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1、机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床的设计机构位置编号：9，2方案号：班 级：2011250402姓 名：王小强学 号：2011250402222014年 1 月 15 日目录一 导杆机构的运动分析 机构的运动简图-1 机构在位置 2的速度及加速度分析-3 机构在位置 9的速度及加速度分析-5 刨头的运动线图-7二 导杆机构的动态静力分析 在位置 2处各运动副反作用力-9 在位置 2处曲柄上所需的平衡力矩-13三 飞轮设计 安装在轴 O2上的飞轮转动惯量 JF的确定-14四 凸轮机构设计 凸轮基本尺寸的确定- 14 凸轮实际廓线的画出- 15五 齿轮机构的设计 齿轮副 Z1-Z2的变位系数
2、的确定-16 齿轮传动的啮合图的绘制- 18六 总结- 19七 参考文献-190一 导杆机构的运动分析1.1机构的运动简图牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。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，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，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，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。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 与棘轮机构带动螺旋
3、机构，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，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，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。设计内容 导杆机构的运动分析符号 n2 LO2O4 LO2A Lo4B LBC Lo4s4 xS6 yS6单位 r/min mm方案 64 350 90 580 0.3lo4B 0.5 lo4B 200 501曲柄位置的确定曲 柄 位 置 图 的 作 法 为 ： 取 1 和 8为 工 作 行 程 起 点 和 终 点所 对 应 的 曲 柄 位 置
4、， 1和 7为 切 削 起 点 和 终 点 所 对 应 的曲 柄 位 置 ， 其 余 2、 312 等 ， 是 由 位 置 1 起 ， 顺 2 方向 将 曲 柄 圆 作 12 等 分 的 位 置 。取 第 方 案 的 第 2 位 置 和 第 9 位 置 （ 如 下 图 ） 。21.2机构在位置 2的速度及加速度分析选取尺寸比例尺 l=0.001m/mm，作机构运动简图。LO4A=0.383m速度分析：取构件 3 和 4 的重合点（A2，A3，A4）进行速度分析。对构件 2：VA2= 2LO2A=（60X2）/60x0.11=0.603m/s对构件 3：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副
5、，VA3=VA2=0.603m/s对构件 4：VA4 =VA3 + VA4A3大小： ？ 0.603 ？方向：AO 4 AO 2 / AO4取速度极点 P，速度比例尺 v =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如下图所示。得：VA4=0.283m/s， = VA4/ LO4A=0.283/0.383=0.738 rad/s4VA4A3=0.523m/s（A 指向 o2）3VB4 = X LO4B=0.738*0.58=0.429 m/s4VB5 = VB4=0.429 m/s对构件 4：VC5= VB5 + VC5B5大小： ？ 0.429 ?方向：/XX O4B CB取速度极点 P，速度比
6、例尺 v =0.01（m/s）/mm。作速度多边形如上图所示。得：VC5=0.414 m/s位置 2的加速度分析对构件 2：aA2=w 2 LO2A=6.28*6.28*0.09=4.043 m/s对构件 3：构件 3 和构件 2 在 A 处构成转动副，aA3= aA2 =4.043 m/s对构件 4：a A4= a A4n + a A4 = aA3 + a A4A3k + a A4A3r大小： ? 42lO4A ? ? 方向： ? BA O 4B AO 2 O 4B /O4B 取加速度极点 p，加速度比例尺 a=0.01（m/s）/mm。a A4A3k= 24A4 A3=2*0.738*0.
