牛头刨床刨刀的往复运动机构定稿版Word文件下载.docx

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年级

2012级

学号

设计题目

评价内容

评价指标

评分

权值

评定

成绩

业务水平

有扎实的基础理论知识和专业知识；

能正确设计机构运动方案（或正确建立数学模型并运用matlab进行仿真）；

对所设计机构的特定位置进行运动分析和动态静力分析。

独立进行设计工作，能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；

能正确处理设计数据；

能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。

40

论文（设计说明书、图纸）质量

论述充分，结论严谨合理；

设计方法正确，分析处理科学；

文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；

图纸绘制符合国家标准；

计算结果准确；

工作中有创新意识；

对前人工作有改进或突破，或有独特见解。

工作量、

工作态度

按期完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；

工作努力，遵守纪律；

工作作风严谨务实。

20

合计

100

指导教师评语

1．设计任务书……………………………………………………4

1.1设计题目………………………………………………………..4

1.2牛头刨床简介………………………………………………………4

1.3牛头刨床工作原理…………………………………………………4

1.4设计要求及设计参数…………………………………………6

1.5设计任务…………………………………………7

二．导杆机构的设计及运动分析…………………………………8

2.1机构运动简图……………………………………………8

2.2机构运动速度多边形……………………………………………9

2.3机构运动加速度多边形……………………………………………11

三．导杆机构动态静力分析……………………………………………14

3.1静态图……………………………………………14

3.2惯性力及惯性力偶矩……………………………………………14

3.3杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力

……………………………………………15

心得与体会……………………………………………………………21

参考文献.................................................................................................22

一、设计任务书

1.1设计题目：

1.2牛头刨床简介：

牛头刨床外形图

牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。

为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。

刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；

安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。

1.3牛头刨床工作原理：

牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床，图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。

电动机经皮带传动和两对齿轮传动，带动曲柄2和曲柄相固结的凸轮转动，由曲柄2驱动导杆2－3－4－5－6，最后带动刨头和刨刀作往复运动。

当刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程。

当刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程。

当刨头在工作行程时，为减少电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低，且接近于匀速切削。

在空回行程中，为节约时间和提高生产效率，采用了具有急回运动特性的导杆机构。

此外，当刨刀每完成一次刨削后，要求刨床能利用空回行程的时间，使工作台连同工件作一次进给运动，以便于刨刀下一次切削。

为此，该刨床采用凸轮机构，双摇杆机构经棘轮机构和螺旋机构（图中未示出），带动工作台作横向进给运动。

图1牛头刨床机构简图

图3曲柄位置图

1.4设计要求及设计参数：

设计要求：

1、绘图问题

A1图纸一张，A1图纸1张，绘图工具一套。

2、绘图要求

作图准确，布置匀称，比例尺合适，图面整洁，线条尺寸应符合国家标准。

3、计算说明书要求

计算程序清楚，叙述简要明确，文字通顺，书写端正。

设计参数：

设计内容

符号

数据

单位

导杆的运动分析

n1

60

lAC

380

lAB

110

lCD

540

lDE

0.25lCD

LCs3

0.5lCD

xs5

240

ys5

50

导杆机构动态静力计算

G3

200

G5

700

Fr

7000

yFr

80

Js3

1.1

1.5设计任务：

用图解法对牛头刨床的连杆机构进行运动分析和动力分析。

要求画出A1图纸一张，A2图纸一张，写出计算说明书一份。

二、导杆机构的设计及运动分析

2.1机构运动简图：

图2-1机构运动简图

1.选方案Ⅰ，在连杆机构中，曲柄有30个连续等分1～30个位置（见图3），选取4位置进行设计及运动分析，取长度比例尺=0.004.

2.取构件2和导杆3垂直（即构件5在最左方）时为起始位置1，用量角器量取（4-1）×

12=36度，两个工作行程的极限位置1和，E点两极限位置如图虚线，极限位置距离h=312mm，机构运动简图如图2-1所示。

2.2机构运动速度多边形：

图2-2机构运动速度多边形

根据机构运动简图，进行速度分析：

根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式，得：

υB3=υB3B2+υB2

大小?

?

√

方向⊥CB∥BC⊥AB

计算：

n=60r/min=1r/s,ω=2πn=2πrad/s,

υB2=ω×

lAB=2πrad/s×

0.11m=0.22πm/s

速度多边形：

在图上任取速度极点P，速度比例尺μv【=υB2/Pb1=（0.22πm/s）/120㎜】=0.006（m/s）/mm，过点p作直线pb1（长度为120㎜）垂直杆AB代表υB2的方向线，过点p作垂直杆CB的直线，代表υB3；

再过点b1作直线平行于BC，代表υB3B2的方向线，这两方向线交点为b3，则矢量pb3和b1b3分别代表υB3和υB3B2，其大小分别为：

υB3=μv×

pb3=0.006（m/s）/mm×

62㎜=0.37m/s

υB3B2=μv×

b2b3=0.006（m/s）/mm×

101㎜=0.6m/s.

