牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析机械原理课程设计.doc

课程设计说明书

课题名称：机械原理课程设计

《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

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

青岛理工大学琴岛学院 I
课程设计说明书 I
摘 要 III
1设计任务 1
2导杆机构的基本尺寸确定 2
3 导杆机构的运动分析 3
3.1 速度分析: 3
3.2 加速度分析 4
4导杆机构的动态静力分析 6
4.1 运动副反作用力分析 6
4.2 曲柄平衡力矩分析 6
总 结 8
参考文献 9

1设计任务
（1） 小组成员按设计任务书要求想三个方案、小组讨论确定所选最优设计方案;
（2） 确定杆件尺寸;
（3） 绘制机构运动简图；
（4） 对机械行运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度。列表，并绘制相应的机构运动线图如位移与原动件角曲线；速度与原动转角曲线;
（5） 对机械运动的受力分析;
（6） 要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸。

2导杆机构的基本尺寸确定
见表1-1
设计内容
导 杆 机 构 的 运 动 分 析
符号
n2
l0204
l02A
l04B
lBC
K
单位
r/min
mm
方案
Ⅲ
55
410
99.2
640
0.25 l04B
1.37
设计内容
导 杆 机 构 的 运 动 分 析
符号
G4
G6
F
JS4
单位
N
kg·m2
方案
Ⅲ
274
686
4000
1.1
表1-1

小组分布图
3 导杆机构的运动分析
3.1 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ω2 lO2A, 方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60
计算得： ω2=5.76rad/s
υA2=ω2·lO2A
计算得： υA3=υA2=5.76×0.099m/s=0.572m/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 ，手绘作速度多边形。

由图得：
υA4=0.271m/s (⊥O4A)
而 υB5=ω42 ·lO4B=0.238 m/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=0.025(m/s)/mm ，作速度多边形如图。
由图得：
υC=0.43m/s (水平向右)
υCB=0.14m/s
ω4=υA4/ lO4A=0.71 rad/s
3.2 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=5.76rad/s
计算得： aA3n = aA2n =5.762×0.0992m/s2=3.29m/s2、、
aA4n =ω42·lO4A=0.045 m/s2
aA4A3k =2ω4υA4A3=0.66 m/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: ? A→O4 ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B

取加速度极点P’,加速度比例尺µa=0.02（m/s2）/mm ，手绘作加速度多边形。
由图知：、
aA4τ=2.2 m/s2
= aA4τ/ lO4A=4.89rad/ s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。
得：
ac5 = aBn + aBτ + acBn + a cBτ
大小： ? √ √ √ ?
方向： 水平 B→A ⊥O4B C→B ⊥BC
aBn=ω42 lO4B=0.32
1 aBτ=·lO4B=3.13 m/s2
acBn=υCB2/ lCB=0.5 m/s2
取加速度极点P’,加速度比例尺µa=0.04（m/s2）/mm ，作加速度多边形如图所示。

得： ac5 =3.54m/s2 (方向水平向右)

4导杆机构的动态静力分析
4.1 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： F =4000N
G6=686N
ac=ac5=3.54m/s2,
计算得： FI6 =247.8N
ΣF=P+G6+FI6+FR16+FR45=0

取极点P”，比例尺µN=30N/mm，作力多边形如图。

由图得：
FR45 =4275N
FR16 =690N

4.2 曲柄平衡力矩分析
（1）分离3、4构件进行运动静力分析，

对O4点取矩得：
ΣM O4=FR45·h45+FR34·h34+G·hG+FI4τ·hI4+M=0
已知： FR54=-FR45=4275N
h54=0.06m
G4=274.4N
hI4=0.0866m
J=1.1kg·m 2

所以： FI4=-m·as4=62.16N
α=4.84 rad/ s2
M= Jα=5.324 N·m

计算得：FR34=5787.2N
又：
ΣF=FR54+FR32+FI4+G4+F14=0
取极点P”，比例尺µN=30N/mm，作力多边形。
得 FR4=1960N
（2）对曲柄2进行运动静力分析
得： FR34 =5787.2N
Mb=277.8N·m

总 结
通过本次课程设计，对于机械运动学与动力学的分析与设计有了一个比较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而向更好的方向努力。同时在设计的整个过程中叶发现了自己的很多的缺点，眼高手低，细节问题注意程度不够，在处理关键的数据时往往要重复的计算好几遍，漏掉一个小数点就会导致数据偏差很大。
在课程设计中，我也学会了团队合作的精神，在遇到不一致的问题时，通过不断的讨论，和老师的指导，最终达成统一的答案。在分析加速度的方向时，有的开始不确定，当发现错误后，擦掉又改上正确的。不断的检查，发现新的错误，细心的改正，最终完成课程设计。

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，2008
[2] 作者．机械设计手册【M】．第3版．北京：机械工业出版社，2008．P56-P78