牛头刨床机构的综合设计与分析.docx

1、牛头刨床机构的综合设计与分析牛头刨床机构的综合设计与分析* 工 业 大 学 机械设计课程设计说明书 题目：牛头刨床机构的综合设计与分析 院：机械工程与自动化学院 专业班级：数控071学号：070104024学生姓名：*指导教师：* * 教师职称：高级工程师起止时间： 辽宁工业大学课程设计说明书 目 录 一、设计题目与原始数据2 二、牛头刨床示意图3 三、导杆机构设计4 四、机构运动分析5 五、机构动态静力分析11 六、飞轮设计16 七、设计凸轮轮廓曲线18 八、齿轮设计及绘制啮合图19 九、解析法22 1导杆机构设计22 2机构运动分析22 3机构动态静力分析25 4凸轮设计 .26 十、本设

2、计的思想体会 .29 十一、辽宁工业大学课程设计说明书 滑块尺寸：7*10 节圆半径：r1=mz1/2=13*18/2=135mm r2=mz2/2=13*56/2=345mm 四、 机构的运动分析 已知：曲柄转速n2=80rpm5 辽宁工业大学课程设计说明书 第4点: A. 速度分析1求VA3 VA3= VA2= LO2n/30 =80/30 =/s2求VA4 VA4= VA3 +VA4A3 大小： ？ ？方向： O3A O2A O3A 3取v= VA3/Pa3=(m/s)/mm作速度多边形 4求VB 用速度影像法求VB 5求VF VF = VB +VFB 大小： ？ ？ 方向： 导路 BO

3、3 BF 接着速度多边形，速度多边形求得 VF=pfv/s 6求4 4=3= VA4/ LO3A =/s7求VA4A3 VA4A3=a3a4v=0m/sB. 加速度分析 1求akA4A3 akA4A3=24VA4A3=20=0m/s2 2求aA3aA3= aA2=22L02A=/s3 anA4 anA4=32L03A= *542*= - 6 - 方向：顺时针方向如图所示 方向如速度图所示辽宁工业大学课程设计说明书 4求Aa4 anA4+ atA4 = aA3 + akA4A3+ arA4A3 大小： ？0？ 方向：AO3 AO3 AO2 如图 O3A 5取a =(m/s2)/mm画加速度多边形

4、 6 求aB 如图所示 用加速度影象法求aB=/s2 7求AF aF = aB + anFB + atFB 大小： ？Vfb2/lFB ？ 方向：水平 FBBF8接着画加速度多边形，加速度多边形求得 ：aF =p，f，a=/s2第7点：A速度分析1求VA3VA3= VA2= LO2An/30 =/s2求VA4 VA4= VA3 +VA4A3 大小： ？ ？方向： O3A O2A O3A 3取v= VA3/Pa3=(m/s)/mm作速度多边形 4求VB 用速度影像法求VB5求VF 7 辽宁工业大学课程设计说明书 VF = VB +VFB 大小： ？ 方向： 水平 如图 BF 接着速度多边形，速度

5、多边形求得：VF=pfv/s6求4 4=3= VA4/ LO3A =/s7求VA4A3 VA4A3=a3a4*v =/sB. 加速度分析 1求akA4A3 akA4A3=24VA4A3=2= m/s22求aA aA3= aA2=22L02A= /s23 anA4anA4=23L03A= m/s24求Aa4 ankrA4+ atA4= aA3 + aA4A3 + aA4A3 大小：？ ？方向：AO3 AO3 如图 O3A 5取a=(m/s2)/mm做力的的多边形： aA4=pa4a=/s26 求aB用加速度影象法求aB=/s2 7求AF aF = aB + anFB+ atFB 大小：？Vfb2

6、/LFB ？ 方向：水平 FBBF 8 方向：顺时针 方向如图所示 方向如速度图所示 辽宁工业大学课程设计说明书 8接着画加速度多边形，加速度多边形求得： aF =p，f，a=/s2第12点: A. 速度分析 1求VA3VA3= VA2= LO2n/30=/s2求VA4 VA4= VA3 +VA4A3 大小： ？ 方向： O3A O2A O3A 3取v= VA3/Pa3=(m/s)/mm4求VB 5求VF VF = VB +VFB 大小： ？ ？ 方向： BFBF 接着速度多边形，速度多边形求得 VF=pfv/s6求4 4=3= VA4/ LO3A =/s 方向：逆时针7求VA4A3 VA4A

