机械原理牛头刨床课程设计说明书.doc

目 录一、设计题目与原始数据- 1 二、牛头刨床示意图- 2 三、导杆机构设计- 2 -四、机构得运动分析-4 -五、机构动态静力分析 六、飞轮设计- 1 -七、设计凸轮轮廓曲线 5 八、齿轮设计及绘制啮合图- 5 九、解析法 1 -1。导杆机构设计 6 .机构运动分析- 3.凸轮轮廓曲线设计-1 -. 齿轮机构设计 22十、本设计得思想体会 22 参考文献22 附 录 23一、设计题目与原始数据1。题目:牛头刨床得综合设计与分析.原始数据:刨头得行程 H=550m行程速比系数 K=1.机架长 L2O3=400mm质心与导杆得比值 OS/L3B=、连杆与导杆得比值 LBFO3B=0.3刨头重心至点距离 X6=60m导杆得质量 m4=15刨头得质量 6=58导杆得转动惯量 JS4=0。7切割阻力 FC100N切割阻力至O2得距离 Y=175mm构件2得转速 n2=80许用速度不均匀系数 /0齿轮Z1、Z2得模数 12=1小齿轮齿数 1=大齿轮齿数 Z2=46凸轮机构得最大摆角 max=16凸轮得摆杆长 LO4C=140mm凸轮得推程运动角 0=0凸轮得远休止角 01=0凸轮得回程运动角 0=6凸轮机构得机架长 L2o4=50mm凸轮得基圆半径 ro=55mm凸轮得滚子半径 rr=1mm二、牛头刨床示意图如图所示 图1三、导杆机构设计1、已知:行程速比系数 K=、6刨头得行程 =50mm机架长度 O2O=400mm连杆与导杆得比 LBF/L3B=0。2、各杆尺寸设计如下A、求导杆得摆角:x 10(K-1)/(K+1)=180(1。61)/(1。6+)42B、求导杆长:LO3B1=Hsin(max/2)50/2in(42)=76mC、求曲柄长:LA=O2Osin(mx2)=40si2142mmD、求连杆长:LBF=LOLBF/LO3B7760.323m、求导路中心到O3得距离:O3MO3B-LE/=O31-1cos(max2)=750mmF、取比例尺:L=0.005m/mm在1图纸中央画机构位置图,机构位置图见1图纸、大致图形如下: 图2四、机构得运动分析已知:曲柄转速:n=0rpm各构件得重心: 构件6得重心:XS650m第点:、速度分析求V3VA3 VA2=L2A2 L2A/300。14803。14/30=、19m/s求VA4 大小: ？ 1。19 ？方向:O3A O2A O3A取VVA3/P.2,在1#图纸得左下方画速度多边形求VB用速度影像求B=40、0=1。28m/s求F + 大小: ? 0、 ?方向:水平 导路 BF接着画速度多边形,由速度多边形求得:F=pf()V=60。02=1、28m/ 方向:水平向右求44=3=V4/LO3=410。02/(980、5)=.7radS 方向:顺时针求4A3VAAV=70.020、74m/s 方向:如速度图所示 B、加速度分析求aKA4AaKA43=4VAA3=21、0.4=2、47ms 方向:如速度图所示 求A3a3aA2=22O2A=8。72100=9.96m/s2 方向:AO2 求nA4nA4=3O3=1、67980.00=1.36m/ 方向:AO3 求aA4 + = + + 大小:.6 ？ 9.996 2.47 ?方向:AO3 3 O3A O3A取=A3/pa3 =.996/00=、1在1#图得左下方画加速度多边形,由加速度多边形求得:A4= =420.10=。2/s2 方向:如图所示求aB :用加速度影像求aB=660、1=.6/s2 方向:如图所示求aF + 大小: ？ 6、6 0.336 ?方向:水平 FB BaB= 2F/ F=(140。02)2(233/100)、33 /2接着画加速度多边形,由加速度多边形求得:aF=pf()=6.10=6。7m/s2 方向:水平向右 第点:A、速度分析求A3V3 =V=LO2A=LAn/30=0.1420.14/1、19/s 求V4 大小: ？ 