主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)（2012-2013學(xué)年第二學(xué)期）論文題目 牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)課程名稱機(jī)械原理班級(jí)2011級(jí)機(jī)械7班學(xué) 號(hào)27姓名汪海洋扌指導(dǎo)老師林星陵老師華僑大學(xué)廈門工學(xué)院機(jī)械工程系2013年06月28日引言機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第一次較全 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)。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的主要目的是為學(xué)生在完成課堂教學(xué)基本 內(nèi)容后提供一個(gè)較完整的從事機(jī)械設(shè)計(jì)初步實(shí)踐的機(jī)會(huì)。其意義和目的在于：以機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為結(jié)合點(diǎn)， 把機(jī)械 原理課程設(shè)計(jì)的各章理論和方法融會(huì)貫通起來(lái)，進(jìn)一步鞏固和加深學(xué) 生所學(xué)的理論知識(shí)；培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立

2、解決有關(guān)本課程實(shí)際問(wèn)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)較完整的概念， 具備計(jì)算、制圖和使用技術(shù)資料的能力。同時(shí)，注重學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的 開(kāi)發(fā)。本次課程設(shè)計(jì)以牛頭刨床為例，講述機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的一般 過(guò)程。牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床， 本次課程設(shè)計(jì)的主 要內(nèi)容是牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力的分析以及不同 設(shè)計(jì)方案的比較。全班同學(xué)分為兩組后每人選擇一個(gè)相互不同的位 置、運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，進(jìn)行速度、加速度以及機(jī)構(gòu)受力分析，繪制相關(guān)運(yùn)動(dòng) 曲線圖，并在上述各項(xiàng)內(nèi)容分別在 A1、A2、A3圖紙上，并完成課 程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。目錄引言n第一章概論1.1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介11.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要

3、求11.2.1課程設(shè)計(jì)的任務(wù) 11.2.2課程設(shè)計(jì)的基本要求21.2.3課程設(shè)計(jì)的已知數(shù)據(jù) 2第二章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及擬定2第三章 刨床傳動(dòng)工作循環(huán)圖 3第四章主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析 44.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析8第五章滑塊曲線圖11第六章 心得體會(huì) 13第七章參考文獻(xiàn)14附錄15第一章概論1.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床， 如圖1-1a。電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪 傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪 &刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2 -3 -4 -5 -6帶動(dòng)刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行

4、時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程， 此時(shí)要求速度較低并且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時(shí)， 刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)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(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪8通過(guò)四 桿機(jī)構(gòu)1 -9 -10 -11與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺(tái)連同工件做 一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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(méi)有切削 阻力。因此刨頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速 運(yùn)轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來(lái)減小主軸的速度波動(dòng)，以提

5、高切削質(zhì)量和減少電動(dòng)機(jī)容量。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型及分析主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺度綜合計(jì)算未知尺寸， 定長(zhǎng)度尺寸比例尺 卩I，畫機(jī)構(gòu)工 作循環(huán)圖（繪制在一張3號(hào)圖紙上）。主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析按學(xué)號(hào)要求分組，繪制兩位置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并 用矢量方程圖解法做這兩個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)分析；繪制機(jī)構(gòu)位移線圖、速度線圖 和加速度線圖。此部分繪制在一張1號(hào)圖紙上。主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力分析按學(xué)號(hào)要求做一個(gè)位置的力分析，繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn) 圖，用圖解法求各運(yùn)動(dòng)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(hào)圖紙上。作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，再作機(jī)構(gòu)兩個(gè)位置的速度，加速度圖，列矢量運(yùn)動(dòng) 方程；作機(jī)構(gòu)兩位置之一的動(dòng)態(tài)靜力分析，列

6、力矢量方程，再作力的矢量圖； 用描點(diǎn)法作機(jī)構(gòu)的位移，速度，加速度與時(shí)間的曲線。設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析符號(hào)n2L0204L02AL04BLbcL04S4XS6YS6G4G6FrYfJS4數(shù)量603801105400.250.5240502007007000801.1單位r/mi nmmmmmmLO4BL04BmmmmNNNmmkg m2第二章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案方案3能實(shí)現(xiàn)牛頭刨床運(yùn)動(dòng)基本要求的機(jī)構(gòu)型式， 繪制所選機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，闡述所選機(jī) 構(gòu)特點(diǎn)（能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期運(yùn)動(dòng)、工作性能（工作速度平穩(wěn)較低、急回）、傳遞性能、 動(dòng)力性能、結(jié)構(gòu)合理性、經(jīng)濟(jì)性等）。方案選擇時(shí)考慮以下條件：機(jī)構(gòu)

7、具有確定運(yùn)動(dòng)，自由度 F=3 n-（2PI+Ph-P'）-F'=原動(dòng)件數(shù)=1。通過(guò)曲柄帶動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊使刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)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(dòng)導(dǎo)桿在回程 中有急回作用，滿足行程數(shù)比系數(shù) K。傳動(dòng)性能好，能承受較大載荷。傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊振動(dòng)小。結(jié)構(gòu)合理性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，尺寸質(zhì)量較小，制造維修容易。無(wú)特殊工藝和設(shè)備要求，成本較低。綜合以上條件，對(duì)三種方案進(jìn)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(dòng)明顯。方案 三最低點(diǎn)曲柄力的承載性能不夠好。最終確定方案一為初期模型進(jìn)行后期計(jì)算 改進(jìn)。第三章刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖擺動(dòng)導(dǎo)

