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1、目 录录一、设计计题目与与原始数数据 1二、牛头头刨床示示意图 1三、导杆杆机构设设计 2四、机构构的运动动分析 3五、机构构的动态态静力分分析 99六、飞轮轮设计114七、凸轮轮设计115八、齿轮轮设计117九、解析析法1191.导杆杆机构设设计1992.机构构的运动动分析1993.机构构的动态态静力分分析2224.凸轮轮设计233十、本设设计的思思想体会会 227十一、参参考文献献336一、设计计题目与与数据1题目目牛头刨床床的综合合设计与与分析2原始始数据刨头的行行程 H=6600mmm行程速比比系数 KK=1.8机架长 LLO2OO3=3700mm质心与导导杆的比比值 LO33S4/L
2、O33B=00.5连杆与导导杆的比比值 LBFF/LO33B=00.3刨头重心心至F点点距离 XXS6=2210mmm导杆的质质量 m4=20刨头的质质量 m6=52导杆的转转动惯量量 JSS4=0.99切割阻力力 FCC=1400NN切割阻力力至O22的距离离 YYP=1665mm构件2的的转速 nn2=800许用速度度不均匀匀系数 =11/300齿轮Z11、Z2的模数数 m112=116小齿轮齿齿数 Z1=188大齿轮齿齿数 Z2=42凸轮机构构的最大大摆角 maxx=18凸轮的摆摆杆长 LLO4CC=130mmm凸轮的推推程运动动角 0=60凸轮的远远休止角角 01=110凸轮的回回程运
3、动动角 0=60凸轮机构构的机架架长 Loo2o44=1400mm凸轮的基基圆半径径 rro=500mm凸轮的滚滚子半径径 rrr=155mm二、牛头头刨床示示意图图1三、导杆杆机构设设计1、已知知：行程程速比系系数 KK=1.8刨头的行行程 H=6000mm机架长度度 LLO2OO3=3700mm连杆与导导杆的比比 LLBF/LLO3BB=0.32、各杆杆尺寸设设计如下下A、求导导杆的摆摆角：maxx =1180（KK-1）/（K+1）=1800（11.8-1）/（1.8+1）=51B、求导导杆长：LO3BB1=HH/22sinn（maxx/2）=6000/2siin（551/2）=6991
4、.443mmm C、求曲曲柄长：LO2AA =LLO2OO3sinn（maxx/2）=3700sinn25.5=1611mm D、求连连杆长LBF=LO33BLBF/LLO3BB=6911.4330.3=2077.4mmm E、求导导路中心心到O33的距离离LO3MM =LLO3BB-LDEE/2=LO33B11-11-coos(maxx/2)/22=6658mmm F、取比比例尺L=00.0005m/mm 在A11图纸中中央画机机构位置置图，大大致图形形如下：图2四、机构构的运动动分析已知：曲曲柄转速速n2=800rpmm各构件的的重心： 构构件6的的重心：XS66=210mmm第3点：A、
5、速速度分析析求VVA3VA3 =VAA2=LLO2AAn/330=00.166180/300=1.34mm/s 求VVA4 = + 大小： ？ 11.344 ？方向：O3A O2A O3A取V=VA33/Paa3=0.002 在A11图的左左下方画画速度多多边形求VVB用速度影影像求VVB=750.002=1.550m/s求VVF = + 大小： ？ 1.550 ？方向： 水平 导路 BF接着画速速度多边边形由速度多多边形求求得：VF=V=720.002=11.444m/ss 方向水平平向右求44=3=VA44/LO33A=2.117raad/SS 求VVA4AA3VA4AA3=V=420.0
