牛头刨床机构的综合设计与分析课程设计说明书.doc

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1、工 业 大 学机械设计课程设计说明书题目：牛头刨床机构的综合设计与分析院（系）：机械工程与自动化学院专业班级： 数控071 目 录一、设计题目与原始数据2 二、牛头刨床示意图3 三、导杆机构设计4 四、机构运动分析5五、机构动态静力分析11六、飞轮设计16七、设计凸轮轮廓曲线18八、齿轮设计及绘制啮合图19九、解析法22 1导杆机构设计22 2机构运动分析223机构动态静力分析254凸轮设计 .26十、本设计的思想体会 .29十一、参考文献29 十二、附录 .29一、设计题目与原始数据1、题目： 牛头刨床的综合与分析2、原始数据：刨头的行程 H=550mm行程速比系数 K=1.6机架长 LO2

2、O3=400mm质心与导杆的比值 LO3S4/LO3B=0.5连杆与导杆的比值 LBF/LO3B=0.3刨头重心至F点距离 XS6=160mm导杆的质量 m4=15Kg刨头的质量 m6=58Kg导杆的转动惯量 JS4=0.7Kgm切割阻力 FC=1300N切割阻力至O2的距离 YP=175mm构件2的转速 n2=80rpm许用速度不均匀系数 =1/40齿轮Z1、Z2的模数 m12=15mm小齿轮齿数 Z1=18大齿轮齿数 Z2=46凸轮机构的最大摆角 max=16凸轮的摆杆长 LO4C=140mm凸轮的推程运动角 0=60凸轮的远休止角 01=10凸轮的回程运动角 0=60凸轮机构的机架长 L

3、o2o4=150mm凸轮的基圆半径 ro=55mm凸轮的滚子半径 rr=15mm 二，牛头刨床示意图：三、导杆机构设计1、已知：行程速比系数 K=1.6 刨头的行程 H=550mm 机架长度 LO2O3=400mm Lo2o3=400mm 连杆与导杆的比 LBFLO3B=0.3、各杆尺寸设计如下A、 求导杆的摆角： max =180*（k-1）/（k+1）=180*（1.6-1）/（1.6+1）=41.54 B、 求导杆长： LO3B1=H/2sin(max/2)=550/2sin(41.54/2)=775.48mm C、 求曲柄长：LO2A=LO2O3*sin(max/2) =400*sin

4、20.77=141.85mm D、求连杆长： LBF=LO3B*LBF/LO3B=775.48*0.3=232.64mm E 、求导路中心至的距离： LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B1-1-cos(max/2)/2=750.28mm F、取比例尺 L=0.005m/mm 在1号图纸右侧画机构位置图，大致图形如下：滑块尺寸：7*10 节圆半径：r1=mz1/2=13*18/2=135mm r2=mz2/2=13*56/2=345mm 四、 机构的运动分析已知：曲柄转速n2=80rpm 第4点: A. 速度分析 求VA3VA3= VA2= LO2n/30=141.8580/30=1.19m

5、/s 求VA4 VA4= VA3 +VA4A3大小： ？ 1.19 ？ 方向： O3A O2A O3A取v= VA3/Pa3=0.025(m/s)/mm 作速度多边形 求VB用速度影像法求VB求VF VF = VB +VFB大小： ？ ？ 方向： 导路 BO3 BF接着速度多边形，由速度多边形求得VF=pfv1.75m/s 求44=3= VA4/ LO3A =2.19rod/s 方向：顺时针 求VA4A3VA4A3=a3a4v=0m/s 方向如图所示B. 加速度分析求akA4A3 akA4A3=24VA4A3=22.190=0m/s2 方向如速度图所示求aA3 aA3= aA2=22L02A=

