42牛头刨床课程设计

第2页目录工作原理............................................................................................3一.设计任务.......................................................................................4二.设计数据.......................................................................................4三.设计要求.......................................................................................51、运动方案设计........................................................................52、确定执行机构的运动尺寸....................................................53、进行导杆机构的运动分析....................................................54、对导杆机构进行动态静力分析............................................5四.设计方案选定...............................................................................6五.机构的运动分析...........................................................................62.加速度分析..............................................................................82.加速度分析............................................................................10七.数据总汇并绘图.........................................................................16九.参考文献.....................................................................................20第3页工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图a）所示。电动机经过皮带和齿轮传动，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。刨头左行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，见图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转动，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少电动机容量。(a)(b)图d第4页一.设计任务1、运动方案设计。2、确定执行机构的运动尺寸。3、进行导杆机构的运动分析。4、对导杆机构进行动态静力分析。5、汇总数据画出刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。二.设计数据本组选择第六组数据表1方案123456789导杆机构运动分析转速n2（r/min）484950525048475560机架lO2O4(mm)380350430360370400390410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系数K1.461.401.401.441.531.341.501.371.46连杆与导杆之比lBC/lO4B0.250.30.360.330.30.320.330.250.28表2方案导杆机构的动态静力分析lO4S4xS6yS6G4G6PypJS4mmNmmkg.m21，2，30.5lO4B240502007007000801.14，5，60.5lO4B200502208009000801.27，8，90.5lO4B1804022062080001001.2方案飞轮转动惯量的确定δnO’z1zOz1’JO2JO1JOJO’r/minKg.m21-50.1514401020400.50.30.20.26-100.1514401316400.50.40.250.211-150.1614401519500.50.30.20.2第5页三.设计要求1、运动方案设计根据牛头刨床的工作原理，拟定1～2个其他形式的执行机构（连杆机构），给出机构简图并简单介绍其传动特点。2、确定执行机构的运动尺寸根据表一对应组的数据，用图解法设计连杆机构的尺寸，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。注意：为使整个过程最大压力角最小，刨头导路位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上(见图d)。3、进行导杆机构的运动分析根据表一对应组的数据，每人做曲柄对应的1到2个位置（如图2中1，2，3，……，12各对应位置）的速度和加速度分析，要求用图解法画出速度多边形，列出矢量方程，求出刨头6的速度、加速度，将过程详细地写在说明书中。4、对导杆机构进行动态静力分析根据表二对应组的数据，每人确定机构对应位置的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。作图部分与尺寸设计及运动分析画在同一张纸上（2号或3号图纸）。提示：如果所给数据不方便作图可稍微改动数据，但各组数据应该一致，并列出改动值。5、数据总汇并绘图最后根据汇总数据画出一份刨头的位移、速度、加速度线图以及平衡力矩的变化曲线。6、完成说明书每人编写设计说明书一份。