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1、机械原理课程设计牛头刨床一、 机构简介与设计数据1机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。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，有倒杆机构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，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。为此刨床采用急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，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 ( 图中未画 )，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
2、作行程中，受到很大的切削阻力 ( 在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离，见图1b)，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小主轴的速度波动，以提高切削质量和减少电动机容量。 a) b) 图 1 牛头刨床机构简图及阻力曲线图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页2、设计数据， 见表 1。表 1 设计数据方案导杆机构的运动分析导杆机构的动态静力分析n2lO2O4lO2AlO4BlBClO4S4xS6yS6G4G6PypJS4r/min mm N
3、mm kg.m21 60 380 110 540 0.25 lO4B0.5 lO4B240 50 200 700 7000 80 1.1 2 64 350 90 580 0.3 lO4B0.5 lO4B200 50 220 800 9000 80 1.2 3 72 430 110 810 0.36 lO4B0.5 lO4B180 40 220 620 8000 100 1.2 方案飞轮转动惯量的确定凸轮机构设计nO z1zOz1JO2JO1JOJOmaxlO9D sr/min Kg.m2o mm o1 0.15 1440 10 20 40 0.5 0.3 0.2 0.2 15 125 40 7
4、5 10 75 2 0.15 1440 13 16 40 0.5 0.4 0.25 0.2 15 135 38 70 10 70 3 0.16 1440 15 19 50 0.5 0.3 0.2 0.2 15 130 42 75 10 65 二设计内容1导杆机构的运动分析已知曲柄每分钟转数2n，各机构尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B 所作圆弧高的平分线上（见图 2）。要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以图 2 曲柄位置图及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1 号图纸上（参考图例 1）。曲柄位置图的作法为（图2）取 1 和 为工作行程起点和终
5、点所对应的曲柄位置，和 为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、312 等，是由位置1 起，顺方向将曲柄圆周作12 等分的位置。2导杆机构的动态静力分析已知各机构的重量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量都可以忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量及切削力P的变化规律（图1b）。表 2 机构位置分配表学生编号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页位置编号1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 7 6 1 2 11 3 4 8 9
6、学生编号16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 位置编号4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 10 12 1 12 5 2 7 3 8 6 4 5 9 10 11 要求按表 4-2 所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上内容作在运动分析的同一张图纸上（参考图例1）。3飞轮设计已知机器运转的速度不均匀系数，由动态静力分析所得的平衡力矩，具有定传动比的各机构的转动惯量J，电动机、曲柄的转速、及某些齿轮的齿数（参见表4-1）。驱动力矩为常数。要求用惯性力法确定安装在轴上的飞轮转动惯量。以
7、上内容作在2 号图纸上（参考图例 2）。4凸轮机构设计已知摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角、远休止角s、回程 运动 角（图4-3 ），摆 杆长度，最大摆角，许用压力角 （参见表 4-1）；凸轮与曲柄共轴。图 4-3 摆杆加速度线图要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，画出凸轮实际 轮 廓 。 以 上 内 容 作 在2号 图 纸 上 （ 参 考 图 例5 ） 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 8 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页
8、1、曲柄位置“ 3”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“ 3”进行速度分析。因构件2 和 3 在 A 处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与2一致。2=2n2/60 rad/s=6.28rad/s A3=A2=2lO2A=6.280.11m/s=0.69m/s（O2A）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A4=A3+A4A3 大小 ? ? 方向O4AO2AO4B取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm (实际测量值以A1图纸上的尺寸线段为准), 作速度多边形如图1-2 B5=B
9、4=A4O4B/O4A=0.81m/s取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得C5=B5+C5B5大小 ? ? 方向XXO4BBC精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页cbA4A3P图 1-2 2.加速度分析：取曲柄位置“ 3”进行加速度分析。因构件2 和 3 在 A 点处的转动副相连，故anA2=anA3,其大小等于22lO2A,方向由 A 指向 O2。2=6.28rad/s,anA3=anA2=22 LO2A=6.282 0.11m/s2=4.34m/s2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳
10、总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页vA4A3= a4a3=0.005x58.37m/s=0.29185m/s 4=vA4/lO4A=0.62/0.48365=1.283rad/s vB= 4lO4B=1.283x0.54=0.69m/s vC= PC=0.005x137.72m/s=0.69m/s 5=vCB/lBC=0.005x16.72/0.135=0.62rad/s anA4= 42lo4A=1.2832x0.48365=0.796m/s2aKA4A3= 24VA4A3=2x1.283x0.29185=0.75m/s2aNCB= 52lCB=0.622x0.135=0
11、.0519m/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=a A4n+a A4= a A3n+a A4A3k+a A4A3r 大小?42lO4A?24A4A3?方向?BAO4B AO2O4B（向右）O4B（沿导路）用加速度影象法求得a B5 = a B4= a A4 lO4B/lO4A=0.125m/s2取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC= aB+ aCBn+ aCB大小 ? ?方向xx CB BC 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页取加速度极点为P, 加速度比例尺a=0.01（m/s2）/mm, 作加速度多边形如图1-3 所示. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页