牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析汇总

课程设计说明书课题名称：机械原理课程设计学院：机电工程系专业班级：机械083班学号：学生：指导老师：学院教务处2010年12月23日《机械原理课程设计》说明书II《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《机械原理课程设计》说明书III摘要关键词：牛头刨床、速度、加速度、力与力矩本次课程设计是对刨床的的设计参数进行评定，设计过程分为三组，主要是对刨头的加速度、速度和受力情况进行分析和计算，然后作出刨头的速度矢量图、加速度矢量图和力与力矩的矢量图，统计刨头不同位置的速度、加速度、力的参数，将数据绘制成曲线图，然后分析曲线图的走势来评定刨床的各项参数，在进行组与组之间的对比，得出最优参数。最后分析其原因。《机械原理课程设计》说明书IV目录摘要....................................................III1设计任务.....................................................12.1速度分析.........................................................32.2加速度分析：......................................................33导杆机构的动态静力分析.......................................53.1刨头的力的分析过程：.............................................53.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：.............................53.3曲柄2平衡力矩分析................................................54方案比较....................................................6总结.......................................................8参考文献......................................................9《机械原理课程设计》说明书11设计任务牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1。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1-1，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。课程设计的任务：1．作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程；2．作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；3.用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。设计数据：表1-1《机械原理课程设计》说明书2设计内容导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmkgm2Ⅲ724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.2图1-2《机械原理课程设计》说明书32导杆机构的运动分析2.1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A3=A2，其大小等于2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与ω2一致。2=2πn2/60rad/s=7.54rad/sA3=A2=2·lO2A=0.83m/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A4=A3+A34A(2-1)大小?0.829？方向⊥O4A⊥O2A∥O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.005(m/s)/mm,作速度多边形，A4=4Pa·μv=89.3×0.005m/s=0.447m/sA34A=vpb=133.9×0.005m/s=0.669m/s又4=A33A/lo4A=0.4467/0.0.316rad/s=1.24rad/sB4=4×AB=1.24×0.81m/s=1m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得C5=5B+5C5B(2-2)大小?1?方向∥导杆⊥O4B⊥BC取速度极点P，速度比例尺v=0.005(m/s)/mm,作速度多边行。则由图知，C5=vpc5=19.6×0.005m/s=0.98m/s5C5B=42.3×0.005m/s=0.216m/s5=5C5B/LBC=0.216/0.2916=0.74rad/s2.2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，《机械原理课程设计》说明书4故anA2=anA3,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=7.54rad/sanA3=anA2=22·LO2A=7.542×0.11m/s2=6.25m/s2aKAA34=24A33A=2×1.24×0.6996=1.73m/s2anA4=24lO4A=1.242×0.316=0.552m/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+aA4=anA3+aKAA34+aAAr34(2-3)大小:?24lO4A?6.2524A33A?