机械原理牛头刨床课程设计Word格式文档下载.docx
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前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，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。
（a）（b）
图d
一.设计任务
1、运动方案设计。
2、确定执行机构的运动尺寸。
3、进行导杆机构的运动分析。
4、对导杆机构进行动态静力分析。
5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。
二.设计数据
本组选择第六组数据
表1
方案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
导杆机构运动分析
转速n2（r/min）
48
49
50
52
47
55
60
机架lO2O4（mm）
380
350
430
360
370
400
390
410
工作行程H（mm）
310
300
330
250
行程速比系数K
1.46
1.40
1.44
1.53
1.34
1.50
1.37
连杆与导杆之比
lBC/lO4B
0.25
0.3
0.36
0.33
0.32
0.28
表2
导杆机构的动态静力分析
lO4S4
xS6
yS6
G4
G6
P
yp
JS4
mm
N
kg.m2
1，2，3
0.5lO4B
240
200
700
7000
80
1.1
4，5，6
220
800
9000
1.2
7，8，9
180
40
620
8000
100
三.设计要求
1、运动方案设计
根据牛头刨床的工作原理，拟定1～2个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。
2、确定执行机构的运动尺寸
根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
注意：
为使整个过程最大压力角最小，刨头导路位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图d）。
3、进行导杆机构的运动分析
根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应的1到2个位置（如图2中1，2，3，……，12各对应位置）的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。
4、对导杆机构进行动态静力分析
根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。
作图部分与尺寸设计及运动分析画在同一张纸上（2号或3号图纸）。
提示：
如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。
5、数据总汇并绘图
最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。
6、完成说明书
每人编写设计说明书一份。
写明组号，对应曲柄的角度位置。
四.设计方案选定
如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。
采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。
适当确定刨头的导路位置，可以使图2
压力角
尽量小。
五.机构的运动分析
选择第六组数据求得机构尺寸如下
θ=180°
（k-1/k+1）=26.15°
lO2A=lO4O2sin（θ/2）=90.5034mm
lO4B=0.5H/sinθ/2）=552.4652mm
lBC=0.32lO4B=176.7889mm
lO4S4=0.5lO4B=276.326mm
并画曲柄在5位置时的机构简图如左图所示由图量得此位置的位移S=150mm，Lo4A=486.5488mm。
设力、加速度、速度的方向向右为正。
曲柄位置“5”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）
1.速度分析
取曲柄位置“5”进行速度分析。
因构件2和3在A处的转动副相连，故υA3=υA2，其大小等于ω2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60rad/s=5rad/s
υA3=υA2=ω2·
lO2A0.453m/s
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
υA4=υA3+υA4A3
大小?
√?
方向⊥O4A⊥O2A∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µ
v=0.01（m/s）/mm,作速度多边形如图1-2
图1—2
则由图1-2知：
υA3=lpa4·
μv=0.493m/sυA4A3=la2a4·
μv=0.0108m/s
ω4=υA4A3/lO4A=0.9015rad/sυB5=ω4lO4B=0.4981m/s
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υB5=υC5+υB5C5
大小√?
?
方向⊥O4B∥XX⊥BC
作速度多边行如图1-2，则由图1-2知
υC5=lpc·
μv=0.4965m/sυC5B5=lBC·
μv=0.0161m/sωCB=υC5B5/lBC=0.1475rad/s
2.加速度分析
取曲柄位置“5”进行加速度分析。
因构件2和3在A点处的转动副相连，
其大小等于ω22lO2A方向由A指向O2。
aA4A3K=2ω4υA4A3=0.1958m/s2aA3n=ω22·
lO2A2.2626m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA4=aA4n+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3r
大小:
?
ω42lO4A?
√2ω4υA4A3?
方向：
//BA⊥O4B//AO2⊥O4B∥O4B
取加速度极点为π,加速度比例尺µ
a=0.1（m/s2）/mm,
作加速度多边形如图1-3所示.则由图1-3知
aA4τ=lπa4′·
µ
a=0.396m/s2
导杆4的角加速度:
α=aA4τ/lO4B=1.5179rad/s2
aBn=ω42lO4B=0.4499m/s2aB5τ=αlO4B=0.8386m/s2ac5B5n=ωBC2lBC=3.8463mm/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac5=ac5B5n+ac5B5τ+aB5n+aB5τ
√√
方向∥XX//CB⊥BC//AB⊥AB
其加速度多边形如图1─3所示,有
aC=lπc′·
a=-0.8704m/s2
图１—3
六.机构动态静力分析
取S6点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图1－4所示。
图1—4
已知G6=800N，又ac=ac5=0.8704m/s2,那么我们可以计算
FS6=G6/g×
ac=800/10×
0.8704=69.632N
又ΣF=P+G6+FS6+F45+FN=0
正交分解得：
F45sin3°
+Fs6－P=0
FN+F45sin3°
－G6=0
代入数据解得:
F45=8942.626NFN=331.979N
对导杆4受力分析如图1-5所示，加上惯性力，和惯性力矩，用静力平衡分析法解。
Fs4n=ω42lO4S4G4/g=17.96NFs4τ=αlO4S4G4/g=33.54NMi=αJS4=1.82N·
m
由静力平衡条件对O4点取矩有：
∑Mo4=0G4lO4S4cos87°
+F23lO4A-FS4-Mi-F54cos6°
lO4SB=0
代入数据解得：
F23=10102.56N
正交分解：
∑Fy=0Fyo4-Fs4ncos87°
+Fs4τsin87°
-G4-F23cos87°
-F54cos87°
=0
∑Fx=0Fxo4+Fs4nsin87°
+Fs4τcos87°
+F23sin87°
-F54sin87°
解得：
Fyo4=1232.29NFxo4=1136.33N
对曲柄受力分析如图1—6所示F32和F02大小相等方向相反即F02=F23=10102.56N，因曲柄平M=F32lO2A=-888.18N·
m,平衡力矩Mr=-M=888.18N·
m（顺时针为正）
图1—5图1-6
七.数据总汇并绘图
统计12人的数据得到如下表
位置
10
11
12
νc（m/s）
0.29
0.44
0.52
0.5
0.43
0.2
-0.02
-0.23
-0.77
-0.75
-0.3
ac（m/s2）
2.9
2.8
1.12
0.39
-0.84
-2.42
-2.55
-3.5
-3.49
-1.72
2.4
s（mm）
20
155
195
247.5
30
Mr（N·
m）
732
813
888
790
9.4
2.6
18.27
24
-34
-12.69
根据以上数据用软件绘图得如下
速度——位置变化曲线
加速度——位置变化曲线
位移——位置变化曲线
平衡力矩——位置变化曲线
八.参考文献
1.《机械原理》（第七版）吴克坚等主编高等教育出版社
2.《机械原理课程设计》曲继方主编，机械工业出版社
3.《机构分析与设计》华大年等主编，纺织工业出版社
4.《机械运动方案设计手册》邹慧君主编，上海交通大学出版社
5.《机械传动设计手册》江耕华等主编，煤炭工业出版社
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