牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析汇总.docx

1、牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析汇总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 083 班 学 号： 学 生：指导老师：学院教务处2010年 12月 23 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学号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 日关键词：牛头刨床、速度、加速度、力与力矩本次课程设计是对刨床的的设计参数进行评定，设计过程分为三组，主要是对刨头 的加速度、速度和受力情况进行分析和计算，然后作出刨头的速度矢量图、加速度矢量 图和力与力矩

2、的矢量图，统计刨头不同位置的速度、加速度、力的参数，将数据绘制成 曲线图，然后分析曲线图的走势来评定刨床的各项参数，在进行组与组之间的对比，得 出最优参数。最后分析其原因。摘 要 III1设计任务 12.1速度分析 32.2加速度分析： 33导杆机构的动态静力分析 53.1刨头的力的分析过程： 53.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式： 53.3曲柄2平衡力矩分析 54方案比较 6总 结 8参考文献 91设计任务牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床， 如图1-1 0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 &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。

3、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（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图1-1 ,b）, 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，

4、以提高切削质量和减小电动机容量。课程设计的任务:1作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程;2作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；3.用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。设计数据:表1-1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n2L0204L02AL04BLbcL04S4XS6Y S6G4G6PYpJS4单位r/mi nmmNmmkgm2皿724301108100.36Lo4B0.5Lo4B1804022062080001001.2图1-22导杆机构的运动分析2.1速度分析取曲柄位置“ 9”进行速度分析。因构件2和3

5、在A处的转动副相连，故.A3= A2，其大小等于-2 1O2A，方向垂直于02 A线，指向与32 致2 =2 n n60 rad/s =7.54 rad/s：A3 = A2 = ； 2 I02A =0.83m/s (丄 O2A)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A4- A3 + - A4A3 (2-1)大小 ？ 0.829 ?方向 丄O4A 丄O2A / O4B取速度极点P，速度比例尺Jv =0.005(m/s)/mm，作速度多边形， A4 = Pa4 3=89.3 %.005m/s=0.447 m/s、a4A3 =-v Pb =133.9 (X005m/s=0.669 m

6、/s又 4 = 、A3A3 /lo4A =0.4467/0.0.316 rad/s =1.24 rads- B4= 4 为AB=1.24 X).81 m/s=1 m/s(2-2)取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得C5 = B 5 + C5B5大小 ？ 1 ?方向 /导杆 丄O4B 丄BC取速度极点P，速度比例尺Jv =0.005(m/s)/mm,作速度多边行则由图知， 、,5 = % pc5=19.6 X.005 m/s=0.98m/s- C5b5 =42.3 X.005 m/s=0.216 m/s5 = C5 B5 / L bc =0.216/0.2916=0.74 rad/s2.2加

7、速度分析：取曲柄位置“ 9”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连,故a：2=a：3,其大小等于，22io2A,方向由a指向。22 =7.54rad/sn n 2 2 2 2KaA4A3aA3 = aA2 = 2 Lo2a=7.54 X).11 m/s =6.25m/s=2co4 va3A3 =2Xl.24 X.6996=1.73 m/sa：4= 42lo4A=1.242X).316=0.552 m/s取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：n n K raA4= aA4 + aA4 = aA3 + aA4A3 + a A4A3 (2-3)2大小：？ - -4 lO4A

8、? 6.25 2 -4 A3A3 ?方向：？ BA 丄O4B A O2丄O4B (向左)/ 04B (沿导路)取加速度极点为P/，加速度比例尺 =0.02 (m/s2) /mm, 作加速度多边形.t 2 2aA4 =350 X.02m/s =7m/s2aA4 =7.05 m/saB4 =7.05 X.81/0.316=15.8 m/55取5构件为研究对象，列加速度矢量方大小aC5 =?naB5 + a5B5 +215.8 5 lBCTaC5B5?(2-4)方向丄导杆/ aA4 /BC丄BC取加速度极点为p/ ,加速度比例尺2二a =0.05 (m/s ) /mm其加速度多边形有：2aC5= 0

9、.005 X.34 =15.67m/i5ac6= ac5（同向）3导杆机构的动态静力分析3.1刨头的力的分析过程：对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：EF=0P+ G6 + Fl6 +FR45 +FR16 =0 (3-1)方向：/ x轴竖直向下与aC6反向/ BC （推力）竖直向上大小:0620 - m6ac6?以作图法求得:Fr45=991 NFR16 =639N3.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式:对于摇杆滑块可以列出以下力的平衡方程式：ZF =0FR54+ FR34 +Fl4 +G4 + Fr14=0(3-2)方向：/ BC丄O4B/ aA4/ y 轴？大小991N2680N-m4