方向：?BA⊥O4BAO2⊥O4B（向左）∥O4B（沿导路）取加速度极点为P＇,加速度比例尺a=0.02（m/s2）/mm,作加速度多边形.aA4=350×0.02m/s2=7m/s2aA4=7.05m/s2aB4=7.05×0.81/0.316=15.8m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方aC5=aB5+anBC55+aBC55(2-4)大小?15.825lBC?方向⊥导杆∥aA4∥BC⊥BC取加速度极点为P＇,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm其加速度多边形有：aC5=0.005×31.34=15.67m/s2aC6=aC5（同向）《机械原理课程设计》说明书53导杆机构的动态静力分析3.1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=0P+G6+FI6+FR45+FR16=0（3-1）方向：∥x轴竖直向下与aC6反向∥BC（推力）竖直向上大小：0620-m6ac6??以作图法求得:FR45=991NFR16=639N3.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：对于摇杆滑块可以列出以下力的平衡方程式：F=0FR54+FR34+FI4+G4+FR14=0（3-2）方向:∥BC⊥O4B∥aA4∥y轴?大小991N2680N-m4aA4220N?对O4力矩平衡方程式：（取顺时针为正）M=0FR54*y1+G6*y2-FR34*y3+FI4*y4+M=0（3-3）得到：FR34=2680N由此可以求得FR14的大小：FR14=1525N3.3曲柄2平衡力矩分析对O2点取力矩平衡方程式：（取顺时针为正）即FR34对O2力矩：M=93N·m《机械原理课程设计》说明书64方案比较附表4-1：序号（同附表2）方案1方案2方案3jkAF)(jkACR)(jkAF)(jkACR)(jkAF)(jkACR)(11.35611.320.771.61.1723.5512.730.769.12.563260.71360.81.38618.72.3740.023510.02301.020.02270.96588781141741.60155781.7562675155102.0614660.5470.16710.2700.480.3331.99附表4-2：机构性能比较表指标数据项目方案1方案2方案3备注功能质量smv/max60.7620.791.245工作段刨头最大速度smvm/60.5620.5980.78工作段刨头平均速度2max6/sma3.94.429.78工作段刨头最大加速度max6y28.6411.4311.4工作段刨头加速度最大变化率NFImax6260.5360.82618.7工作段刨头的最大惯性力NFmax1288881417415578机架对曲柄的最大反力NFmax14267555107630机架对导杆的最大反力min0/85°0/87°0/88.2°最小传动角构件34构件5、6mNMbmax851.41066.51466最大平衡力矩经济适用性能最大运动轮廓尺寸mmmm315×530270×298419×796长宽机构复杂程度6×76×76×7构件数运动副数《机械原理课程设计》说明书7附表4-3：机构评价指标序号指标类型指标名称指标值jkAF1运动性能工作段刨头接近等速运动的程度mvv6max6/2工作段刨头加速度曲线平均斜率212min61max6yy3动力性能刨头最大惯性力max6IF4两组最小传动角平均值的倒数6min54min32、、5最大机架反力max12F6最大平衡力矩bmaxM7经济适用性最大运动轮廓尺寸长宽8机构复杂程度构件数运动副数附表4-3中部分符号含义如下：max6y、min6y：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；1、2：分别与max6y和min6y相对应的曲柄转角rad；min43、：一级四杆机构的最小传动角rad；min65、：二级四杆机构最小传动角rad。结论：从总体数据来看，第一组数据是最好的，但也有其不足之处，比如其运动性能和经济性能不如第二组好；第三组数据也有一些优点其最小传动角比其他组大，这样可以避免死点等情况，其最大平衡力矩比较小。《机械原理课程设计》说明书8总结本次课程设计持续一周，可以说是紧张又有学到了知识，从中可以发现许多的问题，发现问题以后就要解决，从中会学到很多，也发现了自己的很多问题，特别是专业课不熟悉，作图不熟练，这些都导致了课程设计过程中特别是作图时出现的误差，所以要认真学好专业知识，多熟悉专业方面的知识，在作图方面要多练习，在数据统计过程中发现有些点的数据和实际值有较大的出入，这可能是有些同学在计算过程中没有计算正确，也可能是某些参数的矢量方向弄反了，通过再三的核对、检查，有些比较大的误差我们可以更正过来，但有些小的误差我们无法避开，这很可能是画图时出现的误差。本次课程设计我们分为三组，三组各有自己的数据，完成作图后进行比较，看看那个方案比较好，这样的比较可以让我们比较全面的了解刨床的一些设计参数，虽然不能说我们的数据是完全正确的，但从线条的走向趋势来看还是能大体的反映一些设计要求的，可以说这次课程设计是一次模拟真实的的设计，通过计算各项（AF）jk，，比如运动性能、动力性能、经济适用性。运动性能表现在速度和加速度方面；动力性能表现在所受的力和力矩方面，而经济性表现在机构的复杂程度上。通过三组数据的比较可以很明显的看出第一组数据是比较好的，其运动性能、动力性能、经济适用性都比较好。通过几天的课程设计我们发现问题解决问题，收获了很多，但也存在不足，希望学校多组织几次这样的活动，让我们能够更全面的掌握专业方面的知识。《机