6、9.96m/s anA4 anA4=32L03A=2.192 *542*0.005=2.6求Aa4 anA4 + atA4 = aA3 + akA4A3+ arA4A3大小：1.188？ 9.96 0 ？方向：AO3 AO3 AO2 如图 O3A取a =0.1(m/s2)/mm画加速度多边形 求aB如图所示 用加速度影象法求aB=3.7m/s2求AF aF = aB + anFB + atFB大小： ？ 3.7 Vfb2/lFB ？方向：水平 FB BF 接着画加速度多边形，由加速度多边形求得 ： aF =p，f，a=0.35m/s2 第7点：A速度分析 求VA3 VA3= VA2= LO2A

7、n/30=1.188m/s 求VA4 VA4= VA3 +VA4A3大小： ？ 1.19 ？ 方向： O3A O2A O3A取v= VA3/Pa3=0.025(m/s)/mm 作速度多边形求VB用速度影像法求VB 求VF VF = VB +VFB大小： ？ 1.4 ？ 方向： 水平 如图 BF接着速度多边形，由速度多边形求得： VF=pfv1.32m/s 求44=3= VA4/ LO3A =1.6rod/s 方向：顺时针 求VA4A3VA4A3=a3a4*v =0.95m/s 方向如图所示B. 加速度分析求akA4A3 akA4A3=24VA4A3=21.60.95=3.04 m/s2 方向如

8、速度图所示求aA aA3= aA2=22L02A= 10.0m/s2 anA4 anA4=32L03A=1.22 m/s2 求Aa4 anA4 + atA4= aA3 + akA4A3 + arA4A3大小： ？ 10.0 3.04 ？ 方向：AO3 AO3 如图 O3A取a=0.1(m/s2)/mm做力的的多边形： aA4=pa4a=4.8m/s2 求aB 用加速度影象法求aB=9.8m/s2求AF aF = aB + anFB + atFB大小：？ 9.8 Vfb2/LFB ？方向：水平 FB BF接着画加速度多边形，由加速度多边形求得：aF =p，f，a=9.1m/s2 第12点: A.

9、 速度分析 求VA3 VA3= VA2= LO2n/30=1.19m/s 求VA4 VA4= VA3 +VA4A3大小： ？ 1.19 ？方向： O3A O2A O3A取v= VA3/Pa3=0.02(m/s)/mm 作速度多边形求VB 用速度影像法求VB求VF VF = VB +VFB大小： ？ 1.38 ？方向： BF BF接着速度多边形，由速度多边形求得VF=pfv1.3m/s 求44=3= VA4/ LO3A =2.1rod/s 方向：逆时针 求VA4A3VA4A3=a3a4v=0.98m/s方向如图所示 B. 加速度分析求akA4A3akA4A3=24VA4A3=4.12 m/s2方

10、向如速度图所示 求aA3 aA3= aA2=22L02A=10.0m/s2 anA4 anA4=32L03A=1.39m/s2 求Aa4 anA4 + atA4 = aA3+ akA4A3+ arA4A3大小：？ 10.0 ? 方向AO3 AO3 如图 O3A取a =0.2(m/s2)/mm画加速度多边形: 求aB 如图所示 用加速度影象法求aB=31m/s2 求AF aF = aB + anFB + atFB大小：？ 31 Vfb2/LFB ？方向：水平 FB BF接着画加速度多边形，由加速度多边形求得：aF =p，f，a=31.4m/s2 收集同组同学的位移、速度、加速度的数据并汇编如下页

11、表：曲柄位名称1234456SF00.030.10.20.280.310.41VF00.91.451.651.751.691.52AF18.510.96.211.95-0.35-1.3-4.2曲柄位名称7 8（8）910101112SF0.490.550.530.420.280.210.04VF1.180.42-0.95-2.86-3.6-3.5-1.3AF-8.5-15.8-27.7-28.6-1.915.431.6刀头运动曲线： 五、机构的动态静力分析已知： m=58Kg m=15Kg（ 其余质量忽略不计）导杆绕重心的转动惯量 J=0.7kgm 切削主力为常数大小为 Fc=1300N 确定

