牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析.docx
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牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析
摘要
——牛头刨床运动和动力分析
一、机构简介与设计数据
1、机构简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1a。
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，以提高生常率。
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），使工作台连同工件做一次进给运动，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0.05H的空刀距离，图1-1b），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少电动机容量
目录
摘要
1设计任务………………………………………………………………………1
2导杆机构的运动分析…………………………………………………………2
导杆机构的动态静力分析……………………………………………………………………4
3.1运动副反作用力分析4
3.2力矩分析........................................................6
4方案比较………………………………………………………………………7
5总结.........................................................10
6参考文献.....................................................10
1设计任务
机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析。
动态静力分析，确定曲柄平衡力矩，并对不同法案进行比较，以确定最优方案。
要求根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。
2导杆机构的运动分析
2.1速度分析
取曲柄位置1’对其进行速度分析，因为2和3在以转动副相连，所以VA2=VA3，其大小等于ω2l02a，指向于ω2相同。
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
选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）
νA4=0.088m/s
νA3=0.816m/s
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC5=υB5+υC5B5
大小?
√?
方向∥XX⊥O4B⊥BC
取速度极点p，选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）
νC5=0.16m/s
νC5B5=0.044m/s
2.2加速度分析
取曲柄位置“1”进行加速度分析。
因构件2和3在A点处的转动副相连，
故anA2=anA3,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程
aA4=aA4τ+aA4τ=aA3n+aA4A3K+aA4A3v
大小:
?
ω42lO4A?
√2ω4υA4A3?
方向：
?
B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向左）∥O4B（沿导路）
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.02（m/s2）/mm,
作加速度多边形（见图b）.
aA4≈aA4τ=6.52m/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac5=aB5+ac5B5n+ac5B5τ
大小?
√√?
方向∥XX√C→B⊥BC
ac5=11.72m/s2
3导杆机构的动态静力分析
3.1运动副反作用力分析
取“1”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力，力分析图如下：
然后可以列出等式如：
又ΣF=G6+FI6+FR45+FR16=0，作多边行（见图c），µN=10N/mm。
Fp45=750N，FR16=680N
分离3,4构件进行运动静力分析，画出杆组力体图，
已知：
FR54=-FR45=750N，G4=220N
对A点取矩得：
ΣMA=FR54lAB+MS4-FS4ls4A-G4lS4A+FO4τ·O4A=0（以上各距离都为A点到该力所在直线的垂直距离）
FO4τ=683.5N
又ΣF=FR54+FR23+FS4'+G4+FO4n+FO4τ=0,作力的多边形（见图d），µN=5N/mm。
FR23=1610N，FO4n=40
3.2曲柄平衡力矩分析
取构件2做受力分析
做力矢量图（见图e）取μ=20N/mm
Fr32=Fr12=1610N
对O2点取距，得平衡力矩为：
M=8.05N/m
4方案比较
指标数据项目
方案1
方案2
方案3
备注
功
能
质
量
0.78
0.715
1.236
工作段刨头最大速度
0.599
0.551
0.527
工作段刨头平均速度
3.96
4.34
11.72
工作段刨头最大加速度
23.2
31.8
42.869
工作段刨头加速度最大变化率
424
347.2
983
工作段刨头的最大惯性力
15937
14494.3
20480
机架对曲柄的最大反力
8200
6000
13625
机架对导杆的最大反力
90º
85.11º
90º
85º
90º86.94º
最小传动角构件3、4/构件5、6
892.47
1275.5
1411.96
最大平衡力矩
经济
适用
性能
最大运动轮廓尺寸
156875.09
189080
424440
长
宽
机构复杂程度
42
42
42
构件数
运动副数
序号
指标类型
指标名称
指标值
1
运动性能
工作段刨头接近等速运动的程度
2
工作段刨头加速度曲线平均斜率
3
动力性能
刨头最大惯性力
4
两组最小传动角平均值的倒数
5
最大机架反力
6
最大平衡力矩
7
经济适用性
最大运动轮廓尺寸
长
宽
8
机构复杂程度
构件数
运动副数
附表2中部分符号含义如下：
、
：
切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；
、
：
分别与
和
相对应的曲柄转角
；
：
一级四杆机构的最小传动角
；
：
二级四杆机构最小传动角
。
附表3：
与
计算值表
以方案1为基准方案,
为比较评定因素，其值为各方案的
之比（最小的为最佳方案）。
序号
（同附表2）
方案1
方案2
方案3
1
1.302
1
1.298
0.997
2.347
1.80
2
16.137
1
6.81
0.42
42.399
2.63
3
624.4
1
723.26
1.16
983
1.57
4
0.654
1
0.655
1.002
0.9069
1.387
5
15937
1
14494.3
0.909
20480
1.285
6
892.47
1
1275.5
1.43
1411.96
1.582
7
156875.09
1
189080
1.21
437400
2.70
8
42
1
42
1
42
1
综合比较，方案2在多种性能上占有优势，故应该选择方案2
总结
通过本次课程设计，对于机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。
此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为我以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而更好的像需要的方向努力。
同时这次设计也告诉我了无论是学习还是工作，都需要严谨二字，一个数据的微笑错误也可能导致最后的巨大差距，我们无论在学习还是工作都需要以一个端正的态度去用心的完成，这样才能真的有所成就。
总之课程设计虽然很快就结束，但其给我的影响是长远的，在以后的学习中我必须更加努力的学习和了解各种机械技能，增强自己的实力，以在以后的竞争中立于不败之地！
参考文献
[1]《机械原理》第七版，孙桓主编，高等教育出版社。
[2]《机械原理课程设计指导书》罗红天主编，高等教育出版社。
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