1、濟片說呀泉城學(xué)院機械原理課程設(shè)計算說明書課題名稱:牛頭刨床刨刀的往復(fù)運動機構(gòu)名:別:工學(xué)院號:業(yè):機械設(shè)計制造及其自動化級:機設(shè)1201指導(dǎo)教師:2014年6月7日.4學(xué)生姓名專業(yè)設(shè)計題目評價內(nèi)容業(yè)務(wù)水平論文（設(shè)計說明書、圖紙）質(zhì)量工作量、 工作態(tài)度工學(xué)院課程設(shè)計評審表機械設(shè)計制造及其自動化年級牛頭刨床刨刀的往復(fù)運動機構(gòu)評價指標(biāo)2012級有扎實的基礎(chǔ)理論知識和專業(yè)知識；能正確設(shè)計機構(gòu)運動方案（或正確 建立數(shù)學(xué)模型并運用 matlab進行仿真）；對所設(shè)計機構(gòu)的特定位置進行運動分析和動態(tài)靜力分析。獨立進行設(shè)計工作，能運用所學(xué)知識和技能 去發(fā)現(xiàn)與解決實際問題； 能正確處理設(shè)計數(shù)據(jù)； 能對課題進行理論

2、分析,得出有價值的結(jié)論。論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；設(shè)計方法正確，分析處理科學(xué)；文字通順,技術(shù)用語準(zhǔn)確，符號統(tǒng)一，編號齊全，書寫工整規(guī)范，圖表完備、整潔、正確；圖紙繪制符合國家標(biāo)準(zhǔn)；計算結(jié)果準(zhǔn)確；工作中有創(chuàng)新意識；對前人工作有改進或突破，或有獨特見解。按期完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿，難度較大；工作努力，遵守紀(jì)律;工作作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實。學(xué)號評分評定權(quán)值成績404020合計100指導(dǎo)教師評語15設(shè)計任務(wù)書1.1設(shè)計題目1.2牛頭刨床簡介1.3牛頭刨床工作原理1.4設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù)1.5設(shè)計任務(wù)導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析.82.1機構(gòu)運動簡圖2.2機構(gòu)運動速度多邊形2.3機構(gòu)運動加速度多邊形11三.導(dǎo)桿機構(gòu)

3、動態(tài)靜力分析143.1靜態(tài)圖143.2慣性力及慣性力偶矩143.3桿組拆分及用力多邊形和力矩平衡求各運動反力和曲柄平衡力心得與體會21參考文獻221.1設(shè)計題目:一、設(shè)計任務(wù)書牛頭刨床刨刀的往復(fù)運動機構(gòu)1.2工件電制機Q牛頭刨床外形圖¥牛頭刨床簡介:卜一適用不同材料和不同尺寸工件的粗、 精加工,牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機床，多用于單件或產(chǎn)。要求主執(zhí)行構(gòu)件一刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動, 且切削時刨刀的移動速度低于空行程速度， 即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨 刀可隨小刀架作不同進給量的垂直進給； 安裝工件的工作臺應(yīng)具有不 同進給量的橫向

4、進給，以完成平面的加工，工作臺還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。1.3牛頭刨床工作原理:牛頭刨床是一種刨削式加工平面的機床，圖1所示為較常見的一 種機械運動的牛頭刨床。電動機經(jīng)皮帶傳動和兩對齒輪傳動， 帶動曲柄2和曲柄相固結(jié)的凸輪轉(zhuǎn)動，由曲柄 2驅(qū)動導(dǎo)桿2-3-4-5-6,最后帶動刨頭和刨刀作往復(fù)運動。當(dāng)刨頭右行時，刨刀進行切削，稱 為工作行程。當(dāng)刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程。當(dāng)刨頭在 工作行程時，為減少電動機容量和提高切削質(zhì)量，要求刨削速度較低, 且接近于勻速切削。在空回行程中，為節(jié)約時間和提高生產(chǎn)效率，采 用了具有急回運動特性的導(dǎo)桿機構(gòu)。此外，當(dāng)刨刀每完成一次刨削后, 要

