机械原理课程设计牛头刨床牛逼版.docx

机械原理课程设计牛头刨床牛逼版.docx

《机械原理课程设计牛头刨床牛逼版.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理课程设计牛头刨床牛逼版.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

机械原理课程设计牛头刨床牛逼版

——装订线——

牛头刨床

0.机构简介与设计数据

0.1牛头刨床简介

牛头刨床是一种用平面切削加工的机床，如下图所示。

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8。

刨床工作时，由曲柄机构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，此时要求速度较底并且均匀，以减少电动机的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，以提高生产效率。

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，使工作台连同工作件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。

刨头在工作行程中，受到很大的工作阻力（在切削的前后个有一段约0.5H的空刀距离，见图）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。

牛头刨床机构简图及其阻力曲线

0.2设计数据

运动分析数据

导杆机构的运动分析

n2

lo2o4

lo2A

lo4B

lBC

lo4s4

xs6

ys6

r/min

mm

方案Ⅰ

60

380

110

540

0.25lo4B

0.5lo4B

240

50

导杆机构的动态静力分析数据

导杆机构的动态静力分析

G4

G6

P

yp

Js4

N

mm

Kg·m2

方案Ⅰ

200

700

7000

80

1.1

凸轮机构设计数据

方案

凸轮机构设计

φmax

lo9D

[α]

φ

φs

φ,

o

mm

o

方案Ⅰ

15

125

40

75

10

75

飞轮转动惯量确定数据

飞轮转动惯量的确定

δ

no’

Z1

Zo”

Z1’

Jo2

Jo1

Jo”

Jo’

r/min

Kg·m2

方案Ⅰ

0.05

1440

10

20

40

0.5

0.3

0.2

0.2

1.导杆机构的运动分析

已知曲柄每分钟的转数n2,各构件的尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图）.

要求做出机构的运动简图，用解析法和图解法求出方案Ⅰ中1′+10°和9位置的速度、加速度，并对结果进行误差分析。

1.1矢量方程图解法

用CAD按一定的比例绘制机构位置机构简图及相应的速度和加速度多边形图，并量出个对应量进行对矢量方程的所求得的结果分析误差。

矢量方程图解法：

其中l2=lAO2,l4=lBO4,l5=lBC,vB=vB4=vB5,aB=aB4=aB5

（1）速度

未知量

矢量方程

vA4的大小

vB的大小

vC的大小

vA4=vA3+vA4A3

方向：

大小：

？

l02Aω2？

影像法

vB=vA4

l4/lAO4

vC=vB+vCB

方向：

//导路

大小：

?

vA4

l4/lAO？

（2）加速度

未知量

矢量方程

aA4的大小

aB的大小

aC的大小

aA4=anA4+atA4=aA3+akA4A3+arA4A3

方向：

A

O4

AO4A

O2

AB

大小：

v2A4/lAO4?

l2ω222ω3vA4A3?

影像法aB5=aB4=l4aA4/lao4，方向与aA4相同

aC=aB5+anC5B5+atC5B5

方向：

//导路

BO4

C

B

BC

大小：

?

l4aA4/lao4v2C5B5/l5?

1.2矩阵法

建立直角坐标系，标出各杆矢量及方位角。

其中共有四个未知量θ4，θ5，s4,sC.建立两个封闭矢量方程，为此需用两个封闭图形O2AO4及O4BCEO4，由此可得

l6+l2=s4,l4+l5=l6′+sC

写成投影方程为

S4cosθ4=l2cosθ2

S4sinθ4=l6+l2sinθ2

l4cosθ4+l5cosθ5-sE=0

l4sinθ4+l5sinθ5=l′6

以上个式即可求得θ4、θ5、s4及sE四个运动变量。

其中l4、l5、l2、l6为已知量

以上矢量方程式未知量代数式如下：

θ4=arctan[（l2sinθ2+l6）/cosθ2l2]

l'6=[l24-（l2l4/l6）2]1/2/2

θ5=arcsin[（sinθ4*l4-l'6）/l5]

