牛头刨床设计基础实验设计说明书

辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-1-一、设计题目与原始数据1．题目：牛头刨床的综合设计与分析2．原始数据：刨头的行程H=550mm行程速比系数K=1.6机架长LO2O3=400mm质心与导杆的比值LO3S4/LO3B=0.5连杆与导杆的比值LBF/LO3B=0.3刨头重心至F点距离XS6=160mm导杆的质量m4=15Kg刨头的质量m6=58Kg导杆的转动惯量JS4=0.7Kgm切割阻力FC=1300N切割阻力至O2的距离YP=175mm构件2的转速n2=80rpm许用速度不均匀系数[δ]=1/40齿轮Z1、Z2的模数m12=15mm小齿轮齿数Z1=18大齿轮齿数Z2=46凸轮机构的最大摆角φmax=16º凸轮的摆杆长LO4C=140mm凸轮的推程运动角δ0=60º凸轮的远休止角δ01=10º凸轮的回程运动角δ0'=60º凸轮机构的机架长Lo2o4=150mm凸轮的基圆半径ro=55mm凸轮的滚子半径rr=15mm辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-2-二、牛头刨床示意图图1三、导杆机构设计1、已知：行程速比系数K=1.6刨头的行程H=550mm机架长度LO2O3=400mm连杆与导杆的比LBF/LO3B=0.52、各杆尺寸设计如下A、求导杆的摆角：ψmax=180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.6-1）/（1.6+1）=41.54°B、求导杆长：LO3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=550/[2sin（41.54°/2）]=776mm辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-3-C、求曲柄长：LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）=400×sin21°=142mmD、求连杆长：LBF=LO3B×LBF/LO3B=776×0.3=233mmE、求导路中心到O3的距离：LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B{1-[1-cos(ψmax/2)]/2}=750mmF、取比例尺：μL=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、机构的运动分析已知：曲柄转速：n2=80rpm各构件的重心：辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-4-构件6的重心：XS6=160mm第5点：A、速度分析○1求VA3VA3=VA2=LO2A×ω2=LO2A×πn/30=(142/1000)×80×3.14/30=116.5×8.37=1.19m/s○2求VA44AV=A3V+A4A3V大小：？1.19？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μV=0.025mmsm/，在1#图纸的左下方画速度多边形○3求VB用速度影像求VB=56×0.025=1.4m/s○4求VFFV=BV+FBV大小：？0.98？方向：水平∥导路⊥BF接着画速度多边形，由速度多边形求得：VF=pf———μV=55×0.025=1.38m/s方向：水平向右○5求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=39×0.025/（108×00.005）=1.81rad/S方向：顺时针○6求VA4A3VA4A3=a3a4×μV=50×0.025=0.125m/s方向：如速度图所示B、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=2×1.81×0.125=0.453m/s2方向：如速度图所示②求aA3辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-5-aA3=aA2=ω22×LO2A=8.382×142/1000=9.97m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=1.812×108×00.005=1.77m/s2方向：A→O3④求aA4A4na+A4ta=A3a+A4A3ka+A4A3ra大小：1.77？9.970.453?方向：A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A取μa=0.10mmsm2/在1#图的左下方画加速度多边形，由加速度多边形求得：aA4=pa4×μa=19×0.10=1.9m/s2方向：如图所示⑤求aB用加速度影像求aB=27×0.10=2.7m/s2方向：如图所示⑥求aFFa=Ba+FBna+FBta大小：？2.70.45?方向：水平√F→B⊥BFanFB=V2BF/LBF=(12.9×0.025)2/(233/1000)=0.45m/s2接着画加速度多边形，由加速度多边形求得：aF=p′f′————×μa=9×0.10=0.9m/s2方向：水平向右第8’点：A、速度分析○1求VA3VA3=VA2=LO2A×ω2=LO2A×πn/30=(142/1000)×80×3.14/30=116.5×8.37=1.19m/s②求VA44AV=A3V+A4A3V大小：？1.19？方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-6-取μv=0.025mmsm/，在1#图纸的左下方画速度多边形○3求VB用速度影像求VB=0④求VFFV=BV+FBV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：VF=pf——μV=0○5求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=0⑥求VA4A3a3a4×μV=40×0.025=1m/s方向：如速度图所示B、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=0方向：如速度图所示②求aA3aA3=aA2=ω22×LO2A=8.382×142/1000=9.97m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=0○4求aA4→→→→→anA4+atA4=aA3+akA4A3+arA4A3大小：0？9.970?