牛頭刨床課程設計說明書

1、<p><b>　　《機 械 原 理》</b></p><p><b>　　課程設計計算說明書</b></p><p>　　設計題目 牛 頭 刨 床 設 計 </p><p>　　學院(部)

2、 </p><p>　　專業(yè)班級 機制082 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　學 號

3、 </p><p>　　指導教師(簽字) </p><p>　　6 月 7 日 至 6 月 22 日</p><p><b>　　共 2 周</b></p>

4、<p>　　2010 年 6 月 19 日</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p>　　一、課程設計的目的與要求</p><p><b>　　二、設計正文</b></p><p><b>　　1.設計題目</b></p>&

5、lt;p>　　2.牛頭刨床機構(gòu)簡介</p><p>　　3.機構(gòu)簡介與設計數(shù)據(jù)</p><p><b>　　4. 設計內(nèi)容</b></p><p>　　附圖1： 導桿機構(gòu)的運動分析與動態(tài)靜力分析 </p><p>　　一、課程設計的目的和任務</p><p><b>　　1、目的&

6、lt;/b></p><p>　　機械原理課程設計是培養(yǎng)學生掌握機械系統(tǒng)運動方案設計能力的技術(shù)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(huán)節(jié)。其目的是以機械原理課程的學習為基礎，進一步鞏固和加深所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)學生分析和解決與本課程有關(guān)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(tǒng)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

7、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。</p><p><b>　　2、任務</b></p><p>　　本課程設計的任務是對牛頭刨床的機構(gòu)選型、運動方案的確定；對導桿機構(gòu)進行運動分析和動態(tài)靜力分析。并在此基礎上確定飛輪轉(zhuǎn)慣量，設計牛頭刨床上的凸輪機構(gòu)和齒輪機構(gòu)。</p><p><b>　　二、設計正文：

8、</b></p><p>　　1、設計題目：牛頭刨床</p><p>　　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(shù)在1.4左右。</p><p>　　2）為了提高刨刀的使用壽命和工件的表面加工質(zhì)量，在工作行程時，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應近似勻速運動。</p><p>　　3）曲柄轉(zhuǎn)速在60r

9、/min,刨刀的行程H在300mm左右為好，切削阻力約為7000N，其變化規(guī)律如圖所示。</p><p>　　2、牛頭刨床機構(gòu)簡介</p><p>　　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(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構(gòu)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，

10、以減少電動機容量和提高切削質(zhì)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(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導桿機構(gòu)。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(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（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(xù)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(huán)中，受

11、力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量。</p><p>　　3、機構(gòu)簡介與設計數(shù)據(jù) </p><p><b>　　1）機構(gòu)簡介</b></p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構(gòu)2-

12、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(zhì)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(chǎn)效率。為此刨床采用急回作用得導桿機構(gòu)。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(gòu)1-9-10-11與棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)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

13、沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減少切削質(zhì)量和電動機容量。</p><p><b>　　2）設計數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　設計數(shù)據(jù)設計數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　4、設計內(nèi)容</b>&l

14、t;/p><p>　　1）導桿機構(gòu)的運動分析</p><p>　　已知：曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)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。</p><p>　　要求：做機構(gòu)的運動簡圖，并作機構(gòu)兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動靜力分析一起畫在1號圖紙上。</p><p>　　曲柄位置圖的

15、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2，3…12等，是由位置1起順2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置。</p><p>　　機構(gòu)位置2和6的運動簡圖</p><p>　　1、選擇表Ⅰ中方案Ⅱ。</p><p>　　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）</p>

16、<p>　　取曲柄位置“2”進行速度分析。</p><p>　　取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。</p><p>　　有ω2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><p>　　υA3=υA2=ω2×lO2A·µl =6.698666667×

17、90×0.001=0.60288 m/s 方向:A→O2</p><p><b>　　列速度矢量方程，得</b></p><p>　　υA4 = υA3 + υA4A3</p><p>　　大小 ? √ ?</p><p>　　方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B</p>

18、<p>　　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。</p><p><b>　　圖1-1</b></p><p><b>　　則由圖1-1知，</b></p><p>　　υA4=pa4·μv=28.50500264×0.01 m/s =0. 2

