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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
