牛头刨床方案二-四点-十二点说明书电子教案.docx

牛头刨床方案二-四点-十二点说明书

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机械原理
课程设计说明书

设计题目：牛头刨床的设计

机构位置编号：4，12
方案号：Ⅱ

班 级：
姓 名：
学 号：

2014年 1 月 15 日

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目录
一 导杆机构的运动分析
u 机构的运动简图-------------------------------3
u 机构在位置7的速度及加速度分析---------------3
u 机构在位置11的速度及加速度分析--------------6
u 刨头的运动线图-------------------------------8
二 导杆机构的动态静力分析
u 在位置11处各运动副反作用力------------------11
u 在位置11处曲柄上所需的平衡力矩--------------13
三 飞轮设计
u 飞轮转动惯量JF的确定------------------------15
四 凸轮机构设计
u 凸轮基本尺寸的确定--------------------------15
u 凸轮实际廓线的画出--------------------------17
五 齿轮机构的设计
u 齿轮副Z1-Z2的变位系数的确定------------------17
u 齿轮传动的啮合图的绘制----------------------19
六 参考文献--------------------------------------19
七 心得体会--------------------------------------20

一 导杆机构的运动分析

1.1机构的运动简图
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。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。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，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，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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与棘轮机构带动螺旋机构，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，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，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。

设计内容
导杆机构的运动分析
符号
n2
LO2O4
LO2A
Lo4B
LBC
Lo4s4
xS6
yS6
单位
r/min
mm
方案Ⅱ
64
350
90
580
0.3lo4B
0.5 lo4B
200
50

曲柄位置的确定
曲柄位置图的作法为：取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置。

取第Ⅱ方案的第4位置和第12位置（如下图）。

1.2机构的速度及加速度分析

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=6.70rad/s
υA2=ω2·lO2A
计算得： υA3=υA2=6.70×90mm/s=603mm/s （⊥O2A）
对位置12来说，速度多边形如图, μv =10（mm/s）/mm
对构件4：VA4 =VA3 + VA4A3
大小： ？ 0.603 ？
方向：⊥AO4 ⊥AO2 // AO4
可得：VA4=323.6mm/s，= VA4/ LO4A=0.3236/0.2037=1.10 rad/s
VA4A3=508.9mm/s（A指向o2）
VB4= X LO4B=1.10*580=638.0mm/s
VB5 = VB4=638.0mm/s

对构件4：VC5= VB5 + VC5B5
大小： ？ 0.429 ?
方向：//XX ⊥O4B ⊥CB
如图可得，VC5= 619.5mm/s

对位置4来说，速度多边形如图, μv =10（mm/s）/mm

对构件4：VA4 =VA3 + VA4A3
大小： ？ 0.603 ？
方向：⊥AO4 ⊥AO2 // AO4
可得：VA4=588.1mm/s，= VA4/ LO4A=588.1/437.55=1.34rad/s
VA4A3=123.5mm/s（A指向o2）
VB4= X LO4B=1.34*580=777.2mm/s
VB5 = VB4=777.2mm/s

对构件4：VC5= VB5 + VC5B5
大小： ？ 0.429 ?
方向：//XX ⊥O4B ⊥CB
如图可得，VC5= 783.4mm/s
加速度分析
对12位置进行加速度分析如下
对构件2：aA2=w2 ²·LO2A=6.7*6.7*90=4040.1mm/s²
对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4040.1m m/s²
对构件4：aA4= a A4n + a A4τ= aA3 + a A4A3k + a A4A3r
大小： ? ω42lO4A ? √ √ ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B //O4B
由图可得：aA4 =4527.6mm/s2
由加速度影象法得：
aB4/aA4=lO4B/ lO4A
所以aB4=8939.6mm/s2
aB5= aB4=8939.6mm/s2

取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。
ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5τ
大小： ? √ √ ?
方向： 水平 √ C→B ⊥BC
由下图速度多边形得:
ac5 =8819.2m/s2 (方向水平向右)

对4位置进行加速度分析如下图

对构件2：aA2=w2 ²·LO2A=6.7*6.7*90=4040.1mm/s²
对构件3：构件3和构件2在A处构成转动副，aA3= aA2=4040.1m m/s²
对构件4：aA4= a A4n + a A4τ= aA3 + a A4A3k + a A4A3r
大小： ? ω42lO4A ? √ √ ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B //O4B
由上图可得：aA4 =1347.2mm/s2
由加速度影象法得：
aB4/aA4=lO4B/ lO4A
所以aB4=1804.0mm/s2
aB5= aB4=1804.0mm/s2
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程。
ac5 = aB5 + ac5B5n + a c5B5τ
大小： ? √ √ ?
方向： 水平 √ C→B ⊥BC
由上图速度多边形得:
ac5 =1531.6mm/s2 (方向水平向右)
1.3刨头的运动线图
由计算得刨头C在各个位置对应位移 速度 加速度，将其依次连接，构成圆滑的曲线，即得刨头C的运动线图。
刨头线图如下：

二 导杆机构的动态静力分析
已知 各构件的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可忽略不计），导杆4 绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。
动态静力分析过程：
取“4”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图所示：

已知P=9000N，G6=800N，又ac=1531.6mm/s2,那么我们可以计算
FI6=-m6×ac =- G6/g×ac =-800/10×1.5316=-122.528N
又 ΣF = P + G6 + FI6 + F45 + FRI6 =0
方向： ∥x轴 ∥y轴 与ac反向 ∥BC ∥y轴
大小： 9000 800 -m6a6 ? ?
作力多边行如下图所示，