根据影像相似原理求出υD:

CB/CD=pb3/pd,即106.5/135=62/pd,解得pd=78㎜，

υD=μv×

pd=0.006（m/s）/mm×

78㎜=0.468m/s

方向在pb3的延长线上。

再根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式，得

υE=υED+υD

大小?

?

方向∥导路⊥ED⊥CD

pd=78㎜，方向在pb3的延长线上，再过点P作水平线代表点E的速度方向，再过点d作杆ED的垂直线，这两方向线交于点e，则矢量pe和de分别代表υE及υED，其大小分别为：

υE=μv×

pe=0.006（m/s）/mm×

75㎜=0.45m/s

υED=μv×

de=0.006（m/s）/mm×

20㎜=0.12m/s

因为4位置为工作行程，故刨头在此过程中匀速即：

υS5=υE，根据重心得加速度影像相似原理求出υS3：

CS3/CD=PS3/Pd即67.5㎜/135㎜=PS3/78㎜，解得PS3=39㎜，

υS3=μv×

PS3=0.006（m/s）/mm×

39㎜=0.234m/s

方向在Pd上，机构运动速度多边形如图2-2所示。

2.3机构运动加速度多边形：

由理论力学可知，点B3的绝对加速度与其重合点B2的绝对加速度之间的关系为

anB3+atB3=aB2+akB3B2+arB3B2

方向B3→C⊥B3CB2→A⊥B3C∥B3C

大小?

2ω3VB3B2?

计算:

由图2-1结构运动简图得:

lB3C=106.5=106.5㎜×

0.004m/mm=426㎜=0.426m；

由图2-2机构运动速度多边形求出:

VB3=μv×

pb3=0.06（m/s）/mm×

62mm=0.37m/s;

ω3=v3/lb3c=（0.37m/s）/（0.426m）=0.87rad/s;

故anB3=ω23×

lB3C=（0.87rad/s）2×

0.426m=0.32m/s2

ω=2πn=2πrad/s；

lAB=110mm=0.11m

故aB2==（2πrad/s）2×

0.11m=4.34m/s2

由图2-2机构运动速度多边形求出:

VB3B2=μv×

b2b3=0.006（m/s）/㎜×

101mm=0.6m/s

故akB3B2=2ω3VB3B2=2×

0.87rad/s×

0.6m/s=1m/s2

在一般情况下，arB3B2=anB3B2＋atB3B2,但是目前情况下，由于构件2和构件3组成移动副，所以anB3B2=0，则arB3B2=atB3B2，其方向平行于相对移动方向；

akB3B2是哥氏加速度，对于平面运动之内，akB3B2=2ω3VB3B2哥氏加速度akB3B2的方向是将VB3B2沿ω2的转动方向转90度（即图2-3中的b′k′的方向），在上面的矢量方程式中只有atB3和arB3B2的大小为未知，故可用图解法求解。

加速度多边形：

从任意极点π连续作矢量πb′2（120mm）和b′2k′代表aB2和akB3B2，其加速度比例尺ua=aB2/πb′2=0.036（m/s2）/㎜；

再过π作矢量πb3’’代表anB3，然后过k′作直线k′b3’平行于线段CB3代表arB3B2的方向线，并过点b3’’作直线b3’’b3’垂直于线段CB3，代表atB3的方向线，它们相交于点b3’，则矢量πb′3便代表aB3。

机构运动加速度多边形如图2-3所示。

图2-3机构运动加速度多边形

由机构运动加速度多边形可求出：

atB3=b3’’b3’×

ua=72.5㎜×

0.036（m/s2）/㎜=2.61m/s2；

arB3B2=k′b3’×

ua=55㎜×

0.036（m/s2）/㎜=1.98m/s2

再根据加速度影像相似原理，得：

CB/CD=πb3’/πd3’即106.5㎜/135㎜=72.5㎜/πd3’

解得πd3’=93㎜；

CS3/CD=πS3/πd3’即67.5㎜/135㎜=πS3/93㎜

解得πS3=46.5㎜；

故

aD3=πd3’×

ua=93㎜×

0.036（m/s2）/㎜=3.348m/s2；

as3=πS3×

ua=46.5㎜×

0.036（m/s2）/㎜=1.674m/s2

因此位置为工作进程，故E点和重心S5点匀速前进，故无加速度。