机械原理课程设计牛头刨床说明书位置11、7’.doc

机械原理课程设计
说明书

设计题目： 牛头刨床设计

目录：
1、 课程设计任务书…………………………………………………
2、 设计（计算）说明书……………………………………………
（1）画机构的运动简图 …………………………………………
（2）机构运动分析…………………………………………………
①对位置18点进行速度分析和加速度分析……………………
②对位置10点进行速度分析和加速度分析……………………
（3）对位置18、10点进行动态静力分析………………………………
3、飞轮设计……………………………………………………………
4、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计……………………………
5、参考文献 …………………………………………………………
6、心得体会…………………………………………………………

一、课程设计任务书
1. 确定与分析设计对象的总体传动方案
2. 绘制两个指定位置的机构运动简图
3. 绘制从动件的运动（位移、速度和加速度）线图
4. 按照指定位置进行机构的运动学和动力学分析与计算
5. 按要求进行调速计算并绘制1～2个典型（零）构件的曲线轮廓
四、本次任务要求在答辩前完成
1. 体现上述第2～第4项设计内容的A1图纸1张
2. 体现上述第5项设计内容的A2图纸2～3张
3. 不少于10页的设计说明书1份

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，而空回行程中则没有切削阻力。切削阻力如图(b）所示。O2
A
O4
x
y
s
6
s
3
X
s
6
C
B
Y
s6

2
3
4
5
6
7
n
2
F
r
Y
Fr
图（1-1）

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
n2

单位
r/min
mm
方案I
60
350
110
540
0.25
0.5
240
50

已知 曲柄每分钟转数n2，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O2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ω2方向将曲柄圆作24等分的位置（如下图）。

取第1方案的第18位置和第10位置（如A1图纸）。

２、机构运动分析
（1）曲柄位置“18”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“18”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W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn1/60 rad/s= 6.28 rad/s
υA3=υA2=ω2·lO2A= 0.69 m/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
　υA4=　υA3+　　υA4A3
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv= 0.01 (m/s)/mm ,作速度多边形如图一

图一
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC　=　　　υB　+　　　υCB
大小 ? 　　√ 　　?
方向 水平 (向右) ⊥O4B 　⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01 (m/s)/mm, 作速度多边行如图一。
Pb=P a4·O4B/ O4A= 47.5 mm
则由图1-2知， υC=PC·μv= 46 m/s
加速度分析：
取曲柄位置“18”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2= 6.28 rad/s, ==ω22·lO2A= 4.34 m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA4 = + 　aA4τ=　 aA3n + 　aA4A3K + aA4A3v
大小: ? ω42lO4A 　? 　√ 　2ω4υA4 A3 ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa= 0.05 （m/s2）/mm,
=ω42lO4A= 0.16 m/s2 aA4A3K=2ω4υA4 A3=0.375 m/s2
aA3n=4.34 m/s2
作加速度多边形如图二所示

图二
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+ 　acBn+ 　a cBτ
大小 ? √ √ ?
方向∥导轨 √ C→B ⊥BC
由其加速度多边形如图二所示,有
ac =p c·μa =4.55 m/s2
（2）曲柄位置“10”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“10”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“18”。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
υA4=　υA3+　　υA4A3
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图三。

图三
Pb=P a4·O4B/ O4A= 65mm
则由图三知，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得
υC5 = 　υB5+　　υC5B5
大小 ? √ 　?
方向∥导轨(向右) ⊥O4B ⊥BC
其速度多边形如图1-4所示，有
υC=PC·μv=0.64 m/s

取曲柄位置“10”进行加速度分析,取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得
aA4= 　a A4n + a A4τ=　　　 a A3n + a A4A3k + a A4A3γ
大小 ? 　ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?
方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向左） ∥O4B（沿导路）取加速度极点为P＇,加速度比例尺μa=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形图四

图四
则由图四知， =ω42lO4A= 0.35m/s2 aA4A3K=2ω4υA4 A3= 0.975m/s2
aA3n=0.35 m/s2
用加速度影象法求得
a B = a A4 ×lO4B/lO4A=1.75 m/s2
取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得
aC = 　aB+ 　aCBn+ 　aCBτ
大小 ? 　√ 　√ 　?
方向 ∥导轨 　√ C→B 　　⊥BC

其加速度多边形如图四所示，有
aC = pC·μa =1.825 m/s2

３、机构动态静力分析
取“10”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作,组示力体如图五所示。

图五
已知G6= 700N，又ac= 1.825m/s2,可以计算
Ｐi6=- （G6/g）×ac = -130.36N
作为多边行如图六所示，µN=100 N/mm。
图六

由图六
力多边形可得： N45,N16
分离3，4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图七所示，在图中对
O4点取矩.如 A1图纸所示；

代入数据， 得N23=7945 N

对曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如A1图纸所示。

取“18”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 所示。

图
已知G6=700N，又ac=4.55m/s2,可以计算
Ｐi6=- （G6/g）×ac = 325N
作为多边行如图 所示，µN= 100N/mm。
图

由图
力多边形可得： N45,N16
分离3，4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图七所示，在图中，O4点取矩.如 A1图纸所示；

代入数据， 得N23= 8282N
对曲柄2进行运动静力分析，作曲柄平衡力矩如A1图纸所示，

三、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见A2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，其推程运动角Φ，远休止角Φs，回程运动角Φ'，如图8所示，摆杆长度lO9D，最大摆角ψmax，许用压力角〔α〕（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

ψmax
15
°
lOqD
125
mm
[α]
40
°
Ф
75
°
ФS
10
°
Ф’
75
°
r0
45
mm
lO2O9
150
mm
（二）设计过程
选取比例尺，作图μl=1mm/mm。
1、取任意一点O2为圆心，以作r0=45mm基圆；
2、再以O2为圆心，以lO2O9/μl=150mm为半径作转轴圆；
3、在转轴圆上O2右下方任取一点O9;
4、以O9为圆心，以lOqD/μl=135mm为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11.6°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，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置
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：先用目测法估计凸轮理论廓线上的的大致位置（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O点，则O点近似为凸轮廓线上A点的曲率中心，曲率半径；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径 。

图9
（2）凸轮滚子半径的选择（rT）
凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑：几何因素——应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 1~5mm。对于凸轮的凸曲线处，
对于凸轮的凹轮廓线（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：；‚力学因素——滚子的尺寸还受到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取及。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为rT=15mm。
得到凸轮实际廓线，如图10所示。

图10

四、参考文献
1、机械原理高中庸主编
2、理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版——北京2002.8
3、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编——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个较完整的概念，培养了我的表达，归纳总结的能力。在设计过程中，我与同学们的交流协作，让我深刻的感受到“团结就是力量”这句话的真实意义。一次实践就有一次收获，我很感谢学校能给我们这些机会体验锻炼自己，让我们将来更有信心在社会立足。最后，衷心的感谢老师在整个设计过程中的帮助与指导，是他们，我们才能圆满的成功结束。