长安大学牛头刨床计算说明,5点和1点_工学_高等教育_教育专区。机械原理 课程设计说明书 设计题目:牛头刨床的设计 机构位置编号:5,1 方案号:II 班 级: 姓 名: 学 号: 2015年 1 月 22 日 目录 1、 前言 1、 机械原理课程设计的目的

  机械原理 课程设计说明书 设计题目:牛头刨床的设计 机构位置编号:5,1 方案号:II 班 级: 姓 名: 学 号: 2015年 1 月 22 日 目录 1、 前言 1、 机械原理课程设计的目的 2、 机械原理课程设计的任务 3、 机械原理课程设计的方法 4、 机械原理课程设计的基本要求 二、机构简介 1、机构简介 三、设计内容 1、导杆机构的运动分析 2、导杆机构的动态静力分析 3、凸轮机构设计 4、齿轮机构的设计 一、前言 1机械原理课程设计的目的:机械原理课程设计是高等工业学校机 械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练,是本课 程的一个重要教学环节。起目的在于进一步加深学生所学的理论知识, 培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力,使学生对于机械运动学 和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念,必威体育官网具备计算,和使用科技 资料的能力。在次基础上,初步掌握电算程序的编制,并能使用电子计 算机来解决工程技术问题。 2机械原理课程设计的任务:机械原理课程设计的任务是对机器的 主题机构进行运动分析。动态静力分析,并根据给定的机器的工作要 求,在次基础上设计;或对各个机构进行运动设计。要求根据设计任 务,绘制必要的图纸,编制计算程序和编写说明书等。 3机械原理课程设计的方法: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。图解法几何概念比较清晰、直观;解析法精度较 高,所以我采用的是图解法进行分析。 4机械原理课程设计的基本要求: 1. 作机构的运动简图,再作机构两个位置的速度,加速度图,列矢量 运动方程; 2.作机构两位置之一的动态静力分析,列力矢量方程,再作力的矢量 图; 3.用描点法作机构的位移,速度,加速度与时间的曲线。 二、机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传 动,带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时,由导杆机构2-3-45-6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,以减少电动机容量和提高切削质 量;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。刨刀每次削完一次, 利用空回行程的时间,凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机 构,使工作台连同工件作一次进给运动,以便刨刀继续切削。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。因此 刨头在整个运动循环中,受力变化是很大的,这就影响了主轴的匀速运 转,故需安装飞轮来减少主轴的速度波动,以提高切削质量和减少电动 机容量。 3、 设计内容 1导杆机构运动分析 选择表1-1中方案II设计数据如下 导杆机构的运动分析 导杆机构的动态静力分析 n2 L0204 L02A L04B LBC r/min mm L04S4 XS6 YS6 G4 G6 P N YP JS4 mm kgm2 64 350 90 580 0.3L04B 0.5L04B 200 50 220 800 9000 80 1.2 图1-2 未知量 方程 VA4 VC υA4=υA3+υA4A3 大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B υC5=υB5+υC5B5 大小 ? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC aA4 = + aA4τ= aA3n + aA4A3K + aA4A3r a A 大小: ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ? 方向:B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B(向左) ∥O4B(沿导路) ac5= aB5+ ac5B5n+ a ac c5B5τ 大小 ? √ √ ? 方向 ∥XX √ C→B ⊥BC 曲柄位置“1”速度分析,加速度分析(列 矢量方程,画速度图,加速度图) 速度分析 a.取曲柄位置“1”进行 。因构件2和3在A处的转动副相连, 故VA2=VA3,其大小等于ω2lO2A,方向垂直于O2 A线rad/s υA3=υA2=ω2·lO2A=6.702064213*0.09m/s=0.603185789m/s 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 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B 取速度极点P,速度比例尺?v=0.005 (m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2 则由图1-2知, υA4=·μv= 0m/s υA4A3=·μv=0m/s 由速度影像定理求得, υB5=υB4=υA4·O4B/ O4A=0m/s 又 ω4=υA4/ lO4A=0rad/s 取5构件作为研究对象,列速度矢量方程,得 υC5=υB5+υC5B5 大小 ? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC 取速度极点P,速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 则由图1-2知, υC5= ·μv=0m/s υC5B5=·μv=0m/s ωCB=υC5B5/lCB=0 rad/s b.加速度分析: 取曲柄位置“1”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连,必威体育官网 故=,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。 ω2=6.7020643264rad/s, ==ω22·LO2A=6.×0.09 m/s2=4.m/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 + aA4A3r 大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ? 方向: ? B→A ⊥O4B A→O2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得 ⊥O4B ∥O4B ac5= aB5+ ac5B5n+ a τ c5B5 大小 ? √ w52 Lbc ? 