牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析

青岛理工大学琴岛学院课程设计说明书课题名称：机械原理课程设计学院：机电工程系专业班级：机械设计制造及其自动化081学 号：20080201019学生：刘浩然指导老师：胡之杨青岛理工大学琴岛学院教务处2010年12月23日机械原理课程设计评阅书题目牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析学生姓名刘浩然学号 20080201019指导教师评语及成绩指导教师签名：年 月 日答辩评语及成绩答辩教师签名：年 月 日教研室意见总成绩：室主任签名：年 月 日目录1摘要21概述22任务：22 运动分析:41. 工作原理及工艺动作过程42导杆机构的运动分析速度分析5速度分析5加速度分析63导杆机构的动态静力分析83.183.2分离3,4构件进行运动静力分析，84总 结105方案比较116参考文献131摘要1概述机械原理课程是高等学校机械类近机类专业本、专科学生较全面地运用已学过的知 识，特别是机械原理部分已学过的知识的知识第一次较全面地对一项工程实际的应用问 题从任务分析、调查研究、方案比较、方案确定、绘制出机构运动简图、进行机械运动 和动力学分析与设计的基本训练，是该课程的一个重要实践环节。其目的在于运用已学 过的知识培养学生创新能力，用创新思想确定出解决工程实际问题的方案及其有关尺 寸，并学会将方案绘制出机构运动简图的能力。培养学生对确定的机构运动简图进行机 构运动分析及动力分析，学会按任务进行调研、实验、查阅技术资料、设计计算、制图 等基本技能。在此基础上初步掌握计算机程序的编制，并能用计算机解决工程技术问题。 学会运用团队精神，集体解决技术难点的能力。2任务：1. 按设计任务书要求调研、比较设计的可能方案，比较方案的优劣，最终确定所选最优设计方案；2. 确定杆件尺寸；3. 绘制机构运动简图；4. 对机械行运动分析，求出相关点或相关构件的参数，如点的位移、速度、加速度； 构件的角位移、角速度、角加速度。列表，并绘制相应的机构运动线图如位移与原 动件角曲线；速度与原动转角曲线；加速度与原动件转角曲线；5. 根据给定机器的工作要求，在此基础上设计飞轮；6. 根据方案对各机构进行运动设计，如对连杆机构按行程速比系数进行设计；对凸轮 机构按从动件运动规律设计凸轮轮廓曲线；对齿轮机构按传动比要求设计齿轮减速 机构，确定齿轮传动类型，传动比并进行齿轮几何尺寸计算，绘制齿轮啮合图。按 间歇运动要求设计间歇运动机等等；7. 要求学生根据设计任务，绘制必要的图纸；8. 编制设计计算程序及相应曲线、图形；编写设计说明书。9. 机械原理课程设计的方法，大致可分为图解法和解析法两种，图解法的几何概念气 清晰、直观，但需逐个位置分别分析设计计算精度较低；解析法精度高，且可对各 个位置进行迅速分析计算，但需要有效方便的计算软件。随着计算机呃普及，计算 绘图软件增多，图解法除了用人工绘图分析设计，还出现了利用计算机进行图解设 计分析计算，他的精度也可随之提高，同时又保持了形象，直观的优点，因此此法 也不失是一种值得提倡的方法。2运动分析：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。设计内容导杆机构的运动分析符号n2LO2O4LO2 ALO4 BL BCLO44xS 6xS 6单位r/minmm方案I603801105400.25 LO4 B0.5 LO4B24050图（1-1）对5点进行速度分析:2导杆机构的运动分析 速度分析速度分析m /对A点：V =A4方向：BO4大小：？取速度比例尺四广0.01， s/mm匕+ ? O A/ O4BV?x 140mm = 0.7 m/s速度图见图20.6对于C点：VVCB方向:/ XX BC大小:=0.005x 155mm = 0.775 m/sV =旦 x l = 0.005CB 1 bex 36mm = 0.18 m/s速度图见图3加速度分析选取加速度比例尺为旦=0.02对于A点:方向:大小:= anA4+atA4= aA3+akA4 A3+ a rA4A 3A 一 O1 O BA 一 O1 OB/ OB44244V?VV?aA4由于a广；1O2L 4.34263aK =2 w*3V = 1.716A4A3a = w 2 l a = 1.10%2已知，由加速度图知：气4 =已l = 0.16 m ，na S 2=V /1 =0.55CB BCarA4A3rs。=旦 l =3.16%2加速度图见图4对于C点a +an+ at方向：/XXB-气 C-B 1BC大小：？”？