机械原理牛头刨床课程设计.docx

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课程设计报告

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目录
一 课程任务设计书 4
1 工作原理及工艺动作过程 4
2 原始数据及设计要求 5
二 设计说明书 6
1 画机构的运动位置简图 6
三.机构运动分析 7
1 曲柄位置“9”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 7
2 曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 9
3 对位置9点进行动态静力分析 11
四 心得体会 15
五 参考文献 15

一 课程任务设计书
1. 工作原理及工艺动作过程
牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时, 如图(1-1）所示，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；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。切削阻力如图(b）所示
。O2
A
O4
x
y
s
6
s
3
X
s
6
C
B
Y
s6

2
3
4
5
6
7
n
2
F
r
Y
Fr
图（1-1）

2．原始数据及设计要求
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2
70
320
85
560
0.3 Lo4B
0.6Lo4B
180
60

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所作圆弧高的平分线上。
要求 作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在图纸上。
二、设计说明书
画机构的运动位置简图
1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，C点。确定机构运动时的左右极限位置。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（如下图）。

图1-2

取第2方案的第9位置和第11位置。
三.机构运动分析
1曲柄位置“9”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）
取曲柄位置“9”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60 rad/s=7.33rad/s
υA3=υA2=ω2·lO2A=7.33×0.085m/s=0.62305m/s
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 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-3

图1—3
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 ∥XX(向右) ⊥O4B 　⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-4。
Pb=P a4·O4B/ O4A=70.2mm
则由图1-2知， υC=PC·μv=0.702m/s
加速度分析：
取曲柄位置“9”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=7.33rad/s, ==ω22·lO2A=7.332×0.085 m/s2=4.5669m/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 = + 　aA4τ=　 aA3n + 　aA4A3K + aA4A3v
大小: ? ω42lO4A 　? 　√ 　2ω4υA4 A3 ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.01（m/s2）/mm,
=ω42lO4A=0.066 m/s2 aA4A3K=2ω4υA4 A3=0.825 m/s2
aA3n=4.566 m/s2
作加速度多边形如图1-4所示

图1-4
则由图1-4知, 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 ? √ √ ?
方向∥导轨 √ C→B ⊥BC
由其加速度多边形如图1─3所示,有
ac =p c·μa =4.359m/s2
2曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）
取曲柄位置“11”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60 rad/s=7.33rad/s
υA3=υA2=ω2·lO2A=7.33×0.085m/s=0.62305m/s（⊥O2A）
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 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-5

图1-5
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 ∥XX(向右) ⊥O4B 　⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-6。
Pb=P a4·O4B/ O4A=65.2mm
则由图1-2知， υC=PC·μv=0.652m/s
加速度分析：
取曲柄位置“11”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故 =,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=6.702rad/s, ==ω22·lO2A=7.332×0.085 m/s2=4.5669m/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 = + 　aA4τ=　 aA3n + 　aA4A3K + aA4A3v
大小: ? ω42lO4A 　? 　√ 　2ω4υA4 A3 ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm,
=ω42lO4A=0.041 m/s2 aA4A3K=2ω4υA4 A3=0.417 m/s2
aA3n=4.043 m/s2
作加速度多边形如图1-6所示

图１—6
则由图1-6知, 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 ? √ √ ?
方向∥导轨 √ C→B ⊥BC
由其加速度多边形如图1─3所示,有
ac =p c·μa =3.925m/s2
3 对位置9点进行动态静力分析
取“9”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1─7所示。

图 1-7
已知G6=800N，又ac=ac5=4.2475055m/s2,那么我们可以计算
FI6=- G6/g×ac = - (800/9.8×4.395)= - 358.773N
设与水平导轨的夹角为，可测得的大小为
由 , 可计算出 ,
分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示
图 1-8
已知： FR54=FR45=303.717328N，G4=220N
由此可得： FI4 = - G4/g × a4 = - 44.99051

根据，
其中，，，分别为,,,作用于的距离（其大小可以测得），可以求得：
=609.753093N。

作力的多边形如图1-9所示

图 1-9

由图1-10可得：
= 250.04 N
对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图1-10所示，

图 1-10
作用于的距离为h，其大小为0.0523612m
所以曲柄上的平衡力矩为：
，方向为逆时针。

四 心得体会
进过两周的努力，我们在姬老师的指导下做完了我们人生的第一个课程计，我们感到十分的自豪。在进行课题设计的过程中，我们克服了高温，懒惰等因素完成了我们的课题设计。因为课题设计是在考完试后进行的，看着周围的同学都相继回家了，而我却要在学校进行课程设计心里不由得对课程设计产生了一些抵触。但是开始了课程设计才发现，原来这个课程设计能多以前所学过的相关知识进行一次全面系统的复习。
在设计过程中，我们首先进行的是方案得选择。经过一番比较，我们从4种机构方案中选出了我们认为的最佳的方案。通过这一过程我们明白了一个合理的机构在现实生产生活中的重要性和节能环保方面的效果。选择完机构方案，通过一些计算和分析我们确定了机构个个构件的尺寸，为下面的机构速度及加速度分析做好了铺垫。而然在进行机构速度及加速度分析时遇到了在整个课程设计过程中所遇到的最大的一个难题，及机构的速度及加速度分析和图解法。由于在学习过程中只是把其的皮毛弄懂而已，故在进行分析时才感到书到用时方恨少！后来通过仔细阅读机械原理课本关于速度及加速度分析和图解法部分的内容后，对于机构的速度和加速度分析有了更深的理解，从而对用图解法求杆件的速度和加速度有了自己的认识。同时通过AutoCAD来绘制速度多边形和加速度多边形来求出推头在个个点的的速度和加速度，为以后解决这类问题提供了一个新的思路。通过AutoCAD可直观的反映出速度和加速度的大小，大大节约了为我们的运算过程。
总的来说在这次课程设计的过程中，我还是存在一些问题。在设计过程中粗心大意，导致画图过程中经常失误等。两周过去了，离回家的日子越来越近了。
五 参考文献
1．机械原理 孙桓 陈作模 葛文杰 高等教育出版社 2012.12
2．机械原理课程设计 龚建新 高等教育出版社 2010.07