方向 ∥XX √ c→b ⊥BC 取加速度极点为P',加速度比例尺?a=0.05(m/s2)/mm, 作加速度多边形如图1-3所示 . 则由图1-3知, υC5B5=·μv=0m/s w5 =ωCB=υC5B5/lCB=0 rad/s =0 m/s2 aA4A3K =0 m/s2 aA4 =4. m/s2, 用加速度影象法求得aB5 = aB4 = aA4* O4B/ O4A=6.5 m/s 所以ac=0.01×(p’c’)=6.5990882824m/s2 5号位置速度图:如图 由图解得:Vc=0.6258608591m/s 5杆加速度图:如图 由图解的:aC=3.7140764218m/s2 求刨头的位移,速度和加速度曲线 位移与时间,速度与时间,加速度与时间曲线 由以上三条曲线,位移与时间,速度与施加,加速度与时间曲线,可以 看出牛头刨床的运行过程,c点的运动情况。 二.导杆机构的动静力分析: 首先按杆组分解实力体,用力多边形法决定各运动副中的作用反力和加于曲柄上的平衡力矩。 参考图1-3,将其分解为5-6杆组示力体,3-4杆组示力体和曲柄。 5-6杆组示力体共受五个力,分别为P、G6、Fi6、R16、R45, 其中R45和R16 方 向已知,大小未知,切削力P沿X轴方向,指向刀架,重力G6和支座反力F16 均垂直 于质心, R45沿杆方向由C指向B,惯性力Fi6大小可由运动分析求得,方向水平向 左。选取比例尺μ= (100N)/mm,作力的多边形。 取5号位置为研究对象: 已知P=9000N,G6=800N, 又ac=ac5=3.7140764218m/s2,那么我们可以计算 FI6=- G6/g×ac =-800/10×3.7140764218=-297.1261137N 又ΣF=P + G6 + FI6 + F45 + FRI6=0, 方向 //x轴 ↓ ← B→C ↑ 大小 9000 800 √ ? ? 作为多边行如图所示 图1-7力多边形可得: F45=8634.49503048N N=950.05283516 N 在图1-6中,对c点取距,有 ΣMC=-P·yP-G6XS6+ FR16·x-FI6·yS6=0 代入数据得x=1.11907557m 分离3,4构件进行运动静力分析,杆组力体图如图1-8所示, 2.1.2对3-4杆组示力体分析 u=4N/mm 已知: F54=-F45=8634.49503048N,G4=220N aB4=aA4· lO4S4/lO4A=2.2610419m/s2 , αS4=α4=7.79669621rad/s2 由此可得: FI4=-G4/g×aS4 =-220/10×2.2610419N=-49.7429218N MS4=-JS4·aS4=-9.35603545 在图1-8中,对O4点取矩得: MO4= Ms4 + FI4×x4 + F23×x23+ F54×x54 + G4×x4 = 0 代入数据, 得MO4=-9.3560354549.7429218×0.29+F23×0.+8634.49503048×0.+220×0.=0 故F23=11810.773N Fx + Fy + G4 + FI4 + F23 + F54 = 0 方向: ? ? √ M4o4 √ √ 大小: √ √ ↓ √ ┴O4B √ 由图解得:Fx=2991.6124744N Fy=1414.4052384N 方向竖直向下 ..3 对 曲 柄 分 析 , 共 受 2 个 力 , 分 别 为 R 3 2 , R 1 2 和 一 个 力 偶 M , 由 于 滑 块 3 为 二 力 杆 , 所 以 R 3 2 = R3 4 , 方 向 相 反 , 因 为 曲 柄 2 只 受 两 个 力 和 一 个 力 偶,所以FR12与FR32等大反力,由此可以求得: 2=72.65303694mm,则, 对曲柄列平行方程有, ΣMO2=M-F32·h2=0 即 M=0.*11810.773=0, 即M=858.088527N·M 三.凸轮机构设计 1、已知条件、要求及设计数据 1、已知: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:确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径rT,画出凸轮 实际廓线、设计数据: 设计内容 符号 数据 单位 ψmax 15 ° lOqD 135 mm [α] 38 ° 凸轮机构 Ф 70 ° 设计 ФS 10 ° Ф’ 70 ° r0 45 mm lO2O9 150 mm 2、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的确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,如下图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,则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)凸轮滚子半径的选择(rT) 凸轮滚子半径的确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,则应用公式:;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 子半径为rT=15mm。 得到凸轮实际廓线、 齿轮机构的设计 已知电动机、曲柄的转速no、n2,皮带轮直径do5、do3,某些齿轮的 齿数z,模数m,分度圆压力角α;齿轮为正常齿制,工作情况为开式传 动。 要求计算齿轮z2的齿数,选择齿轮副z1 - z2的变位系数,计算这 对齿轮的各部分尺寸,用2号图纸绘制齿轮传动的啮合图。 首先根据已知的条件求出z2的齿数。 io2= no/n2 =z1*z2 /z1*zoz1 得出:z2 =39。 对小齿轮实行正变位,对大齿轮实行负变位,且是等变位,经计算 并分析后取变位系数X1=-X2=0.3 再根据齿轮各部分尺寸相关计算公式得到齿轮的基本参数如下: d1 = m*Z1=6*13=78mm d2 = m*Z2=6*39=234mm rb1 = r1 * cos20 =36.64mm rb2 = r2 * cos20 =109.9mm ha1 =(h*a+x)m12 =(1+0.3)*6=7.8mm ha2 =(h*a-x)m12 =(1-0.3)*6=4.2mm hf1 =( h*a+c*-x)m12 =(1+0.25-0.3)*6=5.7mm hf2 =( h*a+c*+x)m12 =(1+0.25+0.3)*6=9.3mm ra1 = r1+ha1=39+7.8=46.8mm ra2 = r2+ha2=117+4.2=121.2mm rf1 = r1-hf1 =39-5.7=33.3mm rf2 = r2-hf2=117-9.3=107.7mm s1 = e2 = mΠ/2+2mxtan20=10.7mm s2 = e1 = mΠ/2+2m(-x)tan20=8.11mm