19、850500264 m/s 方向p→a4</p><p>　　υA4A3=a3a4·μv=53.05755578×0.01m/s=0.5305755578m/s 方向a3→a4</p><p>　　ω4=υA4/ lO4A·µl =0. 2850500264/0.38342033151 =0.74344003rad/s</p><

20、p>　　其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><p>　　υB5=υB4=ω4·lO4B·µl =0.74344003×580=0.4311952229m/s方向p→b5 </p><p>　　取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程，得</p><p>　　υC = υB5 + υCB5</p><p>

21、　　大小 ? √ ?</p><p>　　方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC</p><p>　　其速度多邊形如圖1-1所示，有</p><p>　　υC=pc·μv=41.69703748×0.01 m/s =0.4169703748m/s方向p→c</p><p>　　υCB5=b5c

22、83;μv=9.7766008×0.01 m/s =0.0997766008m/s方向b5→c</p><p>　　取曲柄位置“2”進行加速度分析.</p><p>　　取曲柄構(gòu)件3和4的重合點A進行加速度分析.</p><p>　　列加速度矢量方程,得</p><p>　　aA4 = a A4n + a A4t = a A3 +

23、 a A4A3k + a A4A3r</p><p>　　大小 ? √ ? √ √ ?</p><p>　　方向 ? A→O4 ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右）∥O4B</p><p>　　aA4n=ω42×lO4A·µl=0.74344

24、0032×0.38342033151=0.21191759747m/s2 </p><p>　　a A3=ω22×lO2A·µl =6.6986666672×90×0.001=4.03849216039m/s2</p><p>　　aA4A3k=2ω4υA4A3=2×0.74344003×0.530575557

25、8=0.78890221721m/s2 </p><p><b>　　方向a3´→k</b></p><p>　　取加速度極點為P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖</p><p><b>　　圖1-2</b></p><p><b>　　則由圖1─

26、2知，</b></p><p>　　a A4t=n1· a4´·μa =27.70305525×0.1 =2.770305525m/s2方向n1→ a4´</p><p>　　a A4A3r = ka4´·μa=16.96343176×0.1 =1.696343176m/s2方向k→ a4´

27、;</p><p>　　α4=a A4t / lO4A·µl = 2.770305525/0.38342033151rad/s2 =7.2252441965rad/s2</p><p>　　其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><p>　　a A4 = p´a4´·μa = 27.78399138×0.1 m/s2

28、 =2.778399138m/ s2方向p´→ a4´</p><p>　　a A4A3=a3´·a4´·μa=18.70814496×0.1=1.870814496 m/s2 方向a3´→a4´</p><p>　　取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得</p><p>　

29、　aC= aB5 n + aB5τ + aCB5n+ aCB5τ</p><p>　　大小 ? √ √ √ ?</p><p>　　方向 ∥xx B→A ⊥AB C→B ⊥BC</p><p>　　aB5n=ω42lO4B·µl=0.743440032×580×0.001=

30、0.32056778535m/s2方向p´→n´</p><p>　　aB5τ=aA4t·lO4B/lO4A=2.770305525×580/383.42033151=4.19064163387m/s2</p><p><b>　　方向n´→aB5´</b></p><p>　　aCB

31、5n=υCB52/lBC·µl=0.09977660082/0.174=0.054932139771m/s2方向aB5´→n</p><p>　　其加速度多邊形如圖1─2所示，有</p><p>　　a B5 = p´aB5´·μa = 42.02884844×0.1 m/s2 = 4.202884844m/s2<

32、/p><p>　　aCB5t= nC´·μa =6.41473606×0.1 m/s2 =0.641473606m/s2方向n→c´</p><p>　　aC= p´C´·μa = 40.99471642×0.1 m/s2 = 4.099471642 m/s2方向p´→C´</p>

33、<p>　　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）</p><p>　　取曲柄位置“6”進行速度分析。</p><p>　　取構(gòu)件3和4的重合點A進行速度分析。</p><p>　　有ω2=2×3.14×64/60=6.698666667 rad/s 其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p>&l