8、桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)態(tài)靜力分析，要求對(duì)機(jī)構(gòu)的連續(xù) 12個(gè)位置 和兩個(gè)行程極限位置和兩個(gè)切削極限位置及兩個(gè)鉛錘位置共 17個(gè)位置進(jìn)行分 析。擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)在一循環(huán)中，所連續(xù)間隔位置如圖，圖中的 17個(gè)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?qū)⑶鷪A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(shuō)明書針對(duì)編號(hào)1'和5進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析及對(duì)1'進(jìn)行靜力分析， 其它點(diǎn)計(jì)算過(guò)程方法與此類似，可類推得。（具體請(qǐng)參見(jiàn)A3圖紙）第四章 主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析4.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)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(jiàn)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(jìn)行加速度分析）因構(gòu)件2和3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連, 故aAaAsh也，方向由a指向02。取加速度極點(diǎn)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(gòu)件重合點(diǎn)A為研究對(duì)象，列加速度矢量方程得：8 A 3=naA4 a兀+A418 A3 A4k8 A3 A 4大?。?AO2 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(jiàn)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(gòu)件為研究對(duì)象比嚴(yán)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(diǎn)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(jìn)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(cè)得,aA4 =P'A'4 a= 1.04m/s2盼=0.43 m/&,k*aA3A4 =0.34 m/S2,取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)A為研究對(duì)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(diǎn)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(gòu)件為研究對(duì)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(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析取“1'”點(diǎn)為研究

15、對(duì)象（具體參見(jiàn)A2圖紙）對(duì)構(gòu)件6進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(jì)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(duì) c 點(diǎn)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(duì)構(gòu)件4進(jìn)行運(yùn)動(dòng)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(duì) O4點(diǎn)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(gòu)件 3： R43= -R23對(duì)曲柄2進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作組力體圖如圖1-10所示，h2=48.51mm,則對(duì)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(jiàn)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(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，扎實(shí)了我的理論知識(shí)，培養(yǎng)了獨(dú)立解決有關(guān) 本課程實(shí)際問(wèn)題的能力，讓我對(duì)于機(jī)械

18、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和設(shè)計(jì) 有一個(gè)較完整的概念，此次測(cè)算我采用了 AutoCAD制圖技術(shù)畫出主運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，更一步提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及CAD制圖技術(shù)。并新學(xué)并使用公式編輯器軟件的使用，自身運(yùn)用計(jì)算輔助軟件的能力 得到了實(shí)際應(yīng)用及提高。本次設(shè)計(jì)采用分組分工完成，由個(gè)人各自的處理數(shù)據(jù)計(jì)算和圖形繪制，通過(guò)我們宿舍的討論及與其他同學(xué)積極討論，并反復(fù)對(duì)自己的結(jié)果進(jìn)行核算復(fù)查，盡量避免自己數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在整合各個(gè)數(shù)據(jù)并 完成運(yùn)動(dòng)線圖的繪制。在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，也遇到了加速度分析 及方向分析的，繪圖細(xì)節(jié)考慮不周全的問(wèn)題，得到老師的細(xì)心指導(dǎo)， 在機(jī)械原理及工程力學(xué)等方面的知識(shí)得到了提高。通過(guò)本次課

19、程設(shè)計(jì)，自身在各學(xué)科理論知識(shí)、計(jì)算、繪圖使用 技術(shù)資料的和計(jì)算機(jī)的熟練程度得到了提高。 鍛煉自身的獨(dú)立工作能 力，也鍛煉了機(jī)械總體設(shè)計(jì)能力，讓自身更加了解實(shí)際問(wèn)題，更加了 解機(jī)械行業(yè)。第七章參考文獻(xiàn)1 孫桓,陳作模,葛文杰機(jī)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(xué)M.北京:北京大學(xué)出版社.2007.3 張佑林，王琳.現(xiàn)代機(jī)械工程圖學(xué)教程M.北京:科學(xué)出版社.2007.4 張佑林.機(jī)械工程圖學(xué)基礎(chǔ)教程M.北京:人民郵電出版社.2011.附錄:各點(diǎn)的位移、速度、加速度的數(shù)據(jù)'編號(hào)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(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：1. 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型及分析2. 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺度綜合計(jì)算未知尺寸，定長(zhǎng)度尺寸比例尺 卩丨，畫機(jī)構(gòu)工作循環(huán)圖（繪制在一張 3 號(hào)圖紙上）。3. 主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析按學(xué)號(hào)要求分組，繪制兩位置機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并用矢量方程圖解法做這兩個(gè) 位置的運(yùn)動(dòng)分析；繪制機(jī)構(gòu)位移線圖、速度線圖和加速度線圖。此部分繪制在一 張1號(hào)圖紙上。4.