1、1 ？方向:A 2A O3A取v=VA/Pa30、4 ,在#图纸得左下方画速度多边形求B用速度影像求B=40。4=3。6 m/s求VF = + 大小: ？ 3。7 ？方向:水平 导路 接着画速度多边形,由速度多边形求得:VF V=。76 m 方向水平向左求 43=VA4/LA=。19/(.055)4、67求VA4A3 AA 方向:如速度图所示B、加速度分析求aKA3KA4324V3=0 方向:如速度图所示求a3a3a2=22O2A8.372142/1000=9。99m/ 方向:AO2 求an4 anA4=3L4。620。050=0。56求a4 an4 + at = aA3 + kA3 + aA4A3大小: 0、6 ？ 9.96 ?方向:A3 3 如图 O3A取aA/a3、1 在图纸得左下方画加速度多边形aA4= a=560、1=5。6m/2求aB 用加速度影像求B=30。1=8。m/s2 方向:如图所示 求aF = + +大小: ? 8。3 ？方向:水平 FB FanF= V2BF/ BF0接着画加速度多边形,由加速度多边形得:aF=pf()a=100.=1、m/s2 方向:水平向左第6点:A、速度分析 求VA3VA =VA2=L22 LO2A3=0。403、1430=1.19m/s求VA = + 大小 ? 1。19 ？方向:O3A O2A O3A取V=VA3Pa3=.02在#图纸得左下方画速度多边形求VB用速度影像求B=、0、2=1.67m/s求VF= + 大小: ? 1、6 ？方向:水平 导路 BFVF=pf()V=810。0=1、6m/s 方向:水平向右求44=V4LO3A53、2(40。005)2、04 rad/ 方向:顺时针求VA3VA4=V=27.0=0。5m/s 方向:如速度图所示B、加速度分析求a4A3KA4A3 24VA4=22、040。54=2。203/s2 方向:如速度图所示 求a3aA3=aA2=22LO=8、72142/100=。99m2 方向:O2求aA4n423LO3A2、0414、05=2.14m/s2 方向:O求aA4 + + 大小:2.14 ？ 9、996 2.203 ？方向:A O3A 如图 O3A取a=aA3/pa3=0.10在1#图纸得左下方画加速度多边形由加速度多边形求得:A4=a=330.10=、3m/s2求a用加速度影像求aB=520.15.2m/s2 方向:如图所示求F = + +大小:？ . 。6 ?方向:水平 FB BFanB= V2BF/ LBF=(10。02) 2 /(23/100)=0。29ms2接着画加速度多边形由加速度多边形得:aF=a=、10=。1m/2 方向:水平向左收集同组同学得位移、速度、加速度得数据并汇编在如下表一:并且在1#图纸左上角绘制刨头得运动线图。刨头得运动线图见1#图纸。表一 曲柄位置名称 结果1234456SF00、040。10.190.60。、 VF00、91、28。66.71。691。62aF18、611、16.71、22、22。5-4. 曲柄位置名称 结果78811011SF0。70。5440.5.520、40.2750。1V。1850、480-.88-3、73、45aF7。18-16。7-20。1-27。4.81、02、8五、机构动态静力分析已知:导杆得质量 m=15K 刨头得质量 =58Kg (其余质量忽略不计) 导杆绕重心得转动惯量 S4=0。7Kgm 切削阻力为常数大小为 FC=300N1、确定惯性力、惯性力矩第点:1=m6aF588、8=38。6N=4as=15、4=51NM4=JS4=-。78、1。1N mLh4 =M14 I4=0。11m第点:P1=m6F=584、523 P14=4aS=152.=39NM1=J4 =3、6Nh =M14=。