1、机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床的设计机构位置编号：6 和 1方案号：2 号班 级：2012250404姓 名：马金柱学 号：2012250404272015 年 01 月 20 日一、概述1课程设计的题目此次课程设计的题目是：牛头刨床的主传动结构的设计.2课程设计的任务和目的 1）任务：1. 导杆机构进行运动分析；2. 导杆机构进行动态静力分析；3. 飞轮设计；（略）4. 凸轮机构设计；5. 齿轮机构的设计。2）目的：机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深
2、所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生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，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。3课程设计的要求牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性，以及很好的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的 实现传动功能。二.机构简介与设计数据1， 机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 4-1。电动机
3、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。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。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 1-9-10-11 与棘轮带动螺旋机构（图中没有画出），使工作台连同工件一次进级运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约 0.05H的空刀距离，见图 4-
4、1，b）而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个循环运动中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。2， 设计数据 见表 4-11）设计内容导杆机械的运动分析 导杆机构的动态静力分析符号n2 Lo2o4Lo2ALo4BlBC Lo4s4Xs6 Ys6 G4 G6 P yp Js4单位r/minmm N mm Kgm21 60 380 110 540 0.25lo4B0.5lo4B240 50 200 700 700080 1.12 64 350 90 580 0.3lo4B0.5lo4B200 50 220 800 900
5、080 1.2方案3 72 430 110 810 0.36lo4B0.5lo4B180 40 220 620 8000100 1.22)选择设计方案：设计内容 导杆机构的运动分析 导杆机构的静力分析符号 n2 lo2o4 lo2A lo4B lBC lo4s4 xs6 ys6 G4 G6 P yp Js4单位r/min mm N mm Kgm2方案64 350 90 580 0.3lo4B 0.5lo4B 200 50 220 800 9000 80 1.2设计内容 飞轮转动惯量的确定 凸轮机构的设计符号 no Z1 Zo Z1 Jo2 Jo1 Jo” Jo max Lo9D s 单位 r/
6、min Kg.m2 mm 方案 0.15 1440 13 16 40 0.5 0.4 0.25 0.2 15 135 38 70 10 70方案特点：1、结构简单，制造方便，能承受较大的载荷；2、具有急回作用，可满足任意行程速比系数 K 的要求；3、滑块行程可以根据杆长任意调整；4、机构传动角恒为 90 度，传动性能好；5、工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求；6、机构运动链较长，传动间隙较大；7、中间移动副实现较难。 三.课程设计的内容和步骤1导杆机构的设计及运动分析1）导杆机构简图42）导杆机构运动分析a.曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲
7、柄位置“6”进行速度分析。取构件 3 和 4 的重合点 A 进行速度分析。有 2=23.1464/60=6.698666667 rad/s 其转向为顺时针方向。A3=A2=2lO2Al =6.698666667900.001=0.60288 m/s 方向:AO 2列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4B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。 图 1-3则由图 1-3 知，A4=pa4v=48.643524450.01 m/s =0.4864352445 m/s 方向pa 4A4A3=a3a4v=35.61
8、531780.01m/s=0. 356153178m/s 方向a3a 44=A4/ lO4Al =0.4864352445/0.41841411745 =1.1625689103rad/s其转向为顺时针方向。B =4lO4Bl =1.16256891030.58=0.674289967865m/s 方向pb 取 5 构件为研究对象，列速度矢量方程，得C = B + CB大小 ? ?方向 XX O 4B BC其速度多边形如图 1-1 所示，有C=pcv=66.465793860.01 m/s =0. 6646579386m/s 方向 pcCB=bcv=10.275048510.01 m/s =0
9、. 1027504851m/s 方向bcb.取曲柄位置“6”进行加速度分析.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 = a A4n + a A4t = a A3 + a A4A3k + a A4A3r大小 ? ? ?方向 ? AO 4 O 4B AO 2 O 4B（向左）O 4BaA4n=42lO4Al=1.162568910320.41841411745=0.56551449203m/s2方向 pna A3=22lO2Al =6.6986666672900.001=-4.03849216039m/s2 方向pa 3aA4A3k=24A4A3v=21.
10、16256891030. 356153178=0.82810522395m/ s2 方向 a3k取加速度极点为 P,加速度比例尺 a=0.1（m/s 2）/mm ,作加速度多边形图图 1-4则由图 14 知，a A4t=n1 a4a =15.649295170.1 =1.564929517m/s2 方向 na 4a A4A3r = ka4a=26.988769370.1 =2.698876937m/s2 方向 ka 44=a A4t/lO4Al=1.564929517/0.38342033151rad/s2=4.0814985238rad/s2转向为逆时针方向。a A4 = pa4a =16.
