机械原理牛头刨床课程设计牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析.doc

青岛理工大学琴岛学院
课程设计说明书

青岛理工大学教务处
2013 年 12月 27日
《机械原理课程设计》评阅书
题目
牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析
学生姓名

学号

指导教师评语及成绩

指导教师签名：
年 月 日
答辩评语及成绩

答辩教师签名：
年 月 日
教研室意见

总成绩：

室主任签名：
年 月 日

摘 要

选取方案三，利用图解法对1点和6电状态时牛头刨床导杆机构进行运动分析、动态静力分析，并汇总本方案所得各位置点的速度、加速度、机构受力数据绘制曲线图。
进行方案比较，确定最佳方案。
　 将一个班级分为 3 组，每组11人左右，一组选择一个备选方案进行如下分析工作：
课程设计内容：
牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析；

（1）绘制机构运动简图（两个位置）；
（2）速度分析、加速度分析；
（3）机构受力分析（求平衡力矩）；
（4）绘制运动线图。
（上述三项作在一张A1号图纸上）

目 录

摘 要 I
1设计任务 1
2导杆机构的基本尺寸确定 2
3 导杆机构的运动分析 4
3.1 速度分析 4
3.2 加速度分析 5
4导杆机构的动态静力分析 8
4.1 运动副反作用力分析 8
4.2 曲柄平衡力矩分析 10
总 结 11
致 谢 12
参考文献 13

1设计任务

一、课程设计的性质、目的和任务
机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。其意义和目的在于：
以机械系统运动方案设计为结合点，把机械原理课程设计的各章理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识；
培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。
二、课程设计教学的内容和要求
　　将一个班级进行分组，每组10人左右，一组选择一个备选方案进行如下分析工作：
课程设计内容：
牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析；
（1）绘制机构运动简图；
（2）速度分析、加速度分析； （1张1号图纸）
（3）机构动态静力分析；
（4）绘制运动线图。（1张1号图纸）
要求：
独立完成以下文件：
1号图纸两张（运动分析、动态静力分析，运动线图）；
（1）符合一般制图要求；
（2）图面清洁，线条均匀；
设计说明书一份。（见说明书要求）

三、课程设计的基本要求及进度安排
　　　机械原理课程设计是对牛头刨床导杆机构进行运动分析、动态静力分析，并根据给定机器的工作要求，在此基础上对机构进行运动设计。
基本要求：
了解简单机械传动系统运动设计及方案设计基本原理。
熟悉平面机构的结构分析、运动分析、动态静力分析的基本知识。
熟练掌握常用机构的分析与设计的基本知识和技能。

2导杆机构的基本尺寸确定

图2-1 机构运动简图
本组选择第二组数据
表2.1 设计数据
方案号
1
2
3
4
5
6
导杆机构运动分析
转速n2
50
52
55
48
56
53
机架Lo2o4
430
360
410
380
400
420
工作行程H
400
330
310
310
320
340
行程速比系数K
1.4
1.44
1.37
1.46
1.30
1.26
连杆LCB与导杆LO4B之比μ
0.36
0.33
0.25
0.25
0.30
0.35
导杆机构动态静力分析
工作阻力F（N）
3800
4000
4000
4500
5000
4200
导杆质量m4(kg)
22
20
28
20
25
24
滑块质量m6（kg）
80
80
70
70
75
72
导杆的转动惯量J4（kg.m2）
1.2
1.2
1.1
1.1
1.23
1.30

θ=180°=32.4 (2-1)

LAO2=360×sin=100.4 (2-2)

= (2-3)

LBO4=591.6

LCB=195.2

3 导杆机构的运动分析

3.1 速度分析
取曲柄位置“1'”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA3=VA2，，其大小等于w2·lO2A，方向垂直于O2A线，指向与w2一致。
　　　w2=2πn2/60 rad/s=2×3.14×52／60=5.44rad/s
　　　VA3=VA2=w2·lO2A=5.44×100.4/1000m/s=0.546m/s（⊥O2A）
　　　lO4A=0.457m
曲柄位置“3”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“3”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“1”。
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
V =V + V
　　大小 ? √ ?
　　方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
A点的速度分析图：µv=0.004(m/s)/mm，

