机械原理牛头刨床课程设计报告说明书.docx
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机械原理牛头刨床课程设计报告说明书
一、设计题目与原始数据
1．题目：
牛头刨床的综合设计与分析
2．原始数据：
刨头的行程H=550mm
行程速比系数K=1.6
机架长LO2O3=400mm
质心与导杆的比值LO3S4/LO3B=0.5
连杆与导杆的比值LBF/LO3B=0.3
刨头重心至F点距离XS6=160mm
导杆的质量m4=15
刨头的质量m6=58
导杆的转动惯量JS4=0.7
切割阻力FC=1300N
切割阻力至O2的距离YP=175mm
构件2的转速n2=80
许用速度不均匀系数[δ]=1/40
齿轮Z1、Z2的模数m12=15
小齿轮齿数Z1=18
大齿轮齿数Z2=46
凸轮机构的最大摆角φmax=16º
凸轮的摆杆长LO4C=140mm
凸轮的推程运动角δ0=60º
凸轮的远休止角δ01=10º
凸轮的回程运动角δ0'=60º
凸轮机构的机架长Lo2o4=150mm
凸轮的基圆半径ro=55mm
凸轮的滚子半径rr=15mm
二、牛头刨床示意图
如图1所示
图1
三、导杆机构设计
1、已知：
行程速比系数K=1.6
刨头的行程H=550mm
机架长度LO2O3=400mm
连杆与导杆的比LBF/LO3B=0.3
2、各杆尺寸设计如下
A、求导杆的摆角：
ψmax=180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.6-1）/（1.6+1）=42°
B、求导杆长：
LO3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=550/[2sin（42°/2）]=776mm
C、求曲柄长：
LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）=400×sin21°=142mm
D、求连杆长：
LBF=LO3B×LBF/LO3B=776×0.3=233mm
E、求导路中心到O3的距离：
LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B{1-[1-cos（ψmax/2）]/2}=750mm
F、取比例尺：
μL=0.005m/mm
在1#图纸中央画机构位置图，机构位置图见1#图纸。
大致图形如下：
图2
四、机构的运动分析
已知：
曲柄转速：
n2=80rpm
各构件的重心：
构件6的重心：
XS6=150mm
第3点：
A、速度分析
①求VA3
VA3=VA2=LO2A×ω2=LO2A×πn/30=0.142×80×3.14/30=1.19m/s
②求VA4
=+
大小：
？
1.19？
方向：
⊥O3A⊥O2A∥O3A
取μV=VA3/Pa3=0.02，在1#图纸的左下方画速度多边形
③求VB
用速度影像求VB=64×0.02=1.28m/s
④求VF
=+
大小：
？
0.98？
方向：
水平∥导路⊥BF
接着画速度多边形，由速度多边形求得：
VF=———pfμV=64×0.02=1.28m/s方向：
水平向右
⑤求ω4
ω4=ω3=VA4/LO3A=41×0.02/（98×0.005）=1.67rad/S方向：
顺时针
⑥求VA4A3
VA4A3=×μV=37×0.02=0.74m/s方向：
如速度图所示
B、加速度分析
①求aKA4A3
aKA4A3=2ω4VA4A3=2×1.67×0.74=2.47m/s2方向：
如速度图所示
②求aA3
aA3=aA2=ω22×LO2A=8.372×142/1000=9.996m/s2方向：
A→O2
③求anA4
anA4=ω23×LO3A=1.672×98×0.005=1.366m/s2方向：
A→O3
④求aA4
+=++
大小：
1.366？
9.9962.472?
方向：
A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A
取μa=aA3/pa3=9.996/100=0.10
在1#图的左下方画加速度多边形，由加速度多边形求得：
aA4=×μa=42×0.10=4.2m/s2方向：
如图所示
⑤求aB:
用加速度影像求aB=66×0.10=6.6m/s2方向：
如图所示
⑥求aF
=++
大小：
？
6.60.336?
方向：
水平√F→B⊥BF
anFB=V2BF/LBF=（14×0.02）2/（233/1000）=0.336m/s2
接着画加速度多边形，由加速度多边形求得：
aF=————p′f′×μa=67×0.10=6.7m/s2方向：
水平向右第10’点：
A、速度分析
①求VA3
VA3=VA2=LO2A×ω2=LO2A×πn/30=0.142×80×3.14/30=1.19m/s
②求VA4
=+
大小：
？
1.19？
方向：
⊥O3A⊥O2A∥O3A
取μv=VA3/Pa3=0.04，在1#图纸的左下方画速度多边形
③求VB
用速度影像求VB=94×0.04=3.76m/s
④求VF
=+
大小：
？
3.76？
方向：
水平∥导路⊥BF
接着画速度多边形，由速度多边形求得：
VF=VB=3.76m/s方向水平向左
⑤求ω4
ω4=ω3=VA4/LO3A=1.19/（0.050×5）=4.67
⑥求VA4A3
VA4A3=0方向：
如速度图所示
B、加速度分析
①求aKA4A3
aKA4A3=2ω4VA4A3=0方向：
如速度图所示
②求aA3
aA3=aA2=ω22×LO2A=8.372×142/1000=9.996m/s2方向：
A→O2
③求anA4
anA4=ω23×LO3A=4.672×0.050×5=0.56
④求aA4
→→→→→
anA4+atA4=aA3+akA4A3+arA4A3
大小：
0.56？
9.9960?
