牛头刨床的综合与分析课程设计论文说明书大学论文.docx

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牛头刨床的综合与分析课程设计论文说明书大学论文

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一、设计题目与数据

1．题目

牛头刨床的综合与分析

2.原始数据

刨头的行程H=600mm

行程速比系数K=1.8

机架长LO2O3=370mm

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=210mm

导杆的质量m4=20

刨头的质量m6=52

导杆的转动惯量JS4=0.9

切割阻力FC=1400N

切割阻力至O2的距离YP=165mm

构件2的转速n2=80

许用速度不均匀系数[δ]=1/30

齿轮Z1、Z2的模数m12=16

小齿轮齿数Z1=18

大齿轮齿数Z2=42

凸轮机构的最大摆角φmax=18º

凸轮的摆杆长LO4C=130mm

凸轮的推程运动角δ0=60º

凸轮的远休止角δ01=10º

凸轮的回程运动角δ0'=60º

凸轮机构的机架长Lo2o4=140mm

凸轮的基圆半径ro=50mm

凸轮的滚子半径rr=15mm

二、牛头刨床示意图

图1

牛头刨床工作原理：

牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。

电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。

三、导杆机构设计

1、已知：

行程速比系数K=1.8

刨头的行程H=600mm

机架长度LO2O3=370mm

连杆与导杆的比LBF/LO3B=0.3

2、各杆尺寸设计如下

A、求导杆的摆角：

ψmax=180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.8-1）/（1.8+1）=51.4°

B、求导杆长：

LO3B=H/[2sin（ψmax/2）]=600/[2sin（51.4°/2）]=697mm

C、求曲柄长：

LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）=370×sin25.7°=160mm

D、求连杆长

LBF=LO3B×LBF/LO3B=692×0.3=207mm

E、求导路中心到O3的距离

LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B{1-[1-cos（ψmax/2）]/2}=657mm

F、取比例尺

μL=0.005m/mm

在1#图纸中央画机构位置图，大致图形如下：

图2

四、机构的运动分析

已知：

曲柄转速n2=80rpm

各构件的重心：

构件6的重心：

XS6=210mm

第7点：

A、速度分析

求VA3

VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.160×80π/30=1.344m/s

求VA4

=+

大小：

？

1.34？

方向：

⊥O3A⊥O2A∥O3A

取μV=VA3/Pa3=0.050在1#图的左下方画速度多边形，图形如1#图左下方所示

=0.93m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

求VB

用速度影像求VB=30×0.05=1.5m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

求VF

=+

大小：

？

1.5？

方向：

水平⊥O3A⊥BF

接着画速度多边形，图形如1#图左下方所示

由速度多边形求得：

VF=μV=1.29m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

求ω4

ω4=ω3=VA4/LO3A=1.98rad/s方向：

顺时针

求VA4A3

VA4A3=×μV=0.93m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

B、加速度分析

①求aKA4A3

aKA4A3=2ω4VA4A3=3.68m/s2

②求aA3

aA3=aA2=ω22×LO2A=11.29m/s2方向：

A→O2

③求anA4

anA4=ω23×LO3A=1.84m/s2方向：

A→O3

④求aA4

+=++

大小：

1.08？

11.33.68?

方向：

A→O3⊥O3AA→O2⊥O3A∥O3A

取μa=aA3/pa3=0.15

在1#图的左下方画加速度多边形

aA4=pa4×μa=4.59m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

⑤求aB

用加速度影像求aB=6.74m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

=++

大小：

？

6.75?

方向：

水平√F→B⊥BF

接着画加速度多边形

由加速度多边形求得：

aF=p’f’×μa=5.6m/s2方向：

如1#图左下方速度图所示

第8’点：

A、速度分析

求VA3

VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.159×80π/30=1.344m/s

=+

大小：

？

1.344？

方向：

⊥O3A⊥O2A∥O3A

取μv=VA3/Pa3=0.050在1#图的左下方画速度多边形

求VB

用速度影像求VB=0m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

求VF

=+

大小：

？

2.92？

方向：

水平∥导路⊥BF

VF=μV=0m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

求ω4

ω4=ω3=VA4/LO3A=0m/s方向：

逆时针

求VA4A3

VA4A3=×μV=0m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

B、加速度分析

①求aKA4A3

aKA4A3=2ω4VA4A3=0m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

②求aA3

aA3=aA2=ω22×LO2A=11.29m/s2方向：

A→O2

③求anA4

anA4=ω23×LO3A=0m/s2方向：

A→O3

④求aA4

+=++

大小4.1？

11.37.4?

