牛頭刨床設(shè)計 機械原理課程設(shè)計

1、課程設(shè)計計算說明書設(shè)計題目牛頭刨床設(shè)計目錄一、課程設(shè)計的目的與要求二、設(shè)計正文1.設(shè)計題目2.牛頭刨床機構(gòu)簡介3.機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)4. 設(shè)計內(nèi)容附圖1：導桿機構(gòu)的運動分析與動態(tài)靜力分析一、課程設(shè)計的目的和任務1、目的機械原理課程設(shè)計是培養(yǎng)學生掌握機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機械原理課程學習過程中的一個重要實踐環(huán)節(jié)。其目的是以機械原理課程的學習為基礎(chǔ)，進一步鞏固和加深所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)學生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，使學生熟悉機械系統(tǒng)設(shè)計的步驟及方法，其中包括選型、運動方案的確定、運動學和動力學的分析和整體設(shè)計等，并進一步提高計

2、算、分析，計算機輔助設(shè)計、繪圖以及查閱和使用文獻的綜合能力。2、任務本課程設(shè)計的任務是對牛頭刨床的機構(gòu)選型、運動方案的確定；對導桿機構(gòu)進行運動分析和動態(tài)靜力分析。并在此基礎(chǔ)上確定飛輪轉(zhuǎn)慣量，設(shè)計牛頭刨床上的凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)。二、設(shè)計正文：1、設(shè)計題目：牛頭刨床1）為了提高工作效率，在空回程時刨刀快速退回，即要有急會運動，行程速比系數(shù)在1.4左右。2）為了提高刨刀的使用壽命和工件的表面加工質(zhì)量，在工作行程時，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應近似勻速運動。3）曲柄轉(zhuǎn)速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右為好，切削阻力約為7000N，其變化規(guī)律如圖所示。2、牛頭刨床機構(gòu)簡介牛頭刨床是一種用

3、于平面切削加工的機床，如圖4-1。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，由導桿機構(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，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(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)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)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約5H的空刀距離，見圖4-1

4、，b），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。3、機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)1）機構(gòu)簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。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，由導桿機構(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，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(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。為此刨床采用急回作用得導桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時

5、間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，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)，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減少切削質(zhì)量和電動機容量。2）設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計內(nèi)容導桿機構(gòu)的運動分析導桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析符號n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4單位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164

6、350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.24、設(shè)計內(nèi)容1）導桿機構(gòu)的運動分析已知：曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導路x-x位于導桿端點B所作的圓弧高的平分線上。要求：做機構(gòu)的運動簡圖，并作機構(gòu)兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動靜力分析一起畫在1號圖紙上。曲柄位置圖的作法為取1和8為工作形成起點和終點對應的曲柄位置，1和7為切削起點和終點所對應的位置，其余2，312等，是由位置1起順v2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位

7、置。機構(gòu)位置2和6的運動簡圖1、選擇表中方案。2、曲柄位置“2”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“2”進行速度分析。取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。有2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其轉(zhuǎn)向為順時針方向。A3=A2=2×lO2A·µl =6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s方向:AO2列速度矢量方程，得A4=A3+A4A3大小? ?方向 O4A O2A O4B取速度極點P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速

8、度多邊形如圖。圖1-1則由圖1-1知，A4=pa4·v=28.50500264×0.01 m/s =0.2850500264 m/s方向pa4A4A3=a3a4·v=53.05755578×0.01m/s=0.5305755578m/s方向a3a44=A4/ lO4A·µl =0. 2850500264/0.38342033151 =0.74344003rad/s其轉(zhuǎn)向為順時針方向。B5=B4=4·lO4B·µl =0.74344003×580=0.4311952229m/s方向pb5取5構(gòu)件為

9、研究對象，列速度矢量方程，得C=B5+CB5大小? ?方向 XX O4B BC其速度多邊形如圖1-1所示，有C=pc·v=41.69703748×0.01 m/s =0.4169703748m/s方向pcCB5=b5c·v=9.7766008×0.01 m/s =0.0997766008m/s方向b5c取曲柄位置“2”進行加速度分析.取曲柄構(gòu)件3和4的重合點A進行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4= a A4n+ a A4t= a A3+a A4A3k+a A4A3r大小? ?方向 ?AO4O4BAO2 O4B（向右）O4BaA4n=42×

10、lO4A·µl=0.743440032×0.38342033151=0.21191759747m/s2a A3=22×lO2A·µl =6.6986666672×90×0.001=4.03849216039m/s2aA4A3k=24A4A3=2×0.74344003×0.5305755578=0.78890221721m/s2方向a3´k取加速度極點為P,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖圖1-2則由圖12知，a A4t=n1· a4´

11、83;a =27.70305525×0.1=2.770305525m/s2方向n1 a4´a A4A3r = ka4´·a=16.96343176×0.1=1.696343176m/s2方向k a4´4=a A4t / lO4A·µl = 2.770305525/0.38342033151rad/s2=7.2252441965rad/s2其轉(zhuǎn)向為順時針方向。a A4 = p´a4´·a = 27.78399138×0.1m/s2 =2.778399138m/ s2方向p

12、80; a4´a A4A3=a3´·a4´·a=18.70814496×0.1=1.870814496 m/s2方向a3´a4´取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得aC= aB5n +aB5+ aCB5n+ aCB5大小? ?方向 xx BA ABCB BCaB5n=42lO4B·µl=0.743440032×580×0.001=0.32056778535m/s2方向p´n´aB5=aA4t·lO4B/lO4A=2.770305525

