(tài)靜力分析符號n2L0204L02AL04BLbcL04S4XS6YS6G4G6FrYfJS4數(shù)量603801105400.250.5240502007007000801.1單位r/mi nmmmmmmLO4BL04BmmmmNNNmmkg m2第二章傳動機構設計方案方案3能實現(xiàn)牛頭刨床運動基本要求的機構型式， 繪制所選機構運動簡圖，闡述所選機 構特點（能否實現(xiàn)預期運動、工作性能（工作速度平穩(wěn)較低、急回）、傳遞性能、 動力性能、結構合理性、經濟性等）。方案選擇時考慮以下條件：機構

7、具有確定運動，自由度 F=3 n-（2PI+Ph-P'）-F'=原動件數(shù)=1。通過曲柄帶動導桿機構和滑塊使刨刀往復運動，實現(xiàn)切削功能。工作行程中，刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求，擺動導桿在回程 中有急回作用，滿足行程數(shù)比系數(shù) K。傳動性能好，能承受較大載荷。傳動平穩(wěn)，沖擊振動小。結構合理性，結構簡單合理，尺寸質量較小，制造維修容易。無特殊工藝和設備要求，成本較低。綜合以上條件，對三種方案進行選 定，方案一條件均滿足，方案二刨刀部分速度不夠平穩(wěn)，沖擊振動明顯。方案 三最低點曲柄力的承載性能不夠好。最終確定方案一為初期模型進行后期計算 改進。第三章刨床主運動機構工作循環(huán)圖擺動導

8、桿機構的運動分析，動態(tài)靜力分析，要求對機構的連續(xù) 12個位置 和兩個行程極限位置和兩個切削極限位置及兩個鉛錘位置共 17個位置進行分 析。擺動導桿機構在一循環(huán)中，所連續(xù)間隔位置如圖，圖中的 17個連續(xù)位置 是以曲柄在一循環(huán)中的位置表示的。由位置1起順2方向將曲柄圓周作12等 分的位置。1和8'為行程極限位置1'和7'為切削極限位置，4'和10'為曲柄的上 下兩鉛錘位置。本次說明書針對編號1'和5進行運動分析及對1'進行靜力分析， 其它點計算過程方法與此類似，可類推得。（具體請參見A3圖紙）第四章 主傳動機構的分析4.1機構運動分析4.1.

9、1曲柄位置“ 1' ”的速度及加速度 分析速度分析:已知,垂直于°2A線，指向與'2一致型=2 n n60=6.28rad/s,u3 = 32 °2A=6.28>O.11m/s=0.69m/s2° 2 A，方向列速度矢量方程得V A3 =V A4大小2O2AV方向-o2a-o4a取速度極點P,速度比例尺/°4BMv作速度多邊形則知vA4 =Pa4 % = 0.304m/s ,vA3A4 =0.62m/s, vB 二 Va4 *O4B/O4A=0.40m/s,其中，O4A=415.34mm)（矢量圖形可參見A1圖紙,% =0.005(

10、m/s)/mm。)大小方向Vc水平可得 vc =0.38m/s,Vb已知PBvCB=0.10m/s,V CB丄BC4=0.732rad/so加速度分析：取曲柄位置“ 1"進行加速度分析）因構件2和3在A點處的轉動副相連, 故aAaAsh也，方向由a指向02。取加速度極點為P/，加速度比例尺a：3二a；2二們22lo2A=6.282><0.11 m/S=4.34m/s2, a；4=°.22 m/S。取3、，4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：8 A 3=naA4 a兀+A418 A3 A4k8 A3 A 4大小：2AO2 22AO4 4?24VA3A4方

11、向：AO 2A fO 4丄BO4/O4B丄O4B肉=0.03(m/s2)/mm。作加速度多邊形。則,2 o TaCB = Vcb / BC=0.08m/s2列加速度矢量方程得:aA4 =P'A'4 aF 3.04m/S2 , aA4 =3.03 m/s2, aA3A4 =0.87 m/&, aA3A4=1.69m/s2, 用加速度影象法求得 鬼=3.96 m/s2o (具體矢 量圖參見A1圖紙)a c二 a bna c ba c b大小?已知vCb / BC?方向水平P'B'Cf B丄CB取5構件為研究對象比嚴比=P'C 由= 3.92 m/s2

12、aCB=0.74 m/s285= vCB / BC =5.50m/s4.1.2曲柄位置“ 5”的速度及加速度分析速度分析：同求“ 1'”方法一樣可求，2方向垂直于°2A線，指向與2 致，'2大小與上述“ 1”的一樣。U3 = 列速度矢量方程得=6.28Q11m/s=0.69m/sV A 3=V A4V A 3 A 4大小;2O2AV?方向-0?AA/O4B取速度極點P，速度比例尺厲=0.01(m/s)/mm。作速度多邊形則知vA4 = PA4 % =0.68m/s ,vA3A4=0.12m/s , Vb =0.75m/s。Vc 二VbVCB大小?已知?方向水平PB丄B

13、CvC =0.75m/s, vCB =0.04m/s。其中，O4A=487.75mm,4=1.395rad/s。加速度分析：取曲柄位置“ 5”進行加速度分析。a：2 = a：3=22lo2A 方向由 A 指向。2。aA3 = aA2 = 21o2a=6.2-8 X).11 m/S=4.34m/Sa；4=0.93 m/s2。邊形。測得,aA4 =P'A'4 a= 1.04m/s2盼=0.43 m/&,k*aA3A4 =0.34 m/S2,取3、4構件重合點A為研究對象, 列加速度矢量方程a A 3=na A4aA4Y3 A3 A4ka A3 A 4大?。?AO2 22ao