10、aA4220N ?对04力矩平衡方程式：（取顺时针为正）ZM =0FR54 *y1 + G6 * y2-Fr34 * y 3 +Fi4 * y4 + M = 0(3-3)得到： Fr34=2680N由此可以求得Fri4的大小： F“4=1525 N3.3曲柄2平衡力矩分析对O点取力矩平衡方程式：（取顺时针为正）即 Fr34 对 02 力矩：M= 93 N -m4方案比较附表4-1 :序号(同附表2)万案1万案2方案3(AF)jk(ACR)jk(AF)jk(ACR)jk(AF)jk(ACR)jk11.35611.320.771.61.1723.5512.730.769.12.563260.713

11、60.81.38618.72.3740.023510.02301.020.02270.96588781141741.60155781.7562675155102.0614660.5470.16710.2700.480.3331.99附表4-2 :机构性能比较表指标数据项目万案1万案2方案3备注功能质量V6max(m/S)0.7620.791.245工作段刨头最大速度V6m(m/s)0.5620.5980.78工作段刨头平均速度a6 max (m / s )3.94.429.78工作段刨头最大加速度y6 max28.6411.4311.4工作段刨头加速度最大变化率FI 6 max( N )260

12、.5360.82618.7工作段刨头的最大惯性力F12 max (N )88881417415578机架对曲柄的最大反力F14 max ( N )267555107630机架对导杆的最大反力y.min /0/85 0/87 0/88.2 最小传动角构件34构件5、6Mbmax(N m)851.41066.51466最大平衡力矩经济适用性能取大运动轮廓尺寸(mm mm)315X 530270X 298419X 796长汇宽机构复杂程度6X 76X 76 X 7构件数沢运动副数附表4-3 :机构评价指标序号指标类型指标名称指标值（AF斤1运动性能工作段刨头接近等速运动的程度v6 max / v6m

13、2工作段刨头加速度曲线平均斜率y6max1 + y6min2 叫和23动力性能刨头最大惯性力F| 6max4两组最小传动角平均值的倒数2y + Y3、4m in 5、6m in5最大机架反力F12 max6最大平衡力矩M bmax7经济适用性最大运动轮廓尺寸长汉宽8机构复杂程度构件数X运动副数附表4-3中部分符号含义如下：y6max、y6min :切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；1、；：2 :分别与y6max和Gmin相对应的曲柄转角 创；3、4min : 一级四杆机构的最小传动角 ；5、6min :二级四杆机构最小传动角 。结论：从总体数据来看，第一组数据是最好的，但也有其不足之处

14、，比如其运 动性能和经济性能不如第二组好；第三组数据也有一些优点其最小传动角比其他 组大，这样可以避免死点等情况，其最大平衡力矩比较小。总 结本次课程设计持续一周，可以说是紧张又有学到了知识，从中可以发现许多 的问题，发现问题以后就要解决，从中会学到很多，也发现了自己的很多问题， 特别是专业课不熟悉，作图不熟练，这些都导致了课程设计过程中特别是作图时 出现的误差，所以要认真学好专业知识，多熟悉专业方面的知识 ，在作图方面要多练习，在数据统计过程中发现有些点的数据和实际值有较大的出入， 这可能是有些同学在计算过程中没有计算正确，也可能是某些参数的矢量方向弄反了， 通过再三的核对、检查，有些比较大

15、的误差我们可以更正过来， 但有些小的误差 我们无法避开，这很可能是画图时出现的误差。本次课程设计我们分为三组， 三组各有自己的数据，完成作图后进行比较，看看那个方案比较好，这样的比较可 以让我们比较全面的了解刨床的一些设计参数，虽然不能说我们的数据是完全正 确的，但从线条的走向趋势来看还是能大体的反映一些设计要求的， 可以说这次课程设计是一次模拟真实的的设计，通过计算各项（AF）jk,，比如运动性能、动 力性能、经济适用性。运动性能表现在速度和加速度方面；动力性能表现在所受 的力和力矩方面，而经济性表现在机构的复杂程度上。通过三组数据的比较可以 很明显的看出第一组数据是比较好的，其运动性能、动力性能、 经济适用性都比较好。通过几天的课程设计我们发现问题解决问题， 收获了很多，但也存在不足， 希望学校多组织几次这样的活动，让我们能够更全面的掌握专业方面的知识。参考文献1机械工程手册编辑委员会编.机械设计手册【M.第3版北京：机械工 业出版社，20082哈尔滨工业大学理论力学研究室编. 理论力学1 六版北京2002.83孙桓等主编机械原理（第六版）高等教育出版社