牛头刨床机械原理课程设计方案一位置和位置.docx
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牛头刨床机械原理课程设计方案一位置和位置
设计数据…………………………………………...………...2
1、概 述
1.1牛头刨床简介…………………………………………...4
1.2运动方案分析与选择………………………………………5
2、导杆机构的运动分析
2.1位置2的速度分析…………………………………………6
2.4位置2的加速度分析………………………………………7
2.3位置4的速度分析…………………………………………10
2.4位置4的加速度分析………………………………………11
3、导杆机构的动态静力分析
3.1位置2的惯性力计算………………………………………12
3.2杆组5,6的动态静力分析……………………………………12
3.3杆组3.4的动态静力分析……………………………………13
3.4平衡力矩的计算…………………………………………..14
1.概述
一、机构机械原理课程设计的目的：
机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较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实践环节。
其基本目的在于：
（１）进一步加深学生所学的理论知识，培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。
（２）使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。
（３）使学生得到拟定运动方案的训练，并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。
（４）通过课程设计，进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。
二、机械原理课程设计的任务：
机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构（连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构）进行设计和运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上设计凸轮、齿轮；或对各机构进行运动分析。
要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书。
三、械原理课程设计的方法：
机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。
图解法几何概念较清晰、直观；解析法精度较高。
根据教学大纲的要求，本设计主要应用图解法进行设计。
1.1牛头刨床的简介
一．机构简介：
机构简图如下所示：
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如上图所示。
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，由导杆机构1-2-3-4-5-6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，以提高生产效率。
因此，刨床采用具有急回特性的导杆机构。
刨刀每切削完成一次，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。
1.2运动方案分析与选择
运动机构简图
方案分析:
1.机构具有确定运动.
自由度为F=3n-（2Pl+Ph）=3×5-（2×7+0）=1;
2.通过曲柄带动摆杆导杆机构和滑块使刨刀往复运动,实现切削功能,能满足功能要求.
3.工作性能,工作行程中刨刀速度较慢,变化平缓,符合切削要求,摆动导杆机构使其有急回作用,可满足任意行程速比系数k的要求;
4.传递性能,机构传动转角为90°,传动性能好,能承受较大的载荷,机构运动链较长,传动间隙较大;
5.动力性能,传动平稳,冲击震动较小
6.结构和理性,结构简单合理,尺寸和质量也较小,制造和维修也较容易
7.经济性,无特殊工艺和设备要求,成本较低.
综上所述,选该方案.
2．导杆机构的运动分析（位置2号和4号）
（选择方案一）
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
方
案
Ⅰ
60
380
110
540
0.25
L04B
0.5
L04B
240
50
200
700
7000
80
1.1
Ⅱ
64
350
90
580
0.3
L04B
0.5
L04B
200
50
220
800
9000
80
1.2
Ⅲ
72
430
110
810
0.36
L04B
0.5
L04B
180
40
220
620
8000
100
1.2
2.1位置2的速度分析
数据：
n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B
对位置2：
选取尺寸比例尺μl=0.001m/mm，作机构运动简图。
Lo4A=0.41899m
速度分析：
取构件3和4的重合点（A2，A3，A4）进行速度分析。
对构件2：
VA2=ω2·LO2A=（60X2π）/60x0.11=0.69m/s
对构件3：
构件3和构件2在A处构成转动副，VA3=VA2=0.69m/s
对构件4：
VA4=VA3+VA4A3
大小：
？
0.69？
方向：
⊥AO4⊥AO2//AO4
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01（m/s）/mm。
作速度多边形如下图所示。
得：
VA4=0.3237m/s，
=VA4/LO4A=0.3237/0.41899=0.7727rad/s
VA4A3=0.60932m/s（A指向o2）
VB4=
XLO4B=0.7727*0.54=0.4172m/s
VB5=VB4=0.6477m/s
对构件4：
VC5=VB5+VC5B5
大小：
？
0.6477?
方向：
//XX⊥o4B⊥CB
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01（m/s）/mm。
作速度多边形如上图所示。
得：
VC5=0.39837m/s
2.2位置2的加速度分析
对构件2：
aA2=w22·LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224m/s2
对构件3：
构件3和构件2在A处构成转动副，aA3=aA2=4.338m/s2
对构件4：
aA4=aA4n+aA4τ=aA3+aA4A3k+aA4A3r
大小：
?
ω42lO4A?
√√?
方向：
?
