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1、机械原理课程设计说明书设计课题：牛头刨床机构综合与分析 系 别： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 日 期：目 录前言. 3 设计项目 机构简介与设计数据.3 设计内容 机构简图的绘制.5 导杆机构的运动分析. 6 导杆机构的动态静力分析.10 凸轮机构的设计.13 飞轮机构的设计.14 5. 心得体会.15 6. 参考文献.16 附图1： 导杆机构的运动分析与动态静力分析 附图2： 摆动从计动件凸轮机构的设计 附图3：牛头刨床飞轮转动惯量的确定前 言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
2、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。设计项目牛头刨床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
3、过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图4-1，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小电动机容量。设计数据 设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动静态分析项目n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4单位r/minmmNmmkg.m2724301108100.36 lo4B0.5 lo4B18
4、04022062080001001.2飞轮转动惯量的确定凸轮机构的设计无齿轮任务项目dnoz1zo”z1”Jo2Jo1Jo”Jocmaxlo9DaFFsF单位r/minkg.m28mm80.1614401519500.50.30.20.21513042751065设计内容导杆机构的运动分析（见1号图纸）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所作的圆弧高的平分线上。要求 做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和89为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，19和
5、79为切削起点和终点所对应的位置，其余2，312等，是由位置1起顺v2方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1）设计导杆机构。 按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见1号图纸）2）作机构运动简图。选取比例尺画出机构的两个极限位置(用双点划线)及位置3、9的运动简图，其中一个位置用粗线画出。曲柄位置的做法见1号图纸；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8对应于滑块6处于下极限的位置，其中8和8重合。共计13个机构位置。3）作
6、速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.02（）和加速度比例尺=0.16（），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果列入表。4)作滑块的运动线图。根据机构的各个位置，找出滑块6上C点的各对应位置，以位置1为起始点，量取滑块的相应位移，取位移比例尺（），作（t）线图。为了能直接从机构运动简图上量取滑块位移。然后根据（t）线图用图解微分法（弦线法）作出滑块的速度（t）线图，并将结果与其相对运动图解法的结果比较。5）绘制滑块的加速度线图（见1号图纸）.导杆机构的运动分析1).选取长度比例尺，作出机构在位置9运动简图。 如一号图纸所示，选取=l/OA（m/mm)进行作图，l
7、表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2.)求原动件上运动副中心A的v和a v=2 l 0.8294m/s式中vA点速度（m/s） 方向丄AOa=2 l=6.2534m/s式中aA点加速度（m/s）,方向A O3.位置3处构件的速度分析（1）对A点：A3v+ vA3A2方向： 丄A3O4 丄A3O2 A3A2大小： ？2 lAO2？ 线段： pa3 pa2 a3a2（）定出速度比例尺在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa2代表v,则速度比例尺（m
8、 s/mm）=0.02 ms/mm（）作速度多边形，求出、根据矢量方程式作出速度多边形的pd部分，则v (m/s)为v=pa=0.8294m/s= v/ l=1.2911rad/s其转向为顺时针方向。由速度影像法，得出VB3=0.6400m/sB点速度为，方向与v同向.（）C点Vc3= B3 + VC3B3 方向：水平 丄B3O 丄B3C3 大小： ？ 0.6400m/s ？ 线段：pc3 pb3 c3b3通过作图，确定点速度为V=bc=0.4800m/sVpc=1.0000m/s式中V点速度，方向为pc。位置3处构件的加速度分析（）列出点加速度矢量方程式牵连运动为移动时绝对加速度牵连加速度相
9、对加速度牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）绝对加速度牵连加速度相对加速度哥氏加速度对B点：a3= a3 + a3= aA2 + aKA3A2 + arA3A2方向：？ A3O4 丄A3O4A2O2 丄A3O4 A3O4大小：？ LA3O4？ LA3O2 24VA3A2 ？线段： p，a3” a3”a3 p， a,2 a,2k ka3,(2)定出加速度比例尺在1号图纸中取p，为加速度极点，取加速度比例尺=0.1600m/s/mm(3)作加速度多边形，可求出a3、arA3A2的值,同时，由加速度影像法，可求得aB3= 0.4800 m/s (4)对C点：aC3 = aB3 + a
