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《機(jī)械原理》課程設(shè)計報告

題目：牛頭刨床設(shè)計專業(yè)：機(jī)械工程及自動化班級：10機(jī)械3學(xué)號：10130107姓名：梁貴龍指導(dǎo)教師：趙濤

天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院

自動化工程系2023年6月20日

目錄

工作原理2一.設(shè)計任務(wù)3二.設(shè)計數(shù)據(jù)3三.設(shè)計要求3四.設(shè)計方案選定4五.機(jī)構(gòu)的運動分析5六.機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析10七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖11八.總結(jié)11九.

工作原理

牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖a）所示。電動機(jī)經(jīng)過皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2－3－4－5－6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回運動的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機(jī)構(gòu)1－9－10－11與棘輪帶動螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進(jìn)給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作過程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距離，見圖b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速轉(zhuǎn)動，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減少電動機(jī)容量。

(a)

(b)

課程設(shè)計二牛頭刨床刨刀的往復(fù)運動機(jī)構(gòu)

一.設(shè)計任務(wù)

1、運動方案設(shè)計。

2、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動尺寸。3、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析。4、對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析。

5、匯總數(shù)據(jù)畫出刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。

二.設(shè)計數(shù)據(jù)

本組選擇第Ⅲ組數(shù)據(jù)

表1

三.設(shè)計要求

要求：按表1-2所分派確定1～2個位置的各運動副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。以上內(nèi)容作在運動分析的同一張圖紙上（見圖例1）。

表1-2機(jī)構(gòu)位置分派圖

1、運動方案設(shè)計

根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定1～2個其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)），給出機(jī)構(gòu)簡圖并簡單介紹其傳動特點。2、確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動尺寸

根據(jù)表一對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，用圖解法設(shè)計連桿機(jī)構(gòu)的尺寸，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。注意：為使整個過程最大壓力角最小，刨頭導(dǎo)路應(yīng)位于導(dǎo)桿端點B所作圓弧高的平分線上(見圖d)。3、進(jìn)行導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析

根據(jù)表一對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人做曲柄對應(yīng)2個位置的速度和加速度分析，要求用圖解法畫出速度和加速度多邊形，列出矢量方程，求出刨頭6的速度、加速度，將過程詳細(xì)地寫在說明書中。

4、對導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)靜力分析

根據(jù)表二對應(yīng)組的數(shù)據(jù)，每人確定機(jī)構(gòu)對應(yīng)位置的各運動副反力及應(yīng)加于曲柄上的平衡力矩。作圖部分與尺寸設(shè)計及運動分析畫在同一張紙上（2號或3號圖紙）。提醒：假使所給數(shù)據(jù)不便利作圖可稍微改動數(shù)據(jù)，但各組數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)一致，并列出改動值。5、數(shù)據(jù)總匯并繪圖

最終根據(jù)匯總數(shù)據(jù)畫出一份刨頭的位移、速度、加速度線圖以及平衡力矩的變化曲線。

6、完成說明書

每人編寫設(shè)計說明書一份。寫明組號，對應(yīng)曲柄的角度位置。

四.設(shè)計方案選定

如圖2所示，牛頭刨床的主傳動機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的5桿機(jī)構(gòu)。采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動角r始終為90o，且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，可以保證機(jī)構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當(dāng)確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使圖2壓力角盡量小。

五.機(jī)構(gòu)的運動分析

1、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運動分析（見圖例1）

思路：

已知曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點B所作的圓弧高的平分線上。

要求做機(jī)構(gòu)的運動簡圖，并作機(jī)構(gòu)兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動靜力分析一起畫在1號圖紙上。

曲柄位置圖的作法為取1和8為工作行程起點和終點對應(yīng)的曲柄位置，1和為切削起點和終點所對應(yīng)的位置，其余2，3…12等，是由位置1起順2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置。

步驟：

1）設(shè)計導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。按已知條件確定導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的未知參數(shù)。其中滑塊6的導(dǎo)路x-x的位置可根據(jù)連桿5傳力給滑塊6的最有利條件來確定，即x-x應(yīng)位于B點所畫圓弧高的平分線上（見圖例1）。

2）作機(jī)構(gòu)運動簡圖。選取比例尺l按表4－2所分派的兩個曲柄位置作出機(jī)構(gòu)的運動簡圖，其中一個位置用粗線畫出。曲柄位置的做法如圖4－2；取滑塊6在上極限時所對應(yīng)的曲柄位置為起始位置1，按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分，得十二個曲柄位置，顯然位置8對應(yīng)于滑塊6處于下極限的位置。再作出開始切削和中止切削所對應(yīng)的1’和8’兩位置。共計14個機(jī)構(gòu)位置。

3）作速度，加速度多邊形。選取速度比例尺v=0.0168（（a=0.0168

m/s

）和加速度比例尺mm

m/s2mm

），用相對運動圖解法作該兩個位置的速度多邊形和加速度多邊形，

并將起結(jié)果列入表。

4)作滑塊的運動線圖。根據(jù)機(jī)構(gòu)的各個位置，找出滑塊6上C點的各對應(yīng)位置，以位置1為起始點，量取滑塊的相應(yīng)位移，取位移比例尺=0.0109（

m

），作sc（t）mm

線圖。為了能直接從機(jī)構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移。然后根據(jù)sc（t）線圖用圖解微風(fēng)法（弦線法）作出滑塊的速度vc（t）線圖，并將結(jié)果與其相對運動圖解法的結(jié)果比較。5）繪制滑塊的加速度線圖（見圖1）

