牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析汇总.docx
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牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析汇总
课程设计说明书
课题名称：
机械原理课程设计学院：
机电工程系专业班级：
机械083班学号：
学生：
指导老师：
学院教务处
2010年12月23日
《机械原理课程设计》评阅书
题目
牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析
学生姓名
学号
指导教师评语及成绩
指导教师签名：
年月日
答辩评语及成绩
答辩教师签名：
年月日
教研室意见
总成绩：
室主任签名：
年月日
关键词：
牛头刨床、速度、加速度、力与力矩
本次课程设计是对刨床的的设计参数进行评定，设计过程分为三组，主要是对刨头的加速度、速度和受力情况进行分析和计算，然后作出刨头的速度矢量图、加速度矢量图和力与力矩的矢量图，统计刨头不同位置的速度、加速度、力的参数，将数据绘制成曲线图，然后分析曲线图的走势来评定刨床的各项参数，在进行组与组之间的对比，得出最优参数。
最后分析其原因。
摘要III
1设计任务1
2.1速度分析3
2.2加速度分析：
3
3导杆机构的动态静力分析5
3.1刨头的力的分析过程：
5
3.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：
5
3.3曲柄2平衡力矩分析5
4方案比较6
总结8
参考文献9
1设计任务
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-10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&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1-1,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。
课程设计的任务:
1•作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程;
2•作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；
3.用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。
设计数据:
表1-1
设计
内容
导杆机构的运动分析
导杆机构的动态静力分析
符号
n2
L0204
L02A
L04B
Lbc
L04S4
XS6
YS6
G4
G6
P
Yp
JS4
单位
r/min
mm
N
mm
kgm2
皿
72
430
110
810
0.36
Lo4B
0.5
Lo4B
180
40
220
620
8000
100
1.2
图1-2
2导杆机构的运动分析
2.1速度分析
取曲柄位置“9”进行速度分析。
因构件2和3在A处的转动副相连，故'..A3
=\A2，其大小等于-'21O2A，方向垂直于02A线，指向与32—致
2=2nn60rad/s=7.54rad/s
：
'A3=A2=；「；2I02A=0.83m/s（丄O2A）
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
A4
'■-A3+'■-A4A3（2-1）
大小？
0.829?
方向丄O4A丄O2A//O4B
取速度极点P，
速度比例尺Jv=0.005（m/s）/mm，作速度多边形，
\A4=Pa43=89.3%.005m/s=0.447m/s
、、a4A3=-vPb=133.9（X005m/s=0.669m/s
又’4='、A3A3/lo4A=0.4467/0.0.316rad/s=1.24rads
'■-B4=‘4为AB=1.24X）.81m/s=1m/s
（2-2）
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
C5=B5+C5B5
大小？
1?
方向/导杆丄O4B丄BC
取速度极点P，速度比例尺Jv=0.005（m/s）/mm,作速度多边行
则由图知，、,5=%pc5=19.6X.005m/s=0.98m/s
■-C5b5=42.3X.005m/s=0.216m/s
■■'■5=C5B5/Lbc=0.216/0.2916=0.74rad/s
2.2加速度分析：
取曲柄位置“9”进行加速度分析。
因构件2和3在A点处的转动副相连,
故a：
2=a：
3,其大小等于，22io2A,方向由a指向。
2
■2=7.54rad/s
nn2222
K
aA4A3
aA3=aA2='2Lo2a=7.54X）.11m/s=6.25m/s
=2co4va3A3=2Xl.24X.6996=1.73m/s
a：
4='42lo4A=1.242X）.316=0.552m/s
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
n£nKr
aA4=aA4+aA4=aA3+aA4A3+aA4A3（2-3）
2
大小：
？
--4lO4A?
6.252-4\A3A3?
方向：
？
B》A丄O4BA>O2丄O4B（向左）//04B（沿导路）
取加速度极点为P/，加速度比例尺・=0.02（m/s2）/mm,作加速度多边形.
t22
aA4=350X.02m/s=7m/s
2
aA4=7.05m/s
aB4=7.05X.81/0.316=15.8m/55
取5构件为研究对象，列加速度矢量方
大小
aC5=
?
n
aB5+a°5B5+
2
15.8'5lBC
T
aC5B5
?
（2-4）
方向
丄导杆
//aA4//BC
丄BC
取加速度极点为
p/,加速度比例尺
2
二a=0.05（m/s）/mm
其加速度多边形有：
2
aC5=0.005X.34=15.67m/i5
ac6=ac5
（同向）
3导杆机构的动态静力分析
3.1刨头的力的分析过程：
对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：
EF=0
P
+G6+Fl6+
FR45+
FR16=
0（3-1）
方向：
//x轴
竖直向下与aC6反向
//BC（推力）
竖直向上
大小:
0
620-m6ac6
?
?
以作图法求得
:
Fr45
=991N
FR16=
=639N
3.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式:
对于摇杆滑块可以列出以下力的平衡方程式：
ZF=0
FR54
+FR34+
Fl4+
G4+Fr14=0
（3-2）
方向：
//BC
丄O4B
//aA4
//y轴？
大小
991N
2680N
-m4aA4
220N?