13、5;580/383.42033151=4.19064163387m/s2方向n´aB5´aCB5n=CB52/lBC·µl=0.09977660082/0.174=0.054932139771m/s2方向aB5´n其加速度多邊形如圖12所示，有aB5= p´aB5´·a =42.02884844×0.1m/s2 =4.202884844m/s2aCB5t= nC´·a =6.41473606×0.1m/s2 =0.641473606m/s2方向nc´aC= p

14、80;C´·a = 40.99471642×0.1m/s2 = 4.099471642 m/s2方向p´C´2、曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“6”進行速度分析。取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。有2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其轉(zhuǎn)向為順時針方向。A3=A2=2×lO2A·µl =6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s方向:AO2列速度矢量方程，得A4=A3+A4

15、A3大小? ?方向 O4A O2A O4B取速度極點P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如圖。圖1-3則由圖1-3知，A4=pa4·v=48.64352445×0.01 m/s =0.4864352445 m/s方向pa4A4A3=a3a4·v=35.6153178×0.01m/s=0. 356153178m/s方向a3a44=A4/ lO4A·µl =0.4864352445/0.41841411745 =1.1625689103rad/s其轉(zhuǎn)向為順時針方向。B =4·lO4B·&

16、#181;l =1.1625689103×0.58=0.674289967865m/s方向pb取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程，得C=B+CB大小? ?方向 XX O4B BC其速度多邊形如圖1-1所示，有C=pc·v=66.46579386×0.01 m/s =0.6646579386m/s方向pcCB=bc·v=10.27504851×0.01 m/s =0.1027504851m/s方向bc取曲柄位置“6”進行加速度分析.取曲柄構(gòu)件3和4的重合點A進行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4= a A4n+ a A4t= a A3+a A

17、4A3k+a A4A3r大小? ?方向 ?AO4O4BAO2 O4B（向左）O4BaA4n=42×lO4A·µl=1.16256891032×0.41841411745=0.56551449203m/s2方向p´na A3=22×lO2A·µl =6.6986666672×90×0.001=-4.03849216039m/s2方向p´a3´aA4A3k=24A4A3·µv=2×1.1625689103×0. 356153178=0.82

18、810522395m/ s2方向a3´k取加速度極點為P,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖圖1-4則由圖14知，a A4t=n1· a4´·a =15.64929517×0.1=1.564929517m/s2方向na4´a A4A3r = ka4´·a=26.98876937×0.1=2.698876937m/s2方向ka4´4=a A4t/lO4A·µl=1.564929517/0.38342033151rad/s2=4.0814985238rad

19、/s2轉(zhuǎn)向為逆時針方向。a A4 = p´a4´·a =16.63928845×0.1=-1.663928845m/s2方向p´a4´a A4A3=a3´·a4´·a=28.12648423×0.1=2.812648423 m/s2方向a3´a4´取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得aC= aBn +aB+ aCBn+ aCB大小? ?方向 xx BA ABCB BCaBn=42×lO4B·µl=1.16256891032×

20、;580×0.001=7.8390855303 m/s2aB=aA4t·lO4B/lO4A=1.564929517×580/383.42033151=2.1692841661 m/s2aCBn=CB2/lCBµl =0. 10275048512/0.174=0.0606762195 m/s2其加速度多邊形如圖11所示，有aB= p´b´·a = 23.06578941×0.1m/s2 =-2.306578941m/s2aCBt= n 2C´·a = 4.43203343×0.1m/s2

21、 =0. 443203343 m/s2aC = p´C´·a = 22.02727271×0.1m/s2 =-2.202727271 m/s22）導桿機構(gòu)機構(gòu)運態(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。要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運動分析的同一張圖紙上。動態(tài)靜力分析過程：取“2”點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析，作阻力體如圖15所示，選取長度比例尺µl=0.001m/mm,選取力比例尺µP=10N/mm圖

22、15已知P=9000N，G6=800N，又ac=4.099471642m/s2,那么我們可以計算FI6=-m6×ac =- G6/g×ac =-800/10×4.099471642=-327.95773136N又F =P + G6 + FI6+ F45 + FRI6 =0方向：x軸 y軸與ac反向BCy軸大?。?9000 800-m6a6 ? ?作力多邊行如圖1-7所示，選取力比例尺µP=10N/mm。圖1-6由圖1-6力多邊形可得：F R45=CD·µN=933.23700796×10=9331.2818369NFR16=

23、 AD·µN=108.69422679×10N=1049.0487523N取構(gòu)件6為受力平衡體，并對C點取距，有分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析，桿組力體圖如圖1-7所示。圖1-7已知：F R54=F R45=9331.2818369N，G4=220NaS4=aA4·lO4S4/lO4A=2.778399138×290/383.42033151=2.10144242181m/s2S4=4=7.2252441965 rad/s2可得構(gòu)件4上的慣性力FI4=-G4/g×aS4=-220/10×2.10144242181=-46.2317332798N方向與aS4運動方向相反慣性力偶矩MS4=-JS4·S4=-1.2×7.2252441965 = -8.6702930358N·m方向與4運動方向相反（逆時針）將FI4和MS4將合并成一個總慣性力F´S4（=FI4）偏離質(zhì)心S4的距離為hS4= MS4/ FI4，其對S4之矩的方向與4的方向相反（逆時針）取構(gòu)件4為受力平衡體，對A點取矩得：在圖上量取所需要的長度lAB=196.56771918lS4A=93.4