5、求刨床能利用空回行程的時間，使工作臺連同工件作一次進給運 動，以便于刨刀下一次切削。為此，該刨床采用凸輪機構(gòu)，雙搖桿機 構(gòu)經(jīng)棘輪機構(gòu)和螺旋機構(gòu)（圖中未示出），帶動工作臺作橫向進給運 動。x圖1牛頭刨床機構(gòu)簡圖1.4設(shè)計要求及設(shè)計參數(shù):設(shè)計要求:1、繪圖問題A1圖紙一張，A1圖紙1張，繪圖工具一套。、繪圖要求作圖準(zhǔn)確，布置勻稱，比例尺合適，圖面整潔，線條尺寸應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)。、計算說明書要求計算程序清楚，敘述簡要明確，文字通順，書寫端正。設(shè)計參數(shù):設(shè)計內(nèi)容符號數(shù)據(jù)單位導(dǎo)桿的運動分析ni60r / minIac380mmIab110ICD540Ide0.25IcdLCs30.5IcdXs524Oys

6、550導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力G32OON計算G5700Fr7000yFr80JS31.1mmkgm21.5設(shè)計任務(wù):用圖解法對牛頭刨床的連桿機構(gòu)進行運動分析和動力分析。要求畫出A1圖紙一張，A2圖紙一張，寫出計算說明書一份。二、導(dǎo)桿機構(gòu)的設(shè)計及運動分析2.1機構(gòu)運動簡圖：圖2-1機構(gòu)運動簡圖1.選方案I ,在連桿機構(gòu)中，曲柄有30個連續(xù)等分130個位置（見圖3）,選取4位置進行設(shè)計及運動分析，取長度比例尺m/ s1 =0.004mm2.取構(gòu)件2和導(dǎo)桿3垂直（即構(gòu)件5在最左方）時為起始位置1,用量角器量取（4-1 ） X 12=36度，兩個工作行程的極限位置1和18 ,E點兩極限位置如圖虛線，極限位置

7、距離 h=312mm機構(gòu)運動簡圖如圖2-1所示。2.2機構(gòu)運動速度多邊形:圖2-2機構(gòu)運動速度多邊形根據(jù)機構(gòu)運動簡圖，進行速度分析：根據(jù)同一構(gòu)件上相對速度原理列速度矢量方程式，得:IB3= U3B2+ U2大小方向 丄CE II EC丄AB計算：n=60r/min=1r/s, w =2 n n=2 n rad/s,U B2= w X l ae=2 n rad/s X 0.11m=0.22 n m/sV速度多邊形：在圖上任取速度極點P,速度比例尺 W【=u B2/P b1=( 0.22n ms) /120m】=0.006(m/mm ,過點 p作直線 pb1 (長度為 120m)垂直桿AB代表u

8、b2的方向線，過點p作垂直桿CB的直線，代表u b3；再過點b1作直線平行于BC代表U B3B2的方向線，這兩方向線交點為b3，則矢量pb3和b1b3分別代表U B3和U B3B2,其大小分別為:U B3= fjv X pb3=0.006(m/s)/mm x 62 m =0.37m/sU B3B2= fjv X b2b3=0.006(m/mm x 101 m=0.6m/s.根據(jù)影像相似原理求出U D：CB/CD=p3/pd,即 106.5/135=62/pd ,解得 pd=78 m,U D= fjV X pd=0.006(m/mm x 78 m =0.468 m/s 方向在pb3的延長線上。再

9、根據(jù)同一構(gòu)件上相對速度原理列速度矢量方程式，得U e=U ed + u d大小 ？V方向/導(dǎo)路丄ED 丄CD速度多邊形：Pd=78 m,方向在pb3的延長線上，再過點P作水平線代表點E的速度方向，再過點d作桿ED的垂直線，這兩方向線交于點e,則矢量pe和de分別代表u e及u ed,其大小分別為:U E= gX pe=0.006(m/mm x 75 mm=0.45m/sU ed 二找 X de=0.006(m/mm x 20 m =0.12m/s因為4位置為工作行程，故刨頭在此過程中勻速即：U S5= U e,根據(jù)重心得加速度影像相似原理求出u S3：CS3/CD二PS/Pd 即 67.5 m