方向：A→O3⊥O3A√如图∥O3A取μa=0.2mmsm2/在1#图纸的左下方画加速度多边形大致图形如该图所示aA4=pa4×μa=49×0.2=9.8m/s2○5求aB辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-7-用加速度影像求aB=104×0.2=20.8m/s2方向：如图所示○6求aFFa=Ba+FBna+FBta大小：？20.80?方向：水平√F→B⊥BFanFB=V2BF/LBF=0接着画加速度多边形,由加速度多边形得：aF=p′f′————×μa=100×0.2=20m/s2方向：水平向左第12点：A、速度分析○1求VA3VA3=VA2=LO2A×ω2=LO2A×πn/30=(142/1000)×80×3.14/30=0.142×8.37=1.19m/s○2求VA44AV=A3V+A4A3V大小?1.190方向：⊥O3A⊥O2A∥O3A取μV=0.025mmsm/,在1#图纸的左下方画速度多边形○3求VB用速度影像求VB=52×0.025=1.3m/s○4求VFFV=BV+FBV大小：?1.3?方向：水平∥导路⊥BFVF=pf——μV=53×0.025=1.33m/s方向：水平向左○5求ω4ω4=ω3=VA4/LO3A=21×0.025/（60×0.005）=1.75rad/S方向：逆时针○6求VA4A3VA4A3=a3a4×μV=33×0.025=0.825m/s方向：如速度图所示辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-8-B、加速度分析①求aKA4A3aKA4A3=2ω4VA4A3=2×1.75×0.825=2.89m/s2方向：如速度图所示②求aA3aA3=aA2=ω22×LO2A=8.372×142/1000=9.97m/s2方向：A→O2③求anA4anA4=ω23×LO3A=1.752×60×0.005=0.918m/s2方向：A→O3④求aA4A4na+A4ta=A3a+A4A3ka+A4A3ra大小：0.918？9.972.89?方向：A→O3⊥O3A√如图∥O3A取μa=0.20mmsm2/在1#图纸的左下方画加速度多边形，由加速度多边形求得：aA4=pa4×μa=54×0.20=10.8m/s2⑤求aB用加速度影像求aB=142×0.2=28.4m/s2方向：如图所示⑥求aFFa=Ba+FBna+FBta大小：？28.40.775?方向：水平√F→B⊥BFanFB=V2BF/LBF=(17×0.025)2/(233/1000)=0.775m/s2接着画加速度多边形，由加速度多边形得：aF=fp'×μa=136×0.20=27.2m/s2方向：水平向左收集同组同学的位移、速度、加速度的数据并汇编在如下表：在1#图纸左上角绘制刨头的运动线图。刨头的运动线图见1#图纸。辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-9-曲柄位置名称结果12344’56SF00.040.110.200.280.330.41VF01.171.171.561.71.61.43aF14.58.906.22.25-0.09-1.16-4.20曲柄位置名称结果788’91010’1112SF0.490.550.530.420.2750.210.05VF1.100-1.21-2.66-3.6-3.16-1.3aF-8.2-16.3-26-28.2-1417.1327五、机构的动态静力分析已知:导杆的质量m4=15Kg刨头的质量m6=58Kg(其余质量忽略不计)导杆绕重心的转动惯量JS4=0.7Kgm切削阻力为常数大小为FC=1300N1.确定惯性力、惯性力矩第5点：P16=-m6×aF=-58×1.16=-67.28NPI4=-m4×as=-15×1.35=-20.25NM14=-JS4×α4=-0.7×1.28=-0.896NmLh4=M14/PI4=0.044m第12点：P16=-m6×aF=-58×27.2=-1577.6NPI4=-m4×aS=-15×14.1=-211.5NM14=-JS4×α4=-0.7×36.54=-25.58NmLh4=M14/PI4=0.121m将计算结果汇总在如下表中：辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-10-曲柄位置导杆4刨头PI4M14Lh4P165点20.250.90.04467.2812点211.525.58/0.1211577.62.确定齿轮2的重量查指导书得齿轮2的重量G2=500N3.确定各运动副反力第5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：μL=0.005m/mm大致图形如图：FC+6G+I6F+FR45+R76F=0上式中只有FR45、FR76的大小未知取力比例尺：μP=20N/mm在机构位置图下面画力多边形大致图形如图求得：FR45=de——×μP=69×20=1380N方向与力多边形中de的方向一致FR76=ea——×μP=3.45×20=387.8N方向：垂直导路向上∑MF=0：FC（LO2M-YP）+G6×XS6=FR76h76h76=[Fc×(LO2M-YP)+G6×XS6]/R76=0.611mB、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：μL=0.005m/mm大致图形如图其平衡方程为：R54F+4G+R23F+I4P'+R74F=0辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-11-∑MO3=0(确定FR23的大小)：FR23h23+F14hp+G4h4=FR54h54量得:hP=0.16m；h4=0.015m；h54=0.745mFR23=(FR54h54+F'14hP+G4h4)/h23=1682N矢量式中FR74的大小和方向未知仍取力比例尺μP=20N/mm接着画力多边形图求得:FR74=hg×μP=29×20=580N方向与力多边形中hg的方向一致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:μL=0.005m/mm其平衡方程为：R32F+bP+2G+R72F=0∑MO2=0（确定Pb的大小）：FR32h32=PbrbPb=FR32h32/rb=640N式中的R72大小和方向未知仍然取力比例尺μP=20N/mm接着画力多边形图，求得：FR72=je×μP=101×20=2020N方向与为多边形中je的方向一致第12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：μL=0.005m/mm6G+I6F+FR45+R76F=0上式中只有R45、R76的大小未知辽宁工业大学课程设计说明书（论文）-12-取力比例尺：μP=F