4點速度分析

1).選取長度比例尺l，作出機(jī)構(gòu)在位置4的運動簡圖。

如一號圖紙所示，選取l=lO2A/O2A=0.001（m/mm)進(jìn)行作圖，lO2A表示構(gòu)件的實際長度，O2A表示構(gòu)件在圖樣上的尺寸。作圖時，必需注意l的大小應(yīng)選得適當(dāng)，以保證對機(jī)構(gòu)運動完整、確鑿、明白的表達(dá)，另外應(yīng)在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關(guān)分析圖形的位置。

2.)求原動件上運動副中心A的vA2和aA

ω2=(2*π*72/60)=1.05rad/s

vA2=ω2lO2A=(2*π*72/60)*65＝0.829m/s

式中vA2——A點速度（m/s）方向丄AO2

aA=ω22lO2A=6.247m/s2

式中aA——A點加速度（m/s2）,方向A→O2

3.)解待求點的速度及其相關(guān)構(gòu)件的角速度

由原動件出發(fā)向遠(yuǎn)離原動件方向依次取各構(gòu)件為分開體，利用絕對運動與牽連運動和相對運動關(guān)系矢量方程式，作圖求解。

（1）列出OB桿A點的速度矢量方程，根據(jù)平面運動的構(gòu)件兩點間速度的關(guān)系

絕對速度=牽連速度+相對速度

先列出構(gòu)件２、４上瞬時重合點Ａ（Ａ2，Ａ4）的方程，未知數(shù)為兩個，其速度方程：

vA2＝ＶA4+vA4A2

方向：丄AO2丄ＡＯ4∥ＡＯ4大?。害?lO2A？？

（２）定出速度比例尺在圖紙中，取p為速度極點，取矢量pa代表vA2,則速度比例尺v（ms1/mm）

v=

vA2pa

=0.0025ms1/mm

pa=325mm

（３）作速度多邊形，求出ω2根據(jù)矢量方程式作出速度多邊形的pb部分，則vA(m/s)

4

為

vA=vpb=0.829m/s

4

vA4A2=vba=0.23m/sω2=vA4/lAO4=1.05rad/s

其轉(zhuǎn)向為順時針方向。

ＶB4=ω4lBO=1.940m/s

4

B點速度為ＶB4，方向與vA同向.

4

（４）列出C點速度矢量方程，作圖求解VC6、VC6B4

VC6=ＶB4+VC6B4

方向：水平丄BＯ4丄BC大?。?？ω4lbO4？通過作圖，確定Ｃ點速度為

VC6B4=vcd=0.21m/sVC6＝vpd=1.940m/s

式中VC6B4——Ｃ5點速度，方向丄BC式中VC6——Ｃ點速度，方向為p→d。４．解待求點的加速度及其相關(guān)構(gòu)件的角加速度

（１）列出A點加速度矢量方程式牽連速度為移動時

絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度

牽連運動為轉(zhuǎn)動時，（由于牽連運動與相對運動相互影響）

絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度＋哥氏加速度

要求B點加速度，得先求出A點加速度

aA=ano2+ao2=anA+aA+ar+ak

方向：？∥AO2丄AO2∥ＡＢ丄ＡＢ∥ＡＢ丄ＡＢ大?。海喀?2lAO20ω

2

4

lAO4？?2ω4vA4A2

(2)定出加速度比例尺在一號圖紙中取p為加速度極點，去矢量pa’代表anA，取加速度比例尺a=0.01（ms/mm）

anA=ω

2

2

4

lAO4=1.5*1.5*537=1.969m/s2

anA

=0.087m/s2/mmp'a'

p'a'=6mm

a=

ano2=ω22lAO2=6.25m/s2a哥=2ω4vA4A2=1.131m/s2

(3)作加速度多邊形，求出aA、aA、aB根據(jù)矢量方程圖的p’a’d’c’b’部分，則

aA=a*a’d’=2.2m/s2aA’=a*b’c’=6.0m/s2

aA=ap’d’=6.247m/s2方向為水平向右下34

α=a

A

/lAO=2.3rad/s

4

2

aB=aAlBO/lAO==6.0m/s2

4

4

anB=ω

2

4

lBO=7.0m/s2

4

(4)列出C點加速度矢量方程，作圖求解ac、anCB、aCB

ac=anCB+aCB+anB+aB

方向：水平∥BC丄BC∥AB丄AB大小：？VC6B42/lBC?ω由上式可得：

lBC=0.36*=325mm

2

4

lBOaAlBO/lAO

4

4

4

a

n

CBn

=VC6B4/lBC=4m/s=ω

A

22

aa

B

B4

2

lBO=7.0m/s

4

2

=alBO/lAO=6.0m/s

4

4

2

aCB=4.0/s2ac=6.1m/s2

11點數(shù)據(jù)匯總

六.機(jī)構(gòu)動態(tài)靜力分析

1、2點靜力分析

在分析動態(tài)靜力的過程中可以分為刨頭，搖桿滑塊，曲柄三個部分。首先說明刨頭的力的分析過程：

對于刨頭可以列出以下力的平衡方程式：

∈F=0P+G6+Fi6+R56+R16=0方向：∥x軸∥y軸與a6反向∥BC∥y軸大?。?000620-m6a6??以作圖法求得:

取g=10m/s,則m6=62kg,

Fi6=-m6a6=62*5.9=365.8N(沿x軸水平向左)

位置2R56=7800N位置2R16=930N(沿y軸向上)

2

七.數(shù)據(jù)總匯并繪圖

選取位移速度加速度比例尺分別為5mm/mm;10mm/s/mm;100mm/s^2/mm,繪制圖形。

八.總結(jié)經(jīng)過緊張而又幸苦的四周的課程設(shè)計終止了，看著自己的設(shè)計，既高興又擔(dān)憂，

高興的是自己的設(shè)計終究終止了，擔(dān)憂的是自己的設(shè)計還有好多的不足。