20-機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)牛頭刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：刨床主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意：在工作行程的前5％和后5％兩個(gè)階段是沒有切削力的。第1頁(yè)/共20頁(yè)設(shè)計(jì)要求

功能上要求:(1)電機(jī)連續(xù)回轉(zhuǎn)，而刨頭往復(fù)移動(dòng)，因此需要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)；(2)電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)降低為刨頭的較低速移動(dòng)，需要減速；(3)在刨頭工作過程中，切削阻力變化較大，需要調(diào)節(jié)速度波動(dòng)；(4)刨頭切削時(shí)還需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

性能上要求:(1)在工作行程時(shí)，要速度較低并且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；(2)在回程時(shí)速度要高，提高生產(chǎn)率。因此需要有一定的急回運(yùn)動(dòng)。另外要求機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊。第2頁(yè)/共20頁(yè)設(shè)計(jì)參數(shù)第3頁(yè)/共20頁(yè)方案導(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n2lO2O4lO2AlO4BlBClO4S4xS6yS6G4G6PypJS4r/minmmNmmkg.m21603801105400.25

lO4B0.5lO4B240502007007000801.1264350905800.3

lO4B0.5lO4B200502208009000801.23724301108100.36

lO4B0.5lO4B1804022062080001001.2方案飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)δnO’z1zO’z1’JO2JO1JO"JO’ψmaxlO9D[α]ФФsФ’r/minKg.m2ommo10.1514401020400.50.30.20.2151254075107520.1514401316400.50.40.250.2151353870107030.1614401519500.50.30.20.21513042751065表3-1設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)任務(wù)

完成實(shí)現(xiàn)所要求功能的方案分析，至少提出三種方案，并繪制三種

方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并對(duì)不同

方案進(jìn)行評(píng)價(jià)

用圖解法對(duì)給定的位置實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)分析和力分析用解析法實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析用圖解法設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)第4頁(yè)/共20頁(yè)

提交：A1圖紙1張，A3圖紙1張，計(jì)算機(jī)源程序1份，設(shè)計(jì)說(shuō)明書1方案一的運(yùn)動(dòng)分析及評(píng)價(jià)（1）運(yùn)動(dòng)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件n=5。在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中Pl=6,Ph=1.凸輪和轉(zhuǎn)子、2桿組成運(yùn)動(dòng)副中有一個(gè)局部自由度，即F"=1。機(jī)構(gòu)中不存在虛約束。.由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度

F=3n-(2Pl+Ph-p")-F"=1機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件是凸輪機(jī)構(gòu)，原動(dòng)件的個(gè)數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度，所以機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。（2）機(jī)構(gòu)傳動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)在原動(dòng)件凸輪1帶動(dòng)桿2會(huì)在一定的角度范圍內(nèi)搖動(dòng)。通過連桿3推動(dòng)滑塊4運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滑塊(刨刀)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（3）主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能凸輪1

的角速度恒定，推動(dòng)2桿搖擺，在凸輪1

隨著角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿3也隨著桿2

的搖動(dòng)不斷的改變角度，使滑塊4的速度變化減緩，即滑塊4的速度變化在切削時(shí)不是很快，速度趨于勻速；在凸輪的回程時(shí)，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用都比較小，因此，機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)刨頭的工作行程速度較低，而返程的速度較高的急回運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)過程中會(huì)出現(xiàn)最小傳動(dòng)角的位置，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意增大基圓半徑，以增大最小傳動(dòng)角。機(jī)構(gòu)中存在高副的傳動(dòng)，降低了傳動(dòng)的穩(wěn)定性。（4）機(jī)構(gòu)的傳力性能要實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的往返運(yùn)動(dòng)，必須在凸輪1

和轉(zhuǎn)子間增加一個(gè)力，使其在回轉(zhuǎn)時(shí)能夠順利的返回，方法可以是幾何封閉或者是力封閉。幾何封閉為在凸輪和轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成齒輪形狀，如共扼齒輪，這樣就可以實(shí)現(xiàn)其自由的返回。機(jī)構(gòu)在連桿的作用下可以有效的將凸輪1的作用力作用于滑塊4。但是在切削過程中連桿3和桿2也受到滑塊4的作用反力。桿2回受到彎力，因此對(duì)于桿2

的彎曲強(qiáng)度有較高的要求。同時(shí)，轉(zhuǎn)子與凸輪1

的運(yùn)動(dòng)副為高副，受到的壓強(qiáng)較大。所以該機(jī)構(gòu)不適于承受較大的載荷，只使用于切削一些硬度不高的高的小型工件。該機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上不存在影響機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)因?yàn)闄C(jī)構(gòu)本身的問題而突然停下。（5）機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能分析。由于凸輪的不平衡，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的壽命。所以在設(shè)計(jì)使用的過程中應(yīng)處理好機(jī)械的震動(dòng)問題，可以增加飛輪減少機(jī)械的震動(dòng)，以免造成不必要的損失和危險(xiǎn)。（6）機(jī)構(gòu)的合理性此機(jī)構(gòu)使用凸輪和四連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，維修，檢測(cè)都很方便。同時(shí)，機(jī)構(gòu)的尺寸要把握好，如桿2太長(zhǎng)的話，彎曲變形就會(huì)很大，使桿2承受不了載荷而壓斷，如果太短的話，就不能有效的傳遞凸輪1

