機械原理課程設(shè)計(牛頭刨床)

.PAGE.機械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目：牛頭刨床學院、系：機械工程學院專業(yè)：學生姓名：班級：學號指導教師__職稱職稱最終評定成績設(shè)計日期：20年0月0日目錄設(shè)計題目…………….……32.牛頭刨床機構(gòu)簡介……………….………33.機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù)…….…..44.設(shè)計內(nèi)容…………….………….………….55.體會心得………………….156.參考資料……..…………16附圖1：導桿機構(gòu)的運動分析與動態(tài)靜力分析附圖2：擺動從計動件凸輪機構(gòu)的設(shè)計附圖3：牛頭刨床飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定1設(shè)計題目：牛頭刨床為了提高工作效率,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。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。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,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)3.1.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。3.2設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)導桿機構(gòu)的運動分析導桿機構(gòu)的動靜態(tài)分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minmmNmmkgm2Ⅲ724301108100.36lo4B0.5lo4B1804022062080001001.2飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定凸輪機構(gòu)的設(shè)計無齒輪任務no’z1zo"z1"Jo2Jo1Jo"Jo’maxlo9D[]s’r/minkgm2mmⅢ0.1614401519500.50.30.20.215130427510654、設(shè)計內(nèi)容4.1.導桿機構(gòu)的運動分析〔見圖例1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2,3…12等,是由位置1起順2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置。步驟：1設(shè)計導桿機構(gòu)。按已知條件確定導桿機構(gòu)的未知參數(shù)。其中滑塊6的導路x-x的位置可根據(jù)連桿5傳力給滑塊6的最有利條件來確定,即x-x應位于B點所畫圓弧高的平分線上〔見圖例1。2作機構(gòu)運動簡圖。選取比例尺按表4－2所分配的兩個曲柄位置作出機構(gòu)的運動簡圖,其中一個位置用粗線畫出。曲柄位置的做法如圖4－2；取滑塊6在上極限時所對應的曲柄位置為起始位置1,按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分,得十二個曲柄位置,顯然位置8對應于滑塊6處于下極限的位置。再作出開始切削和中止切削所對應的1’和8’兩位置。共計14個機構(gòu)位置。3作速度,加速度多邊形。選取速度比例尺=0.0168〔和加速度比例尺=0.0168〔,用相對運動圖解法作該兩個位置的速度多邊形和加速度多邊形,并將起結(jié)果列入表。4>作滑塊的運動線圖。根據(jù)機構(gòu)的各個位置,找出滑塊6上C點的各對應位置,以位置1為起始點,量取滑塊的相應位移,取位移比例尺=0.0109〔,作〔t線圖。為了能直接從機構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移。然后根據(jù)〔t線圖用圖解微風法〔弦線法作出滑塊的速度〔t線圖,并將結(jié)果與其相對運動圖解法的結(jié)果比較。5繪制滑塊的加速度線圖〔見圖1.導桿機構(gòu)的運動分析1>.選取長度比例尺μ,作出機構(gòu)在位置4的運動簡圖。如一號圖紙所示,選取μ=l/OA〔m/mm>進行作圖,l表示構(gòu)件的實際長度,OA表示構(gòu)件在圖樣上的尺寸。