08m将计算结果汇总在如下表中:表二曲柄位置导杆4刨头4M14L4P6点。14.11238.69点393.960、082612、确定齿轮2得重量查指导书得齿轮2得重量G=50N3、确定各运动副反力第3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:=0.05m/m大致图形如图: + + + + =0 上式中只有R5、FR76得大小未知取力比例尺:=c/ab()=0/mm 在机构位置图下面画力多边形 大致图形如图求得:R45=de()=573=70N 方向与力多边形中得方向一致R7=ea()=1730=50N方向:垂直导路向上F=0:C(LOMY)+6X76h77c(L2M-P)G6XS6/76 =0、64mB、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:=。00m 大致图形如图其平衡方程为: + + + = 0MO0 (确定FR3得大小):R23+14+4h=F54h54量得:hP =0。472m ;h4=0.05m;h54=、76mR23=(F5h5F4hP4h4)/h23=28N 矢量式中FR4得大小与方向未知 仍取力比例尺P30N/mm接着画力多边形图求得:R743230960N方向与力多边形中得方向一致 B、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=。0mm其平衡方程为:+ + =0 MO0(确定得大小):R32h32=PbrP=FR323/rb=907N式中得R2大小与方向未知仍然取力比例尺=0/mm,接着画力多边形图,求得: FR=P=9730=90N 方向与为多边形中得方向一致 第点: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:=0、0m/m + + =上式中只有45、R76得大小未知取力比例尺:=ab()=2N/m 在机构位置图下面画力多边形图求得:FR4cd()=120 =1120N 方向与力多边形中得方向一致 FR76=bd()=2620 N 方向:垂直导路向上 MF=0:G6S6+=R676h6GXS+/R6=。616m 、取构件3、为示力体在机构位置图右侧绘制示力体图比例尺为:L=0m/mm 大致图形如图其平衡方程为: + + + + = 0O (确定R23得大小):F4h54FI4I4+4h4=R23L23量得:hP =.165; h4=0。080; h54=.745m FR3=(F4h54+ P14hP+Gh4)/O3A=1569 矢量式中FR74得大小与方向未知 仍取力比例尺P=20N/mm接着画力多边形图,求得:F7P3120=620N 方向与力多边形中得方向一致B、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:L0。005/mm其平衡方程为:+ + + = MO2=0 (确定b得大小):F3h3Pbrb量得:32=0、1m,:rb =0、445mb=F3h32/rb=476N仍然取力比例尺20Nmm,接着画力多边形图求得:FR72=hi()P=760=1520方向与力多边形中得方向一致4、将各运动副反力汇总如下表三表三 : 位置反力指定得两个位置第3点第6点FR7291010FR790620FR650FR45171000FR368012 FR2368014205、计算平衡力偶矩并汇总如下表四表四 :曲柄位置123456Mb0232、6319。22424.823.8曲柄位置7890112Mb135。7、217、895。7-381。7-78、26、绘制平衡力偶矩曲线Mb-该曲线在图纸得右上角 纵坐标比例尺:Mb=10N/m 横坐标比例尺:3度/毫米平衡力偶矩曲线Mb2见图纸。