7、3=a3a4v=/s 方向如图所示B. 加速度分析 1求akA4A3 ak2A4A3=24VA4A3= m/s 方向如速度图所示2求aA3 a2A3= aA2=2L02A=/s2 9 作速度多边形 用速度影像法求VB辽宁工业大学课程设计说明书 3 anA4anA4=32L03A=/s2 4求Aa4 anA4 + atA4 = aA3+ akA4A3+ arA4A3 大小： ？? 方向AO3 AO3 如图 O3A 5取a =(m/s2)/mm画加速度多边形: 6 求aB 如图所示 用加速度影象法求aB=31m/s27求AF aF = aB + anFB + atFB 大小：？ 31 Vfb2/L

8、FB ？ 方向：水平 FB BF 8接着画加速度多边形，加速度多边形求得：aF =p，f，a=/s2收集同组同学的位移、速度、加速度的数据并汇编如下页表： 曲 柄 位 名 称 1 0 0 72839445 - 11 - 6 - 12 - SF VF AF 曲 柄 位 名 称 - 10 10 SF VF AF - - - - - - - - 10 辽宁工业大学课程设计说明书 刀头运动曲线： SfUs= 五、机构的动态静力分析已知： m6=58Kg m4=15Kg 导杆绕重心的转动惯量JS4=切削主力为常数大小为Fc=1300N确定惯性力、惯性力矩 第7点 PI6=-m6*aF=-58*-=493

9、N11 辽宁工业大学课程设计说明书 PI4= -m4*aS=-15*=- MI4=-JS4*4=-*-/=h= MI4/ PI4=/=第12点 PI6=-m6*aF=-58*31=-PI4= -m4*aS=-15*=-MI4=-JS4*4=-*/=-28NMh= MI4/ PI4=28/= 将计算结果汇总在如下表中 曲 柄 位 置 7点 12点 - - -28 493 - 导杆4 PI4 MI4 h 刨头 PI6 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7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：L=/mmR45+R76

10、+PI6+G6+FC=0 上式中只有R45、R76的大小未知 取力比例尺： p=FC/ab=20N/mm p在机构位置图下面画力多边形大致图形如图，求得：R45=de*=42*20 =840N12 辽宁工业大学课程设计说明书 方向与力多边形中de的方向一致 R76=ea* ?MFp=20*32=640N方向：垂直导路上 =0 FC+G6Xx6= R76h76 h76= FC+G6Xx6/ R76B、取构件3、4为示力体：在机构位置图右侧绘制示力体图 比例尺为 L=/mm ?R54+G4 +R23+PI4 +R74=0o3?M=0R23LO3+PI4 hP+ G4h4= R54h54 量得h4=

11、hp= mh54= R23=(R54h54-P14hp-G4h4)/LO3A=1140N 矢量式中R74的大小和方向未知仍取力比例尺p=20N/M p接着力比例尺多边形图，求得：R74=he*方向与力多边形中he的方向一致 C、取构件2为示力体 在机构位置图右下方绘示力体图 比例尺为：L=28*20=560N =/mmR32+R72+Pb+G2=0 ?M O2 =0(确定R23的大小)：R32h32=Pbrb13 辽宁工业大学课程设计说明书 r量得：h32= b=PbR32h32rb=/=617N 式中R72的大小和方向未知 仍然取比例尺?P=20N/m接着画力多边形图，求得：R72ij?P=

12、6020=1200N 方向与力多边形中ij的方向一致 第12点：A、 取构件5、6为示力体 在机构位置图十方绘制势力题示力体图， 比例尺为?L=/mm?G6PI6R45R76+=0 ?RR上式中只有45、76的大小未知 取比例尺?P= FC/ab=20N/mm R45=cd*R76=ad* ?MFp=1800N方向与力多边形中cd的方向一致 =660N方向：垂直导路上 p=0 FC+G6Xx6= R76h76h76= FC+G6Xx6/ R76 = B、取构件3、4为示力体 在机构位置图右侧绘制示力体图比例尺为 L=/mm R54+G4 +R23+PI4 =0 o3?M=0R23LO3+PI4

13、 hP+ G4h4= R54h54 R23=(R23h54-P14hp-G4h4)/LO3A =4640N 14 辽宁工业大学课程设计说明书 矢量式中R74的大小和方向未知仍取力比例尺接着力比例尺多边形图，求得： R74=gf*pp=20N/M=2740N方向与力多边形中fg的方向一致 C、取构件2为示力体 在机构位置图右下方绘示力体图 比例尺为：=/mm ?RPR其平衡方程为 32+b+G2+72=0 L?MO2=0： R32h32Pbrb+= 量得：h32rPRhr= b=b=3232/b=1160N R72上式中只有的大小和方向未知 仍然取比例尺?P=20N/m接着画力多边形图，求得：R