10、C3B3方向： 水平 A3O4 丄C3B3大小： ？ 0.4800 m/s ？线段： p,c3, p,b,3 c,3b,3 由上式可得：aC3B3= 1.9200m/saC3 =4.3200m/s项目v2vA2vA3(9)A2A3(9)VC3(9)B3(9)B3（9）Vc3（9）位置37.53980.82940.48000.66350.16001.04581.0000位置90.82940.66000.45000.20001.02001.0200单位rad/sm/s1.项目aA2 aKA3（9）A2 arA3（9）A2a3（9）a3（9）aB3(9) aC3(9)B3(9)aC3(9)_位置31
11、.29116.25341.28503.68002.48001.60004.80004.32004.3200位置91.24656.25342.88005.60002.32001.82768.80005.76007.8400单位rad/s m/s22. 同理，可以求出位置九的速度和加速度导杆机构的动态静力分析已知 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。动态静力分析过程：在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。对构件在位置
12、9时进行拆分杆组（见1号图纸），求各个构件的惯性力和惯性力偶矩：连杆4：Pi4=-m4as4=-G4/g(P,S4)=-98.7755N Mi4=- Js4s4=-Js4)(atp,b,9)/lO4BS4=-20.3852Nm（即顺时针方向）构件6：Pi6=-m6as6=-G6/g(P,C,9)=-496N(即与as6的方向相反)对于刨头： F=0 , G6 + Pi6 + P45 + P16=0 方向：y轴 与a6反向 BC y轴 大小： 620 496 ? ?按N=10N/mm的比例做力多边形（见1号图纸），可求得: P45 =490N，方向为由B指向C对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：
13、 F=0 ， P54 + P23 + Pi4 + G4 + P14=0 方向: BC O4B9 a4 y轴 ? 大小： 490N ？ 98.7755N 220N ? 按N=10N/mm的比例做力多边形（见1号图纸），求得P23=1300N, P14=710N在摇杆上可以得到P23 =- P32对曲柄：由1号图纸上直接量取h1 M=0 , P32h1+Mb=0求出Mb=20.8361N项目位置Pi6Pi4Mi4大小方向949698.775520.3852 顺时针单位NN.m项目位置P54=P54P34=P23Mb大小方向94901300 20.8361 顺时针单位NN.m 凸轮机构设计（见图2）
14、 已知 摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角F，远休止角Fs，回程运动角F，摆杆长度lo9D=130mm，最大摆角cmax=158，许用压力角a=428；凸轮与曲柄共轴。要求 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，凸轮实际轮廓线。以上内容做在2号图纸上。步骤：1） 由从动件运动规律得：推程运动段m=/t=12/25rad/s, max=2m=24/25 =max/t=34.74 rad/s2 。回程运动段，m=，/t=36/65rad/s, ，max=2m=72/65，=，max /t=46.25 rad/s2然后用几何作图法直接绘出（）及（）线图。（详见2号图纸）2)用几何作图法按许用
15、压力角作出凸轮轴心的安全区，求出基圆半径r=46mm,凸轮回转中心O至从动件摆动中心O的距离l OO9=148mm。按（）线图划分角时，可将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割角所对应的弧，自从动件摆动中心O作辐射线与各分割点想连，则角便按预定比例分割。（详见2号图纸）3）根据凸轮转向，摆杆长l OD，和以上求得的r，l OO9，由反转法画出凸轮理论廓线，然后，再选取滚子半径rT=0.1ro，画出凸轮的实际廓线。（详见2号图纸）飞轮设计（见图3）已知 及其运动的速度不均匀系数d，由动态静力分析所得的平衡力矩My,具有定转动比的各构件的转动惯量J，电动机、曲柄的
16、转速no、n2及某些齿轮的齿数。驱动力矩为常数。要求 用惯性力法确定安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF。以上内容做在2号图纸上。步骤：1） 列表汇集同组同学在动态静力分析中求得的机构位置的平衡力矩M，以力矩比例尺和角度比例尺绘制一个运动循环的动态等功阻力矩Md= Mr（）线图。对 Mr（）用图解积分法求出在一个运动循环中的阻力功Ar= Ar（）线图。各机构位置平衡力矩对应表位置11，2345677，力矩(Nm)063;690779.061213.101257.111293.84823.3670.2-47.02;613.37位置88，9101112力矩(N.m)00-20.8361-78.114-
17、30.713-22.3192） 绘制驱动力矩Md所作的驱动功Ad= Ad（）线图。因Md为常数，且一个运动循环中驱动功等于阻力功，故将一个循环中的Ar= Ar（）线图的始末两点 以直线相连，即为Ad= Ad（）线图。3） 求最大盈亏功Emax。将Ad= Ad（）与Ar= Ar（）两线图相减，即得一个运动循环中的动态盈亏功线图E = E（）。该线图的纵坐标最高点与最低点的距离，即表示最大盈亏功Emax确定飞轮的转动惯量J。由所得的Emax，按下式确定飞轮的转动惯量J=900Emax /2n22按照上述步骤得到飞轮的转动惯量为JF=179.5681 心得体会 通过这次课程设计，我才发现我与同学之间
18、的差距，别人半天能够解决的问题，我需要一天才能够完成，究其原因，还是理论基础不够扎实，处理问题的思维没有懂得系统化，全局化，常常是画了一下又要擦掉，从而浪费了很多时间。见贤思齐，在这次实践的过程中不仅使自己将相关知识掌握的更加牢固，更学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,同学们所表现出来的积极向上勤奋好学的精神更值得我们在今后的学习生活中一直保持下去。最后我要感谢指导老师对我们的悉心指导，感谢全班同学的团结协作，是你们耐心的帮助我解答我遇到的每一个问题和疑问，才能使我顺利的完成这次课程设计。谢谢你们的帮助。参考文献1机械原理课程设计手册龚建新主编，高等教育出版社，20102机械原理高中庸等主编，华中科技大学出版社，20113工程力学龚良贵主编，北京航天航空大学出版社，2010
