机械原理课程设计牛头刨床.doc

目 录一.设计题目. .4二. 牛头刨床机构简介. .4三.机构简介与设计数据. . .5四. 设计内容. .6五. 体会心得.14 一、设计题目：牛头刨床1. ）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急回运动，行程速比系数在1.4左右。2. ）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3. ）曲柄转速在64r/min,刨刀的行程H在300mm左右为好，切削阻力约为9000N，其变化规律如图所示。二、牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。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，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，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，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。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，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（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图4-1，b），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，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机容量。三、机构简介与设计数据 3.1机构简介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。3.2设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动静态分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minmmNmmkg.m2603801105350.28o4B0.5lo4B310502608006000801.2四、设计内容4.1 导杆机构的运动分析已知 曲柄每分钟转数n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作的圆弧高的平分线上。要求 做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在1号图纸上。曲柄位置图的作法为取1和89为工作形成起点和终点对应的曲柄位置，19和79为切削起点和终点所对应的位置，其余2，312等，是由位置1起顺v2方向将曲柄圆周作12等分的位置。步骤：1）设计导杆机构。 按已知条件确定导杆机构的未知参数。其中滑块6的导路x-x的位置可根据连杆5传力给滑块6的最有利条件来确定，即x-x应位于B点所画圆弧高的平分线上（见图例1）。2）作机构运动简图。选取比例尺按表42所分配的两个曲柄位置(2和8)作出机构的运动简图，其中2位置用粗线画出。曲柄位置的做法如图42；取滑块6在上极限时所对应的曲柄位置为起始位置1，按转向将曲柄圆周十二等分，得十二个曲柄位置，显然位置8 对应于滑块6处于下极限的位置。再作出开始切削和中止切削所对应的1和8两位置。共计14个机构位置。3）作速度，加速度多边形。选取速度比例尺=0.00773（）和加速度比例尺=0.0498（），用相对运动图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形，并将起结果列入表。导杆机构的速度加速度图作图过程1.选取长度比例尺，作出机构在位置2 的运动简图。 如一号图纸所示，选取=l/OA（m/mm)进行作图，l表示构件的实际长度，OA表示构件在图样上的尺寸。作图时，必须注意的大小应选得适当，以保证对机构运动完整、准确、清楚的表达，另外应在图面上留下速度多边形、加速度多边形等其他相关分析图形的位置。2.求原动件上运动副中心A的v和a v= l 0.69m/s式中vB点速度（m/s） 方向丄AOa= l=4.34m/s式中aA点加速度（m/s）,方向A O3.解待求点的速度及其相关构件的角速度由原动件出发向远离原动件方向依次取各构件为分离体，利用绝对运动与牵连运动和相对运动关系矢量方程式，作图求解。（1）列出OB杆A点的速度矢量方程 根据平面运动的构件两点间速度的关系绝对速度=牵连速度+相对速度先列出构件、上瞬时重合点（，）的方程，未知数为两个，其速度方程：v+ v 方向：丄丄AO 大小：？2 l？（）定出速度比例尺在图纸中，取p为速度极点，取矢量pa代表v,则速度比例尺（m s/mm）=0.00773 ms/mm（）作速度多边形，求出、根据矢量方程式作出速度多边形的pd部分，则v (m/s)为v=pa=0.69m/s= v/ l=0rad/s其转向为顺时针方向。=l=0 m/sB点速度为，方向与v同向.（）列出C点速度矢量方程，作图求解V、VV= + V 方向： 水平 丄B 丄BC 大小： ？ l ？通过作图，确定点速度为V =bc=0m/sVpc=0m/s式中V，方向丄BC式中V点速度，方向为pc。解待求点的加速度及其相关构件的角加速度（）列出点加速度矢量方程式牵连速度为移动时绝对加速度牵连加速度相对加速度牵连运动为转动时，（由于牵连运动与相对运动相互影响）绝对加速度牵连加速度相对加速度哥氏加速度要求点加速度，得先求出点加速度，要求出B点的加速度，则需要求出A点的加速度，再根据A点的加速度作图求出：a= a + a= a + a+ a方向： ？ 丄 丄大小：？l？l ? 2v(2)定出加速度比例尺在一号图纸中取为加速度极点，去矢量a代表a，则加速度比例尺（ms/mm）=0.0498 m/s/mm(3)作加速度多边形，求出a、a、a，根据矢量方程图： 可求出：a=a=4.34m/s a= a l/ l=5.1m/sa= l=0m/s(4)列出C点加速度矢量方程，作图求解a 、a、 a a = a + a + a方向： 水平 BC 丄BC 如图大小： ？ V/l ? 已求出（如图）由上式可得： a=5.1m/s将代表a的矢量ka4平移到机构图上的点A4，可知a4的方向为逆时针方向。2、8位置的速度分析表项目位置v2vA2VCBvCVA4A3 VB4vaA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向86.280.69000.00顺时针4.34004.3405.14. 2 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。要求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。步骤:1） 选取阻力比例尺= 50 ，根据给定的阻力Q和滑块的冲程H绘制阻力线图。2） 根据个构件的重心的加速度即角加速度，确定各构件的惯性力和惯性力偶矩 ，并将其合为一力，求出该力至重心的距离。 3）按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。将所有位置的机构阻力，各运动副中的反作用力和平衡力矩的结果列入表中：动态静力分析过程：在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明刨头的力的分析过程： 对于刨头可以列出以下力的平衡方程式： F=0 P + G6 + Fi6 + R45 + R16 = 0 方向： x轴 y轴 与a6反向 BC y轴 大小： 0 800 -m6a6 ? ?以作图法求得:位置8 R45 = 390 N R16 =3900 N 力矩平衡方程式： M=0 P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0 我们还可以得到： R45=R65对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式： F=0 R54 + R34 + Fi4 + G4 + R14=0 方向: BC O4B a4 y轴 ? 大小： R54 ？ m4a4 260 ?力矩平衡方程式： M=0 R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0 由此可以求得R34的大小：R34= 3582.3 N 所以： 位置8 R32=3582.3 在摇杆上可以得到R34=-R328位置受力分析表项目位置Fi6Fi4Mi4大小方向8400112.81438.7 顺时针单位NN.m项目位置PN56=N65N54=N54N34=N23Mb大小方向8 0 390390 3582.3 0 顺时针单位NN.m五、参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模主编六版北京20012、理论力学/哈尔滨工业大学理论力学研究室编六版北京2002.83、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编北京1986.104、机械原理/东南大学机械学学科组 郑文纬 吴克坚主编北京1997.7