14、4 4?2 '4VA3A4方向：AO 2A fO 4丄BO4/O4B丄O4B取加速度極點為p/，加速度比例尺pa=0.025(m/s2)/mm。作加速度多yaA3A4=3.33m/s2。用加速度影象法求得aB=1.15 m/s o取5構件為研究對象，列加速度矢量方程a ca B+o+a C Ba C B大小?已知Vcb / BC?方向水平P ' B 'Cf B丄CB其中 aCB=0.011m/s ,有3c5 = 3c =P C a =p-0.62 m/s ,aCB=1.03 m/s2 ,a5=vCB/BC =7.62m/s24.2動態(tài)靜力學分析取“1'”點為研究

15、對象（具體參見A2圖紙）對構件6進行運動靜力分析，作阻力體如圖16所示圖1 6已知 Fr=7000N, G6=700N,又 ac=ac5=3.9248m/s ,那么我們可以計算Fi6=- Ge/g & =-700/9.8 3%248=-280.345N又藝FF葉G6 + Fi6+F45+FR16=0，作為多邊行如圖1-7所示。由圖1-7力多邊形可得：F45=7290.161N, Fr16= 1078.189N。對 c 點取距有：藝 Me二-Fr Yf-G6Xs6+ Fr16 x-Fi6 Ys6=0代入數(shù)據(jù)得x=0.35057m對構件4進行運動靜力分析，桿組力體圖如圖1-8所示,已知:F

16、54=-Fas4=aA4 O4S4/O4A=3.043 >270/415.34m/$=1.97789m/&a4 = aB /O4B=7.305m/s2由此可得：Fi4=-G4/g XS4 =-200/9.8 1X7789N=-40.3651NM s4=-Js4 a4=-1.1 X305 N m= -8.0355N m對 O4點取矩：h4=70.19mm, hj4=269.27mm, h54=513.45, h34=372.97mm<3Ma=G4X 0.07019+Fj4X 0.26927+MS4+F54X 0.51345-F 34X 0.37297=0代入數(shù)據(jù)得 Fr34

17、=10124.34184N。又 藝F=F4+F34+Fi4+G4+Fi4=0,作力的多邊形如圖1-9所示由圖1-9可得：F14=3726.484N由構件 3： R43= -R23對曲柄2進行運動靜力分析，作組力體圖如圖1-10所示，h2=48.51mm,則對曲柄列平行方程有,藝 M=M-F 32 h2=0 即 M=491.13 N M第五章滑塊曲線圖（詳見A1圖紙）位移曲線 ：2.5mm/mm速度曲線 :00 3(m/s)/mm加速度曲線：0.1(m/s2)/mm位移曲線速度曲線加速度曲線第六章心得體會通過這次課程設計，扎實了我的理論知識，培養(yǎng)了獨立解決有關 本課程實際問題的能力，讓我對于機械

18、運動學和動力學的分析和設計 有一個較完整的概念，此次測算我采用了 AutoCAD制圖技術畫出主運 動機構進行數(shù)據(jù)采集，更一步提高了數(shù)據(jù)的準確性及CAD制圖技術。并新學并使用公式編輯器軟件的使用，自身運用計算輔助軟件的能力 得到了實際應用及提高。本次設計采用分組分工完成，由個人各自的處理數(shù)據(jù)計算和圖形繪制，通過我們宿舍的討論及與其他同學積極討論，并反復對自己的結果進行核算復查，盡量避免自己數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤。在整合各個數(shù)據(jù)并 完成運動線圖的繪制。在本次課程設計過程中，也遇到了加速度分析 及方向分析的，繪圖細節(jié)考慮不周全的問題，得到老師的細心指導， 在機械原理及工程力學等方面的知識得到了提高。通過本次課

19、程設計，自身在各學科理論知識、計算、繪圖使用 技術資料的和計算機的熟練程度得到了提高。 鍛煉自身的獨立工作能 力，也鍛煉了機械總體設計能力，讓自身更加了解實際問題，更加了 解機械行業(yè)。第七章參考文獻1 孫桓,陳作模,葛文杰機械原理M.7版.北京:高等教育出版社.2006.2 盛冬發(fā)，劉軍.理論力學M.北京:北京大學出版社.2007.3 張佑林，王琳.現(xiàn)代機械工程圖學教程M.北京:科學出版社.2007.4 張佑林.機械工程圖學基礎教程M.北京:人民郵電出版社.2011.附錄:各點的位移、速度、加速度的數(shù)據(jù)'編號Sc(mm)° c (m/s)a c (m/s2)1006.0121

20、'15.630.3763.924217.940.4173.736362.150.6502.0804120.870.7500.9944'156.320.76205184.010.749-0.6216243.050.652-1.9087289.680.454-3.4077'297.000.372-4.0048312.310.0035-6.6698'312.630-6.6979293.43-0.561-8.84910218.23-1.051-0.90210'156.32-1.382011106.74-1.2553.7001224.41-0.6248.921機械原理課程設計任務書學生姓名： 專業(yè)班級： 指導教師： 設計題目：牛頭刨床主運動機構設計設計任務：1. 主運動機構的選型及分析2. 主運動機構的尺度綜合計算未知尺寸，定長度尺寸比例尺 卩丨，畫機構工作循環(huán)圖（繪制在一張 3 號圖紙上）。3. 主運動機構的運動分析按學號要求分組，繪制兩位置機構運動簡圖，并用矢量方程圖解法做這兩個 位置的運動分析；繪制機構位移線圖、速度線圖和加速度線圖。此部分繪制在一 張1號圖紙上。4.