10、/135 m =PS/78 m ,解得 PS=39 m,U S3= wX PS=0.006(m/mm x 39 mm=0.234 m/s方向在Pd上，機構(gòu)運動速度多邊形如圖2-2所示。2.3機構(gòu)運動加速度多邊形:由理論力學(xué)可知,點B的絕對加速度與其重合點B2的絕對加速度之間的關(guān)系為na B3+ta b3 = a B2 +ak B3B2 +ra B3B2丄&C B 2 A丄B3C/B3C大小2 3 3VB3B2計算：由圖2-1結(jié)構(gòu)運動簡圖得：l b3c=106.5 l =106.5 mx 0.004m/mm=426m=0.426m ;由圖2-2機構(gòu)運動速度多邊形求出：Vb3= px pb

11、3=0.06(m/mm x 62mm=0.37m/s;3 3=V3/1 b3c=(0.37m/s)/(0.426m)=0.87rad/s;n2.22故 a b3= 3 3 X l B3C=(0.87rad/s)x 0.426m=0.32m/s故 a B2=y3 =2 n n=2 n rad/s ; l ab =110mm=0.11m3= (2 n rad/s ) 2x 0.11m=4.34m/s2由圖2-2機構(gòu)運動速度多邊形求出：Vb3B2= jjv X b2b3=0.006(m/s)/ mmx 101mm=0.6m/sk2故 a b3b2=2 3 sVbsb2 =2 X 0.87rad/s

12、X 0.6m/s=1m/s在一般情況下，a B3B2=a B3B2 + Q B3B2,但是目前情況下，由于構(gòu)_nrt件2和構(gòu)件3組成移動副，所以a B3B2=0,則a B3B2=a B3B2,其方向平行kk于相對移動方向；a B3B2是哥氏加速度，對于平面運動之內(nèi)，akB3B2=2 3 3Vb3B2哥氏加速度a B3B2的方向是將VB3B2沿 3 2的轉(zhuǎn)動方向 轉(zhuǎn)90度（即圖2-3中的b'k的方向），在上面的矢量方程式中只有 atB3和aB3B2的大小為未知，故可用圖解法求解。加速度多邊形：從任意極點n連續(xù)作矢量n b'2 （120mm和b'2k'代k、2表 a

13、 B2和 a B3B2 其加速度比例尺 Ua=a b2/ n b2=0.036 (m/s ) /mm；再過n作矢量n b3'代表an b3 ,然后過k作直線k'b3'平行于線段CE3代表a rB3B2的方向線，并過點b3'作直線b3' b3'垂直于線段tCE3，代表a B3的方向線，它們相交于點b3'則矢量n b'3便代表aB3。機構(gòu)運動加速度多邊形如圖2-3所示。由機構(gòu)運動加速度多邊形可求出:t22a B3=b3 ' b3' X Ua =72.5 m X 0.036 (m/s ) / m =2.61m/s ;r,

14、，22a B3B2=k b3X Ja=55 mX 0.036 (m/s ) / m = 1.98m/s再根據(jù)加速度影像相似原理，得:CB/CDn b3'/ n d3' 即 106.5 m/135 m=72.5 m/ n d3解得兀ds' =93 m；C9/CD二 n S3/n d3'即 67.5 mm/135 mm = n S3/93 mm解得兀 S3 =46.5 mm；aD3= n d3'2XUa=93 m >0.036 (m/s )2/ m =3.348m/s ;2as3= n S3 XJa=46.5 m X).036 (m/s )2/ m =

15、 1.674m/s因此位置為工作進程，故E點和重心S5點勻速前進，故無加速度。三.導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)靜力分析3.1靜態(tài)圖I-'.IexH7圖3-1機構(gòu)位置狀態(tài)圖3.2慣性力及慣性力偶矩：因重心S3無加速度，故S3點無慣性力Fi及慣性力偶矩M；F面求重心S3的慣性力F及慣性力偶矩M ：慣性力:Fi s3= - mas3-G3/g X as3= - G3/g X uaXn S32=-(200N) / (9.8N/ kg)X 0.036 (m/s ) / mm】X 46.5 mm=-34Nn t方向：as=as +as，它決定了 Fi的方向，因Fis3= -m3xas3，故Fi3及F' i