作圖時,必須注意μ的大小應選得適當,以保證對機構(gòu)運動完整、準確、清楚的表達,另外應在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關(guān)分析圖形的位置。2.>求原動件上運動副中心A的v＇和av=ωl＝0.829m/s式中v——B點速度〔m/s方向丄AOa=ωl=6.247m/s 式中a——A點加速度〔m/s,方向A→O3.解待求點的速度及其相關(guān)構(gòu)件的角速度由原動件出發(fā)向遠離原動件方向依次取各構(gòu)件為分離體,利用絕對運動與牽連運動和相對運動關(guān)系矢量方程式,作圖求解。〔1列出OB桿A點的速度矢量方程根據(jù)平面運動的構(gòu)件兩點間速度的關(guān)系絕對速度=牽連速度+相對速度先列出構(gòu)件２、４上瞬時重合點Ａ〔Ａ,Ａ的方程,未知數(shù)為兩個,其速度方程：Ｖ＝v+v方向：丄ＡＯ丄AO∥ＡＯ大小：？ωl？〔２定出速度比例尺在圖紙中,取p為速度極點,取矢量pa代表v,則速度比例尺μ〔m?s/mmμ==0.002m?s/mm〔３作速度多邊形,求出ω、ω根據(jù)矢量方程式作出速度多邊形的pd部分,則v<m/s>為v=μpa=0.829m/sω=v/l=1.3rad/s其轉(zhuǎn)向為順時針方向。Ｖ=ωl=0.612m/sB點速度為Ｖ,方向與v同向.〔４列出C點速度矢量方程,作圖求解V、VV=Ｖ+V方向：水平丄BＯ丄BC大?。?？ωl？通過作圖,確定Ｃ點速度為V=μbc=0.2909m/sV＝μpc=1.2207m/s 式中V——Ｃ點速度,方向丄BC式中V——Ｃ點速度,方向為p→c。４．解待求點的加速度及其相關(guān)構(gòu)件的角加速度〔１列出Ｃ點加速度矢量方程式牽連速度為移動時絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度牽連運動為轉(zhuǎn)動時,〔由于牽連運動與相對運動相互影響絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度＋哥氏加速度要求Ｃ點加速度,得先求出Ｂ點加速度,a=a+a=a+a+a’+a方向：？∥ＡＢ丄ＡＢ∥AO丄AO∥ＡＢ丄ＡＢ大?。?？ωl？ωl0?2ωv<2>定出加速度比例尺在一號圖紙中取p為加速度極點,去矢量pa’代表a,則加速度比例尺μ〔m?s/mmμ==0.219m/s/mm<3>作加速度多邊形,求出a、a、a根據(jù)矢量方程圖的pa’nka部分,則a=μa＇a=0.7949m/sa’=μka=6.247m/sa=μpa=0.519rad/s方向為水平向右下12oa=a?l/l=3.279m/sa=ω?l=1.225m/s<4>列出C點加速度矢量方程,作圖求解a、a、aa=a+a+a+a方向：水平∥BC丄BC∥AB丄AB大小：？V/l?ωlal/l由上式可得：aa=0.178m/s確定構(gòu)件4的角加速度a4由理論力學可知,點A4的絕對加速度與其重合點A3的絕對加速度之間的關(guān)系為方向：⊥O4B∥O4B∥O4B⊥O4A∥O2A大?。海縧o2A?24Va4a3lo2A其中a法向和切向加速度。a為科氏加速度。從任意極點O連續(xù)作矢量O和k’代表aA3和科氏加速度,其加速度比例尺1:0.219；再過點o作矢量oa4"代表a,然后過點k’作直線k’a’4平行于線段oa4"代表相對加速度的方向線,并過點a4’’作直線a4’’a4’垂直與線段k’a’4,代表a的方向線,它們相交于a4’,則矢量oa4’便代表a4。構(gòu)件3的角加速度為a/lO4A將代表a的矢量k’a’4平移到機構(gòu)圖上的點A4,可知4的方向為逆時針方向。項項目位置2vA2vA2A3V3VCBvCVB4aA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.5360.8290.17180.8110.06491.22160.6121.3順時針6.2470.5191.2263.2790.0150.178根據(jù)以上方法同樣可以求出位置九的速度和加速度5項項目位置2vA23vA2A3V3VCBvCVB4aA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.536.08290.17180.8110.06491.22160.6121.3順時針6.2470.6251.2263.2790.0150.17897.5360.8291.2310.66780.33491.53790.82706.2380.4252.4323.2794.2454.237單位1/sm/s1/sm/s24..2.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。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。