对04力矩平衡方程式：
（取顺时针为正）
ZM=0
FR54*
y1+G6*y2-
Fr34*y3+
Fi4*y4+M=0
（3-3）
得到：
Fr34=2680N
由此可以求得Fri4的大小：
F“4=1525N
3.3曲柄2平衡力矩分析
对O点取力矩平衡方程式：
（取顺时针为正）
即Fr34对02力矩：
M=93N-m
4方案比较
附表4-1:
序号
（同附
表2）
万案1
万案2
方案3
（AF）jk
（ACR）jk
（AF）jk
（ACR）jk
（AF）jk
（ACR）jk
1
1.356
1
1.32
0.77
1.6
1.17
2
3.55
1
2.73
0.76
9.1
2.56
3
260.7
1
360.8
1.38
618.7
2.37
4
0.0235
1
0.0230
1.02
0.0227
0.96
5
8878
1
14174
1.60
15578
1.75
6
2675
1
5510
2.06
1466
0.54
7
0.167
1
0.270
0.48
0.333
1.99
附表4-2:
机构性能比较表
指标数据项目
万案1
万案2
方案3
备注
功能质量
V6max（m/S）
0.762
0.79
1.245
工作段刨头最大速度
V6m（m/s）
0.562
0.598
0.78
工作段刨头平均速度
a6max（m/s）
3.9
4.42
9.78
工作段刨头最大加速度
y6max
28.64
11.43
11.4
工作段刨头加速度最大变化率
FI6max（N）
260.5
360.82
618.7
工作段刨头的最大惯性力
F12max（N）
8888
14174
15578
机架对曲柄的最大反力
F14max（N）
2675
5510
7630
机架对导杆的最大反力
y.
min\/
0/85°
0/87°
0/88.2°
最小传动角构件34构件5、6
Mbmax（Nm）
851.4
1066.5
1466
最大平衡力矩
经济
适用
性能
取大运动轮廓尺寸
（mm^mm）
315X530
270X298
419X796
长汇宽
机构复杂程度
6X7
6X7
6X7
构件数沢运动副数
附表4-3:
机构评价指标
序号
指标类型
指标名称
指标值（AF斤
1
运动性能
工作段刨头接近等速运动的程度
v6max/v6m
2
工作段刨头加速度曲线平均斜率
y6max®1+y6min®2叫和2
3
动力性能
刨头最大惯性力
F|6max
4
两组最小传动角平均值的倒数
2
y+Y
3、4min5、6min
5
最大机架反力
F12max
6
最大平衡力矩
Mbmax
7
经济适用性
最大运动轮廓尺寸
长汉宽
8
机构复杂程度
构件数X运动副数
附表4-3中部分符号含义如下：
y6max、y6min:
切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；
1、；：
2:
分别与y6max和『Gmin相对应的曲柄转角创；
3、4min:
一级四杆机构的最小传动角；
5、6min:
二级四杆机构最小传动角。
结论：
从总体数据来看，第一组数据是最好的，但也有其不足之处，比如其运动性能和经济性能不如第二组好；第三组数据也有一些优点其最小传动角比其他组大，这样可以避免死点等情况，其最大平衡力矩比较小。
总结
本次课程设计持续一周，可以说是紧张又有学到了知识，从中可以发现许多的问题，发现问题以后就要解决，从中会学到很多，也发现了自己的很多问题，特别是专业课不熟悉，作图不熟练，这些都导致了课程设计过程中特别是作图时出现的误差，所以要认真学好专业知识，多熟悉专业方面的知识，在作图方面
要多练习，在数据统计过程中发现有些点的数据和实际值有较大的出入，这可能
是有些同学在计算过程中没有计算正确，也可能是某些参数的矢量方向弄反了，通过再三的核对、检查，有些比较大的误差我们可以更正过来，但有些小的误差我们无法避开，这很可能是画图时出现的误差。
本次课程设计我们分为三组，三
组各有自己的数据，完成作图后进行比较，看看那个方案比较好，这样的比较可以让我们比较全面的了解刨床的一些设计参数，虽然不能说我们的数据是完全正确的，但从线条的走向趋势来看还是能大体的反映一些设计要求的，可以说这次
课程设计是一次模拟真实的的设计，通过计算各项（AF）jk,，比如运动性能、动力性能、经济适用性。
运动性能表现在速度和加速度方面；动力性能表现在所受的力和力矩方面，而经济性表现在机构的复杂程度上。
通过三组数据的比较可以很明显的看出第一组数据是比较好的，其运动性能、动力性能、经济适用性都比
较好。
通过几天的课程设计我们发现问题解决问题，收获了很多，但也存在不足，希望学校多组织几次这样的活动，让我们能够更全面的掌握专业方面的知识。
参考文献
[1]机械工程手册编辑委员会编.《机械设计手册【M».第3版•北京：
机械工业出版社，2008
[2]哈尔滨工业大学理论力学研究室编.《理论力学1»——六版——北京
2002.8
[3]孙桓等主编《机械原理》（第六版）高等教育出版社
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