6、02=00.844m/ss 方向如速速度图AA1 左左下B 4所示 B、加速速度分析析求aKKA4AA3aKA44A3=24VA4AA3=2.119m/s2 求aAA3aA3=aA22=22LO2AA=11.28mm/s22 方向向：AO2求annA4anA44=23LO3AA=2.886m/s2 方向：AO3求aAA4 + = + + 大小：22.866 ？ 111.2282.19 ?方向：AAO3 O3A O3A O3A取a=aA33/paa3=0.11在A1图图的左下下方画加加速度多多边形 大致图形形如A11图C 4aA4=pa44a=3.774m/s2求aBB方向如AA1图CC 44所
7、示用加速度度影像求求aB=3.8m/s2 = + + 大小： ？ 100.4 0.001 ?方向：水水平 FB BF接着画加加速度多多边形由加速度度多边形形求得：aF=pfa=100.533m/ss2 水平平向右第4点：A、速速度分析析求VVA3VA3 =VAA2=LLO2AAn/330=00.0992780/300=0.78mm/S = + 大小： ？ 00.788 ？方向：O3A O2A O3A取v=VA33/Pa33=0.0155 在在A1图的左左下方画画速度多多边形大致图形形如A11图B 5所所示求VVB用速度影影像求VVB=3.74mm/s;求VVF = + 大小： ？ .1.227
8、5 ？方向：水水平 导路 BF VF =V=1.28mm/s 求44=3=VA44/LO33A=11.033radd/s 求VVA4AA3VA4AA3 = V=0.12mm/s B、加速速度分析析求aKKA4AA3aKA44A3=24VA4AA3=00.3mm/s22 求aAA3aA3=aA22=22LO2AA=6.5m/s2 方向：AO2求annA4anA44=23LO3AA=0.77mm/s22 方向向：AO3求aAA4 + = + + 大小 0.779 ？ 6.55 0.33 ?方向：AAO3 O3A 如图66 O3A取a=aA33/=0.0355 在在A1图的左左下方画画加速度度多边形
9、形 大致致图形如如A1图图C5所所示aA4=pa44a=1.05mm/ ss2求aBB 用加速度度影像求求aB=4440.0035=1.554m/s2 方向如如A1图图C 5所示示 求aFF = + + 大小： ？ 1.5 00.055 ?方向：水水平 FB BF接着画加加速度多多边形由加速度度多边形形得：aF=a=1.1m/s2 方向：水平向向右 第9点：A、速速度分析析求VVA3VA3 =VAA2=LLO2AAn/330=00.0992780/300=0.78mm/S 求VVA4= + 大小 ? 0.778 00方向：O3A O2A O3A取V=VA33/Paa3=0.0155在A1图图的
10、左下下方画速速度多边边形大致图形形如A11图B 111所示求VVB用速度影影像求VVB=6660.0015=0.999m/s求VVF= + 大小： ? 00.999 ?方向：水水平 导路 BFVF=V=0.98mm/s 方方向水平平向左 求44=3=VA44/LO33A=00.8rrad/S 方向向：顺时时针求VVA4AA3VA4AA3=V=0.66mm/s 方方向如速速度A11图B 111所示 B、加速速度分析析求aKKA4AA3aKA44A3 =24VA4AA3=220.880.666=11.0mm/s22方向如速速度A11图C 111所示 求aAA3aA3=aA22=22LO2AA=6.