14、72=id?P=21020=4200N方向与力多边形中id的方向一致 4、将各运动副反力汇总如下： 位置指定的两个位置 反力 第7点 1200 560 620 820 1140 1140 第12点 4180 2700 660 1820 4640 4640 ?R72R74?R76?R45 R34R23 15 辽宁工业大学课程设计说明书 5、计算平衡力偶矩并汇总如下： 曲柄位置 Mb 曲柄位置 Mb 7 98 8 -50 9 176 10 596 11 -380 12 -378 1 0 2 210 3 285 4 284 5 246 6 188 6、绘制平衡力偶矩曲线#Mb?2-该曲线在1图纸右上

15、角 六、飞轮设计 已知：许用速度不均匀系数=1/40平衡力矩曲线 Mb-2驱动力矩为常数 曲柄的转数n2=80rpm飞轮装在齿轮Z1的O1轴上 1、作等效阻力矩曲线Mr-r 于飞轮准备装在Z1的O1轴上， 因此|Mr|=|Mb/i12|可Mb-2曲线直接画出Mr-1曲线。 为了使图形一样，其比例尺选为： Mr=Mb/i12=10/=/mm大致图形如图所示。 2、求功曲线Wr-1 取极距H=50mm 图解积分Mr-1得Wr-1曲线。 纵坐标比例尺为： W =MH/180=/mm3、求功曲线Wd-1 根据一个稳定运转循环中能量变化为零，以及Md=常数的条件 可作出Wd-1曲线。比例尺仍为：W=/m

16、m 4、求驱动力矩曲线Md-1仍取极距H=50mm 图解微分Wd-1得Md-1曲线。 16 辽宁工业大学课程设计说明书 纵坐标比例尺为：W=10Nm/mm 得驱动力矩：Md =hM=11= 5、确定最大盈亏功为： W=25=445J 6、求飞轮的转动惯量 JF=900W/2 n21 =90044530/2(80)2= 7、确定飞轮尺寸 b=4gJF/D3H 材料用灰铸铁 =7104N/m3 取飞轮直径D=1mD= 取轮缘的高宽比为H/b=H/b= b2=4gJF/D3H=4/7104 b=167mmH=167=250mm取 H=250mm 图形如下： 七、设计凸轮轮廓曲线 已知：推杆的运动规律

17、为等加速等减速上升和等加速等减速下降，凸轮与曲柄共轴，顺 时针回转；推程运动角0=60远休角01=10 回程运动角0=60 最大摆角 max=16摆杆长Lo4c=140mm 机架长Lo2o4=150mm 基圆半径 r0=55mm 滚子半径rr=15mm 17 辽宁工业大学课程设计说明书 摆杆的角位移曲线以及凸轮轮廓曲线的设计已绘制在2#图纸上. 八、齿轮设计及绘制啮合图 已知：齿轮1的齿数 Z1=18 齿轮2的齿数 Z2=46 模数m12=15mm 压力角 =20 齿顶高系数 ha*=1 径向间隙系数c*= 18 辽宁工业大学课程设计说明书 1、列表计算几何尺寸 2、绘制齿廓啮合图取比例尺 L

18、=1mm/mm名称 小齿轮分度圆直径 大齿轮分度圆直径 小齿轮齿顶圆直径 大齿轮齿顶圆直径 小齿轮齿根圆直径 大齿轮齿根圆直径 小齿轮基圆直径 大齿轮基圆直径 分度圆齿距 基圆齿距 分度圆齿厚 分度圆齿槽宽 径向间隙 标准中心距 实际中心距 传动比 重合度 符号 d1 d2 da1 da2 df1 df2 db1 db2 P Pb s e c a a i 计算公式 d1=mz1 d2=mz2 da1=d1+2ha da2=d2-2ha df1=d1-2hf df2=d2-2hf db1=d1cos db2=d2cos P=m Pb=Pcos s=p/2 e=p/2 c=c*m a=m(z1+z

19、2)/2 a=a i=z2/z1 =B1B2/Pb 计算结果 270 690 300 720648 480 48019 辽宁工业大学课程设计说明书 20 辽宁工业大学课程设计说明书 九、解析法 1导杆机构设计 已知：行程速比系数K； 刨头和行程H； 机架长LO2O3 连杆与导杆的比LBF/LO3B 求解:(1)求导杆的摆角： max=180/ (2)求导杆长： LO3B1=H/2sin (3)求曲柄长： LO2A=LO2O3sin (4)求连杆长 LBF=LO3BLBF/LO3B (5)求导路中心到O3的垂直距离LO3M：从受力情况出发，刨头导路O3B线常取为通过B1B2 挠度DE的中点M.

