牛头刨床机构设计

目录1.设计题目1.1 课程设计的要求1.2工作原理1.3 设计任务1.4 设计数据2机构基本参数机机构运动简图 3运动分析3.1 速度分析 3.2加速度分析 4. 动态静力分析 4.1 取构件 5、6基本杆组为示力体4.2取构件 3、4基本杆组为示力体4.3取杆件 2为示力体 1设计题目1.1课程设计的要求电动机轴与曲柄轴 2平行，刨刀刀刃 E点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为土 5%。要求导杆机构的最大压力角应为最小值。执行构件的传 动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。1.2工作原理牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。图1为其参考示意图。电动机经过减速传动装置（皮带和齿轮传动）带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复 运动和间歇移动。刨床工作时，刨头6由曲柄2带（a）机械系统示意图（b）刨头阻力曲线图动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力 F为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行 程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动， 以便刨刀继续切削。(c)执行机构运动简图图1牛头刨床1.3设计任务(1) 根据给定的工作原理和设计数据确定机构的运动尺寸， 按照指定位置画出机构运动简图。要求用图解法设计，并将设计 结果和步骤写在设计说明书中。(2) 导杆机构的运动分析。用图解法求出指定位置处刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度，计算过程详 细写在说明书中。(3) 导杆机构的动态静力分析。用图解法求出自己作业要求位 置处的平衡力矩和功率。1.4设计数据题号3导杆 机构 运动 分析转速 n2(r/min)50机架 10204 (mm)430工作行程H(mm)400行程速比系数K1.40连杆与导杆之比IBC / I04B0.36导杆 机构 动态 静力 分析工作阻力Fmax(N)3800导杆质量m4 (kg)22滑块6质量m6 (kg)80导杆4质心转动惯量 Js4 (kg m2)1.22机构基本参数机机构运动简图180180 -得出=30O2A OzOqSi n( /2) =111.3mmO4B (H/2)/sin( /2) 772.7mmBC O1 Lbc / Lo4b231.8mmy O4B (O4B o4Bcos( /2)/2 746.4mm 3运动分析3.1速度分析由运动已知的曲柄 A点开始，列两构建重合点间速度矢量方程，求构 件4上A点的速度VA4，因为型=2 n n60 rad/s=5.24rad/sU3= U2=32 lo2A=5.240111m/s=0.582 m/s (丄 O2A) 得U4= LA3+ IA4A3大小 ？?方向 丄O4A丄O2A/ O4B取极点p,按比例尺卩v=.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-2并求构件4的角速度W4和构件4上B点速度vB以及构件4与构件3上重合点的相对速度 vA4A3 。因为uA4=pa4 w=48X 0.01 m/s =0.48 m/s34 = U4/ 1O4A U=1.10rad/S其转向为顺时针方向且W3 W4ub= (04 lo4B =1.1 X 0.7727m/s=0.85m/svA4A3va4a3 0.01X9m/s=0.09 m/s对构件5上的B、C点，列同一构件两点间的速度矢量方程：U =U5 + UB5大小 ？方向/ XX 丄O4B 丄BCvcvpc=0.01X83.5m/s=0.835 m/sW5 vcb /lbc=0.06/0.232rad/s=0.259rad/s3.2加速度分析由运动一致的曲柄上 A 点开始，列构件重合点间加速度矢量 方程，求构件4上A点加速度aA4 .因为aA2 aA3 aA2 W2lo2A (2 n2 /60) lo2A=3.05 m/ s aA4A3 k=2 o3 U4A3 =2 X 1.1 X 0.09=0.198m/s2aA4n=342XlO4A=1.12X0.528=0.637 m/s2acnb W52lcb 0.272 2X0.232=0.017 m/s2所以n tkraA4 = a A4 + a A4 = a A3 + a A4A3 + a A4A3大小 V ?V V?方向A 04 丄QB A TQ丄QB（向左下）/ O4B的构件4上B点和质心S点加速度aB和as4，用构件4上A 点的切向加速度aA4，求构件4的角加速度a4。因为I IaA4Pa4=0.03 X 23m/s2 =0.69 m/s2IaB = pb=0.03 X 33m/s2=1.024 m/s2as4 =0.5 X aB =0.512 m/s2t2a 4=aA4/lo4A=0.483rad/s3c5= 3B5+ 2b5B5+ a c5B5 “大小方向 / XX V C f B丄BCPc =0.03 X 16.5m /s2 =0.495 m/ s25acb /1bc3.81 rad /s2 4动态静力分析首先依据运动分析结果，计算构件4的惯性力Fi4 （与s4反向）、构件4的惯性力矩Mi4（与 反向，逆时针）、构件4的惯性力平移距离lh4、构件6的惯性力矩Fi6（与反向）。Fi4=m4a$4 G4 a$4/g 11.3NMi4= 4Js4 0.483 X 1.2=0.58Nmih4 = Mi4/ Fi4=51.33mmFi6 二m6 as6 =39.6N4.1取构件5、6基本杆组为示力体（如图所示） 因构件5为二力杆，衡方程：只对构件（滑块）6作受力分析即可,首先列力平R65R54RF6Fi6R56大小：？方向：丄xx/ xx/ xx丄xx/ BC5 Tf 枸钟b愛方必析f-4fH*也按比例尺F =40N/mm作力多边形，如图所示求出运动反力只56和尺6。Rs6 =3850NR16=625N4.2取构件3、4基本杆组为示力体先取构件4,对04点列力矩平衡方程，求出反力R34 :R34R43R54R45M o4 0尺4 1 hlFi4 1 h2 G4 1 h4R341 o4A0R34 =5730.1 n再对构件4列力平衡方程，按比例尺50N/mm求出机架对构件4的反力Rl4F0R54G4Fi4R34R!40大小VVVV?方向BC丄XXV丄O4A?R4=403X3=1950 N4.3取杆件2为示力体R34R43R32=Rl2F 0 F32 +R12 =0 , R2=5730.1NM ? 0R32lb Mb 0Mb =596.0 Nm