11、5m/s2 方向向：AO2求annA4anA44 =23LO3AA=0.45mm/s22 方方向：AAO3求aAA4 图图8 + = + + 大小：00.455 ？ 6.55 1.00 ?方向：AAO3 O3A 如图 O3A取a=aA33/paa3 =00.055在A1图图的左下下方画加加速度多多边形 大大致图形形如该AA1图CC 11所所示aA4=a=5.5m/s2 求aBB用加速度度影像求求aB=21120.005=110.66m/ss2 方方向如AA1图CC 111所示示求aFF = + + 大小： ？ 110.66 00.011 ?方向：水水平 FB BF接着画加加速度多多边形由加速度
12、度多边形形得：aF= a =110.66m/ss2 方向向：水平平向左 在A1图图纸左上上角绘制制刨头的的运动线线图。大致图形形如A11图左上上D所示示 曲柄位位置名称 结结果1234456SF00.0220.06680.14400.1660.21120. 2276VF00.61.01.2881.21.1220.922aF10.5538.14.21.1-0.003-2.44-0.66 曲柄位位置名称 结结果788910101112SF0.30040.31120.3220.26640.18880.20.10000.0116VF0.444-0.2280-0.998-1.44-1.66-1.228-
13、0.668aF-10.5-12-11.3-10.6-2.77-0.0047.212.66五、机构构的动态态静力分分析已知:导导杆的质质量 m44=166Kg 刨头头的质量量 m6=688Kg (其其余质量量忽略不不计) 导杆杆绕重心心的转动动惯量 JSS4=11.6KKgm 切削削阻力为为常数大大小为 FCC=16600NN1.确定定惯性力力、惯性性力矩第4点：F16=-m66aF=-6681.11=-774.88NF14=-m44as=-1160.777=-12.32NNM14=-1.64=-11.1NNmh =MM14/FF14=11.1/12.32=0.009m第9点：F16=-m66a
14、F=-66810.6=7720.8N F14=-m44aS=-1165.55=-888N M14=-JSS44 =-7.779Nmmh =MM14/F14=7.779/888=00.099m 将计算结结果汇总总在如下下表中：曲柄位置导杆4刨头F14M14Lh4F164点12.3321.10.09974.889点887.7990.099720.82.确定定齿轮22的重量量查指导书书得齿轮轮2的重重量G22=5000N 3.确定定各运动动副反力力第4点:A、取构构件5、66为示力力体在机构位位置图上上方绘制制示力体体图，如如右：比例尺为为：L=0.0055m/mmm大致图形形如图110： + +
15、+ + =0上式中只只有FRR45、FFR766的大小小未知取力比例例尺：P=FFc/=200N/mmm 在机构构位置图图下面画画力多边边形 大致图图形如AA1图HH 55求得：FR455=P=16680NN 方向与力力多边形形中的方方向一致致 FR766=P=32220=6400N方向向：垂直直导路向向上MF=0：FC（LLO2MM-YP）+GG6XS6=FFR766h76h76=Fcc(LO22M-YYP)+GG6XS6/R766 =00. 002066m B、取构构件3、44为示力力体在机构位位置图右右侧绘制制示力体体图,比比例尺为为：L=0.0055m/mmm 大致图图形如AA1图FF
16、 55其平衡方方程为：+ + + + = 0 MO33=0 (确确定FRR23的的大小)：FR233h23+FF14hp+G4h4=FR554h54量得:hhI4 =0.0788m ；h4=0.0022m； h544=0.2233mFR233=(FFR544h54+FF144hP+G4h4)/hh23=225800N 矢量式中中FR774的大大小和方方向未知知 仍取力力比例尺尺P=200N/mmm 接着画力力多边形形图求得得:FR744=P=43320=8600N 方向与力力多边形形中hee的方向向一致 B、取构构件2为为示力体体在机构位位置图右右方绘示示力体图图，比例例尺为:L=0.0055
