1、1机械原理 课程设计说明书日 期 2012.6.16 2课 程 设 计 说 明 书 牛 头 刨 床1. 机 构 简 介牛 头 刨 床 是 一 种 用 于 平 面 切 削 加 工 的 机 床 。 电 动 机 经 皮 带 和 齿 轮 传 动 ， 带 动 曲柄 2 和 固 结 在 其 上 的 凸 轮 8。 刨 床 工 作 时 ,由 导 杆 机 构 2-3-4-5-6 带 动刨 头 6 和 刨 刀 7 作 往 复 运 动 。 刨 头 右 行 时 ， 刨 刀 进 行 切 削 ， 称 工 作 行 程 ， 此时 要 求 速 度 较 低 并 且 均 匀 ， 以 减 少 电 动 机 容 量 和 提 高 切 削
2、质 量 ； 刨 头 左 行 时 ，刨 刀 不 切 削 ， 称 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 作 用 的 导 杆 机 构 。 刨 刀 每 次 削 完 一 次 ， 利 用 空 回 行 程 的 时 间 ， 凸 轮 8 通过 四 杆 机 构 1-9-10-11 与 棘 轮 带 动 螺 旋 机 构 ， 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 行 程 中 ， 受 到 很 大 的 切 削 阻 力 ， 而 空 回行 程 中 则 没 有 切 削 阻
3、 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 运 转 ， 故 需 安 装 飞 轮 来 减 少 主 轴 的 速 度 波 动 ， 以 提 高 切 削质 量 和 减 少 电 动 机 容 量 。1-11 导 杆 机 构 的 运 动 分 析 3已 知 曲 柄 每 分 钟 转 数 n2， 各 构 件 尺 寸 及 重 心 位 置 ， 且 刨 头 导 路 x-x位 于 导 杆 端 点 B 所 作 圆 弧 高 的 平 分 线 上 。要 求 作 机 构 的 运 动 简 图 ， 并 作 机 构 两 个 位 置 的 速 度 、
4、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 。1.1 设 计 数 据牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄 2和固结在其上的凸轮 8。刨床工作时，由导杆机构 2-3-4-5-6 带动刨头 6 和刨刀 7 作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮 8 通
5、过四杆机构 1-9-10-11 与棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，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运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。设计内容 导杆机构的运动分析符号 n2 LO2O4 LO2A Lo4B LBC Lo4s4 xS6 yS6单位 r/min mm方案 60 380 110 540 0.25lo4B 0.5 lo4B 240 501.2 曲 柄 位 置 的 确 定曲 柄 位 置 图 的 作 法 为 ： 取 1 和
6、8为 工 作 行 程 起 点 和 终 点 所 对 应 的 曲 柄 位 置 ，1和 7为 切 削 起 点 和 终 点 所 对 应 的 曲 柄 位 置 ， 其 余 2、 312 等 ， 是由 位 置 1 起 ， 顺 2 方 向 将 曲 柄 圆 作 12 等 分 的 位 置 （ 如 下 图 ） 。45取 第 方 案 的 第 8位 置 和 第 5位 置 （ 如 下 图 ） 。 O21 543ABABCO461.5 速 度 分 析 以 速 度 比 例 尺 =(0.01m/s)/mm 和 加 速 度 比 例 尺a=(0.05m/s)/mm 用 相 对 运 动 的 图 解 法 作 该 两 个 位 置 的 速
7、 度 多 边 形 和加 速 度 多 边 形 如 下 图 1-4， 1-5， 并 将 其 结 果 列 入 表 格 （ 1-2）表 格 1-1位 置 未 知 量 方 程VA4A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4BVCC5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BCaAaA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA4A3rnA4大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向：BA O4B AO 2 O4B（向左） O4B（沿导路）8和5号位置acac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? ?方向 XX CB BC78号 位 置 速