34、t;p>　　υA3=υA2=ω2×lO2A·µl =6.698666667×90×0.001=0.60288 m/s 方向:A→O2</p><p><b>　　列速度矢量方程，得</b></p><p>　　υA4 = υA3 + υA4A3</p><p>　　大小 ? √

35、 ?</p><p>　　方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B</p><p>　　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。 </p><p><b>　　圖1-3</b></p><p><b>　　則

36、由圖1-3知，</b></p><p>　　υA4=pa4·μv=48.64352445×0.01 m/s =0.4864352445 m/s 方向p→a4</p><p>　　υA4A3=a3a4·μv=35.6153178×0.01m/s=0. 356153178m/s 方向a3→a4</p><p>　　ω4

37、=υA4/ lO4A·µl =0.4864352445/0.41841411745 =1.1625689103rad/s</p><p>　　其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><p>　　υB =ω4·lO4B·µl =1.1625689103×0.58=0.674289967865m/s方向p→b </p><p

38、>　　取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程，得</p><p>　　υC = υB + υCB</p><p>　　大小 ? √ ?</p><p>　　方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC</p><p>　　其速度多邊形如圖1-1所示，有</p><p>　　υC=pc·

39、μv=66.46579386×0.01 m/s =0. 6646579386m/s方向p→c</p><p>　　υCB=bc·μv=10.27504851×0.01 m/s =0. 1027504851m/s方向b→c</p><p>　　取曲柄位置“6”進行加速度分析.</p><p>　　取曲柄構(gòu)件3和4的重合點A進行加速度分析.

40、</p><p>　　列加速度矢量方程,得</p><p>　　aA4 = a A4n + a A4t = a A3 + a A4A3k + a A4A3r</p><p>　　大小 ? √ ? √ √ ?</p><p>　　方向 ? A→O4 ⊥

41、O4B A→O2 ⊥O4B（向左）∥O4B</p><p>　　aA4n=ω42×lO4A·µl=1.16256891032×0.41841411745=0.56551449203m/s2</p><p><b>　　方向p´→n</b></p><p>　　a A3=ω22×lO

42、2A·µl =6.6986666672×90×0.001=-4.03849216039m/s2方向p´→a3´</p><p>　　aA4A3k=2ω4υA4A3·µv=2×1.1625689103×0. 356153178=0.82810522395m/ s2方向a3´→k</p><

43、;p>　　取加速度極點為P＇,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖</p><p><b>　　圖1-4</b></p><p><b>　　則由圖1─4知，</b></p><p>　　a A4t=n1· a4´·μa =15.64929517×0.1

44、 =1.564929517m/s2方向n→a4´</p><p>　　a A4A3r = ka4´·μa=26.98876937×0.1 =2.698876937m/s2方向k→a4´</p><p>　　α4=a A4t/lO4A·µl=1.564929517/0.38342033151rad/s2=4.0814985

45、238rad/s2</p><p><b>　　轉(zhuǎn)向為逆時針方向。</b></p><p>　　a A4 = p´a4´·μa =16.63928845×0.1=-1.663928845m/s2方向p´→a4´</p><p>　　a A4A3=a3´·a4

46、0;·μa=28.12648423×0.1=2.812648423 m/s2方向a3´→a4´</p><p>　　取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得</p><p>　　aC= aB n + aBτ + aCBn+ aCBτ</p><p>　　大小 ? √ √ √ ?</

47、p><p>　　方向 ∥xx B→A ⊥AB C→B ⊥BC</p><p>　　aBn=ω42×lO4B·µl=1.16256891032×580×0.001=7.8390855303 m/s2</p><p>　　aBτ=aA4t·lO4B/lO4A=1.564929517×580/

48、383.42033151=2.1692841661 m/s2</p><p>　　aCBn=υCB2/lCBµl =0. 10275048512/0.174=0.0606762195 m/s2</p><p>　　其加速度多邊形如圖1─1所示，有</p><p>　　aB = p´b´·μa = 23.06578941

49、5;0.1 m/s2 =-2.306578941m/s2</p><p>　　aCBt= n 2C´·μa = 4.43203343×0.1 m/s2 =0. 443203343 m/s2</p><p>　　aC = p´C´·μa = 22.02727271×0.1 m/s2 =-2.202727271 m/s2&l

