机械原理优秀课程设计牛头刨床.doc

《机械原理》
课程设计计算说明书

设计题目： 牛 头 刨 床
学 院： 机械工程学院
专业班级： 机自1421班
学生姓名： 郭 文 超
学 号： 0332108
指导老师： 赵 楠

07月04日——07月07日

目 录
工作原理 3
一.设计任务 4
二.设计数据 4
三.设计要求 5
1、运动方案设计 5
2、确定实施机构运动尺寸 5
3、进行导杆机构运动分析 5
四.设计方案选定 5
五. 机构运动分析 6
1.3点速度分析 7
2.3点加速度分析 8
3.8点运动分析 11
4.机构运动曲线图 11
六. 凸轮机构设计 11
八. 参考文件 13

工作原理
.牛头刨床是一个用于平面切削加工机床，图a）所表示。电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上凸轮8。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。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提升生产率。为此刨床采取有急回运动导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程时间，凸轮8经过四杆机构1－9－10－11和棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作一次进给运动，方便刨刀继续切削。刨头在工作过程中，受到很大切削阻力（在切削前后各有一段0.05H空刀距离，见图b），而空回行程中则没有切削阻力。所以刨头在整个运动循环中，受力改变是很大，这就影响了主轴匀速转动，故需安装飞轮来减小主轴速度波动，以提升切削质量和降低电动机容量。

(a) (b)

图d
一.设计任务
1、运动方案设计。
2、确定实施机构运动尺寸。
3、进行导杆机构运动分析。
4、对导杆机构进行动态静力分析。
二.设计数据
本组选择第三组数据
表1
设计内容
符号
方案和数据
单位
I
II
III
1
导杆机构运动分析
n2
60
64
72
rpm
l0204
380
350
430
mm
l02A
110
90
110
mm
l04B
540
580
810
mm
lBC
0.25l04B
0.3l04B
0.36l04B
mm

表2

设计内容
符号
方案和数据
单位
I
II
III
2
凸轮机构
设计
ψmax
15
15
15
°
L09D
125
135
130
mm
[α]
40
38
42
°
Ф
75
70
75
°
ФS
10
10
10
°
Ф’
75
70
65
°
三.设计要求
1、运动方案设计
依据牛头刨床工作原理，确定1～2个其它形式实施机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。
2、确定实施机构运动尺寸
依据表一对应组数据，用图解法设计连杆机构尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。
注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路 在导杆端点B所作圆弧高平分线上(见图d)。
3、进行导杆机构运动分析
依据表一对应组数据，每人做曲柄对应2个位置速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头3速度、加速度，将过程具体地写在说明书中。
四.设计方案选定
图所表示，牛头刨床主传动机构采取导杆机构、连杆滑块机构组成5杆机构。采取导杆机构，滑块和导杆之间传动角r一直为90o，且合适确定构件尺寸，能够确保机构工作行程速度较低而且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特征要求。合适确定刨头导路位置，能够使压力角尽可能小。
五. 机构运动分析

1.3点速度分析
当曲柄在3点时如上图
已知：ω04=2πn/60=7.536rad/s
VA4 = VA3A4 + VA3
方向：⊥杆4 ∥杆4 ⊥杆2
大小：？ ？ √
已知：VA3=ω04×L2 =7.536×110=828.96mm/s
作图得：

VA4=670.05MM/S
ω04= VA4/LAO4=670.05/513.91=1.306rad/s
VB=ω04×L4=1.306 ×810=1057.86mm/s
Vc= VB + VCB
方向：∥X-X √ ⊥杆BC
大小： ？ √ ？
由作图法得：
：
VC =1048.3mm/s

2. 3点加速度分析
加速度分析： 取曲柄位置“3”进行加速度分析。因构件2和3在A点处转动副相连， 故an A2=an A3,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=6.rad/s,
anA3 = a nA2 =ω22·LO2A=6.×0.09 m/s2=4.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 = anA4 + aA4τ = aA3n + aA4A3K + aA4A3v
大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?
方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B ∥O4B（沿导路） 取加速度极点为P＇,加速度百分比尺µa =0.1（m/s² ）/mm,

图1-3
由图1-3知,
aA4 =P´a4´·μa =3.2638759m/s2
aB4= aB5 = aA4* L04B / L04A = m/ s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac = aB + acBn + a cBτ
大小 ? √ ω5l2CB ?
方向 ∥X轴 √ C→B ⊥BC
其加速度多边形图1─3所表示,有
ac =p´c·μa =4. m/s²
3.8点运动分析
取曲柄位置“8”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“3”。
υA4 =υA3 +υA4A3
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
υC5 = υB5 +υC5B5
大小 ? √ ?
方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC

由图解得：Vc=0.m/s

由图解得：aC=6.m/s2

计算结果汇总：
项目
位置
ω2
VA3
VB
VC
ω4
aA3
aτA4
ac
大小
方向
3
6.70
0.829
1.057
1.048
0.71
⊥杆4
1.319
3.214
4.058
8
6.70
1.16
0.003
0.009
0.432
⊥杆4
4.043
4.043
6.932
单位
1/s
m/s
1/s
m/s2
4.机构运动曲线图
位置
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Vc
0
0.652
1.048
0.934
0.828
0.657
0.571
0.25
-0.48
-0.77
-0.82
-0.679
ac
11.4
7.298
5.646
3.05
-0.94
-4.366
-5.74
-7.25
-6.26
-2.76
10
10.841
S
0
42.3
84.71
164.7
250.6
330
390.1
408.4
381.2
277.2
135.3
31.88
依据数据做出速度、位移、加速度曲线图以下：

六. 凸轮机构设计
已知 ： 摆杆为等加速等减速运动规律，其推 程运动角Φ，远休止角Φs，回程运动角Φ’
，摆杆长度lo9D=810mm，最大摆角Xmax=30度，许用压力角[α]=40度；凸轮和曲柄共轴。 要求 ： 确定凸轮机构基础尺寸，选择滚子半径，划出土轮世纪轮 廓线。以上内容做
步骤：
1)依据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程距离H，几何作图法直接绘出 （φ）及φ（ψ）线图。
2)求基圆半径 r0=45mm及凸轮回转中心O2至从动件摆动中心O4距离LO2O4。按φ（ψ）线图划分ψ max 角时，可将其所正确弧近视看成直线， 然后依据三角形相同原理，用图解法按预定百分比分割ψmax 角所对应弧，自从动件摆动中心O4作辐射线和各分割点想连，则ψmax 角便按预 定百分比分割。作图时，如取μ1= l O4D*Hμ ，则可直接依据线图上各纵坐标值，在O4点对应辐射线上由D点分别向左或右截取各线段，线段所代表实际长度就等于LO4D*H。
3)依据凸轮转向，摆杆长LO4D，角位移线图ψ=ψ（φ）图和以上要求得r0，LO2O4，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径Pmin。然后，再选择滚子半径rg=5mm，画出凸轮实际廓线。
1）依据给定r0=45mm 和摆杆位置画出从动件初始位置，再依据从动件运动曲线线图画出从动件一系列位置。
2）从基圆上任一点 C0开始，沿转动方向将基圆分为和从动件运动曲线线图横轴对应等份得出多条径向线，过各点作径向射线。
3）以平滑曲线连接各点成一个封闭曲线即为凸轮轮廓。（以下图所表示）

八. 参考文件
1.《机械原理》（第七版） 张春林 赵自强等 主编 机械工业出版社
2.《理论力学》（第七版） 哈尔滨工业大学理论力学教研室 编