B→A⊥O4BA→O2⊥O4B//O4B
取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。
aA4A3k=2ω4υA4A3=2*0.7727*0.60932=0.94164m/s2
=
=0.7727*0.7727*0.41899=0.2502m/s2
作加速度多边形如上图所示。
得：
=2.8894m/s2，=2.90m/s2
2.8894/0.41899=6.8967
6.896*0.54=3.72384m/s2
0.7727*0.7727*0.54=0.3324m/s
对构件5：
:
aC5=aB5n+aB5t+aC5B5n+aC5B5τ
大小:
？
√√√？
方向：
∥xxB→O4⊥BO4⊥CBC→B
取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。
作加速度多边形如上图所示。
得：
=3.7368m/s2,
==3.7368m/s2
计算结果
Lo4A=0.41899m
VA2=0.69m/s
VA4=0.3237m/s
=0.7727rad/s
VA4A3=0.60932m/s
VB4=0.4172m/s
VC5=0.39837m/s
aA2=4.338m/s2
aA3=4.338m/s2
aA4A3k=0.94164m/s2
=0.2502m/s
=2.8894m/s2=2.90m/s2
6.8967
aB4τ=3.72384m/s2
aB4n=0.332`
=23.7368m/s2,
2.3位置4的速度分析
数据：
n2=60r/min,LO2O4=380mm,LO2A=110mm,LO4B=540mm,LBC=0.25LO4B,LO4S4=0.5LO4B
对位置4：
选取尺寸比例尺μl=0.001m/mm，作机构运动简图。
Lo4A=0.48633m
速度分析：
取构件3和4的重合点（A2，A3，A4）进行速度分析。
对构件2：
VA2=ω2·LO2A=（60X2π）/60x0.11=0.69m/s
对构件3：
构件3和构件2在A处构成转动副，VA3=VA2=0.69m/s
对构件4：
VA4=VA3+VA4A3
大小：
？
√？
方向：
⊥AO4⊥AO2//AO4
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01（m/s）/mm。
作速度多边形如下图所示。
得：
VA4
=VA4/LO4A=0.67212/0.48633=1.382rad/s（顺时针）
VA4A3=0.15607m/s（A指向o2）
VB4=
XLO4B=1.382*0.54=0.74628m/s
VB5=VB4=0.74628m/s
对构件4：
VC5=VB5+VC5B5
大小：
？
√?
方向：
//XX⊥o4B⊥CB
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01（m/s）/mm。
作速度多边形如上图所示。
得：
VC5=0.74845m/s
2.4位置4的加速度分析
对构件2：
aA2=w22·LO2A=6.28*6.28*0.11=4.338224m/s2
对构件3：
构件3和构件2在A处构成转动副，aA3=aA2=4.338m/s2
对构件4：
aA4=aA4n+aA4τ=aA3+aA4A3k+aA4A3r
大小：
?
ω42lO4A?
√√?
方向：
?
B→A⊥O4BA→O2⊥O4B//O4B
取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。
aA4A3k=2ω4υA4A3=2*1.382*0.15607=0.4314m/s2
=
=1.382*1.382*0.48633=0.92889m/s2
作加速度多边形如上图所示。
得：
=0.5498m/s2，=1.1079m/s2
0.5498/0.48633=1.1305
1.1305*0.54=0.61407m/s2
1.382*1.382*0.54=1.03136m/s
对构件5：
:
aC5=aB5n+aB5t+aC5B5n+aC5B5τ
大小:
？
√√√？
方向：
∥xxB→O4⊥BO4⊥CBC→B
取加速度极点p’，加速度比例尺μa=0.01（m/s2）/mm。
作加速度多边形如上图所示。
得：
=0.6176m/s2,
==0.6176m/s2
Lo4A=0.48633m
VA2=0.69m/s
VA4
=1.382rad/s
VA4A3=0.15607m/s
VB4=0.74628m/s
VC5=0.74845m/s
aA2=4.338m/s2
aA3=4.338m/s2
aA4A3k=0.4314m/s2
=0.92889m/s
=0.5498m/s2=1.1079m/s2
1.1305
aB4τ=0.61407m/s2
aB4n=1.03136m/s`
=0.6176m/s2,
3、导杆机构的动态静力分析（位置2号）
数据：
G4=200N，G6=700N，P=7000N,JS4=1.1kg.m2
位置2：
对各构件进行受力分析，按静定条件将机构分解为两个基本杆组及作用有未
知平衡力的构件2，并有杆组进行分析。
3.1位置2的惯性力计算
对构件4:
惯性力FI4=m4·aS4=（G4/g）·aS4=200/9.8*1.868=38.112N，
对构件6:
惯性力FI6=m6·aC6=（G6/g）·aC6=700/9.8*3.718=265.57N，
3.2杆组5,6的动态静力分析
示力体
力多边形
又ΣF=P+G6+FI6+FR45+FR16=0，作为多边行如图所示，μN=10N/mm。
由力多边形可得：
FR45=FR45·μN=10*727.9=7279N
FR16=FR16·μN=10*104.42=1044.2N
3.3杆组3,4的动态静力分析
示力体如下图
MS4=JS4·αS4=7.579N·m（逆时针）
对O4点取矩得：
ΣMo4=FR54*hO4B+MS4+FI4*hls4A+G4cos80hS4A-FR23ho4A。
=0
FR23=9021.68N
力多边形
由ΣF=0，作力的多边形如上图所示，μN=10N/mm。
得：
Fr14=2823N
FR12=FR32=FR23=9021.68N
3.4平衡力矩的计算
在右图中，对o2点取矩得：
ΣMo2=9021.6814*0.05162=464.43N.m
FI4=38.112N
FI6==265.57N
FR45=7279N
FR16=1044.2N
FR54=7279N
FR23=9021.68N
Fr14=2823N
Mo2=464.43N.m
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