12、惯性力、惯性力矩第7点P=-m*a=-58*-8.03=493N P= -m*a=-15*4.9=-73.5N M=-J*=-0.7*-4.8/0.475=7.1NM h= M/ P=7.1/73.5=0.1M 第12点P=-m*a=-58*31=-1832.8N P= -m*a=-15*15.5=-232.5N M=-J*=-0.7*1.72/0.305=-28NM h= M/ P=28/232.5=0.12M 将计算结果汇总在如下表中曲 柄位 置导杆4刨头PMhP7点-73.57.10.149312点-232.5-280.12-1832.82、确定齿轮2的重量 查指导书得齿轮2的重量 G=

13、500N 3、确定各运动副反力第7点：A、取构件5、6为示力体在机构位置图上方绘制示力体图比例尺为：=0.005m/mm R()45+R()76+P()I6+G()6+F()C=0上式中只有R、R的大小未知取力比例尺： =F/=20N/mm 在机构位置图下面画力多边形大致图形如图，求得：R=*=42*20 =840N 方向与力多边形中de的方向一致 R=*=20*32=640N 方向：垂直导路上 =0F（L-Y）+GX= Rhh= F（L-Y）+GX/ R B、取构件3、4为示力体： 在机构位置图右侧绘制示力体图比例尺为 =0.005m/mm R()54+G()4 +R()23+P()I4 +

14、=0 =0 （确定R的大小）RL+PI4 h+ Gh= Rh量得h=0.11m h=0.475 m h=0.76m R=(Rh-Ph-Gh)/L=1140N 矢量式中R的大小和方向未知 仍取力比例尺=20N/M 接着力比例尺多边形图，求得：R=*=28*20=560N 方向与力多边形中的方向一致C、取构件2为示力体 在机构位置图右下方绘示力体图比例尺为：=0.005m/mm R()32+R()72+P()b+G()2=0 =0(确定R的大小)：R32h32=Pbrb 量得：=0.085M =0.31M =/=617N 式中的大小和方向未知仍然取比例尺=20N/m 接着画力多边形图，求得：=60

15、20=1200N 方向与力多边形中ij的方向一致 第12点： A、 取构件5、6为示力体在机构位置图十方绘制势力题示力体图， 比例尺为=0.005m/mm +=0上式中只有、的大小未知取比例尺= F/=20N/mm R=cd*=1800N 方向与力多边形中cd的方向一致R=ad*=660N 方向：垂直导路上 =0 F（L-Y）+GX= Rhh= F（L-Y）+GX/ R =0.14mB、取构件3、4为示力体在机构位置图右侧绘制示力体图 比例尺为 =0.005m/mm R()54+G()4 +R()23+P()I4 =0=0 （确定R的大小）RL+PI4 h+ Gh= RhR=(Rh-Ph-Gh

16、)/L =4640N 矢量式中R的大小和方向未知 仍取力比例尺=20N/M 接着力比例尺多边形图，求得：R=gf*=2740N 方向与力多边形中fg的方向一致 C、取构件2为示力体 在机构位置图右下方绘示力体图比例尺为：=0.005m/mm 其平衡方程为 +=0 =0（确定的大小）： +=量得：=0.08m =0.32 =/=1160N 上式中只有的大小和方向未知 仍然取比例尺=20N/m 接着画力多边形图，求得：=id=21020=4200N 方向与力多边形中id的方向一致4、将各运动副反力汇总如下： 位置 反力指定的两个位置第7点第12点120041805602700620660 8201

17、820 1140 4640114046405、计算平衡力偶矩并汇总如下：曲柄位置123456Mb（MN）0210285284246188曲柄位置789101112Mb（MN）98-50176596-380-3786、绘制平衡力偶矩曲线-该曲线在图纸右上角六、飞轮设计已知：许用速度不均匀系数 =1/40 平衡力矩曲线 Mb-2 驱动力矩为常数 曲柄的转数 n2=80rpm 飞轮装在齿轮Z1的O1轴上1、作等效阻力矩曲线Mr-r由于飞轮准备装在Z1的O1轴上，因此|Mr|=|Mb/i12|可由Mb-2曲线直接画出Mr-1曲线（见A1图）。为了使图形一样，其比例尺选为： Mr=Mb/i12=10/2