20、即： LO3M=LO3B-LDE/2 将上述已知条件和公式编入程序：源程序及运行结果 2机构的运动分析 已知： (1)曲柄转速2；(2)各构件的长度。 求解：、建立机构的运动方程式 如图所示：选定直角坐标系XOY。21 辽宁工业大学课程设计说明书 标出各杆的矢量和转角。各构件矢量所组成的封闭矢量方程式为: Ll + L2 = SaY + X= L4 + L5b其中令：Ll=LO2O3； Y=L03M； S=L03A； 将a式分别投影在x和y轴上得 L2cosF2=S cos F4 cLl+L2 sin F2=S sin F4d两式相除则得 tgF4=(Ll+L2sinF2)L2cosF2(1)

21、在三角形A0203中 S2=LlLl+L2L22L1L2cos(90+F2)(2)将c d两式对时间求导一次得 L2W2sinF2=SW4sinF4+VrcosF4 eL2W2cosF2=SW4cosF4+VrsinF4 f将坐标XOY绕O点转F4角(也就是将e f两式中的F2角F4角分别减去F4)，经整理后可分别得到 Vr=L2 W2sin(F2F4)(3)W4=L2 W2 cos(F2-F4)S (4)再将e f二式方别对时同求导一次后，同样将 坐标XOY绕0点转F4角(也就是将式中的F2角F4 角分别成去F4)，经整理后可分别得到 ar=SW4W4L2W2W2cos(F2F4)(5)ak

22、=2 Vr W4 (6) e4=2 Vr W 4+ L2W2W2sin(F2一F4) (7)将b式分别投|影在x和y轴上得 X：L4 cos F4十L5 cos F5 (8)Y：L4 sin F4十L5 sin F5 (9)(9)式可直接得 22 辽宁工业大学课程设计说明书 sin F5=L5 对(9)式求导，一次可得 L4W4cosF4=L5W5cosF5 于是g式可得 W5=(L4W4cosF4)L5cosF5 对g式求导一次经整理可得 e5=(8)式中的X是坐标值，要想得到F点的位移XF 应该是XF=XX0 XF=L4 cos F4+L5 cos F5 g 一(L4 cos F40+L5

23、 cos F50) 式中F40 F50是导杆4处在左极限位置l时。 导杆4和连杆5与坐标的正向夹角 对式求导一次可得： VF=L4W4sinF4L5 W5sinF5对式求导一次可得aF=L4cosF4W4W4L4sinF4e4 L5cosF5 W5W5L5sinF5e5(15)角度的分析 关于F4和F5两个角度的分析 当曲柄2运动到第一象限和第四象限时，导杆4在第一象限。此时得出的F4就是方位角。当曲柄2运动到第二象限和第三象限时导杆4是在第二象限，得出的F4是负值，所以方位角应该是F4=180+F4于计算机中只有反正切，式是不能直接求出F5因此要将其再转换成反正切的形式 F5=atn(gsq

24、r(1g*g) 式中g=sin F5=(YL4*sin F4) L5 无论曲柄2运动到第几象限。连杆5都是在第二第三象限，于在第二象限时F5是负值，在第三象限时F5是正值，因此在转换方位角时可以用一个公式来表示即： F5=180+F5开始计算是在左极限l的位置。因此F2的初值应该是： F2=Fq=195(Fq为起始角) 23 辽宁工业大学课程设计说明书 运行到8时导杆处在右极限终止位置，因此F2的数值应该是： F2=FZ=345 (FZ为终止角) 源程序及运行结果 3机构动态静力分析 已知:(1)各构件的质量；(2)导杆绕自身t心曲转动惯量为J ；(3)切削阻力F的变化规律；(4)齿轮2的重量G=500 N。 求解： 一、建立直角坐标系(与运动分析时的坐标相一致如图所示)二、求出刨头6和导杆4质心点的加速度和导杆4的角加速度。三、确定刨头6和导杆4的惯性力和导杆4的惯性力矩。 四、远离原动件拆基本杆组建立机构的力方程式根据已知条件求出各运动副反力及加在原动件上的平衡力和平衡力矩。 1取构件56为示力体可得到方程式： R45 + R76 + P16 + G6 + FC = O(在回程和工作行程的两端处FC=0)向X轴投影R45cos(f45)+P16FC=0向Y轴投影 R45sin+