写明组号，对应曲柄的角度位置。第6页四.设计方案选定如图2所示，牛头刨床的主传动机构采用导杆机构、连杆滑块机构组成的5杆机构。采用导杆机构，滑块与导杆之间的传动角r始终为90o，且适当确定构件尺寸，可以保证机构工作行程速度较低并且均匀，而空回行程速度较高，满足急回特性要求。适当确定刨头的导路位置，可以使图2压力角尽量小。五.机构的运动分析选择第三组数据求得机构尺寸如下θ=180°(k-1/k+1)=30°lO2A=lO4O2sin(θ/2)=111.3mmlO4B=0.5H/sinθ/2)=773.0mmlBC=0.36lO4B=278.28mmlO4S4=0.5lO4B=386.5mm第7页曲柄位置“3”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）曲柄在3位置时的机构简图如左图所示由图量得此位置的位移S=86.9mm，Lo4A=514.7mm。设力、加速度、速度的方向向右为正。1.速度分析取曲柄位置“3”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故υA3=υA2，其大小等于ω2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。ω2=2πn2/60rad/s=5.23（rad/s）υA3=υA2=ω2·lO2A=0.582m/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⊥O4A⊥O2A∥O4B取速度极点P，速度比例尺µv=0.005(m/s)/mm,作速度多边形如图1-2图1—2则由图1-2知：υA3=lpA3·μv=0.582m/sυA4A3=la3a4·μv=0.198m/sω4=υA4A3/lO4A=0.976(rad/s)υB=ω4.lO4B=0.754(m/s)取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得第8页Vc=VB+VcB大小?√?方向∥XX⊥O4B⊥BC作速度多边行如图1-2，则由图1-2知υC=lpc·μv=0.728m/sω5=υCB/lBC=0.701rad/s2.加速度分析取曲柄位置“3”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，其大小等于ω22lO2A方向由A指向O2。aA4A3K=2ω4υA4A3=0.386(m/s2)aA3=ω22·lO2A=3.04m/s2aA3=ω42·lO4A=0.303(m/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=aNA4+aTA4=aA3+aKA4A3+aRA4A3大小√？√√?方向A→O4⊥O4AA→O2⊥O4A∥O4A取加速度极点为P’,加速度比例尺µa=0.005(（m/s2）/mm),作加速度多边形如图1-3所示.则由图1-3知aA4=uap’a4’=0.48(m/s2)aB=uapb’=0.723(m/s2)aS4=0.5aB=0.362(m/s2)a4=atA4/lo4A=0.727(m/s2)aC=aB+aCB+atCB大小：？√√?方向：//xx√C→B⊥BCaC=uap’c’=0.646(m/s2)图１—3第9页曲柄位置“9”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）曲柄在9位置时的机构简图如左图所示由图量得此位置的位移S=375.38mm，Lo4A=358.61mm。设力、加速度、速度的方向向右为正。1.速度分析取曲柄位置“9”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故υA3=υA2，其大小等于ω2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。ω2=2πn2/60rad/s=5.23（rad/s）υA3=υA2=ω2·lO2A=0.582m/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⊥O4A⊥O2A∥O4B取速度极点P，速度比例尺µv=0.005(m/s)/mm,作速度多边形如图1-4图1—4则由图1-4知：υA3=lpA3·μv=0.582m/sυA4A3=la3a4·μv=0.51m/sω4=υA4A3/lO4A=0.80(rad/s)υB=ω4.lO4B=0.62(m/s)取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得Vc=VB+VcB大小?√?方向∥XX⊥O4B⊥BC作速度多边行如图1-2，则由图1-2知第10页υC=lpc·μv=0.5978m/sω5=υCB/lBC=0.59rad/s2.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，其大小等于ω22lO2A方向由A指向O2。aA4A3K=2ω4υA4A3=0.816(m/s2)aA3=ω22·lO2A=3.04m/s2aA4n=ω42·lO4A=0.23(m/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=aNA4+aTA4=aA3+aKA4A3+aRA4A3大小√？√√?方向A→O4⊥O4AA→O2⊥O4A∥O4A取加速度极点为P’,加速度比例尺µa=0.005(（m/s2）/mm),作加速度多边形如图1-5所示.则由图1-5知aA4=uap’a4’=1.26m/s2aB=uapb’=2.73m/s2aS4=0.5aB=1.36m/s2a4=atA4/lo4A=3.45m/s2aC=aB+aCB+atCB大小：？√√?方向：//xx√C→B⊥BCaC=uap’c’=2.72(m/s2)六、机构动态静力分析第11页一、首先依据运动分析结果，计算构件4的惯性力FI4（与aS4反向）、构件4的惯性力矩MI4（与a4反向，逆时针）、构件4的惯性力平移距离lhd（方位：右上）、构件6的惯性力矩FI6（与aC反向）。F14=m4aS4=G4/g.aS4=200/10×0.362=7.24(N)M14=a4JS4=0.727×1.1N·