1、機 械 原 理課程設計計算說明書 設計題目 牛 頭 刨 床 設 計 學院(部) 鹿山學院 專業班級 機制082 學生姓名 李晶 學 號 20081847 指導教師(簽字) 6 月 7 日 至 6 月 22 日共 2 周 2010 年 6 月 19 日目 錄 一、課程設計的目的與要求二、設計正文1.設計題目2.牛頭刨床機構簡介3.機構簡介與設計數據4. 設計內容 附圖1： 導桿機構的運動分析與動態靜力分析 一、課程設計的目的和任務1、目的機械原理課程設計是培養學生掌握機械系統運動方案設計能力的技術基礎課程，它是機械原理課程學習過程中的一個重要實踐環節。其目的是以機械原理課程的學習為基礎，進一步鞏

2、固和加深所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養學生分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力，使學生熟悉機械系統設計的步驟及方法，其中包括選型、運動方案的確定、運動學和動力學的分析和整體設計等，并進一步提高計算、分析，計算機輔助設計、繪圖以及查閱和使用文獻的綜合能力。2、任務本課程設計的任務是對牛頭刨床的機構選型、運動方案的確定；對導桿機構進行運動分析和動態靜力分析。并在此基礎上確定飛輪轉慣量，設計牛頭刨床上的凸輪機構和齒輪機構。二、設計正文：1、設計題目：牛頭刨床1）為了提高工作效率，在空回程時刨刀快速退回，即要有急會運動，行程速比系數在1.4左右。2）為了提高刨刀的使用壽命和

3、工件的表面加工質量，在工作行程時，刨刀要速度平穩，切削階段刨刀應近似勻速運動。3）曲柄轉速在60r/min,刨刀的行程h在300mm左右為好，切削阻力約為7000n，其變化規律如圖所示。2、牛頭刨床機構簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖4-1。電動機經皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量，刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產率。為此刨床采用有急回作用的導桿機構。刨刀每切削完一次，利

4、用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約5h的空刀距離，見圖4-1，b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質量和減小電動機容量。3、機構簡介與設計數據 1）機構簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動機經皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右

5、行時，刨刀進行切削，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產效率。為此刨床采用急回作用得導桿機構。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構1-9-10-11與棘輪機構帶動螺旋機構，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減少切削質量和電動機容量。2）設計數據設計數據設計數據設 計內 容導 桿 機 構 的 運 動

6、 分 析導桿機構的動態靜力分析符號n2l0204l02al04blbcl04s4xs6ys6g4g6pypjs4單位r/minmmnmmkgm2方案603801105400.25l04b0.5l04b240502007007000801.164350905800.3l04b0.5l04b200502208009000801.2724301108100.36l04b0.5l04b1804022062080001001.24、設計內容1）導桿機構的運動分析已知：曲柄每分鐘轉數n2，各構件尺寸及重心位置，且刨頭導路x-x位于導桿端點b所作的圓弧高的平分線上。要求：做機構的運動簡圖，并作機構兩位置的速

7、度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內容與后面的動靜力分析一起畫在1號圖紙上。曲柄位置圖的作法為取1和8為工作形成起點和終點對應的曲柄位置，1和7為切削起點和終點所對應的位置，其余2，312等，是由位置1起順v2方向將曲柄圓周作12等分的位置。機構位置2和6的運動簡圖1、選擇表中方案。2、曲柄位置“2”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“2”進行速度分析。取構件3和4的重合點a進行速度分析。有2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其轉向為順時針方向。a3=a2=2×lo2a·µl

8、=6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s 方向:ao2列速度矢量方程，得a4 = a3 + a4a3大小 ? ?方向 o4a o2a o4b取速度極點p，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如圖。 圖1-1則由圖1-1知，a4=pa4·v=28.50500264×0.01 m/s =0. 2850500264 m/s 方向pa4a4a3=a3a4·v=53.05755578×0.01m/s=0.5305755578m/s 方向a3a44=a4/ lo4a·µl