六、飞轮设计已知:许用速度不均匀系数 =1/ 平衡力矩曲线 b 驱动力矩为常数 曲柄得转数 2=80rp 飞轮装在齿轮Z1得1轴上1、作等效阻力矩曲线Mr1-1由于飞轮准备装在1得O1轴上,因此|Mr|b2|可由Mb-2曲线直接画出M11曲线(见1图)。为了使图形一样,其比例尺选为:Mrb/i1210/2、Nm/mmi1=Z2/ Z=418=2.5、求功曲线r1-取极距H=3m图解积分Mr得W1曲线。纵坐标比例尺为:W =1H/18047、53/8=5。7Jmm 、求功曲线1根据一个稳定运转循环中能量变化为零,以及Md=常数得条件可作出W11曲线。比例尺仍为:W5、7J/4、求驱动力矩曲线M1仍取极距=0m图解微分Wd1-1得11曲线。纵坐标比例尺为:M=4Nmmm 得驱动力矩:M1=hr=41、6Nm、确定最大盈亏功将功曲线变成动能曲线、量取:W,30 m最大盈亏功为:W=305。=41 6、求飞轮得转动惯量1=n2i180.5=00 rpmJF=90W/2n12=904710/(200)=32、2 Kgm 7、确定飞轮尺寸b=4JF/D3材料用灰铸铁104N/3取飞轮直径D0。m取轮缘得高宽比为/=1。5b4gF/1.5=49、832。2/(、41、5、53710)b=175mmH=、5b=2、5mm飞轮大致图形如下图所示:图七、设计凸轮轮廓曲线已知:推杆得运动规律为等加速等减速上升与等加速等减速下降,凸轮与曲柄共轴,顺时回转: 凸轮机构得最大摆角 max16凸轮得摆杆长 LO4C=140m凸轮得推程运动角 =凸轮得远休止角 01=0凸轮得回程运动角 60凸轮机构得机架长 Lo24=150mm凸轮得基圆半径 ro=5凸轮得滚子半径 rr=m绘制摆杆得角位移曲线与凸轮轮廓曲线图形,图形见2#图纸。八、齿轮设计及绘制啮合图已知:齿轮1得尺数 Z1=18齿轮2得尺数 Z2=46模数 m12=15压力角 =20齿顶高系数 ha1径向间隙系数 C*0.51、 列表计算几何尺寸等表五:名称符号计算公式计算结果小齿轮分度圆直径1d1=mz127大齿轮分度圆直径d2d=z260小齿轮齿顶圆直径a1d1d1a300大齿轮齿顶圆直径d2da2d+2720小齿轮齿根圆直径fdf1=d-2hf23大齿轮齿根圆直径f2=2f65、5小齿轮基圆直径db1d1=d1cos53。72大齿轮基圆直径b2d2d2cos68.9分度圆齿距PPm5。3基圆齿距pbbpos4、分度圆齿厚ss=p/223。6分度圆齿槽宽e=/223、6径向间隙cc=cm3、75标准中心距aam(z1+z2)/28实际中心距aa80传动比i=z2/z2。56重合度=B1B2/b1、512、绘制齿廓啮合图在2图纸上绘制齿廓啮合图、取比例尺为:L=0。001m/m齿廓啮合图见#图纸。九、解析法.导杆机构设计已知:(1)行程速比系数K;(2)刨头与行程H;(3)机架长LOO3(4)连杆与导杆得比LBFLO3B求解:(1)求导杆得摆角:max=180()(K+)(2)求导杆长:LO3B1=H/sin(ax/2)(3)求曲柄长:LOA=O2O3si(/)(4)求连杆长:L=LBB/LOB(5)求导路中心到3得垂直距离LO3:从受力情况(有较大得传动角)出发,刨头导路O3B线常取为通过B1B2挠度DE得 中点M.即: LO3MLO3BDE 图四将上述已知条件与公式编入程序。 (源程序与运行结果见附录)结果分析:与图解法比较,误差在毫米以下,不用修改。2。机构运动分析已知:()曲柄转速n2; ()各构件得长度。 求解:、建立机构得运动方程式 如图所示:选定直角坐标系OY、标出各杆得矢量与转角。