16、3的方向與圖2-3中的n S3 (代表as3的方向)的方向相反。慣性力偶矩:Mis3= -J S3 - a S3=-J S3X( a cd/ l cd)2=-1.1kgrfX (0.036(m/s ) / mm) X 93 m/0.54m=-6.28N - m作用線間距離為h:h=Mis3/F i3=(-6.28N - m /( - 34N )=200 mm變速轉(zhuǎn)動的構(gòu)件都同時具有慣性力Fi和慣性力偶矩Mi，故它們均可m/s用一等于Fi3的總慣性力F' i3來代替。按照比例尺l =0.004 而 確定Fi3與F' i3之間的圖上距離，將Fi3和F' i3在靜力圖上表示,

17、如圖3-1所示。3.3桿組拆分及用力多邊形和力矩平衡求各運動反力和曲柄平衡力將機構(gòu)拆分成若干桿組，以基本桿組為研究對象，畫出作用在其上的 所有外力。如圖3-2 (a) (b) (c)所示。f-i3fi卅¥r(a)JJa(b)Fa5（c） 圖3-2桿組拆分及靜力分析將機構(gòu)拆分為兩個二級桿組，一個機架。圖（a）：導(dǎo)桿4和刨頭5為桿組，組成三個運動副（一個移動副和兩 個轉(zhuǎn)動副E、D）。動力靜態(tài)分析：桿件ED為二力桿，故在點D構(gòu)件3對構(gòu)件4的作用 力F34方向在ED的延長線上；刨頭受到機架7豎直向上的壓力F75， 已知Fr及G5的方向和大小，F(xiàn)34和R75的方向已知，大小未知，故用 力的封閉

18、多邊形來求解F34和R75的大小。力的封閉多邊形：下面借助圖3-2（a）來畫力的封閉多邊形。圖3-3力的多邊形首先確定力的比例尺 尸F(xiàn)r/100 mm =7000N/100m =70N/mm,在圖上任取一點a為起點，過a點向右作水平線長度為100mm至點b,代表Fr的 大小和方向；然后過b點向下作豎直線長度為【G廳=700N/ (70N/mm)二】10m至點c,代表G5勺大小和方向；再過c點作平行于力R34方向線上的平行線，最后過a點作豎直線，這兩條方向線相交于一點d故有向線段cd代表力R34的大小和方向；有向線段da代表R75的大小和方向。故R34 =l cd XpF=100 mX 70N/

19、 m =7000NR75=| daXpF=15.5 mX 70N/m =1085NG55、Fr及R34的大小及受力位置已確定，而R75的大小已確定，位置未確定，這樣下面確定刨頭的受正壓力F75的位置，利用合力偶矩等于零來求解。力矩平衡:在圖3-2 (a)中量得：hr=20 m； hG=60m,對點E取矩，得:工 M=0,Fr X hr + G5 x Kg R75 X h75=075= ( Fr X hr + G5X Kg) /R75=(7000NX 20 m+ 700NX 60 m) /1085N= 167所以Fr的位置距離點E長度為167 m處。圖3-2 (b):導(dǎo)桿3與滑塊2組成一個桿組和

20、3個運動副(一個移動 副和兩個轉(zhuǎn)動副)。動力靜態(tài)分析：桿3的點D受到桿4的一個力，與R34大小相等，方向相反；距離重心位置h處受到一個總慣性力F' i3 ;受到桿1對滑塊2的拉力F12;受到一個豎直向下的重力G53；受到一個運動副反力Rc。R43、F' i3及G53大小和方向已知，F(xiàn)12方向已知，大小未知；Re大小及方向均未知，所以，首先根據(jù)力矩平衡求出力F12的大小；然后根據(jù)力的封閉多邊形求出力 Rc的大小及方向。力矩平衡:工 MC=0,F 12 X hl2 GS3 X hG F' i3 X hi3 Rt3h43=0F 12= ( GS3 X hG+ F' i3 X hi3 + Rl3h43) /h 12=(2OON X 64 mm+ 34NX 464 mm+ 7000NX 516m )/428 m =8506N力的封閉多邊形：下面借助圖3-2 （b）來畫力的封閉多邊形。力的比例尺和前面的一致廳二Fr/100 mm=7000N/100 mm =70N/mm,由d點為起點作直線de代表R43 （與Rm大小相等方向相反），