9、=0. 2850500264/0.38342033151 =0.74344003rad/s其轉向為順時針方向。b5=b4=4·lo4b·µl =0.74344003×580=0.4311952229m/s方向pb5 取5構件為研究對象，列速度矢量方程，得c = b5 + cb5大小 ? ?方向 xx o4b bc其速度多邊形如圖1-1所示，有c=pc·v=41.69703748×0.01 m/s =0.4169703748m/s方向pccb5=b5c·v=9.7766008×0.01 m/s =0.09977660

10、08m/s方向b5c取曲柄位置“2”進行加速度分析.取曲柄構件3和4的重合點a進行加速度分析.列加速度矢量方程,得aa4 = a a4n + a a4t = a a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ? ?方向 ? ao4 o4b ao2 o4b（向右）o4baa4n=42×lo4a·µl=0.743440032×0.38342033151=0.21191759747m/s2 a a3=22×lo2a·µl =6.6986666672×90×0.001=4.03849216039m/s2a

11、a4a3k=24a4a3=2×0.74344003×0.5305755578=0.78890221721m/s2 方向a3´k取加速度極點為p,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖 圖1-2則由圖12知，a a4t=n1· a4´·a =27.70305525×0.1 =2.770305525m/s2方向n1 a4´a a4a3r = ka4´·a=16.96343176×0.1 =1.696343176m/s2方向k a4´4=a a4t / lo4a

12、·µl = 2.770305525/0.38342033151rad/s2 =7.2252441965rad/s2其轉向為順時針方向。a a4 = p´a4´·a = 27.78399138×0.1 m/s2 =2.778399138m/ s2方向p´ a4´a a4a3=a3´·a4´·a=18.70814496×0.1=1.870814496 m/s2 方向a3´a4´取5構件的研究對象，列加速度矢量方程，得ac= ab5 n + ab5 +

13、 acb5n+ acb5大小 ? ?方向 xx ba ab cb bcab5n=42lo4b·µl=0.743440032×580×0.001=0.32056778535m/s2方向p´n´ab5=aa4t·lo4b/lo4a=2.770305525×580/383.42033151=4.19064163387m/s2方向n´ab5´acb5n=cb52/lbc·µl=0.09977660082/0.174=0.054932139771m/s2方向ab5´n其加速度

14、多邊形如圖12所示，有a b5 = p´ab5´·a = 42.02884844×0.1 m/s2 = 4.202884844m/s2acb5t= nc´·a =6.41473606×0.1 m/s2 =0.641473606m/s2方向nc´ac= p´c´·a = 40.99471642×0.1 m/s2 = 4.099471642 m/s2方向p´c´2、曲柄位置“6”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖）取曲柄位置“6”進行速度分

15、析。取構件3和4的重合點a進行速度分析。有2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其轉向為順時針方向。a3=a2=2×lo2a·µl =6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s 方向:ao2列速度矢量方程，得a4 = a3 + a4a3大小 ? ?方向 o4a o2a o4b取速度極點p，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如圖。 圖1-3則由圖1-3知，a4=pa4·v=48.64352445×0.01 m/s =0.4864

16、352445 m/s 方向pa4a4a3=a3a4·v=35.6153178×0.01m/s=0. 356153178m/s 方向a3a44=a4/ lo4a·µl =0.4864352445/0.41841411745 =1.1625689103rad/s其轉向為順時針方向。b =4·lo4b·µl =1.1625689103×0.58=0.674289967865m/s方向pb 取5構件為研究對象，列速度矢量方程，得c = b + cb大小 ? ?方向 xx o4b bc其速度多邊形如圖1-1所示，有c=pc&

17、#183;v=66.46579386×0.01 m/s =0. 6646579386m/s方向pccb=bc·v=10.27504851×0.01 m/s =0. 1027504851m/s方向bc取曲柄位置“6”進行加速度分析.取曲柄構件3和4的重合點a進行加速度分析.列加速度矢量方程,得aa4 = a a4n + a a4t = a a3 + a a4a3k + a a4a3r大小 ? ? ?方向 ? ao4 o4b ao2 o4b（向左）o4baa4n=42×lo4a·µl=1.16256891032×0.418414