各构件矢量所组成得封闭矢量方程式为:+ a b其中令:LLO2O;YL0M;S=03A;将式分别投影在x与y轴上得LcosF= cos F4 L+L2 sin F=S si 4 d两式相除则得tgF4=(Ll+2sinF2)/L2cos2 (1)在三角形A003中S2=LlL+L2L2-L1L2cos(0+2) (2)将c 两式对时间求导一次得-L22sin2-SW4sin4Vrcos4 2W2osF2=W4cosF+Vrsin4 f将坐标XOY绕O点转F4角(也就就是将e f两式中得2角F角分别减去F4)经整理后可分别得到Vr=L2 W2sin(F2F4) (3)W=2 W o(24)/ (4) 再将e 二式方别对时同求导一次后,同样将坐标X绕0点转4角(也就就是将式中得F角F4角分别成去F),经整理后可分别得到arSWW2W2W2c(F2F4) (5)ak=2 Vr W4 ()e42 Vr W +LW2Wsin(F2一F4) (7)将b式分别投|影在x与y轴上得: cs4十L5 cs F (8)Y:L4 in F4十Lsin F5 (9)由()式可直接得sin5(Lin)L (10)对(9)式求导,一次可得L4cos4=L5WcsF5于就是由g式可得W=(-L4W4cos4)/co5 (11)对g式求导一次经整理可得e5(Le4osF+LW4W4si4+LWWinF5)sF (12)(8)式中得X就是坐标值,要想得到F点得位移XF应该就是FXXX=L cos F4+ cos F5一(L4 os F0+L5 csF50) (13)式中F40 0就是导杆4处在左极限位置l时,导杆4与连杆5与坐标得正向夹角对(13)式求导一次可得:V=L4W4sinF5 W5sinF5 (4)对(14)式求导一次可得:aF=-L4cF4W4W4siF4e4L5cosF5 W55-LsnF5e5 (15)角度得分析关于F4与F5两个角度得分析 当曲柄运动到第一象限与第四象限时,导杆4在第一象限。此时得出得F就就是方位角。当曲柄2运动到第二象限与第三象限时导杆就是在第二象限,得出得F4就是负值,所以方位角应该就是F4=180+F由于计算机中只有反正切,由(10)式就是不能直接求出F5.因此要将其再转换成反正切得形式F5=atn(gs(1g) (1) 式中=si F5=(YL4sn 4)无论曲柄2运动到第几象限。连杆5都就是在第二第三象限,由于在第二象限时F5就是负值,在第三象限时F5就是正值,因此在转换方位角时可以用一个公式来表示即:F10+F5 (7)开始计算就是在左极限l得位置、因此得初值应该就是: 2=Fq=95(Fq为起始角)运行到时导杆处在右极限终止位置,因此得数值应该就是:FFZ=345(Z为终止角)编写程序。(源程序与运行结果见附录)结果分析: 上述结果与图解法比较,除加速度略有点误差外其余各结果均无误差。因此验证了图解法与解析法得运算结果都就是正确得。加速度得误差尽管很小但也进行了查找修正。3。凸轮机构得轮廓曲线设计已知(1)从动件得运动规律及0、;(2)从动件得长度LOC;(3)从动件得最大摆角ma=1;()从动件与凸轮得中心距LO4;(5)凸轮理论轮廓得基圆半径r0;()滚子半径rr;(7)凸轮与曲柄共轴,顺时针回转。图五、建立数学模型选取XOY坐标系,B点为凸轮起始点。开始时推杆滚子中心处于0点处,当凸轮转过角度时,推杆相应地产生位移角。根据反转法原理,此时滚子中心应处于B点,其直角坐标为:y= a sinsin(0) ax a osLcos(-0) b式中a为凸轮轴心与摆动推杆轴心之间得距离,为摆动推杆得长度。在OA0B中=rc cos(a2+L2r0)/2aL a式与b式即为凸轮理论轮廓线得方程式。凸轮得实际廓线与理论廓线得距离处处相等,为其理论廓线得等距曲线,且等于滚子半径rr,故当已知理论廓线上任意一点B(x,y)时,只要沿理论廓线在该点得法线方向取距离为rr,即得实际廓线上得相应点(,Y)。由高等数学知,理论廓线B点处法线nn得斜率(与切线斜率互为负倒数),应为:gdx/y-(dx/d)/(d) d式中dx/d、dy