牛头刨床机械原理课程设计

  机械原理课程设计 说 明 书 设计题目      牛头刨床导杆机构的动态静力 分析及凸轮机构的设计 系    别               机械工程系        专业班级               数控            学生姓名                       学    号              200900104078      指导教师                                   2011  年 6 月  11  日 目录： 1、 程设计任务书  …………………………………………………1    (1)工作原理及工艺动作过程 …………………………1 （2）原始数据及设计要求 ………………………………………2 2、  设计说明书 ………………………………………………………3 （1）画机构的运动简图 …………………………………………3 （2）对位置3点进行速度分析和加速度分析 …………………3 （3）对位置8点进行速度分析和加速度分析 …………………5 （4）对位置3点进行动态静力分析 ……………………………6 （5）刨头C点的运动线图 ………………………………………7 （6）凸轮的设计及从动件运动线图 ……………………………8 3、  总结和心得 ………………………………………………………10 4、  附件和参考文献 …………………………………………………11 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，而空回行程中则没有切削阻力。切削阻力如图(b）所示。 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 Ⅲ 72 430 110 810 0.36 180 40 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   1．画机构的运动简图 1、根据方案Ⅲ提供的数据, 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8′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,分别作出第Ⅲ方案的第3位置和第8位置滑块C所处的位置。 2. 对位置3点进行速度分析和加速度分析 （a)速度分析   取速度比例尺=0.01 对A点：   =      +    方向：           // 大小：   √      ？        ？         画速度矢量图,求得: == == V= V== 对于C点：   =        +    方向：  //导轨            大小：    ？        √          ？       作速度矢量图, 求得:      == (b)加速度分析  选取加速度比例尺为= 对于A点： =    +    =    +    +  方向：  A→        A→        //  大小：    √        ？        √        √        ? 已知:  ==    =2= ==  作加速度矢量图,求得： ==, ==  对于C点：    =    +    +  方向：//导轨   B→  C→B  大小： ？      √      √      ？    已知:    == ,=， 作加速度矢量图,求得：  ==                   3．对位置8点进行速度分析和加速度分析 （a)速度分析   位置8和位置8′重合 取速度比例尺=           =0.829m/s    = 0 = 0    (b)加速度分析  选取加速度比例尺为= 对于A点： =    =    +  方向：        A→    //  大小：    ？      √        ? 已知=    作加速度矢量图，求得： == ==  对于C点 ：      =    +  方向：//导轨  B→    大小： ？      √      ？    已知= 作加速度矢量图，求得：==               4．对位置3点进行动态静力分析 (a)数据要求 P 620N 180mm 40mm 8000N 100mm (b)动态静力分析 以构件6作为研究对象进行动态静力分析，作组力体图   由 =      +        +        +        +    =  0   方向：  ∥BC  ⊥导轨  ∥导轨  ⊥导轨  ∥导轨     大小：    ？    √      √        ？      √  已知G6=620N，FI6= m= 780.2N，= 8000 N 作力矢量图，求得： F56=8768 N，FI6=486.2 N 由=  · +  · －  · =  0 求得：=924.157mm 以构件3和4作为研究对象进行运动静力分析，作出杆组力体图 =   +    +      =  0   由三力交汇定理，作力矢量图，求得： 已知：  F34=14317.2 N，F14=5781N 以构件1作为研究对象，作出曲柄的扭矩示图 =  M －  =  0     已知：= 88.5mm，求得：M = 1267 N·m                                           5．刨头的位移，速度和加速度曲线 方案3 C点各个位置的位移、速度、加速度数据统计如下：             位置 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 位移（mm） 0 20 84 164 244 328 392 416 384 290 144 36 速度（m/s） 0 0.67 1.00 1.23 1.22 1.00 0.67 0 -0.93 -1.92 -1.88 -0.95 加速度（m/s²） 11.5 7.1 4．0 1.5 -1.4 -4 -6.7 -12.6 -7.6 8.5 8.3 8.3 根据图表统计的数据在1号图纸上分别作出C点相应的位移、速度、加速度图 。                     6．凸轮机构的设计 （a）设计要求 设计内容 符号 数据 单位 凸轮机构 设计 ψmax 15 ° lO9D 130 mm [α] 42 ° Ф 75 ° ФS 10 ° Ф′   65 ° r0 45 mm lO2O9 150 mm （b）设计原理 凸轮轮廓曲线设计所依据的基本原理是反转法原理。设想给整个凸轮机构加上一个公共角速度-w，使其绕轴心O转动。这是凸轮于推杆之间的相对运动并未改变，但此时凸轮将静止不动，而推杆则一方面随其机架O点以角速度-w绕轴心O转动，一方面又在绕机架O点作匀加速摆动。这样，推杆在这种复合运动中，其滚子中心运动的轨迹即为凸轮的理论轮廓线。以理论轮廓线上一系列点为圆心，以滚子半径r为半径，作一系列的圆，在作此圆族的包络线，即为凸轮的工作廓线。 （c）凸轮从动件的运动线图数据 凸轮转角δ（°） 推程φ 远休φS 回程φ′ 12.5 25 37.5 50 62.5 75 10 10.8 21.6 32.4 43.2 54 65 摆角（°） 0.4 1.7 3.7 13. 3 14.6 15 0 14.5 12.8 5.0 2.2 0.5 0 角速度（rad/s） 1.0 1.4 3.0 1.4 1.0 0 0 1.1 2.2 3.3 2.2 1.1 0 角加速度(ras/s²) 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 （d）设计过程 如A3图所示：选取比例尺，作图μl=1mm/mm。 1、取任意一点O2为圆心，以 作基圆，再以O2为圆心，以为半径作转轴圆，在转轴圆上O2左上方任取一点O9。    2、以O9为圆心，以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，再逆时针方向旋转画的圆弧，再把圆弧按0、1、4、9、4、1、0分成6份；分别连接和圆弧上的这些点，则得到摆杆的各个位置角度；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，这三个阶段。再以对推程段等分、对回程段等分，并用1-13数字进行标记，得到了转轴圆上的一系列的点，这些点即为摆杆在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。在外轮廓上取一系列的点，以为滚子半径作一系列的圆，再作此圆族的包络线，即为凸轮的实际轮廓。 3、凸轮曲线上最小曲率半径的确定： 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（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；在圆A两边分别以B、C为圆心，以同样的半径r画圆，三个小圆分别交于E、F、H、M四个点处，如图所示；过E、F两点作直线，再过H、M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。 三、总结   通过对牛头刨床的运动分析与设计，根据机构运动特性和传力特性,现对牛头刨床作出如下评价：     1、行程大小，即主动件位于两侧极限为止时，刨刀行程H在所须的长度（约在350mm左右），刨刀每刨削一刀后返回时，工作台做横向进给，每次横向进给量相同； 2、运动特性，刨刀匀速前进，快速返回，以减少非工段时间，有急回特性；这样可以提高生产率。 3、整体运动空间的大小，即尺寸的范围大约在1200mm左右，宽900mm左右。 五、心得 通过这次课程设计，我对机械运动学的分析和设计有了更深入的了解，也掌握了凸轮设计的反转法原理。我不仅查阅资料学会了很多的知识，而且在计算一些数据的时候变得更加仔细、认真。在此期间，我认真听老师的讲解，通过同学之间相互学习、合作，我不断地完善自己的知识，改正错误，力求把这次设计做的更加完美。 四、参考文献 1. 机械原理/孙恒，陈作模主编――第七版 2. 工程力学/北京科技大学、东北大学编――第四版 六、附件 1、 导杆机构设计图纸一张 2、 凸轮机构设计图纸一张