的作用力和速度。同時(shí)。凸輪具有不平衡性，在設(shè)計(jì)中盡量使凸輪的重量小一些，減小因?yàn)橥馆喴鸬恼麄€(gè)機(jī)構(gòu)的不平衡和機(jī)器的震動(dòng)。（7）機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性該機(jī)構(gòu)使用的連桿和凸輪都不是精密的結(jié)構(gòu)，不需要特別的加工工藝，也不需要特別的材料來(lái)制作，也不需要滿足特別的工作環(huán)境，所以該機(jī)構(gòu)具有好的經(jīng)濟(jì)效益，制作方便，實(shí)用。不過機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)可能會(huì)造成一定的噪音污染；凸輪機(jī)構(gòu)為高副機(jī)構(gòu)，不宜承受較大的載荷。§3.2方案二3.2.1方案二的設(shè)計(jì)圖3.2.2方案二的運(yùn)動(dòng)分析和評(píng)價(jià)（1）運(yùn)動(dòng)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)任務(wù)1：方案分析運(yùn)動(dòng)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作性能機(jī)構(gòu)的傳力性能機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能分析機(jī)構(gòu)的合理性機(jī)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)第5性頁(yè)/共20頁(yè)任務(wù)2：運(yùn)動(dòng)分析之機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖第6頁(yè)/共20頁(yè)運(yùn)動(dòng)分析之速度分析以第一組數(shù)據(jù)(第(6圖個(gè)分解析位法置為)例，計(jì)算得A點(diǎn)速度為：vA=

2l2=0.69m/s，取速度比例尺

v=0.023m/s/mm。有如下矢量方程成立：量得lpC=28.49mm,可得C點(diǎn)速度為vC=vlpC＝0.655m/s第7頁(yè)/共20頁(yè)B點(diǎn)角速度為wb=1.232，A4點(diǎn)法向加速度為wb^2*lo4A4=0.708m/s^2,科氏加速度2*wb*va4a3=0.951m/s^2,相對(duì)加速度acb_n=0.0854m/s^2運(yùn)動(dòng)分析之加速度分析(圖解法)計(jì)算得A點(diǎn)加速度為：aA=2l

=4.343m/s2，取加速2

2度比例尺

a=0.1m/s2/mm。有如下矢量方程成立：量得lpC=17.5mm,可得C點(diǎn)加速度為aC=alpC＝-1.75m/s2第8頁(yè)/共20頁(yè)動(dòng)態(tài)靜力分析(圖解法,不考慮摩擦)計(jì)算刨頭慣性力為：F=-Ga=70×1.75=122.5N，取力比例尺

F=50N/mm。按基本桿組分析如下第9頁(yè)/共20頁(yè)動(dòng)態(tài)靜力分析(RRP桿組)由圖量得lFR45＝142.5mm，即拉力FR45＝7125N。對(duì)于該桿組，對(duì)桿4對(duì)5的拉力FR45，刨頭的慣性力FI6，床身對(duì)刨頭的支持力N，刨頭的重力G6，切削阻力P，且滿足FR

45

+

FI6

+

P

+

G

6

+N=0第10頁(yè)/共20頁(yè)As4=0.857m/s^2,Alf4=3.15rad/s^2,動(dòng)態(tài)靜力分析(RPR桿組)對(duì)于該桿組，對(duì)桿5對(duì)4的拉力FR54=FR45，桿2對(duì)滑塊3的作用力FR23，桿4的慣性力FI4，慣性力矩為M4，機(jī)架對(duì)4的作用力可分解為FR14x和FR14y，其中將慣性力矩等效到慣性力上，偏距h

=184mm。在上述力的作用下，RPR桿組保持動(dòng)態(tài)靜力平衡，可作出其受力圖。第11頁(yè)/共20頁(yè)As4=0.95m/s^2,Alf4=3.15rad/s^2,動(dòng)態(tài)靜力分析(RPR桿組)如下圖，對(duì)O4點(diǎn)取矩，可計(jì)算出FR23由左圖可求得FR23＝N，由右圖可得出驅(qū)動(dòng)力矩Mb=FR32×l1=N.m第12頁(yè)/共20頁(yè)任務(wù)3：運(yùn)動(dòng)分析之程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先對(duì)機(jī)構(gòu)的桿組進(jìn)行分析，可知該機(jī)構(gòu)是由一個(gè)原動(dòng)件加兩個(gè)二級(jí)組RPR和RRP構(gòu)成

對(duì)原動(dòng)件和二級(jí)組進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，并寫出子程序(在設(shè)計(jì)指導(dǎo)書中已提供)

將各子程序進(jìn)行拼裝后調(diào)試，來(lái)獲得機(jī)構(gòu)在各個(gè)位置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(主程序，需自己完成)

主要搞清楚程序應(yīng)用時(shí)各構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副編號(hào)在程序中的意義程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言不限第13頁(yè)/共20頁(yè)主程序基本格式Void

main(){…%基本變量定義程序段%for(ii=0;ii<=DivPt;ii++) %DivPt是計(jì)算點(diǎn)數(shù)%{%計(jì)算起始角度%%%調(diào)用F[1]=AddAngle[Index]*p1+ii*(-30)*p1;Mcrank(1,1,1,2,0);調(diào)用曲柄計(jì)算子程序%Mrpr(2,3,5,2,2,4,3,1,Res);RPR組子程序%F[6]=0;%RPR與RRP組角度關(guān)系%Mrrp(4,5,3,5,6,-1);%調(diào)用RRP組子程序%…%打印結(jié)果程序段%}}第14頁(yè)/共20頁(yè)運(yùn)動(dòng)分析之解析法第15頁(yè)/共20頁(yè)等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，擺角為15度，推程和回程角均為75度，遠(yuǎn)體止角為10度。初步取基圓半徑為55~60mm，機(jī)架距離為150~160mm.任務(wù)4：凸輪設(shè)計(jì)(圖解法)第16頁(yè)/共20頁(yè)圖紙布置(A1)機(jī)構(gòu)方案圖第17頁(yè)/共20頁(yè)位移 速度 加速度坐標(biāo)圖 坐標(biāo)圖方