50、t;/p><p>　　2）導桿機構(gòu)機構(gòu)運態(tài)靜力分析</p><p>　　已知 各構(gòu)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</p><p>　　心的轉(zhuǎn)動慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律。</p><p>　　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(nèi)容做在運動分析的</p><p&g

51、t;<b>　　同一張圖紙上。</b></p><p><b>　　動態(tài)靜力分析過程：</b></p><p>　　取“2”點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析，作阻力體如圖1─5所示，</p><p>　　選取長度比例尺µl=0.001m/mm,選取力比例尺µP=10N/mm</p>

52、;<p><b>　　圖1—5</b></p><p>　　已知P=9000N，G6=800N，又ac=4.099471642m/s2,那么我們可以計算</p><p>　　FI6=-m6×ac =- G6/g×ac =-800/10×4.099471642=-327.95773136N</p><p&g

53、t;　　又ΣF = P + G6 + FI6 + F45 + FRI6 =0</p><p>　　方向： ∥x軸 ∥y軸 與ac反向 ∥BC ∥y軸</p><p>　　大?。?9000 800 -m6a6 ? ? </p><p>　　作力多邊行如圖1-7所示，選取力比例尺

54、81;P=10N/mm。</p><p><b>　　圖1-6</b></p><p>　　由圖1-6力多邊形可得：</p><p>　　F R45=CD·µN=933.23700796×10=9331.2818369N</p><p>　　FR16= AD·µN=108

55、.69422679×10N=1049.0487523N</p><p>　　取構(gòu)件6為受力平衡體，并對C點取距，有</p><p>　　分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析，桿組力體圖如圖1-7所示。</p><p><b>　　圖1-7</b></p><p>　　已知：F R54=F R45=9331.28183

56、69N，G4=220N</p><p>　　aS4=aA4·lO4S4/lO4A=2.778399138×290/383.42033151=2.10144242181m/s2 </p><p>　　αS4=α4=7.2252441965 rad/s2</p><p>　　可得構(gòu)件4上的慣性力FI4=-G4/g×aS4=-220

57、/10×2.10144242181=-46.2317332798N</p><p>　　方向與aS4運動方向相反</p><p>　　慣性力偶矩MS4=-JS4·αS4=-1.2×7.2252441965 = -8.6702930358N·m</p><p>　　方向與α4運動方向相反（逆時針）</p><

58、p>　　將FI4和MS4將合并成一個總慣性力F´S4（=FI4）偏離質(zhì)心S4的距離為hS4= MS4/ FI4，</p><p>　　其對S4之矩的方向與α4的方向相反（逆時針）</p><p>　　取構(gòu)件4為受力平衡體，對A點取矩得：</p><p>　　在圖上量取所需要的長度lAB=196.56771918 lS4A=93.42630616

59、lO4A=383.42033151</p><p>　　ΣMA=FR54cos15。lABµl+MS4+ FI4cos4。lS4Aµl+G4sin13。lS4Aµl+FRO4τlO4Aµl=0</p><p>　　=1771.72895-8.670293035-4.30873856+4.62359613+0.3834203315FRO4τ=0<

60、/p><p>　　代入數(shù)據(jù)， 得FRO4τ =-4599.06107115 N 方向垂直O(jiān)4B向右</p><p>　　ΣF = FR54 + FR34 + F´S4 + G4 + FRO4τ + FRO4n=0</p><p>　　方向: ∥BC ⊥O4B 與aS4同向 ∥y軸 ⊥O4B（向右）∥O4B</p>

61、<p>　　大?。?√ ? √ √ √ ?</p><p>　　作力的多邊形如圖1-8所示，選取力比例尺µP=10N/mm。</p><p><b>　　圖1-8</b></p><p>　　由圖1-8得：FR34 =EA·µN=4

62、51.60861239×10N=4516.0861239N</p><p>　　FRO4n =FA·µN=218.1077709×10N=2181.077709N方向：∥O4B向下</p><p>　　因為曲柄2滑塊3的重量可忽略不計，有F R34 = F R23= FR32</p><p>　　對曲柄2進行運動靜力分析，作組