1、牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析第一章 机械原理课程设计的目的和任务1 课程设计的目的：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。在次基础上，初步掌握电算程序的编制，并能使用电子计算机来解决工程技术问题。2 课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析。动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对
2、各个机构进行运动设计。要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编制计算程序和编写说明书等。第二章、机械原理课程设计的方法机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念比较清晰、直观；解析法精度较高。第三章、机械原理课程设计的基本要求1 作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程；2作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；3.用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。第四章 机械原理课程设计的已知条件1、机构简介图 1表 1 设计数据牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 1 所示。电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄 2 和固
3、结在其上的凸轮 8。刨床工作时，由导杆机构 23456 带动刨头 6 和刨刀 7 作往复运动。刨头右行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮 8 通过四杆机构 191011 与棘轮带动螺旋机构（图 1 中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段 0.05H 的空刀距离，简图 1，b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速转动，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高
4、切削质量和减少电动机容量。2.设计数据：见表表第五章 选择设计方案设计内容1、导杆机构的运动分析已知：曲柄每分钟转 n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路位xx 于导杆端点 B 所作弧高的平分线上（见图 2）。要求：作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在 1 号图纸上（参考图例 1）。曲柄位置图的作法为（图 2）取 1 和 8为工作行程的起点和终点所对应的位置，取 1和 7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余 2、3、.12 等，是由位置 1 起，顺2 方向将曲柄圆周作 12 等分的位置。1 机构运动简图图 2图2、选择表
5、中方案。第六章 机构运动分析1、曲柄位置“3”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 取曲柄位置“3”进行速度分析。因构件 2 和 3 在 A 处的转动副相连，故 VA2=VA3，其大小等于 W2lO2A，方向垂直于 O2A 线，指向与 2 一致。2=2n2/60 rad/s=6.702064328rad/sVA3=VA2=2lO2A=6.7020643280.09m/s=0.4869253273m/s（O2A）取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程，得大小 VA4=VA3+VA4A3O4B1-2 ? ? 方向 O4A O2A 取速度极点 P，速度比例尺
6、v=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图图 1-2则由图 1-2 知， V A4A3=0.3560011549 m/s又 VA4=0.4869253273 m/s 4=VA4/ lO4A=1.163226793 rad/sVB=W4lo4B=0.67467154 m/s取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得大小 vC = vB+ vCBBC ? ? 方向 XX O4B取速度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。 则由图 1-2 知， vC5= 0.6686416587m/svCB=0.1024078292m/s 5=0.588550741r
7、ad/s2.加速度分析：取曲柄位置“3”进行加速度分析。因构件 2 和 3 在 A 点处的转动副相连， 故 aA2=aA3,其大小等于 22lO2A,方向由 A 指向 O2。 nn2=6.702064328rad/s,anA3=anA2=22LO2A=6.70206432820.09m/s2=4.042589963m/s2取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4大小: ?方向 ? =anA4 + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3v 42lO4A ? 24A4 A3 ? BA O4B AO2 O4B O4B（沿导路）2 取加速度极点为 P,加速度比
8、例尺 =0.1（m/s）/mm, a作加速度多边形如图 1-3 所示.则由图 1-3 知, 图3aA4 =Pa4a =3.2638759m/s2aB4= aB5 = aA4* L04B / L04A =40522083799 m s2取 5 构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac = aB + acBn+ a cB大小 ? 5l2CB ?方向 X 轴 CB BC其加速度多边形如图 13 所示,有ac =p ca =4058026085 m/s22、曲柄位置“6”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“6”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“3”。 取构件 3 和 4
9、 的重合点 A 进行速度分析。列速度矢量方程，得vA4=vA3+vA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。图4则由图 1-4 知，vA4=pa4v=0.4937347224 m/s vA4A3=a3a4v=0.3622963846 m/s 4=V4/Lo4A=0.4937347224/0.418414117=10180013302 m/svB =4LO4B=0.684407715m/s取 5 构件为研究对象，列速度矢量方程，得vC = vB + vCB大小 ? ?方向 XX O4B BC其速度多边形如图
10、1-4 所示，有vC= 0.6746306462 m/s vCB=0.1042921378 m/s取曲柄位置“6”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件 3 和 4 的重合点 A 进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4= aA4A3n A4+ A4an ka a A3 A4A3= + + a大小 ? 42lO4A ? 24VA4A3 ? 方向 BO4 O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）2 取加速度极点为 P,加速度比例尺 a=0.01（m/s1-5）/mm,作加速度多边形图则由图 15 知， 图 1-5a A4 = pa4a = 1.672045993 m/s2
11、aB4= aB5 = aA4* L204B / L04A =2.317767581 m s取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC= aB+ aCBn+ aCB大小 ? ?方向 xx CB BC其加速度多边形如图 15 所示，有aC5 = pCa =2.207695373 m/s2整理可得：各点的速度，加速度分别列入表，中 表表第七章机构运态静力分析导杆机构的动态静力分析已知：各构件的质量 G（曲柄 2、滑块 3 和连杆 5 的重量可以忽略不计），导杆 4 绕重心的转动惯量 JS 及切削力 P 的变化规律见图 1，b。要求：按表所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（见图例 1）。表 机构位置分配图5-6 杆组示力体共受五个力，分别为 P、G6、Fi6、R16、R45, 其中R45 和 R16 方向已知，大小未知，切削力 P 沿 X 轴方向，指向刀架，重力 G6 和支座反力F16 均垂直于质心， R45 沿杆方向由 C 指向 B，惯性力 Fi6 大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺 = (10N)/mm，作力的多边形。
