牛头刨床机械原理课程设计说明书不带图.docx

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牛头刨床机械原理课程设计说明书不带图

青岛理工大学琴岛学院

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：

机械设计制造及其自动化092班

学号：

20090201050

学生：

丁增威

指导老师：

尚旭刚

青岛理工大学琴岛学院教务处

2011年6月30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

丁增威

学号

20090201050

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

摘要

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，本次课程设计的主要内容是牛头刨床导杆机构的运动分析和动态静力的分析以及不同设计方案的比较。

全班同学在分为三个小组后每人选择一个相互不同的位置，独立绘制运动简图，进行速度、加速度以及机构受力分析，绘制相关运动曲线图，最后将上述各项内容绘制在一张0号图纸上，并完成课程设计说明书。

本次《机械原理》课程设计的主要特点是具有较高的工作独立性内容联系性，和能够通过此次课程设计将相关课程中的相关知识融会贯通，进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念。

目录

摘要.....................................................................................................................Ⅲ

一、设计任务.........................................................................................................1

1、设计数据.......................................................................................................1

2、机构运动简图.................................................................................................1

二、导杆机构的运动分析.....................................................................................2

1、速度分析.......................................................................................................2

2、加速度分析...................................................................................................3

三、导杆机构的动态静力分析.............................................................................5

1、运动副反作用力分析......................................................................................5

2、曲柄平衡力矩分析........................................................................................6

四、方案比较.......................................................................................................7

总结......................................................................................................................10

参考文献..............................................................................................................11

一、设计任务

机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节

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，并根据给定的机器的工作要求，在此基础上进行相关设计。

同时根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。

1、设计数据：

见表1-1

设计内容

导杆机构的运动分析

符号

n2

l0204

l02A

l04B

lBC

l04S4

XS6

YS6

单位

r/min

mm

方案

Ⅰ

60

380

110

540

0.25l04B

0.5l04B

240

50

Ⅱ

64

350

90

580

0.30l04B

0.5l04B

200

50

Ⅲ

72

430

110

810

0.36l04B

0.5l04B

180

40

设计内容

导杆机构的运动分析

符号

G4

G6

P

YP

JS4

单位

N

mm

kg·m2

方案

Ⅰ

200

700

7000

80

1.1

Ⅱ

220

800

9000

80

1.2

Ⅲ

220

620

8000

100

1.2

表1-1

2、机构运动简图（见手工图）

二、导杆机构的运动分析

取曲柄位置“6”进行速度分析、加速度分析。

1、速度分析

由于构件2和构件3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，大小等于ω2lO2A,方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。

ω2=2πn2/60

计算得：

ω2=6.28rad/s

υA2=ω2·lO2A

计算得：

υA3=υA2=6.28×0.11m/s=0.69m/s（⊥O2A）

（1）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µv=0.01（m/s）/mm，作速度多边形如图。

由图得：

υA4=0.58m/s（⊥O4A向左）

因B与A同在导杆4上，由速度影像法

υB4/υA4=lO4B/lO4A

计算得：

υB4=0.59m/s

而：

υB5=υB4=0.59m/s

（2）取5构件作为研究对象，列速度矢量方程。

得：

υC=υB+υCB

大小：

?

√?

方向：

水平⊥O4B⊥BC

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01（m/s）/mm，作速度多边形如图。

由图得：

υC=0.57m/s（水平向左）

υCB=0.115m/s

ω4=υA4/lO4A=1.1rad/s

2、加速度分析

因构件2和3在A点处的转动副相连，故aA2n=aA3n其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。

aA2n=ω22·lO2A

已知：

ω2=6.28rad/s

计算得：

aA3n=aA2n=6.282×0.11m/s2=4.34m/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:

?

B→A⊥O4BA→O2⊥O4B（向右）∥O4B（沿导路）

取加速度极点P’,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm，作加速度多边形如图所示。

由图知：

aA4=5.1m/s2

由加速度影象法得：

aB4/aA4=lO4B/lO4A

计算得：

aB4=8.8m/s2

aB5=aB4=8.8m/s2

取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。

得：

ac=aB+acBn+acBτ

大小：

?

√√?

方向：

水平√C→B⊥BC

取加速度极点P’,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm，作加速度多边形如图所示。

得：

ac5=8.55m/s2（方向水平向右）

三、导杆机构的动态静力分析

1、运动副反作用力分析

取“6”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析。

FI6=-G6/g×ac

已知：

P=7000N

G6=700N

ac=ac5=8.55m/s2,

计算得：

FI6=598.5N

ΣF=P+G6+FI6+FR16+FR45=0

取极点P”，比例尺µN=10N/mm，作力多边形如图所示。

由图得：

FR45=610N

FR16=680N

2、曲柄平衡力矩分析

（1）分离3、4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图所示。

如图，对O4点取矩得：

ΣMO4=FR45·h45+FR23·h23+G·hG+FI4τ·hI4+M=0

已知：

FR54=-FR45=610N

h54=0.127m

G4=200N

hI4=17.93/88=0.018m

as4=1/2*aB=4.4m/s2

所以：

FI4=-m·as4=88N

α=aBτ/lO4B=16.3rad/s2

得：

J=1.1kg·m2

M=Jα=17.93

将数据代入式计算得：

FR23=64.2N

又：

ΣF=FR54+FR32+FI4+G4+F14=0

取极点P”，比例尺µN=40N/mm，作力多边形如图所示。

得FR14=20*4.4=88N

（2）对曲柄2进行运动静力分析，作力分析如图所示。

得：

FR32=-FR23=-64.2N

Mb=3.4N·m

四、方案比较

附表1

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