步驟選取阻力比例尺=555.6,根據(jù)給定的阻力Q和滑塊的沖程H繪制阻力線圖。根據(jù)個構(gòu)件的重心的加速度即角加速度,確定各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩,并將其合為一力,求出該力至重心的距離。3按桿組分解為示力體,用力多邊形法決定各運動副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。將所有位置的機構(gòu)阻力,各運動副中的反作用力和平衡力矩的結(jié)果列入表中：動態(tài)靜力分析過程：在分析動態(tài)靜力的過程中可以分為刨頭,搖桿滑塊,曲柄三個部分。首先說明刨頭的力的分析過程：對于刨頭可以列出以下力的平衡方程式：∈F=0P+G6+Fi6+R45+R16=0方向：∥x軸∥y軸與a6反向∥BC∥y軸大?。?000620-m6a6??以作圖法求得:位置4R45=7958.3N位置1’R45=8550.648N位置4R16=284.7N位置1’R16=N力矩平衡方程式：∈M=0P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0我們還可以得到：R45=R65對于搖桿滑塊機構(gòu)可以列出平衡方程式：∈F=0R54+R34+Fi4+G4+R14=0方向:∥BC⊥O4B∥a4∥y軸?大?。篟54？m4a4220?力矩平衡方程式：∈M=0R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0由此可以求得R34的大?。篟34=7958.3N位置1’R34=14366.93最后可以利用力的平衡方程式做力的多邊形解出位置4R32=12023.66N位置1’R32=244.376N在搖桿上可以得到R34=-R32最終得出位置4My=1257.11Nm位置1’=689.612Nm表項項目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向448.73430.871.508順時針0.3091單位NNmm項項目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向480007958.37958.312023.661257.11順時針單位NNNm表項項目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向1’546.57110.89712.36逆時針89.5單位NNmm項項目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向1’80008550.64814366.93244.376689.612逆時針單位NNNm4.3.飛輪設(shè)計〔見圖3已知及其運動的速度不均勻系數(shù),由動態(tài)靜力分析所得的平衡力矩My,具有定轉(zhuǎn)動比的各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量J,電動機、曲柄的轉(zhuǎn)速no’、n2及某些齒輪的齒數(shù)。驅(qū)動力矩為常數(shù)。要求用慣性立法確定安裝在軸O2上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF。以上內(nèi)容做在2號圖紙上。步驟：列表匯集同組同學在動態(tài)靜力分析中求得的個機構(gòu)位置的平衡力矩M,以力矩比例尺μ和角度比例尺μ繪制一個運動循環(huán)的動態(tài)等功阻力矩M=M〔φ線圖。對M〔φ用圖解積分法求出在一個運動循環(huán)中的阻力功A=A〔φ線圖。繪制驅(qū)動力矩M所作的驅(qū)動功A=A〔φ線圖。因M為常數(shù),且一個運動循環(huán)中驅(qū)動功等于阻力功,故將一個循環(huán)中的A=A〔φ線圖的始末兩點以直線相連,即為A=A〔φ線圖。求最大動態(tài)剩余功[A]。將A=A〔φ與A=A〔φ兩線圖相減,即得一個運動循環(huán)中的動態(tài)剩余功線圖A=A〔φ。該線圖的縱坐標最高點與最低點的距離,即表示最大動態(tài)剩余功[A]。確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J。由所得的[A],按下式確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J=900[A]/πnδ按照上述步驟得到飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為JF=8.37.4..4.