图3-1 A点的速度分析

则由图3-1知，
　　　 V=·μv=0.53m/s
　　　 V=a3a4·μv=0.12m/s
　　　 w4=V∕l=1.16rad/s
　　　 VB=w4×l==0.686 m/s
Ｃ点的速度分析：µv=0.04(m/s)/mm，
取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得

　V = V + V
　　　大小 ? √ ?
　　　方向 沿导轨 ⊥O4B ⊥CB

其速度多边形如图3-2所示，

图3-2 C点的速度分析

有 V= Lpc ·μv=0.687 m/s
　　　 V= Lcb·μv=0.042m/s
　　　 w5=V∕Lcb =0.215rad/s

3.2 加速度分析
取曲柄位置“1'”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得

aA4= a A4n + a A4τ = a A3n + a A4A3k + a A4A3γ
大小 wl ? wl 2w4VA4A3 ?
方向 B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向左） ∥O4B（沿导路）

取加速度极为P＇,加速度比例尺=0.016（m/s2）/mm,作加速度多边形

图3-3 A点的加速度分析　　

a A4τ= p·μa =0.374m/s
　= a A4τ∕l =0.818rad/s
用加速度影象法求得
　 a B5 = a B4 = a A4 ×l/l=2.95m/s
取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
　 aC5= + + aC5B5n + aC5B5τ
大小 ? √ √ √ ?
方 ∥xx √ ⊥O4B C→B ⊥BC
取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.008（m/s）/mm,其加速度多边形如图3-4

、

图3-4 C点的加速度分析

故 aC5 = p´C·μa =0.5m/s2

4导杆机构的动态静力分析

4.1 运动副反作用力分析
取“4”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力，力分析图如下：

图4-1 5、6构件的静力分析
然后可以列出等式如：
又ΣF=G+F+F+F+F=0，作力多边图，µN=40N/mm。

图4-2 力多边图

F=4046N，F=579.6N

分离3,4构件进行运动静力分析，画出杆组力体图

图4-3 杆组力体图

已知： F=-F=4046N，G=200N
M=-JS4·α=-1.2×0.818N·m= -0.982N·m对O4点取矩得：

ΣMA=Fl－Fl-Fl－Gl=0（以上各距离都为A点到该力所在直线的
垂直距离）

F=5207.75

又 ΣF=F+F+F+G+F+F=0,作力的多边形（见图4-4），µN=40N/mm。

图4-4 力的多边形图

4.2 曲柄平衡力矩分析
取构件2做受力分析

图4-5 构件2受力分析图
F=F=5207.75N
对O2点取距，得平衡力矩为：
M=502.1N/m

总 结

历时一周，从论文选题到搜集资料，从开题报告、写初稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散自己甚至还有一点成就感。
通过本次课程设计，对构件的速度加速的分析有了更深的理解，并能灵活运用。很好的巩固了所学运动学知识。在力结构分析中拆分杆组，对各个构件杆组进行受力分析并利用绘图法求解约束力。同时熟练了绘图的注意事项，对所学的知识有了一个较系统认识，学有所用。
达到了本次设计的要求，能把机械原理课程设计的各章理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深了所学的理论知识；培养了独立解决有关本课程实际问题的能力，对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。
经过为期5天的课程设计,我有了很多收获。首先，我在这次课程设计中,进一步巩固了所学的机械原理知识 ,对运动分析和受力分析有了进一步的了解,，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。而且，这次课程设计过程中，与同学激烈讨论，团结合作，最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这次经历难以忘怀。 其次通过这次课程设计，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，这都将为我以后参加工作实践有了很大的帮助。非常有成就感，培养了很深的学习兴趣 还有,我们在这次课程设计中,用到了电脑知识,对于对于使用电脑绘制工程图有了初步的了解，对于以后的电脑绘图和文件编辑有了基本的认识。 我在这次设计中感到了合作的力量，增强了自己的团队精神。这将使我受益终生。

致 谢

本课题在选题及演算过程是在李燕老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，李燕老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。在此谨向李燕老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
参考文献

[1]《机械原理》第七版，孙桓主编，高等教育出版社；2013.3
[2]《机械原理课程设计指导书》，罗洪田主编，高等教育出版社。2013