方向：
A→O3⊥O3A√如图∥O3A
取μa=aA3/pa3=0.1
在1#图纸的左下方画加速度多边形
aA4=×μa=56×0.1=5.6m/s2
⑤求aB
用加速度影像求aB=83×0.1=8.3m/s2方向：
如图所示
⑥求aF
=++
大小：
？
8.30?
方向：
水平√F→B⊥BF
anFB=V2BF/LBF=0
接着画加速度多边形,由加速度多边形得：
aF=————p′f′×μa=10×0.1=1.0m/s2方向：
水平向左
第6点：
A、速度分析
①求VA3
VA3=VA2=LO2A×ω2=LO2A×πn/30=0.142×80×3.14/30=1.19m/s
②求VA4
=+
大小?
1.19?
方向：
⊥O3A⊥O2A∥O3A
取μV=VA3/Pa3=0.02
在1#图纸的左下方画速度多边形
③求VB
用速度影像求VB=83.5×0.02=1.67m/s
④求VF
=+
大小：
?
1.67?
方向：
水平∥导路⊥BF
VF=——pfμV=81×0.02=1.62m/s方向：
水平向右
⑤求ω4
ω4=ω3=VA4/LO3A=53×0.02/（104×0.005）=2.04rad/S方向：
顺时针
⑥求VA4A3
VA4A3=×μV=27×0.02=0.54m/s方向：
如速度图所示
B、加速度分析
①求aKA4A3
aKA4A3=2ω4VA4A3=2×2.04×0.54=2.203m/s2方向：
如速度图所示
②求aA3
aA3=aA2=ω22×LO2A=8.372×142/1000=9.996m/s2方向：
A→O2
③求anA4
anA4=ω23×LO3A=2.042×104×0.005=2.164m/s2方向：
A→O3
④求aA4
+=++
大小：
2.164？
9.9962.203?
方向：
A→O3⊥O3A√如图∥O3A
取μa=aA3/pa3=0.10
在1#图纸的左下方画加速度多边形
由加速度多边形求得：
aA4=×μa=33×0.10=3.3m/s2
⑤求aB
用加速度影像求aB=52×0.1=5.2m/s2方向：
如图所示
⑥求aF
=++
大小：
？
5.20.36?
方向：
水平√F→B⊥BF
anFB=V2BF/LBF=（13×0.02）2/（233/1000）=0.29m/s2
接着画加速度多边形
由加速度多边形得：
aF=×μa=41×0.10=4.1m/s2方向：
水平向左
收集同组同学的位移、速度、加速度的数据并汇编在如下表一：
并且在1#图纸左上角绘制刨头的运动线图。
刨头的运动线图见1#图纸。
表一
曲柄位置
名称结果
1
2
3
4
4’
5
6
SF
0
0.04
0.1
0.19
0.26
0.3
0.4
VF
0
0.91
1.28
1.66
1.7
1.69
1.62
aF
18.6
11.13
6.7
1.2
-2.2
-2.55
-4.5
曲柄位置
名称结果
7
8
8’
9
10
10’
11
SF
0.475
0.544
0.55
0.52
0.4
0.275
0.21
VF
1.185
0.48
0
-1
-2.88
-3.76
-3.45
aF
-7.18
-16.7
-20.1
-27.4
-4.8
-1.0
12.8
五、机构动态静力分析
已知:
导杆的质量m4=15Kg
刨头的质量m6=58Kg
（其余质量忽略不计）
导杆绕重心的转动惯量JS4=0.7Kgm
切削阻力为常数大小为FC=1300N
1.确定惯性力、惯性力矩
第3点：
P16=m6×aF=58×8.8=388.6N
PI4=m4×as=15×3.4=51N
M14=-JS4×α4=-0.7×8.16=5.1714Nm
Lh4=M14/PI4=0.112m
第6点：
P16=-m6×aF=58×4.5=232
P14=-m4×aS=15×2.6=39N
M14=-JS4×α4=3.096Nm
h=M14/F14=0.08m
将计算结果汇总在如下表中：
表二
曲柄
位置
导杆4
刨头
PI4
M14
Lh4
P16
2点
51
5.174
0.112
388.6
9点
39
3.096
0.08
261
2.确定齿轮2的重量
查指导书得齿轮2的重量G2=500N
3.确定各运动副反力
第3点:
A、取构件5、6为示力体
在机构位置图上方绘制示力体图
比例尺为：
μL=0.005m/mm
大致图形如图：
++++=0
上式中只有FR45、FR76的大小未知
取力比例尺：
μP=Fc/——ab=30N/mm在机构位置图下面画力多边形大致图形如图
求得：
FR45=——de×μP=57×30=1710N
方向与力多边形中的方向一致
FR76=——ea×μP=17×30=510N方向：
垂直导路向上
∑MF=0：
FC（LO2M-YP）+G6×XS6=FR76h76
h76=[Fc×（LO2M-YP）+G6×XS6]/R76
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