18、11745=0.56551449203m/s2方向p´na a3=22×lo2a·µl =6.6986666672×90×0.001=-4.03849216039m/s2方向p´a3´aa4a3k=24a4a3·µv=2×1.1625689103×0. 356153178=0.82810522395m/ s2方向a3´k取加速度極點為p,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖 圖1-4則由圖14知，a a4t=n1· a4´&

19、#183;a =15.64929517×0.1 =1.564929517m/s2方向na4´a a4a3r = ka4´·a=26.98876937×0.1 =2.698876937m/s2方向ka4´4=a a4t/lo4a·µl=1.564929517/0.38342033151rad/s2=4.0814985238rad/s2轉向為逆時針方向。a a4 = p´a4´·a =16.63928845×0.1=-1.663928845m/s2方向p´a4´

20、;a a4a3=a3´·a4´·a=28.12648423×0.1=2.812648423 m/s2方向a3´a4´取5構件的研究對象，列加速度矢量方程，得ac= ab n + ab + acbn+ acb大小 ? ?方向 xx ba ab cb bcabn=42×lo4b·µl=1.16256891032×580×0.001=7.8390855303 m/s2ab=aa4t·lo4b/lo4a=1.564929517×580/383.42033151=2

21、.1692841661 m/s2acbn=cb2/lcbµl =0. 10275048512/0.174=0.0606762195 m/s2其加速度多邊形如圖11所示，有ab = p´b´·a = 23.06578941×0.1 m/s2 =-2.306578941m/s2acbt= n 2c´·a = 4.43203343×0.1 m/s2 =0. 443203343 m/s2ac = p´c´·a = 22.02727271×0.1 m/s2 =-2.202727271

22、m/s22）導桿機構機構運態靜力分析已知 各構件的重量g（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導桿4繞重心的轉動慣量js4及切削力p的變化規律。要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內容做在運動分析的同一張圖紙上。動態靜力分析過程：取“2”點為研究對象，分離5、6構件進行運動靜力分析，作阻力體如圖15所示，選取長度比例尺µl=0.001m/mm,選取力比例尺µp=10n/mm圖15已知p=9000n，g6=800n，又ac=4.099471642m/s2,那么我們可以計算fi6=-m6×ac =- g6/g×ac =-800/1

23、0×4.099471642=-327.95773136n又f = p + g6 + fi6 + f45 + fri6 =0方向： x軸 y軸 與ac反向 bc y軸大小： 9000 800 -m6a6 ? ? 作力多邊行如圖1-7所示，選取力比例尺µp=10n/mm。圖1-6由圖1-6力多邊形可得：f r45=cd·µn=933.23700796×10=9331.2818369nfr16= ad·µn=108.69422679×10n=1049.0487523n取構件6為受力平衡體，并對c點取距，有分離3,4構件進

24、行運動靜力分析，桿組力體圖如圖1-7所示。圖1-7已知：f r54=f r45=9331.2818369n，g4=220nas4=aa4·lo4s4/lo4a=2.778399138×290/383.42033151=2.10144242181m/s2 s4=4=7.2252441965 rad/s2可得構件4上的慣性力fi4=-g4/g×as4=-220/10×2.10144242181=-46.2317332798n方向與as4運動方向相反慣性力偶矩ms4=-js4·s4=-1.2×7.2252441965 = -8.6702930358n·m方向與4運動方向相反（逆時針）將fi4和ms4將合并成一個總慣性力f´s4（=fi4）偏離質心s4的距離為hs4= ms4/ fi4，其對s4之矩的方向與4的方向相反（逆時針）取構件4為受力平衡體，對a點取矩得：在圖上量取所需要的長度lab=196.56771918 ls4a