F R45=CD·µN=182.73×50=9136.5N
FR16= AD·µN=6.94×50=347N
分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如下：

已知：F R54=F R45=9136.5N，G4=220N
构件4上的惯性力FI4=-G4/g×aS4=-220/10×39.12×40×0.5×0.001=-17.2128N
方向与aS4运动方向相反；
惯性力偶矩MS4=-JS4·αS4= -6.927N·m
方向与α4运动方向相反（逆时针；）
对O4点取矩等于零可得，F23=12126.6N。
画力的多边形如下：

可得，Fx=9329N
Fy=405.5N
对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如下：
\

图1-9
由图1-9知，曲柄2为受力平衡体
对O2点取矩得：F R12= FR32
ΣMO2= =0，且F23=12126.6N ，所以可得：M1=1044.59N·m
三 飞轮设计
安装在轴O2上的飞轮转动惯量JF的确定
用惯性力法确定JF

位置
1
2
3
4
5
6
平衡力矩
0
300
480
525
457.5
367.5

7
8
9
10
11
12
1
247.5
10
37.5
56.25
-52.5
-75
0
由图可得最大盈亏功【W】=3589 J
JF=900[W]δ*n2π2= 11.985kg*m2

四 凸轮机构设计

设计内容
符号
数据
单位
凸轮机构
设计

ψmax
15
°
lO9D
135
mm
[α]
38
°
Ф
70
°
ФS
10
°
Ф′
70
°
r0
61
mm
lO2O9
148
mm
凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-w，使其绕轴心O转动。这是凸轮于推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其机架O点以角速度-w绕轴心O转动，一方面又在绕机架O点作匀加速摆动。这样，推杆在这种复合运动中，其滚子中心运动的轨迹即为凸轮的理论轮廓线。以理论轮廓线上一系列点为圆心，以滚子半径r为半径，作一系列的圆，在作此圆族的包络线，即为凸轮的工作廓线。
1、取任意一点O2为圆心，以r0作基圆，再以O2为圆心，以r=148mm为半径作转轴圆，在转轴圆上O2左上方任取一点O9。 2、以O9为圆心，以135mm为半径画弧与基圆交于D点。O9D即为摆动从动件推程起始位置，再逆时针方向旋转画的圆弧，再把圆弧按0、1、4、9、4、1、0分成6份；分别连接和圆弧上的这些点，则得到摆杆的各个位置角度；再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程，这三个阶段。再以11.6对推程段等分、11.6对回程段等分，并用1-13数字进行标记，得到了转轴圆上的一系列的点，这些点即为摆杆在反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。在外轮廓上取一系列的点，以rg=15mm为滚子半径作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的实际轮廓。
3、凸轮曲线上最小曲率半径的确定：
用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径：先用目测法估计凸轮理论廓线上的的大致位置（记为A点）；以A点位圆心，任选较小的半径r 作圆交于廓线上；在圆A两边分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别于E、F、H、M四个点处，如图所示；过E、F两点作直线，再过H、M两点作直线，两直线交于O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径

五 齿轮机构的设计
1 Z2齿轮齿数的确定
由齿轮的传动情况可得：
= 得 ==480(rad/s)
= 得==192(rad/s)
= 得 = =39
2 齿轮副-的变位系数的确定
有图可知：
＝r sinα=mzsinα/2
=
代入不根切的几何条件式
≤得
x≥
于是得出不发生根切的最小变位系数为
=
当α=,z=13时，有
=0.24, =-0.24

3 ，齿轮数据的确定
名称
符号
齿轮1
齿轮2
变位系数
x
0.24
-0.24
分度圆直径
d
78
234
啮合角
α
20
20
齿顶高

7.44
4.56
齿根高

6.06
8.94
齿顶圆直径

92.88
243.12
齿根圆直径

65.88
216.12
中心距
a
156
4 画出齿轮副-
由计算结果，利用CAD二次开发软件，画出两个齿轮，然后组装为齿轮啮合图，并作标注。

六、参考文献
1、《机械原理》第7版 西北工业大学出版社
主编：孙桓
2.《理论力学》 高等教育出版社
主编: 哈尔滨工业大学理论力学教研室
3、《机械基础课程设计》
主编：张美麟 阎华 张莉彦 化学工业出版社
4.《机械原理》
主编:申永胜 清华大学出版社
5. 《 机械设计》第2版
主编：彭文生 李志民 高等教育出版社
七 心得体会：
首先感觉此次课程设计工作量还是挺大的,所以刚开始时有些恐惧感,而且感觉还是挺累的.但是当把题目一个个解决时,真的觉得辛苦都是值得的.
这次课程设计让我有了很多收获。第一，通过这一次的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，对平面连杆机构有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。第二，为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，这次课程设计过程中，我查阅了很多次设计书和指导书，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是必不可少的，扩大了知识面，同时设计的过程也是不断学习的过程。第三,通过这次课程设计，对牛头刨床的工作原理及内部各传动机构及机构选型、运动方案的确定以及对导杆机构运动分析有了初步详细精确的了解.第四,在绘制位移、速度和加速度运动曲线图过程中，掌握了如何借助CAD 等绘图软件，都将为我以后参加工作实践有了很大的帮助，培养了很深的学习兴趣。为我以后打下了一定的基础.
当然,要非常感谢老师对我们课程设计的悉心指导，让我们对课程设计有了一个深刻且正确的认识，为我们设计顺利完成提供了很多帮助.