方向：

A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A

取μa=aA3/=0.3在1#图的左下方画加速度多边形

aA4=pa4×μa=10.6m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

⑤求aB

用加速度影像求aB=75×0.3=22.5m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

⑥求aF

=++

大小：

？

22.5390.3?

方向：

水平√F→B⊥BF

接着画加速度多边形

由加速度多边形得：

aF=×μa=21.6m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

第10点速度分析

求VA3

VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.1418×80π/30=1.344m/s方向：

如1#图左下方速度图所示

求VA4

=+

大小?

1.3440

方向：

⊥O3A⊥O2A∥O3A

取μV=VA3/Pa3=0.05

VA4=1.1m/s

在1#图的左下方画速度多边形，大致图形如1#图所示

求VB

用速度影像求VB=3m/s

求VF

=+

大小：

?

3?

方向：

水平⊥O3A⊥BF

VF=μV=2.9m/s

求ω4

ω4=ω3=VA4/LO3A=4.5rad/s

求VA4A3

VA4A3=×μV=0.85m/s

B、加速度分析

①求aKA4A3

aKA4A3=2ω4VA4A3=8.4m/s2

②求aA3

aA3=aA2=ω22×LO2A=11.1m/s2方向：

A→O2

③求anA4

anA4=ω23×LO3A=5.4m/s2方向：

A→O3

④求aA4

+=++

大小：

5.4？

11.18.4?

方向：

A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A

取μa=aA3/pa3=0.30

在1#图的左下方画加速度多边形大致图形如1#图所示

aA4=×μa=16.2m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

⑤求aB

用加速度影像求aB=150×0.3=45m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

⑥求aF

=++

大小：

？

453？

方向：

水平√F→B⊥BF

接着画加速度多边形

由加速度多边形得：

aF=×μa=41.7m/s2方向：

如1#图左下方加速度图所示

在1#图纸左上角绘制刨头的运动线图。

大致图形如1#图左上角所示

表1

曲柄位置

名称结果

1

2

3

4

4’

5

6

SF

0

0.04

0.11

0.213

0.3

0.36

0.41

VF

0

0.85

1.475

1.71

1.70

1.73

1.51

aF

18.6

17.85

10.6

1.8

-0.45

-01.3

-5.2

曲柄位置

名称结果

7

8

8’

9

10

10’

11

12

SF

0.5

0.575

0.64

0.595

0.505

0.29

0.265

0.05

VF

1.29

0.9

0

-0.46

-2.5

-4.4

-4.40

-1.8

aF

-5.6

-8.8

-27

-28.4

-42

-3.6

3.6

42

五、机构的动态静力分析

已知:

导杆的质量m4=20Kg

刨头的质量m6=52Kg

（其余质量忽略不计）

导杆绕重心的转动惯量JS4=0.9Kgm

切削阻力为常数大小为FC=1400N

1.确定惯性力、惯性力矩

第7点：

P16=-m6×aF=-52×5.6=-291.2N

P14=-m4×as=-20×4.6=-92N

M14=-0.9×α4=-7.66N·m

h=M14/F14=-8/-60=0.0833m

第10点：

P16=-m6×aF=-52×42=-2184N

P14=-m4×aS=-20×16.5=-330N

M14=-JS4×α4=-57.3N·m

h=M14/F14=-57.3/330=0.17m

将计算结果汇总在如下表中：

表2

曲柄

位置

导杆4

刨头

P14

M14

Lh4

P16

7点

-92

-7.66

0.0833

-291.2

12点

-330

-54.34

0.17

-2184

2.确定齿轮2的重量

查指导书得齿轮2的重量G2=500N

3.确定各运动副反力

第7点:

A、取构件5、6为示力体

在1#图右下方绘制示力体图

比例尺为：

μL=0.005m/mm

大致图形如图：

++++=0

上式中只有FR45、FR76的大小未知

取力比例尺：

μP=Fc/bc=40N/mm在1#图右下方画力多边形大致图形如1#图所示

求得：

FR45=×μP=1950N方向：

与力多边形中的方向一致

FR76=×μP=23×40=690N方向：

垂直导路向上

∑MF=0：

FC（LO2M-YP）+G6×XS6=FR76h76

h76=[Fc×（LO2M-YP）+G6×XS6]/R76=0.41m

B、取构件3、4为示力体

在机构位置图上方绘制示力体图,比例尺为：

μL=0.005m/mm大致图形如1#图

其平衡方程为：

++++=0

∑MO3=0（确定FR23的大小）：

FR23h23+F14hp+G4h4=FR54h54

量得:

hp=0.475m；h4=0.145m；h54=0.615m

FR23=（FR54h54+F'14hP+G4h4）/h23=3000N

矢量式中F