机械原理课程设计牛头刨床设计01).doc

机械原理课程设计
计算说明书

设计题目：牛头刨床设计

前言
通过老师对牛头刨床的讲解，对牛头刨床各个构建的功能有了新一步的认识；目的是绘制出机械运动简图，选取方案二，通过数据绘制出第12和6’点位置机构运动简图，使得整个运动得以更客观的呈现在我们面前，对以后的设计有一个更好的概念；绘制运动线图，使得运动的数据更直观的表现出来，对整个运动周期的变化有更好的了解；对第12、6’点的速度、加速度分析，并且列出方程和画出速度多边形、加速度多边形，进而得出所要机构的运动随时间的变化；对12，6’两个位置的受力分析、画出力多边形，算出力矩（），然后全班汇总；通过所给数据设计出凸轮，并且画出凸轮轮廓线；最后是飞轮转动惯量的计算。

目 录
一、 设计（计算）说明书…………………………………………3
1.画机构的运动简图 …………………………………………… 4
2.绘画机构运动线图………………………………………………4
3.机构运动分析……………………………………………………4
(1)对位置12点进行速度分析和加速度分析…………………4
(2)对位置6’点进行速度分析和加速度分析…………………5
4.机构运动静力分析………………………………………………7
(1)对位置12点进行运动静力分析……………………………7
(2)对位置6’点进行运动静力分析……………………………8
5. 画平衡力矩图（Me-ψ），力矩作功图(Ae-ψ），盈亏功图（△Ae- ψ)(此项画在一张A2号图纸上）
二、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计……………………………9
1.已知条件、要求及设计数据………………………………………9
2.设计过程……………………………………………………………9
三、心得体会…………………………………………………………11
四、参考文献……………………………………………………………11
一、设计说明书(详情见牛头刨床A1号图纸)
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6’和20’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，7’和18’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余1、2、3…24等，是由位置1起，顺ω1方向将曲柄圆作24等分的位置（具体图像见任务书或牛头刨床A1号图纸）。
2.绘画机构运动线图
分别为S6-t(s),V6-t(s),a6-(s),三个图，其中根据图上上比例μs=0.002m/mm,ut=0.00416s/mm ,ks=20mm ,kv=20mm而由公式V=ds/dt ,S=μs*y ,t=μt*x ,结合三者可得V=μs*tan＆/μt=μs*(ks*tan＆)/(ks*μt)综上得μv=μs/(ks*μt)=0.024m/mm.s,同理μa=μv/(kv*μt)=0.29m/mm.s2.（具体的图形见牛头刨床A1号图纸。
3.机构运动分析
（1）曲柄位置“12”和“6’”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“12”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W1lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω1一致。
W1=2πn1/60 rad/s=6.28rad/s
υA3=υA2=ω1·lO2A=0.6908m/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=　υA2+　　υA4A2
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B
字母 PA4 PA2 A2A4
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置速度分析）

取6构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC　=　　　υB　+　　　υCB
大小 ? 　　√ 　　?
方向 ∥XX(向右) ⊥O4B 　⊥BC
P线段 PC PB BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置速度分析）

Pb=P a4·O4B/ O4A=106mm→vb=1.06m/s
则由图知， υC= 1.08m/s
加速度分析：
取曲柄位置“12”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ω12lO2A,方向由A指向O2。
W1=6.28rad/s, ==ω12·lO2A=4.3 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=　 aA2n + 　aA4A2K + aA4A2r
大小: ? ω42lO4A 　? 　√ 　2ω4υA4 A2 ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）
P’线段 PA4’’ A4’’A4’ PA2 A2A4 A4A4’
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm, ω4=vA4/lO4A=2.75rad/s
a A4n =ω42lO4A=1.84m/s2 aA4A2K=2ω4υA4 A2=0.88m/s2
作加速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置加速度分析）

则由图知, 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
P’线段 P’C P’B BB’ B’C
由其加速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置加速度分析）
,有
ac = 0.4m/s2

（2）曲柄位置“6’点”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“6’”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“12”。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=　υA2+　　υA4A2
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B
P线段 PA4 PA2 A2A4
取速度极点P’，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置速度分析）

Pb=P a4·O4B/ O4A=0mm→vb=0m/s

则由图，取6构件为研究对象，列速度矢量方程，得
υC = 　υB+　　υCB
大小 ? √ 　?
方向∥导轨(向右) ⊥O4B ⊥BC
P线段 PC PB BC
其速度多边形如图1-4所示，有
υC=PC·μv=0m/s