17、m/mmm 大致图形形如A11图G 5 其平衡方方程为：+ + + = 00MO22=0 （确定定Pb的的大小）：FR322h32=PPbrb量得:hh32=00.022m 算得:rrb =00.066m Pb=FFR322h32/rrb=8660N 式中的RR72大小小和方向向未知仍然取力力比例尺尺P=200N/mmm 接着画力力多边形形图，求求得： FR722=P=144020=28000N 方向与为为多边形形中ijj的方向向一致 第9点:A、取构构件5、66为示力力体 在机构位位置图上上方绘制制示力体体图, 如A11图E 111所示： 比例尺为为：L=0.0055m/mmm + + +
18、=0上式中只只有R445、RR76的大大小未知知取力比例例尺：P=FI66/=155N/mmm在机构位位置图下下面画力力多边形形图，大大致图形形如A11图H 111 求得：FR455=P=48815=7200N 方向与力力多边形形中的方方向一致致 FR766=P=444.415=6666N 方向：垂直导导路向上上MF=0：G6XXS6=FFR766h76h76=G6XS6/FFR766=0. 055m B、取构构件3、44为示力力体在机构位位置图右右侧绘制制示力体体图,比比例尺为为：L=0.0055m/mmm 大大致图形形如A11图F 111其平衡方方程为：+ + + + = 00MO33=0
19、 (确确定FRR23的大大小)：FR544h54+FFI4hI4+GG4h4=FR223L23量得:hhI4 =0.1122m； h4=0.0122m； h544=0.2222m 图155FR233=(FFR544h54+ P14hP+G4h4)/LLO3AA=11155NN 矢量式中中FR774的大大小和方方向未知知 仍取力力比例尺尺P=155N/mmm接着画力力多边形形图,求求得:FR744=P=22215=3300N 方方向与力力多边形形中eff的方向向一致B、取构构件2为为示力体体在机构位位置图右右下方绘绘示力体体图 比例例尺为:L=0.0055m/mmm大致图形形如A11图G 111
20、：其平衡方方程为：+ + + = 00MO22=0 （确定定Pb的大小小）：FR322h32=PPbrb量得:hh32=00.155m 算得:rrb =00.066m Pb=FFR322h32/rrb=3115N 仍然取力力比例尺尺P=155N/mmm 接着画力力多边形形图,求求得：FR722=P=122220=24440N 方向与为为多边形形中iff的方向向一致 4、将各各运动副副反力汇汇总如下下： 位位置反力指定的两两个位置置第4点第9点FR7222800011255FR744860330FR766640666FR45516800720FR2332580011555 FFR32225800
21、115555、计算算平衡力力偶矩并并汇总如如下：曲柄位置置123456Mb0160240240208152曲柄位置置789101112Mb-163211232-96-726、绘制制平衡力力偶矩曲曲线Mbb-2该曲线在在A1图的右右上角 纵纵坐标比比例尺：Mb=88Nm/mm 横横坐标比比例尺：2=2度度/毫米米 见见A1图图 II六、飞轮轮设计已知：许许用速度度不均匀匀系数 =11/255 平平衡力矩矩曲线 Mbb-2 驱驱动力矩矩为常数数 曲曲柄的转转数 nn2=800rpmm 飞飞轮装在在齿轮ZZ1的O1轴上1、作等等效阻力力矩曲线线Mr-r由于飞轮轮准备装装在Z11的O1轴上，因此|MM
22、r|=|Mb/i122|可由由Mb-2曲线直直接画出出Mr-1曲线（见见A1图I）。为了使图图形一样样，其比比例尺选选为：Mr=Mb/ii12=22.4NNm/mmm 2、求功功曲线WWr-1取极距HH=500mm 图解积分分Mr-1得Wr-1曲线。纵坐标比比例尺为为：W =MH/1180=2.46.2250/1880=133.8JJ/mmm 3、求功功曲线WWd-1根据一个个稳定运运转循环环中能量量变化为为零，以以及Mdd=常数数的条件件可作出WWd-1曲线。比比例尺仍仍为：W=133.8JJ/mmm4、求驱驱动力矩矩曲线MMd-1仍取极极距H=50 mm纵坐标比比例尺为为：M=2.4Nmm
