2023年机械原理课程设计计算说明书牛头刨床设计.doc

机械原理课程设计计算说明书牛头刨床设计 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： 院〔系〕：机械工程系 班级：机自班 姓名： 学号： 指导教师： 时间：5月30日至6月12日 共两周 2023年X月X日 目录： 1、 课程设计任务书…………………………………………………2 (1)工作原理及工艺动作过程…………………………… 2 (2)原始数据及设计要求………………………………………… 3 2、 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 ①对位置11点进行速度分析和加速度分析……………………6 ②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………………………………11 3、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计……………………………12 4、参考文献 ………………………………………………………… 16 5、心得体会…………………………………………………………16 6、附件…………………………………………………………………17 一、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，而空回行程中那么没有切削阻力。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II 64 350 90 580 0.3 0.5 200 50 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12等分的位置〔如以下列图〕。 取第Ⅱ方案的第11位置和第7’位置〔如以下列图〕。 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W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。 ω2=2πn2/60 rad/s=6.702rad/s υA3=υA2=ω2·lO2A=6.702×0.09m/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 　υA4=　υA3+　　υA4A3 大小 √ 方向 ⊥O4B ⊥O2A ∥O4B 取速度极点P，速度比例尺µv=0.02(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2 图1-2 取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 υC　=　　　υB　+　　　υCB 大小 √ 方向 ∥XX(向右) ⊥O4B 　⊥BC 取速度极点P，速度比例尺μv=0.02(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。 Pb=P a4·O4B/ O4A=68.2 mm 那么由图1-2知， υC=PC·μv=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=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。 ω2=6.702rad/s, ==ω22·lO2A=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： 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=0.041 m/s2 aA4A3K=2ω4υA4 A3=0.417 m/s2 aA3n=4.043 m/s2 作加速度多边形如图1-3所示 图１—3 那么由图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1─3所示,有 ac =p c·μa =3.925m/s2 〔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 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1-4。 图１—4 Pb=P a4·O4B/ O4A=39.3 mm 那么由图1-4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=3.75m/s 取曲柄位置“7’〞进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3〞.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,作加速度多边形图1-5 图1-5 那么由图1─5知， =ω42lO4A=0.176 m/s2 aA4A3K=2ω4υA4 A3=0.718 m/s2 aA3n=4.043 m/s2 用加速度影象法求得 a B = a A4 ×lO4B/lO4A=4.35m/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1─5所示，有 aC = pC·μa = 4.3m/s2 ３、机构动态静力分析 取“7’〞点为研究对象，别离5、6构件进行运动静力分析，作,组示力体如图1─6所示。 图1—6 G6=800N，又ac= 4.3m/s2,可以计算 Ｐi6=- 〔G6/g〕×ac =-〔800/9.8〕×4.3=-351N 又ΣF=P+G6+Pi6+N45+N16=0，作为多边行如图1-7所示，µN=80N/mm。 图1-7 由图1-7力多边形可得：N45,N16 别离2，3构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-8所示，在图中，由三力汇交定理得： 图1-8 代入数据， 得N23=12720N 作力的多边形如图1-9所示，µN=80N/mm。 图1-9 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〕条件、要求及设计数据 1、：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：确定凸轮机构的根本尺寸，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 135 mm [α] 38 °Ф 70 °ФS 10 °Ф’ 70 ° 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确实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，如以下列图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，那么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〕 凸轮滚子半径确实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，那么应用公式：；‚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