7、523=0.7719m/s= =0.738*0.738*0.383=0.2826 m/s2AOl作加速度多边形如上图所示。得：= 2.796 m/s ， =2.820m/s2.796/0.383=7.37.3*0.58=4.23 m/s40.738*0.738*0.58=0.3158m/s对构件 5：: a C5= aB5 n + aB5 t + aC5B5n+ aC5B5大小: ？ ？ 方向：xx BO 4 BO 4 CB CB取加速度极点 p，加速度比例尺 a=0.01（m/s）/mm。作加速度多边形如上图所示。得： =4.09m/s= =4.09m/s1.3 位置 9的加速度分析未 知
8、量 方 程VA4A4=A3+A4A3大小 ? ?方向 O 4A O 2A O 4BVCC5=B5+C5B5大小 ? ?方向 XX O 4B BC2和9号位置aAaA4 = + aA4= aA3n+aA4A3K+aA4A3rnA4大小: 42lO4A ? 24A4A3 ?方向：BA O4B AO 2 O4B O4B5acac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? ?方向 XX CB BC9 号 位 置 速 度 图 ：9 号 位 置 加 速 度 图 ：Vc=0.64ac=0.6261.4刨头的运动线图由计算得刨头 C 在各个位置对应位移 速度 加速度，将其依次连接，构成圆滑的曲线，即
9、得刨头 C的运动线图。刨头线图如下： 78二 导杆机构的动态静力分析已知 各构件的重量 G（曲柄 2、滑块 3和连杆 5的重量都可忽略不计） ，导杆4 绕重心的转动惯量 Js4及切削力 P的变化规律。动态静力分析过程：取“2”点为研究对象，分离 5、6 构件进行运动静力分析，作阻力体如图 15所示，选取长度比例尺 l=0.001m/mm,选取力比例尺 P=10N/mm图 15已知 P=9000N，G 6=800N，又 ac=4.099m/s2,那么我们可以计算FI6=-m6ac =- G6/gac =-800/104.099=-327.957N又 F = P + G6 + FI6 + F45
10、+ FRI6 =0方向： x 轴 y 轴 与 ac 反向 BC y 轴大小： 9000 800 -m 6a6 ? ? 作力多边行如图 1-7所示，选取力比例尺 P=10N/mm。图 1-69由图 1-6力多边形可得：F R45=CDN=933.210N=9332NFR16= ADN=108.610N=1086N取构件 6为受力平衡体，并对 C点取距，有分离 3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1-7所示。图 1-710已 知 ：F R54=F R45=9331.281N，G 4=220NaS4=aA4lO4S4/lO4A=2.778290/383.420=2.101m/s2 S4=4=
11、7.225 rad/s2可得构件 4 上的惯性力 FI4=-G4/gaS4=-220/102.101=-46.231N方向与 aS4 运动方向相反；惯性力偶矩 MS4=-JS4S4=-1.27.225 = -8.670Nm方向与 4运动方向相反（逆时针；）将 FI4和 MS4 将合并成一个总惯性力 FS4（=F I4）偏离质心 S4的距离为 hS4= MS4/ FI4，其对 S4之矩的方向与 4的方向相反（逆时针） 。取构件 4为受力平衡体，对 A 点取矩得：在图上量取所需要的长度 lAB=196.5 ，l S4A=93.4 ，l O4A=383.4MA=FR54cos15。 lABl+MS4
12、+ FI4cos4。 lS4Al+G4sin13。 lS4Al+FRO4lO4Al=0=1771.7-8.6-4.3+4.6+0.38FRO4=0代入数据， 得 FRO4 =-4599.0 N 方向垂直 O4B 向右F = FR54 + FR34 + FS4 + G4 + FRO4 + FRO4n=0方向: BC O 4B 与 aS4同向 y 轴 O 4B（向右）O 4B大小： ? ?作力的多边形如图 1-8所示，选取力比例尺 P=10N/mm。11图 1-8由图 1-8得：F R34 =EAN=451.610N=4516NFRO4n =FAN=218.110N=2181N方向：O 4B 向下
13、12因为曲柄 2滑块 3的重量可忽略不计，有 F R34 = F R23= FR32对曲柄 2进行运动静力分析，作组力体图如图 1-9示，图 1-9由图 1-9知，曲柄 2为受力平衡体对 O2点取矩得：F R12= FR32MO2= Mb-FR32 sin28。 l O2 Al=0 即 M=192.7NmMS4FI6 FI4大小 方向hS42 -327.957 -46.231 -8.670 逆时针 0.187单位 4N Nm mMy项目位置P FR16 F R54=F R45 FR34 = F R23大小 方向2 9000 1049.048 9331.281 4516.086 192.717 顺时针单位N N m项目位置13三 飞轮设计安装在轴 O2 上的飞轮转动惯量 JF 的确定用惯性力法确定 JF位置 1 2 3 4 5 6平衡力矩 0 300 480 525 457.5 367.57 8 9 10 11 12 1247.5 10 37.5 56.25 -52.5 -75 0由图可得最大盈亏功【W】=3589 J四 凸轮机构设计设计内容符号 数据 单位凸轮机