23、/mmm 得驱动力力矩：MMd =hhM=1112.44=266.4NNm 5、确定定最大盈盈亏功为为：WW=22013.8=2276JJ 6、求飞飞轮的转转动惯量量JF=9000WW/2n2=(9000276625)/(33.1442 2666.6772)=8.9Kggm 7、确定定飞轮尺尺寸b=4gJJF/D3H材料用灰灰铸铁=7104N/mm3取飞轮直直径 D=0.55m 取轮缘的的高宽比比为H/b=11.5 b2=44gJFF/D3H=(449.888.99)/(3.1141.55b0.5537104)b=0.00885m=8.55mm H=1.5b=1.558.55=122.755m
24、m 图119七、设计计凸轮轮轮廓曲线线已知：推推杆的运运动规律律为等加加速等减减速上升升和等加加速等减减速下降降,凸轮轮与曲柄柄共轴,顺时凸凸轮机构构的最大大摆角 maxx=155凸轮的摆摆杆长 LLO4CC=1220mmm凸轮的推推程运动动角 0=700凸轮的远远休止角角 01=110凸轮的回回程运动动角 0=770凸轮机构构的机架架长 Loo2o44=1336mmm凸轮的基基圆半径径 rro=500mm凸轮的滚滚子半径径 rrr=155mm摆杆的角角位移曲曲线以及及凸轮轮轮廓曲线线的设计计已绘制制在A22图纸上上.图20八、齿轮轮设计及及绘制啮啮合图已知：齿齿轮1的的尺数ZZ1=188齿轮
25、2的的尺数ZZ2=600模数m112=112压力角=200齿顶高系系数h*a=1径向间隙隙系数CC*=0.251、列表表计算集集合尺寸寸名称符号计算公式式计算结果果小齿轮分分度圆直直径d1d1=mmz1216大齿轮分分度圆直直径d2d2=mmz2720小齿轮齿齿顶圆直直径da1da1=d1+2hha240大齿轮齿齿顶圆直直径da2da2=d2+2hha744小齿轮齿齿根圆直直径df1df1=d1-2hhf186大齿轮齿齿根圆直直径df2df2=d2-2hhf690小齿轮基基圆直径径db1db1=d1coss203大齿轮基基圆直径径db2db2=d2coss676.6分度圆齿齿距PP=mm37.
26、77基圆齿距距pbpb=ppcoss35.44分度圆齿齿厚ss=p/217.77分度圆齿齿槽宽ee=p/217.77径向间隙隙cc=c*m3标准中心心距aa=m(z1+z2)/22468实际中心心距aa=a468传动比ii=z22/z13.3重合度=B11B2/Pb1.533图21九、解析析法1导杆杆机构设设计已知：（11）行程程速比系系数K；（2）刨刨头和行行程H；（3）机机架长LLO2OO3（4）连连杆与导导杆的比比LBFF/LO33B求解:(1)求求导杆的的摆角：maxx=1880（K-1）/（K+1）(2)求求导杆长长：LOO3B11=H/2ssin（max/2）(3)求求曲柄长长：L
27、OO2A=LO22O3sinn（maxx/2）(4)求求连杆长长：LBBF=LLO3BBLBF/LLO3BB(5)求求导路中中心到OO3的垂直直距离LLO3MM：从受受力情况况（有较较大的传传动角）出出发，刨刨头导路路O3B线常常取为通通过B11B2挠度DDE的中中点M.即： LOO3M=LO33B-LDEE/2将上述已已知条件件和公式式编入程程序 见见附录与图解法法比较，误误差在毫毫米以下下。不用用修改。2机构构运动分分析已知： (1)曲柄转转速22； (2)各构件件的长度度。求解：、建立立机构的的运动方方程式如图所示示：选定定直角坐坐标系XXOY。标标出各杆杆的矢量量和转角角。各构构件矢量量所组成成的封闭闭矢量方程式为为: 图图22+=a bb其中令：Ll=LO22O3；Y=LL03MM；S=L033A；将a式分分别投影影在x和和y轴上上得L2coosF22=S coss F44 cLl+LL2 ssin F2=S ssin F4 dd两式相除除则得tgF44=(LLl+LL2siinF22)LL2coosF22 (1)在三角形形A02203中中S2=LLlLll+L22L22L11L2ccos(90+F2) (22)将c dd两式对对时间求求导一次次得L2WW2siinF22=SSW4ssinFF4+VV