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1、2011年6月12日机械原理课程设计计算说明书设计题目:牛头刨床设计学校: xxxxxx院(系):机械工程系班级: xxxxx班姓名: xxx学号: xxxxxxxxxxxxxx共商周指导教师: xx xxx时间:5月30日至6月12日目录:1、 课程设计任务书工作原理及工艺动作过程2(2)原始数据及设计要求 32、 设计(计算)说明书 3(1)画机构的运动简图 3(2)机构运动分析 6对位置11点进行速度分析和加速度分析6对位置7点进行速度分析和加速度分析 8(3)对位置7点进行动态静力分析 113、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计 124、参考文献 165、心得体会166、附件 171一、
2、课程设计任务书1 .工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。刨床工作时,如图(1-1)所示,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;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。刨头在工作行程中,受到很大的切削阻力,图(1-1)Frf0.05H0.05HH(b)2.原始数据及设计要求设计内容导杆机构的运动分析符号n2LO2O4LO2ALO4BLBCLO4S44xS6yS6单位r/minmm方案II64350905800.3 LO
3、4B0.5 LO4B20050已知 曲柄每分钟转数s,各构件尺寸及重心位置,且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。要求 作机构的运动简图,并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。二、设计说明书(详情见A1图纸)1 .画机构的运动简图1、以O4为原点定出坐标系,根据尺寸分别定出 。点,B点,C点确定机构运动时的左右极限位置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,1和7 为切削起点和终点所对应的曲柄位置,其余2、3- 12等, 是由位置1起,顺3 2方向将曲柄圆作12等分的位置(如 下图)。xh/
4、2取第II方案的第11位置和第7位置(如下图)2、机构运动分析(1)曲柄位置“11”速度分析,加速度分析(列矢量方程,画速度图,加速度图)取曲柄位置“11”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连, 故Va2=Va3,其大小等于 W21O2A,方向垂直于O2 A线,指向与 他一致。m=2 兀 2/60 rad/s=6.702rad/s53= “2= 32 102A=6.702O09m/S=0.603m/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1A4=53+54A3大小 ?,?方向 04B 02A/O4B取速度极点巳速度比例尺内=0.02(m/s)/mm,作速度
5、多边形如图1-2图1-2取5构件作为研究对象,列速度矢量方程,得UC =电 +B大小 ?,?方向 /XX(向右)104Bbc取速度极点巳速度比例尺内=0.02(m/s)/mm,作速度多边行如图1-2Pb=P a O4B/ 04A=68.2 mm贝U由图1-2知,9=PC%=0.68m/s加速度分析:取曲柄位置“11”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相 连,故a:2二a;3淇大小等于21o2a,方向由A指向02。屹=6.702rad/s, aA3 = aA2 = 2 102A=6.7022 0.09 m/S2=4.042m/s2取3、4构件重合点A为研究对象,列加速度矢量方程得:aA
6、4 = aA4 +aA4 =aA3大小:?342104A?V方向: ? B7A104BKO取加速度极点为P,加速度比例尺 aA4 = a2104A=0.041 m/S2aA4A3K=2aA3 n=4.043 m/s2作加速度多边形如图1-3所示+aA4A3+aA4A32 GC4 54 A3?2,04B (向右)/O4B (沿导路)%=0.05 (m/s2) /mm,m iA4 A3 =0.417 m/s图13则由图1-3知,取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac=aB+a3B + a cb大小 ?方向/导轨 V CB XBC由其加速度多边形如图13所示,有ac=pc at=3.925m/
7、s(2)曲柄位置“ 7 ”速度分析,加速度分析(列矢量方程,画速度图,加速度图)取曲柄位置“ 7 ”进行速度分析,其分析过程同曲柄位置“11 ”。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54 一A33+UA4A3大小方向XO4B102A / O4B取速度极点巳速度比例尺内=0.01(m/s)/mm,作速度多边形如图1-4。Pb=P a O4B/ 04A=39.3 mm则由图1-4知,取5构件为研究对象,列速度矢量方程,得LC5CB5+LC5B5大小 方向/导轨(向右)O4B bc其速度多边形如图1-4所示,有lc=PC - w=3.75m/s取曲柄位置“7 ”进行加速度分析,分析
