牛头刨床机械原理课程方案设计三8位置和5位置.docx
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牛头刨床机械原理课程方案设计三8位置和5位置
机械原理课程设计
说明书
日期：
2012.6.27
课程设计说明书—牛头刨床
1.机构简介
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
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，称为空回行程，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。
刨刀每次削完一次，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，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，故需安装飞轮来减少主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。
1-1
1．导杆机构的运动分析
已知：
曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。
要求：
作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。
以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。
1.1设计数据
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
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，称工作切削。
此时要求速度较低且均匀，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，以提高生产效率。
为此刨床采用急回作用得导杆机构。
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与棘轮机构带动螺旋机构，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，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，故需装飞轮来减小主轴的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。
设计内容
导杆机构的运动分析
符号
n2
LO2O4
LO2A
Lo4B
LBC
Lo4s4
xS6
yS6
单位
r/min
mm
方案Ⅲ
72
430
110
810
0.36lO4B
0.5lO4B
180
40
1.2曲柄位置的确定
曲柄位置图的作法为：
取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图）。
取第Ⅲ方案的第8位置和第5位置（如下图）。
1.5速度分析以速度比例尺µ=（0.01m/s）/mm和加速度比例尺µ=（0.05m/s²）/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将其结果列入表格（1-2）
表格（1-1）
位置
未知量
方程
8和5号位置
VA4
υA4=υA3+υA4A3
大小?
√?
方向⊥O4A⊥O2A∥O4B
VC
υC5=υB5+υC5B5
大小?
√?
方向∥XX⊥O4B⊥BC
aA
aA4=anA4+aτA4=anA3+akA4A3+arA4A3
大小:
ω42lO4A?
√2ω4υA4A3?
方向：
B→A⊥O4BA→O2⊥O4B∥O4B（沿导路）
ac
ac5=aB5+anc5B5+aτc5B5
大小?
√√?
方向∥XX√C→B⊥BC
由速度、加速度矢量图（1号图纸）
对8位置：
VC=0.0350m/s；aC=12.3m/s2
对5位置：
VC=1.24m/s；aC=1.625m/s2
表格（1-2）
位置
要求
图解法结果
8
Vc（m/s）
0.0350
ac（m/s2）
12.3
5
VC（m/s）
1.24
aC（m/s2）
1.625
1.4导杆机构的动态静力分析
设计数据
导杆机构的动静态分析
G4
G6
P
yp
Js4
N
mm
kgm2
220
620
8000
100
1.2
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。
要求：
求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。
以上内容做在运动分析的同一张图纸上。
首先按杆组分解实力体，用力多边形法确定各运动副中的作用反力和加于曲柄上的平衡力矩。
2.1矢量图解法：
取5号位置为研究对象：
2.1.15-6杆组共受五个力，分别为P、G6、Fi6、R16、R45,其中R45和R16方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力R16均垂直于质心，R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析求得，方向水平向左。
选取比例尺μ=（20N）/mm，作力的多边形。
将方程列入表2-1。
已知：
P=8000N，G6=620N，
又
ac=ac5=1.625m/s2，
那么我们可以计算：
Fi6=-G6/g×ac
=-620/9.8×1.625
=-102.8N
又
ΣF=P+G6+Fi6+R45+R16=0，
方向//x轴↓←B→C↑
大小8000620√？
？
由力多边形可得：
R45=-7890N
以3-4杆组为研究对象（μ=30N/mm）：
已知：
R54=-R45=7890N，G4=220N
aB4=aA4·lO4S4/lO4A=2.325m/s2
αS4=α4=1.79rad/s2
可得：
Fi4=G4/g×aS4=-220/9.8×1.19N=26.8N
MS4=JS4·αS4=2.15N·m
对O4点取矩：
MO4=Ms4+Fi4×X4-F23×X23+R54×X54-G4×X4=0
代入数据，得：
MO4=2.15+26.8×0.26–F23×0.5325+7890×0.81-220×0.0225
故：
F23=12009.5N
Fx+Fy+G4+Fi4+F23+R54=0
大小：
？
？
√√√√
方向：
√√√√√√
由矢量图（1号图纸）解得：
Fx=1095N方向水平向左
Fy=4050N方向竖直向上
2.1.3对曲柄分析，共受2个力，分别为F32,F12和一个力偶M,由于滑块3为二力杆，所以F32=F34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以F12与F32等大反力
h2=108mm
由于曲柄力矩平衡：
ΣMO2=M-F32·h2=0
即
M=0.108×12009.5N·m=1297N·m
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