18、.6=3.91Nm/mm 大致图形如图所示。2、求功曲线Wr-1取极距H=50mm图解积分Mr-1得Wr-1曲线。纵坐标比例尺为：W =MH/180=17.8J/mm 3、求功曲线Wd-1根据一个稳定运转循环中能量变化为零，以及Md=常数的条件可作出Wd-1曲线。比例尺仍为：W=17.8J/mm4、求驱动力矩曲线Md-1仍取极距H=50mm 图解微分Wd-1得Md-1曲线。纵坐标比例尺为：W=10Nm/mm 得驱动力矩：Md =hM=113.91=43.01Nm5、确定最大盈亏功为：W=2517.8=445J 6、求飞轮的转动惯量JF=900W/2 n21 =90044530/2(802.56

19、)2=29.05kgm 7、确定飞轮尺寸b=4gJF/D3H材料用灰铸铁 =7104N/m3取飞轮直径D=1m D=0.5m取轮缘的高宽比为H/b=1.5 H/b=1.5b2=4gJF/D3H=49.87.7/3.140.531.57104b=0.167m=167mm H=1.5b=1.5167=250mm 取 H=250mm图形如下：七、设计凸轮轮廓曲线已知：推杆的运动规律为等加速等减速上升和等加速等减速下降，凸轮与曲柄共轴，顺时针回转； 推程运动角 0=60 远休角 01=10回程运动角 0=60最大摆角 max=16 摆杆长 Lo4c=140mm机架长 Lo2o4=150mm基圆半径 r

20、0=55mm滚子半径 rr=15mm摆杆的角位移曲线以及凸轮轮廓曲线的设计已绘制在2#图纸上.八、齿轮设计及绘制啮合图已知：齿轮1的齿数 Z1=18齿轮2的齿数 Z2=46模数 m12=15mm压力角 =20齿顶高系数 ha*=1径向间隙系数 c*=0.251、列表计算几何尺寸2、绘制齿廓啮合图 取比例尺 L=1mm/mm 名称符号计算公式计算结果小齿轮分度圆直径d1d1=mz1270大齿轮分度圆直径d2d2=mz2690小齿轮齿顶圆直径da1da1=d1+2ha300大齿轮齿顶圆直径da2da2=d2-2ha720小齿轮齿根圆直径df1df1=d1-2hf232.5大齿轮齿根圆直径df2df

21、2=d2-2hf652.5小齿轮基圆直径db1db1=d1cos253.7大齿轮基圆直径db2db2=d2cos648分度圆齿距PP=m47.1基圆齿距PbPb=Pcos44.3分度圆齿厚ss=p/223.55分度圆齿槽宽ee=p/223.55径向间隙cc=c*m3.75标准中心距aa=m(z1+z2)/2480实际中心距aa=a480传动比ii=z2/z12.56重合度=B1B2/Pb1.44 九、解析法1导杆机构设计已知：（1）行程速比系数K；（2）刨头和行程H；（3）机架长LO2O3（4）连杆与导杆的比LBF/LO3B求解:(1)求导杆的摆角：max=180（K-1）/（K+1）(2)求导杆长：LO3B1=H/2sin（max/2）(3)求曲柄长：LO2A=LO2O3sin（max/2）(4)求连杆长LBF=LO3BLBF/LO3B (5)求导路中心到O3的垂直距离LO3M：从受力情况（有较大的传动角）出发，刨头导路O3B线常取为通过B1B2挠度DE的中点M.即： LO3M=LO3B-LDE/2 将上述已知条件和公式编入程序：源程序及运行结果（见附表）2机构的运动分析已知： (1)曲柄转速2； (2)各构件的长度。求解：、建立机构的运动方程式如图所示：选定直角坐标系XOY。标出各杆的矢量和转角。各构件矢量所组成的封闭矢量方程式为: Ll + L2 = S