由 an = w2 x l =0.152911 m/ S 2aB = aA x 播=4.4090669 已知，4O4 A根据根据加速度图可得:，a=c加速度图见图53导杆机构的动态静力分析3.1对位置5点进行动态静力分析取“5”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析已知G=700N，又a =a =0.22m/s2，那么我们可以计算 6c c5FI6= G6/gXa = (700/9.8X2.9)=207.14 N设FR45与水平导轨的夹角为a,可测得a的大小为21由 F = F - F cosa 一 Fp = 0 , F = F + F sin a 一 G = 0 可计，X16R 45YR 6R 456Fr45 = 7445NFr6 = -1965.3分离3,4构件进行运动静力分析，3.2分离3,4构件进行运动静力分析，已知：Fr54=Fr45=7445N, G4=200N由此可得：Fi4= -G4/g X a4 = 15.76NM44 =-Js4 xa4 =-1.1 x2.86 = 3.14N/m根据 M = G x h + F x h + F x h + M - F x h = 0 ,O 441142R54314R 234其中h , h , h , h分别为G , F , F , F作用于O的距离(其大小可以测 1234414R 54R 234得)，可以求得：Fr 23 二8955N。由力矢量图图6知：强=4700 N曲柄2进行运动静力分析，作组力体图Fr32作用于O2的距离为h，其大小为0.11m所以曲柄上的平衡力矩为：M = F32 乂 h = 985.05N/m，方向为逆时针。4总结经过为期5天的课程设计，我有了很多收获。首先，我在这次课程设计中，进一步 巩固了所学的机械原理知识，对运动分析和受力分析有了进一步的了解，通过这一次 的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自 己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。对平面连杆机构有了 更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程中， 与同学激烈讨论，团结合作，最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这 次经历难以忘怀。其次通过这次课程设计，对牛头刨床的工作原理及内部各传动机构及机构选型、运 动方案的确定以及对导杆机构运动分析有了初步详细精确的了解，这都将为我以后参加 工作实践有了很大的帮助。非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。还有，我们在这次课程设计中，用到了电脑知识，对于对于使用电脑绘制工程图有 了初步的了解，对于以后的电脑绘图和文件编辑有了基本的认识。我在这次设计中感到了合作的力量，增强了自己的团队精神。这将使我受益终生。5方案比较选择重要评价指标，将备选方案性能数据填入附表1,利用附表2所列评价指标计算公 式将计算结果填入附表3。在附表3中以方案1为基准方案，（ACR）jk为比较评定因素， 其值为各方案的（AF）jk之比（最小的为最佳方案）。附表1：机构性能比较表指标数据项目方案1方案2方案3备注功能质量v(m / s)0.7750.8051.24工作段刨头最大速度v (m / s )0.4840.60.96工作段刨头平均速度am / s2)6.0964.812.72工作段刨头最大加速 度6 max29.42.90.33工作段刨头加速度最大变化率Fg 3)1208.741726.5804.73工作段刨头的最大惯性力F12max 3)10250.5711465013005.6机架对曲柄的最大反 力F14max ()175271320013052.62机架对导杆的最大反 力将。）0 /140 /40/2.26最小传动角构件3、4/构件5、6Mb(N - m)98511001430.6最大平衡力矩经济适用性能最大运动轮廓尺寸（mm x mm）540X312580X301418X181长x宽机构复杂程度6X76x76X7构件数x运动副数附表2：机构评价指标序号指标类型指标名称指标值F L1运动性能工作段刨头接近等速运动的程度6max6 m2工作段刨头加速度曲线平均斜率y 甲+ y 甲6max1 6min2-中+P 123动力性能刨头最大惯性力F16max4两组最小传动角平均值的倒数27+73、4min5、6min5最大机架反力F12max6最大平衡力矩Mbmax7经济适用性最大运动轮廓尺寸长X宽8机构复杂程度构件数X运动副数附表2中部分符号含义如下：6max、6min :切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；中1、2 :分别与七max和Kmm相对应的曲柄转角；7 3、4min :一级四杆机构的最小传动角；75、6min ：二级四杆机构最小传动角附表3： f L与&RL计算值表以方案1为基准方案，扁火为比较评定因素，其值为各方案的F）诉之比（最小的 为最佳方案）。序号（同附表2）方案1方案2方案3（AF ）jk（ACR ）jk（AF ）jk（ACR ）jk（AF ）jk（ACR ）jk11.612.241.41.81.12529.0511.740.1920.320.10353120081726.50.065804.730.6748.3128.653.45150.736.112510250.5711146501.42913065.61.2746985111001.1171430.61.4527540X3121580X3011.036418X1810.43384214214216参考文献1 机械工程手册编辑委员会编.机械设计手册【M】.第3版.北京：机械工业出版社,20082 作者.机械设计手册【M】.第3版.北京：机械工业出版社，2008. P56-P783 作者.论文名称【J】.期刊名称，年度，卷（期）：起止页码