8、过程同曲柄位置“ 3” .取曲柄,得构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程aA4=a A4n +a A4 =a A3n +a A4A3 k +Ya A4A3大小 ?方向? B-A,QB A -Q ,QB(向右)/O4B (沿导路)取加速度极点为P/ ,加速度比例尺 %=0.05 (m/s2) /mm,作加速度多边形图1-5贝(J 由图 1 5 知,aA4 = o)421 04A=0.176 m/saA4A3 K =2 gj4 1A4 A3=0.718 m/sOa3 n=4.043 m/s2用加速度影象法求得a b = a A4 抬4b/Io4A=4.35m/s2取5构件的研究对象
9、,列加速度矢量方程,得ac = Ob+acBn+acB大小 ? V V?方向/导轨 V C f BBC其加速度多边形如图15所不,有2ac = pc - a k 4.3m/s3、机构动态静力分析取“7点为研究对象,分离5、6构件进行运动静力分析,作,组示 力体如图16所示。图16已知G6=800N,又ac= 4.3m/s2,可以计算Pi6=- (G6/g) X0c =- (800/9.8) 4.3=-351N又2F=P+G+Pi6+N45+Ni6=0,作为多边行如图1-7所示,川=80N/mm图1-7由图1-7力多边形可得:N45N16分离2, 3构件进行运动静力分析,杆组力体图如图1-8所示
10、,在图中,由三力汇交定理得:代入数据,得N23=12720N作力的多边形如图1-9所示,小=80N/mm。对曲柄2进行运动静力分析,作曲柄平衡力矩如图 1-10所示,图 1-10三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计(详情见 A3图纸)(一)已知条件、要求及设计数据1、已知:摆杆9为等加速等减速运动规律,具推程运动角 ,远休止角 s,回程运动角,如图8所示,摆杆长度I09D,最大摆角6max,许用压力 角(见下表);凸轮与曲柄共轴。2、要求:确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径rT,画出凸轮实际廓线。3、设计数据:设计内容符号数据单位凸轮机构 设计巾max150lOqD135mma380700S
11、100,700r045mmlO2O9150mm(二)设计过程选取比例尺,作图pi=1mm/mm1、取任意一点。2为圆心,以作r0=45mmS圆;2、再以。2为圆心,以1O2O9/ pl=150mm半径作转轴圆;3、在转轴圆上。2右下方任取一点。9;4、以O9为圆心,以loqD/用=130mnfe半径画弧与基圆交于 D点。O9D即 为摆动从动件推程起始位置,再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出 推程、远休、回程、近休,这四个阶段。再以 116对推程段等分、11.6 对回程段等分(对应的角位移如下表所示),并用A进行标记,于是得到 了转轴圆山的一系列的点,这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点,
12、然后以各个位置为起始位置,把摆杆的相应位置中画出来,这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置,再用光滑曲 线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。5、凸轮曲线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择(1)用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径 Pmin:先用目测法估计 凸轮理论廓线上的Pmin的大致位置(可记为 A点);以A点位圆心,任选 较小的半径r作圆交于廓线上的B、C点;分别以B、C为圆心,以同样的半径r画圆,三个小圆分别交于 D、E、F、G四个点处,如下图9所示; 过D、E两点作直线,再过F、G两点作直线,两直线交于 。点,则。点 近似为凸轮廓线上A点的曲率中心,曲率半径Pm. -OA
13、;此次设计中,凸 轮理论廓线的最小曲率半径Pm.之。I0(2)凸轮滚子半径的选择(丁)凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑:几何因素一一应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于15mm。对于凸轮的凸曲线处P = Pc -t ,对于凸轮的凹轮廓线P=Pc+rt (这种情况可以不用考虑,因为它不会发生 失真现象);这次设计的轮廓曲线上,最小的理论曲率半径所在之处恰为凸 轮上的凸曲线,则应用公式:P= Pmin -T 5= K Pmin -5 = 22mm;力学因 素一一滚子的尺寸还受到其强度、结构的限制,不能做的太小,通常取 t =(0.1-0.5)ro及4.5t 22.5mm o综合这两方面的考虑,选择滚子半径为T=15mm。得到凸轮实际廓线,如图10所示图10四、参考文献1、机械原理/孙恒,陈作模,葛文杰主编一一六版一一北京 2006.52、理论力学I /哈尔滨工业大学理论力学研究室编一一六版一一北京2002.83、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编一一北京1986.10五、心得体会通过本次课程设计,加深了我对机械原理这门课程的理解,同时我也对 机械运动学和动力学的分析与设计有了一