机械原理设计牛头刨床机构分析.doc

1、 目 录一、概述11.1课程设计目的11.2工作原理21.3设计要求31.4设计数据41.5设计要求4二、机构尺寸大小设计62.1机构的自由度62.2确定机构的极位夹角62.3计算出连杆、导杆、曲柄的长度大小62.4设计滑块6的轨迹高度72.6设计结果7三、导杆机构的运动分析83.1速度分析83.2加速度分析103.3杆组拆分、受力分析121.动态静力分析132.取构件3、4基本杆组为示力体143.取杆件2为示力体16四、心得与体会17一、概述1.1课程设计目的机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。起目的在于进一步加

2、深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算，和使用科技资料的能力。1.2工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。图1为其参考示意图。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮

3、机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。（a）机械系统示意图 （b） 刨头阻力曲线图（c） 执行机构运动简图 图1 牛头刨床1.3设计要求电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃E点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为5。要求导杆机构的最大压力角应为最小值。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。1.4设计数据题 号2导杆机构运动分析转速n2(r/min)49机架lO2O4 (mm)350工作行程H(mm)300行程速比系数K1.40连杆与导杆之比lBC

4、/ lO4B0.30导杆机构动态静力分析工作阻力Fmax(N)4600导杆质量m4 (kg)20滑块6质量m6 (kg)70导杆4质心转动惯量 Js4 (kg m2)1.11.5设计要求作原理和设计数据确定机构的运动尺寸，按照指定位置画出机构运动简图（A2）。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。2、导杆机构的运动分析（A3）。用图解法求出指定位置处刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度，计算过程详细写在说明书中。3、导杆机构的动态静力分析（A3）。用图解法求出自己作业要求位置的平衡力矩和功率，计算过程详细写在说明书中。4、编写设计说明书一份。包括设计任务、设计参

5、数、设计计算过程等。二、机构尺寸大小设计2.1机构的自由度曲柄为机构原动件。2.2确定机构的极位夹角已知形成速比系数k=1.4，则为：2.3计算出连杆、导杆、曲柄的长度大小已知工作行程、机架、连杆与导杆之比2.4设计滑块6的轨迹高度设计滑块6的轨迹，为使连杆5在整个运动过程中的最大压力角最小，即平均压力最小。取导杆4在极限位置的连线与对称轴的交点E，导杆4与对称轴重合是最高点F，则EF连线的中垂线就是最理想的轨迹（滑块6）。由题意易得，最大压力角可能出现在左、右极限和B运动到最高点位置，设在左右极限的压力角为,取导杆4在极限位置的连线与对称轴的交点E,是在轨迹下方的最大压力角，B运动到最高点位

6、置时的压力角为,是在轨迹上方的最大压力角。则EF连线的中垂线就是最理想的轨迹（滑块6），推导计算公式为。BC sin +BC sin=EF即当两压力角相等时最大压力角最小。2.5.滑块C的位移 由图上可量得S=24mm2.6设计结果本人的要求角度是30。即以左极限为基准顺时针旋转30，为曲柄的位置，根据长度大小关系依次确定的位置。以B点为圆心，BC的长度为圆心画圆，交EF的中垂线有两点，根据原始图像，应取左边的点，记为C点。三、导杆机构的运动分析3.1速度分析由运动已知的曲柄A点开始，列两构建重合点间速度矢量方程，求构件4上A点的速度，因为2=2n2/60 rad/s=5.13rad/s故对A

7、点进行速度分析可得： A4= A3+ A4A3大小 ? 0.63 ?方向 O4A O2A O4B取极点p，按比例尺v=0.002(m/s)/mm ,作速度多边形如下图并求构件4的角速度和构件4上B点速度以及构件4与构件3上重合点的相对速度。由此可知各点的速度0.21m/s (顺时针)0.31m/s对构件5上B、C点，列同一构件两点间的速度矢量方程： 大小： ？ 0.43 ？ 方向：xx BC则有速度图像可知：同理可知：0.05m/s0.05/0.30rad/s=0.29rad/s图（1）3.2加速度分析由于曲柄作匀速运动，故可知曲柄上A点的加速度的大小和方向，且构件2和3上的A点共速，由已知条

8、件分析可得：=2.4m/s；A4A3k=23A4A3=20.540.40=0.432aA4n=42lO4A=0.5420.003129=0.110.2920.174=0.015对A点由加速度关系式可知： 大小： ？ ？ ？方向： ？ 取极点 ,按比例尺=0.02/mm加速度图，如图，用影像法求的构件4上B点和质心S4点加速度和，用构件4上A点的切向加速度，求构件4的角加速度。由图分析可得如下图所示的加速度图解，可知：0.0285=1.72.5=0.5=1.25=3.2（顺时针）对C点进行分析： 大小 ? ?方向 XX CB BC由图解法可知：2.50.36/0.174=2.0图（2）3.3杆组

9、拆分、受力分析依据计算结果，计算构件4的惯性力、构件4的惯性力矩、构件4的惯性力平移距离、构件6的惯性力矩。=25N=3.21.1=3.52N=/=140mm=294N1.动态静力分析取构件5、6基本杆组为示力体（如图（3）所示）其中构件5为二力杆，首先列力平衡方程： 大小 ： ？ ？ 方向 ：xx xx xx xx BC按比例尺=50N/mm作力多边形如图（4），如图所示求出运动反力和。=4850N =1950=950N 图（3） 图（4）2.取构件3、4基本杆组为示力体先取构件4，已知构件4受惯性力和惯性力矩作用，将进行平移一段距离，将等效消除。先取构件4，对O4点列力矩平衡方程，求出反力

10、： =7122N再对构件4列力平衡方程受力分析如图（5），力多边形如图（6），按比例尺50N/mm求出机架对构件4的反力=2000N 大小 ？方向 /BC xx ? 图（5）图（6）3.取杆件2为示力体受力分析如图（7） =2450N =712247.7/1000N.m=339.7N.m=9549Pn P=n/9549kw=1.7kw额定功率为P=1.8kw图（7）四、心得与体会通过这次课程设计我受益匪浅。首先，通过这一次的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己独立分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。而且，这次课程设计过程中，通过和同学合作，培养合作意识，最终实现了预期的目的。其次通过这次课程设计，对牛头刨床的工作原理及内部各传动机构、运动方案的确定以及对导杆机构运动分析有了初步详细精确的了解，这都将为我以后参加工作实践有了很大的帮助。自己拥有了一定的信心，培养了很深的学习兴趣。同时，在设计过程中遇到的一系列问题，通过自身的思考，查阅资料，请教老师，自身得到了提高。譬如如何近似保证最大压力角最小以及在作图时应遵循作图的规范等。最后，衷心感谢老师耐心的指导，我们才能完成这次的课程设计。17