取曲柄位置“6’”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 A2n + a A4A2k + a A4A2γ
大小 ? 　ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A2 ?
方向 ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）
P线段 P’A4’ A4’A4γ P’A2 A2A4 A4A4γ
取加速度极点为p’,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形图（具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置加速度分析）

则由图得 =ω42lO4A=0m/s2
aA4A2K=2ω4υA4 A2=0 m/s2
aA2n=4.34 m/s2

用加速度影象法求得
a B = a A4 ×lO4B/lO4A=9.5m/s2
取6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
P’线段 P’C P’B BB’ B’C
其加速度多边形如图（具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置加速度分析）
有
aC = pC·μa =5.95m/s2

4.机构运动静力分析
(1)取“12”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作5-6杆组示力图（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置运动静力分析中的5-6杆组力学模型示力图及机构力多边形图）µN=100N/mm已知G6=700N，又ac=0.4m/s2,可以计算Ｐi6=（G6/g）×ac =28.57N 又ΣF=Fr+G6+Pi6+N45+N16=0，作为多边形（具体图形见A1号图纸的12点位置运动静力分析中的5-6杆组力学模型示力图及机构力多边形图）

由图力多边形可得： N45=7300N
分离3-4杆组构件进行运动静力分析，
由MO4(F)=0即N45*h45-Pi4*hi4-N23*H23+G4*hG- Mi4=0
hi4=Mi4/Pi4 Mi4=Js4*＆=Ji4* a A4τ/lO4A
Ｐi4=（G4/g）×a4 =1.122N

代入数据， 得N23=8084.44N
具体受力分析图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置运动静力分析中的3-4杆
对曲柄2进行运动静力分析，则Mb14=N32*h=856.95N/m
具体受力分析图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置运动静力分析中的1-2杆

(2)再取6’点为研究对象，同理分别分离5-6,3-4,1-2杆组，分别作出力学模型示力图及机构力多边形图(具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置运动静力分析中各杆组力学模型示力图及机构力多边形图)其中µN=14N/mm
最后可得N23=1792.16N
Mb20=N32*h=0 N·m。

5. 画平衡力矩图（Me-ψ），力矩作功图(Ae-ψ），盈亏功图（△Ae-ψ)(此项画在一张A2号图纸上）
二、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见牛头刨床A2图纸）
1.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〕；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：设计过程选取比例尺，作图μl=1mm/mm。
（1）.选定凸轮转动中心O2，选择图示比例后根据A2图纸上图解法确定的基圆半径r02=41mm做基圆。
（2）.以O2为圆心，中心距d为半径作从动件回转中心的轨迹圆（运用反转法后从动件的转动中心O9将绕点O¬2反转）在回程过程中（由ψ－Φ曲线得）ψ（ °） Φ（ °）
（3）.在轨迹圆上逆时针方向依次标出推程运动角，远休止角，回程运动角及近休止角。其中推程角和回程角均按每份12.5度等分。
（4）.以起点A和各等分点A1,A2 ,A3…...为圆心，lO9D为半径，做圆弧，分别与基圆交一点B1B2B3……..
（5）分别以A1B1,A2B2 ,A3B3……为基准量取角度位移，使∠B1A1A1` ∠B2A2A2`  ∠ B3A3A3`……分别与其对应的摆角相等。得到A1`A2`A3`…
（6）.光滑连接A,A1` ,A2` .A3`….即得所求凸轮轮廓曲线。（具体图形见相对应的牛头刨床A2图纸）
JF=169.68kg·m2
三、心得体会
为期两周的课程设计结束了，在这次实践的过程中学我到了一些除技能以外的其他东西，深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的看法与感悟。通过这次课程设计我发现了自身存在的不足之处。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣。我想这将对我以后的学习产生积极地影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性。了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力。
最后，感谢学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学生有了一个共同学习，增长见识，开拓视野的机会。更加感谢xxx老师、xxx老师对我们无私的指导和感谢黄源焘同学、xxx同学对我的帮助，我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续努力学习，为能力的不断提高而奋斗。
四、参考文献
1、高中庸，孙学强，汪建晓/机械原理----第一版
2、理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版
3、罗洪田/机械原理课程设计指导书
4. 吴宗泽，罗圣国/机械设计课程设计手册---第三版
六、附件
1、设计图纸共3张（A1图纸一张，A2图纸两张）

二O一三年三月七日