8、 度 图 ： 如 图4由 图 解 得 ：Vc=0.00092562741m/s88号位置加速度图：如图Pa“4b3k4cP由 图 解 的 ： aC=6.9317473396m/s29表 格 （ 1-2）位 置 要 求 图 解 法 结 果vc（ m/s） 0.000925627418ac(m/s) 6.9317473396vc（ m/s） 0.66864165673ac(m/s) 0.51220551952各 点 的 速 度 ， 加 速 度 分 别 列 入 表 1-3， 1-4中表 1-3项 目位 置 2 4 VA VB Vc8 6.702064328 0.006196510640.002093
9、9150.003593976170.000925627413 6.702064328 1.163226790.48692532720.6746715380.6686416567单 位 r/s r/s m/s10表 1-4项 目位 置3AanAa4tAa4nBatBaC8 4.042589970.012966975610-34.042589977.066926386.93174733963 4.042589970.5664045823.21416280814.522083790.51220551952单 位 2/sm1.4 导杆机构的动态静力分析设计数据导杆机构的动静态分析G4 G6 P yp
10、Js4N mm kgm2220 800 9000 80 1.2已知 各构件的重量 G（曲柄 2、滑块 3 和连杆 5 的重量都可忽略不计） ，导杆 4绕重心的转动惯量 Js4 及切削力 P 的变化规律。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。首 先 按 杆 组 分 解 实 力 体 ， 用 力 多 边 形 法 决 定 各 运 动 副 中 的 作 用 反 力 和 加 于 曲柄 上 的 平 衡 力 矩 。 参 考 图 1-3， 将 其 分 解 为 5-6 杆 组 示 力 体 ， 3-4 杆组 示 力 体 和 曲 柄 。图 2-1112.1 矢 量 图
11、解 法 ：取 5 号 位 置 为 研 究 对 象 ： F45I6NG8xy2.1.1 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 。 将 方 程 列 入 表
12、2-1。U=10N/mm已知 P=9000N，G 6=800N，又 ac=ac5=4.5795229205m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/104.5795229205=-366.361834N又 F=P + G6 + FI6 + F45 + FRI6=0，12方向 /x 轴 BC 大小 9000 800 ？ ？作为多边行如图 1-7 所示 PG6FIF45N13图 1-7图 1-7 力多边形可得：F45=8634.49503048NN=950.05283516 N在图 1-6 中，对 c 点取距，有MC=-PyP-G6XS6+ FR16x-FI6yS6=0代入数
13、据得 x=1.11907557m分离 3,4 构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1-8 所示，2.1.2 对 3-4 杆 组 示 力 体 分 析14F54F23FxFyFI4GMu=10N/mm15已 知 ： F 54=-F45=8634.49503048N，G 4=220NaB4=aA4 lO4S4/lO4A=2.2610419m/s2 , S4=4=7.79669621rad/s2由此可得： FI4=-G4/gaS4 =-220/102.2610419N=-49.7429218NMS4=-JS4aS4=-9.35603545在图 1-8 中，对 O4 点取矩得：MO4= Ms4 + F
14、I4x4 + F23x23+ F54x54 + G4x4 = 0代入数据， 得 MO4=-9.35603545-49.74292180.29+F230.41859878959+8634.495030480.57421702805+2200.04401216867=0 故 F23=11810.773NFx + Fy + G4 + FI4 + F23 + F54 = 0方向： ？ ？ M4o4 大小： O4B 16G4FI2354xy由图解得：F x=2991.6124744N Fy=1414.4052384N 方向竖直向下2.1.3 对 曲 柄 分 析 ， 共 受 2 个 力 ， 分 别 为 R32,R12 和 一 个 力 偶 M，由 于 滑 块 3 为 二 力 杆 ， 所 以 R32= R34， 方 向 相 反 ， 因 为 曲 柄2 只 受 两 个 力 和 一 个 力 偶 ， 所 以 FR12 与 FR32 等 大 反 力 ， 由此 可 以 求 得 :17h2=72.65303694mm,则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F32h2=0 即M=0.07265303694*11810.773=0， 即 M=858.088527NM