SE=l4cosθ4+l5cosθ5

S4=cosθ2l2/cosθ4

将上面投影式子分别对t求导，得

S'4cosθ4+S4（-sinθ4）ω4=-l2sinθ2ω2

S'4sinθ4+S4cosθ4ω4=-l2sinθ2ω2

其中，S'4、ω4、为未知量，且由题目已知条件ω2=nπ/30=60π/30=2π=6.959rad/s

将余下的式子对t求导，得

-l4sinθ4ω4-l5sinθ5ω5=0

l4cosθ4ω4+l5cosθ5ω5=0

其中，ω5为未知量。

把其写成矩阵形式，运用MATLAB运算。

最后运动切削点C的速度vc、S'4、ω5、ω4均可以得到。

把上面各式再对时间t二次求导，得到加速度列式：

S''4cosθ4-S'4sinθ4ω4-S'4sinθ4ω4-S4（cosθ4ω24+sinθ4a4）=-l2（cosθ2ω22–sinθ2a2）

S''4sinθ4+S'4cosθ4ω4+S'4sinθ4ω4+S4（-sinθ4ω24+cosθ4a4）=-l2（sinθ2ω22+cosθ2a2）

-l4（ω24cosθ4+sinθ4a4）-l5（ω25cosθ5+sinθ5a5）=ac

-l4（-ω24sinθ4+cosθ4a4）+l5（-ω25sinθ5+cosθ5a5）=0

并写成矩阵形式，即得以下速度和加速度方程式：

=

结果（m/s）

解析法

图解法

误差

相对误差

vC-1′+10°

0.017

0.475

0.45799

0.0000772128

vC-9

0.559

0.977

0.00003.7916725819

0.0000687045

结果（m/s2）

解析法

图解法

误差

相对误差

aC-1′+10°

3.885

3.811

0.925

0.0000826427

aC-9

8.704

8.177

0.527

0.0001350590

2.导杆机构的动态静力分析

已知各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律（图1），及在导杆机构设计和运动分析中得出的机构尺寸，速度和加速度。

要求求方案Ⅰ第二位置各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平均力矩。

先用图解法，再用虚位移验证所得结果。

图解法：

2.1杆组5-6

5-6组示力体

已知G6，P，FI6=（G6/g）mC，lI6为R16对C的力臂，

未知量

平衡条件

方程

R45和R16的大小

F=0

G6+P+FI6+R45+R16=0

l16

MC=0

G6xs6+PyP-R16l16-FI6yS6=0

未知量

结果

R45的大小

7236.7881N

R16的大小

910.1964N

l16的大小

0.786987m

2.2杆组3-4

由以上求得R45，杆5是二力杆，所以R54=R45，杆4的角加速度

4=atA4/lA4O4,惯性力偶矩MI4=JS4

4,惯性力FI4=（G/g）aB4/2,总惯性力F′I4（=FI4）偏离质心S4的距离为h′4=MI4/FI4（其对S4的方向为逆时针），h4为G4对O4的力臂，hI4为F′I4对O4的力臂，h54为R54对O4的力臂，h23为R23对O4的力臂，

未知量

平衡条件

方程

R23的大小

M=0

G4h4+F′I4hI4+R54h54-R23h23=0

R14的大小

F=0

G4+F′I4+R54+R23+R14=0

未知量

结果（N）

R23的大小

8773.038

R14的大小

2436.7602

2.3杆组1-2

未知量

平衡条件

方程

R12的大小

F=0

R32+R12=0

Mb的大小

M=0

R32h32-Mb=0

未知量

图解结果

虚位移结果

误差率

R12的大小

8773.038N

--

--

Mb的大小

550.01N

m

550.43N

m

0.465

2.4虚位移原理

所有外力的功率和为0，NP+NI6+NG4+NI4+NM=0，

NP=|P||vC|cos180°,

NI6=|FI6||vC|cos180°,

NG4=0.5|G4||vB|cos103.75252336°,

NI4=|FI4||vI4|cos171.89875340°,

NM=Mbω2,

把数据代入上式，得平衡力矩Mb=550.43N.m，

3.飞轮设计

已知机器运转的速度不均匀系数δ，平衡力矩Mb,飞轮安装在曲柄轴上，驱动力矩Med为常数。

要求：

求方案Ⅰ飞轮转动惯量JF。

3.1等效阻力矩

公式Mer=∑FVcosθ=|P||vc||cos180o|+0.5vB|G|cos

，

其中在1，1/，，2，3，4，5，6，7，7＇，8＇位置，

=

，在8，9，10，11，12位置，

=180-

。

在8，8′，9，10，11，12，1位置P=0。

15个位置的等效阻力矩：

位置

vc（m/s）

ω4（rad/s）

（°）

Mer（Nm）

1′

0.598

-0.139

103.2967

有切削力：

-421.07

没切削力：

-1.244

7′

0.087

-0.547

76.7310

有切削力：

-422.53

没切削力：

1.792

8′

0

0

75.1782

0

1

0

0

104.8218

0

2

0.684

-0.856

103.0285

-446.64

3

0.580

-1.257

98.6781

-713.98

4

0.138

-1.260

93.0033

-835.39

5

0.810

-1.950

86.9253

-833.82

6

0.322

-1.626

81.2604

-724.00

7

0.492

-0.294

76.9323

-493.52

8

0.435

-0.362

75.1785

0.631

9

-0.559

1.418

77.5763

-2.885

10

-1.714

2.083

85.0311

-2.737

11

-1.8