凸輪機構(gòu)設(shè)計〔見圖2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=130mm,最大擺角max=15,許用壓力角[]=20；凸輪與曲柄共軸。要求確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸,選取滾子半徑,劃出土輪世紀輪廓線。以上內(nèi)容做在2號圖紙上。步驟：根據(jù)從動件運動規(guī)律,按公式分別計算推程和回程的〔,然后用幾何作圖法直接繪出〔φ及φ〔ψ線圖。求基圓半徑r及凸輪回轉(zhuǎn)中心O至從動件擺動中心O的距離lOO。按φ〔ψ線圖劃分ψ角時,可將其所對的弧近視看成直線,然后根據(jù)三角形相似原理,用圖解法按預定比例分割ψ角所對應的弧,自從動件擺動中心O作輻射線與各分割點想連,則ψ角便按預定比例分割。作圖時,如取μ=lOD*μ,則可直接根據(jù)〔φ線圖上各縱坐標值,在O點的相應輻射線上由D點分別向左或右截取各線段,線段所代表的實際長度就等于等于lOD*。截取方向可根據(jù)D點速度方向順著凸輪轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)過90后所指的方向來確定。然后按許用壓力角[а]作出凸輪軸心的安全區(qū),求出凸輪的基圓半徑r和中心距l(xiāng)OO。3根據(jù)凸輪轉(zhuǎn)向,擺桿長lOD,角位移線圖ψ=ψ〔φ圖和以上求得的r,lOO,畫出凸輪理論廓線,并找出其外凸輪曲線最小曲率半徑P。然后,再選取滾子半徑r,畫出凸輪的實際廓線。設(shè)計過程：1根據(jù)給定的r0=60mm和擺桿位置畫出從動件的初始位置O9D0,再根據(jù)--線圖畫出從動件的一系位置O9D’1、O9D’2、O9D’3、O9D’4、O9D’5、、O9D’6、O9D’7、O9D’8、O9D’9、O9D’10、O9D’11、O9D’12、O9D’13、O9D’14,使得∠D0O9D’1=1、∠D0O9D’2=2、∠D0O9D’3=3、∠D0O9D’4=4、∠D0O9D’5=5、、∠D0O9D’6=6、∠D0O9D’7=7、∠D0O9D’8=8、∠D0O9D’9=9、∠D0O9D’10=10、∠D0O9D’11=11、∠D0O9D’12=12、∠D0O9D’13=13、∠D0O9D’14=14。2從基圓上任一點C0開始,沿〔-方向?qū)⒒鶊A分為與圖--線圖橫軸對應的等份,得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。過以上各點作徑向射線OC1、OC2、OC3、OC4、OC5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、OC14。以O(shè)為中心及OD’1為半徑畫圓弧,分別交OC0和OC1于E’1和E1,在圓弧上截取E1D1=E’1D’1得點D1。用同樣方法,在以O(shè)D’2為半徑的圓弧上截取E2D2=E’2D’2得點D2,在OD3為半徑的圓弧上截取E3D3=E’3D’3得點D3,在OD4為半徑的圓弧上截取E4D4=E’4D’4得點D4,在OD5為半徑的圓弧上截取E5D5=E’5D’5得點D5,在OD6為半徑的圓弧上截取E6D6=E’6D’6得點D6,在OD7為半徑的圓弧上截取E7D7=E’7D’7得點D7,在OD8為半徑的圓弧上截取E8D8=E’8D’8得點D8,在OD9為半徑的圓弧上截取E9D9=E’9D’9得點D9,在OD10為半徑的圓弧上截取E10D10=E’10D’10得點D10,在OD11為半徑的圓弧上截取E11D11=E’11D’11得點D11,在OD12為半徑的圓弧上截取E12D12=E’12D’12得點D12,在OD13為半徑的圓弧上截取E13D13=E’13D’13得點D13。將D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13連成曲線便得到凸輪輪廓曲線。5.心得體會美麗的花朵必須要通過辛勤的汗水澆灌.有開花才有結(jié)果,有付出才有收獲.通過幾天日日夜夜的奮斗,在老師親切地指導下,在同學們的密切配合下,當然也有自己的努力和辛酸,這份課程設(shè)計終于完成了,心里無比的高興,因為這是我們努力的結(jié)晶.在這幾天中,我有很多的體驗,同時也有我也找到許多的毛病,僅就計算機輔助繪圖而言,操作的就遠遠不夠熟練,專業(yè)知識也不能熟練應用。但是通過這次實踐設(shè)計,我覺得我有了很打的提高。其次,通過這次設(shè)計我學會了查找一些相關(guān)的工具書,并初步掌握了一些設(shè)計數(shù)據(jù)的計算方法；再次,自己的計算機繪圖水平也有了一定的提高,并對所學知識有了進一步的理解。當然,作為自己的第一次設(shè)計,其中肯定有太多的不