11、639288450.1=-1.663928845m/s2 方向pa 4a A4A3=a3a4a=28.126484230.1=2.812648423 m/s2 方向 a3a 4取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC= aB n + aB + aCBn+ aCB大小 ? ?方向 xx BA AB CB BCaBn=42lO4Bl=1.162568910325800.001=7.8390855303 m/s2aB=aA4tlO4B/lO4A=1.564929517580/383.42033151=2.1692841661 m/s2aCBn=lCBl =0. 10275048512/0.1
12、74=0.0606762195 m/s2其加速度多边形如图 11 所示，有aB = pba = 23.065789410.1 m/s2 =-2.306578941m/s2aCBt= n 2Ca = 4.432033430.1 m/s2 =0. 443203343 m/s2aC = pCa = 22.027272710.1 m/s2 =-2.202727271 m/s2总 结 6 速 度 和 加 速 度 值 以 速 度 比 例 尺 =(0.005m/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 度 多 边
13、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 结 果VA40.4864352445 m/sVC0. 6646579386m/saA1.663928845m/s26ac-2.202727271 m/s2a、曲柄位置“1”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“1”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 2lO2A，方向垂直于 O2 A 线，指向与 2 一致。2=2n2/60 rad/s=6.7020643264rad/sA3=
14、A2=2lO2A=6.702064213*0.09m/s=0.603185789m/s（O 2A）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A4=A3+A4A3大小 ? ?方向O 4A O 2A O 4B 取速度极点 P，速度比例尺 v=0.005 (m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2则由图 1-2 知， A4= v= 0m/s4PaA4A3= v=0m/s3由速度影像定理求得，B5=B4=A4O4B/ O4A=0m/s又 4=A4/ lO4A=0rad/s取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BC取速
15、度极点 P，速度比例尺 v=0.01(m/s)/mm, 则由图 1-2 知， C5= v=0m/s5cC5B5= v=0m/sbCB=C5B5/lCB=0 rad/sb.加速度分析：取曲柄位置“1”进行加速度分析。因构件 2 和 3 在 A 点处的转动副相连，故 = ,其大小等于 22lO2A,方向由 A 指向 O2。anA232=6.7020643264rad/s, = =22LO2A=6.702064326420.09 m/s2=4.04258996116m/s2nA3取 3、4 构件重合点 A 为研究对象，列加速度矢量方程得：aA4 = + aA4= aA3n + aA4A3K + aA
16、4A3rn4大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? BA O 4B AO 2 O 4B O 4B 取 5 构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? w52 Lbc ?方向 XX cb BC取加速度极点为 P,加速度比例尺 a=0.05（m/s 2）/mm,作加速度多边形如图 1-3 所示则由图 1-3 知, C5B5= v=0m/s5cbw5 =CB=C5B5/lCB=0 rad/s=0 m/s2 aA4A3K =0 m/s2anA4aA4 =4.042589961168314 m/s2,用加速度影象法求得 aB5 = a
17、B4 = aA4* O4B/ O4A=6.932257312225 m/s2所以 ac=0.01(pc)=6.5990882824m/s2总 结 1 点 的 速 度 和 加 速 度 值 以 速 度 比 例 尺 =(0.005m/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 度 多 边 形 和加 速 度 多 边 形 如 下 图 1-2， 1-3， 并 将 其 结 果 列 入 表 格 （ 1-2）表 格 1-1位 置 未 知 量 结 果VA40m/sVC0m/saA4.04258996116 m/s2 1ac
18、6.5990882824m/s2机构动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 J 及切削力 P 的变化规律可知。5-6 杆组示力体共受五个力，分别为P,G6，F16，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 F16 大小可由运动分析求得，方向水平向左，选取比例尺 U=(10N)/mm，做力的多边形。U=10N/mm已知 P=9000N,G6=800N.又
19、 ac=ac5=2.207695373m/s2,那么我们可以计算，F16=-G6/g*ac=-800/9.8*2.207695373=-180.2200304N 又 F=P+G6+F16+F45+FR16=0做力的多边形如下，图（1）由力多边形可得：FR45=CD*UN=9181.5664521NFR16=AD*UN=649.014527N在图中，对 C 点取矩，有Mc=-P*yp-G6*XS6+FR16*x-F16*ys6=0带入数据得 x=736.013884m分离 3,4 构件进行静力分析，杆组力体图如下，图（2）已知;FR54=-FR45=-9181.5664521N,G4=220Na
20、s4=aA4*lo4s4/lo4A=1.672045993*0.29/0.41841411745m/s2=10158883791m/s2s4=aA4/lo4A=0.582612951/0.41841411745=1.393431391由此可得：Fs4=-G4/g*as4=-26.01575857NMs4=-Js4*s4=-1.2*1.393431391N*m=-1.670917669N*m在图中，对 O4 点取矩得：Mo4=Ms4+F14*x4+F23*x23+F54*x54+G4*x4=0带入数据，得Mo4=-1.670917669-37.5372637*0.29+F23*0.2479163
21、7035+9181.5664521*0.57164177839+220*0.0441846418=0故 F23=-21159.27768NFx + Fy + G4 + F14+ F23+ F54 = O大小： ? ? M4o4 方向： O4B 图(3)由图可得：Fx=5782.1812402NFy=14558.7013N 方向竖直向下对曲柄分析，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 和 FR32 等大反向，由此可以求得：图(4)h2=36.25019517mm,则对曲柄列平行方程有，Mo2=M-F42*h2=0,即M=72.65303694*12293.1348=0，即 M=8931.33584N*M
