机械原理课程设计牛头刨床说明书

计算说明书

设计题目：牛头刨床设计 

学校：    xxx          

院（系）： 机械工程学院 

班级：        xxx      

姓名：      xxx        

学号：       xxx      

指导教师：     xxx     

时间：2月25日至3月8日  共两周

                                    2013年3月7日

前言

通过老师对牛头刨床的讲解，对牛头刨床各个构建的功能有了新一步的认识；目的是绘制出机械运动简图，选取方案二，通过数据绘制出第12和6’点位置机构运动简图，使得整个运动得以更客观的呈现在我们面前，对以后的设计有一个更好的概念；绘制运动线图，使得运动的数据更直观的表现出来，对整个运动周期的变化有更好的了解；对第12、6’点的速度、加速度分析，并且列出方程和画出速度多边形、加速度多边形，进而得出所要机构的运动随时间的变化；对12，6’两个位置的受力分析、画出力多边形，算出力矩（），然后全班汇总；通过所给数据设计出凸轮，并且画出凸轮轮廓线；最后是飞轮转动惯量的计算。

一、  设计（计算）说明书…………………………………………3

   1.画机构的运动简图 …………………………………………… 4

   2.绘画机构运动线图………………………………………………4  

   3.机构运动分析……………………………………………………4

  (1)对位置12点进行速度分析和加速度分析…………………4

  (2)对位置6’点进行速度分析和加速度分析…………………5

   4.机构运动静力分析………………………………………………7

    (1)对位置12点进行运动静力分析……………………………7

    (2)对位置6’点进行运动静力分析……………………………8

    5. 画平衡力矩图（Me-ψ），力矩作功图(Ae-ψ），盈亏功图（△Ae-         ψ)(此项画在一张A2号图纸上）

二、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计……………………………9

   1.已知条件、要求及设计数据………………………………………9

   2.设计过程……………………………………………………………9

三、心得体会…………………………………………………………11

四、参考文献……………………………………………………………11

一、设计说明书(详情见牛头刨床A1号图纸)

  1．画机构的运动简图

1、以O4为原点定出坐标系，根据尺寸分别定出O2点，B点，C点。确定机构运动时的左右极限位置。曲柄位置图的作法为：取6’和20’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，7’和18’为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余1、2、3…24等，是由位置1起，顺ω1方向将曲柄圆作24等分的位置（具体图像见任务书或牛头刨床A1号图纸）。

2.绘画机构运动线图

分别为S6-t(s),V6-t(s),a6-(s),三个图，其中根据图上上比例μs=0.002m/mm,ut=0.00416s/mm ,ks=20mm ,kv=20mm而由公式V=ds/dt  ,S=μs*y ,t=μt*x ,结合三者可得V=μs*tan＆/μt=μs*(ks*tan＆)/(ks*μt)综上得μv=μs/(ks*μt)=0.024m/mm.s,同理μa=μv/(kv*μt)=0.29m/mm.s2.（具体的图形见牛头刨床A1号图纸。

3.机构运动分析

（1）曲柄位置“12”和“6’”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“12”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W1lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω1一致。

                 W1=2πn1/60 rad/s=6.28rad/s

υA3=υA2=ω1·lO2A=0.6908m/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

               　υA4=　υA2+　　υA4A2

大小    ?     √      ?

方向  ⊥O4B  ⊥O2A  ∥O4B

字母    PA4     PA2    A2A4

取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置速度分析）

取6构件作为研究对象，列速度矢量方程，得           

                  υC　=　　　υB　+　　　υCB

大小    ?     　　√      　　?

方向 ∥XX(向右)   ⊥O4B  　⊥BC

P线段   PC        PB        BC

取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm,  作速度多边行（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置速度分析）

Pb=P a4·O4B/ O4A=106mm→vb=1.06m/s

则由图知， υC= 1.08m/s         

加速度分析：

取曲柄位置“12”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于ω12lO2A,方向由A指向O2。

W1=6.28rad/s, ==ω12·lO2A=4.3 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=　 aA2n   +  　aA4A2K    +    aA4A2r

大小:   ?   ω42lO4A  　?    　√     　2ω4υA4 A2       ?

方向：  ?  B→A   ⊥O4B   A→O2   ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）

P’线段    PA4’’  A4’’A4’             PA2        A2A4           A4A4’

取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm, ω4=vA4/lO4A=2.75rad/s

a A4n =ω42lO4A=1.84m/s2    aA4A2K=2ω4υA4 A2=0.88m/s2

作加速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置加速度分析）

则由图知, 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

ac= 　aB+ 　acBn+ 　a cBτ

大小  ?    √   √     ?

方向 ∥导轨 √  C→B   ⊥BC

P’线段 P’C   P’B  BB’ B’C 

由其加速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置加速度分析）

,有

ac = 0.4m/s2

（2）曲柄位置“6’点”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“6’”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“12”。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=　υA2+　　υA4A2

大小    ?     √      ?

方向  ⊥O4B  ⊥O2A  ∥O4B

P线段  PA4     PA2    A2A4

取速度极点P’，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm，作速度多边形（具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置速度分析）

Pb=P a4·O4B/ O4A=0mm→vb=0m/s

则由图，取6构件为研究对象，列速度矢量方程，得

υC  =  　υB+　　υCB

大小     ?        √     　?

方向∥导轨(向右)  ⊥O4B  ⊥BC

P线段  PC          PB       BC

其速度多边形如图1-4所示，有

  υC=PC·μv=0m/s

取曲柄位置“6’”进行加速度分析,取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得

aA4= 　a A4n  +   a A4τ=　　　 a A2n   +   a A4A2k  +   a A4A2γ

大小  ?  　ω42lO4A      ?       √     2ω4υA4 A2        ?

方向  ?    B→A    ⊥O4B   A→O2    ⊥O4B（向右） ∥O4B（沿导路）

P线段      P’A4’   A4’A4γ   P’A2     A2A4     A4A4γ

取加速度极点为p’,加速度比例尺μa=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形图（具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置加速度分析）

则由图得  =ω42lO4A=0m/s2  

  aA4A2K=2ω4υA4 A2=0 m/s2

aA2n=4.34 m/s2

用加速度影象法求得

a B =  a A4 ×lO4B/lO4A=9.5m/s2 

取6构件的研究对象，列加速度矢量方程，得

aC  = 　aB+  　aCBn+  　aCBτ

大小   ?     　√   　√    　?

方向 ∥导轨 　√   C→B  　　⊥BC

          P’线段  P’C    P’B   BB’   B’C

其加速度多边形如图（具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置加速度分析）

有

aC = pC·μa =5.95m/s2

4.机构运动静力分析

(1)取“12”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作5-6杆组示力图（具体图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置运动静力分析中的5-6杆组力学模型示力图及机构力多边形图）µN=100N/mm已知G6=700N，又ac=0.4m/s2,可以计算Ｐi6=（G6/g）×ac =28.57N   又ΣF=Fr+G6+Pi6+N45+N16=0，作为多边形（具体图形见A1号图纸的12点位置运动静力分析中的5-6杆组力学模型示力图及机构力多边形图）

由图力多边形可得： N45=7300N  

   分离3-4杆组构件进行运动静力分析，

由MO4(F)=0即N45*h45-Pi4*hi4-N23*H23+G4*hG- Mi4=0

     hi4=Mi4/Pi4    Mi4=Js4*＆=Ji4* a A4τ/lO4A

Ｐi4=（G4/g）×a4 =1.122N

代入数据，  得N23=8084.44N   

具体受力分析图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置运动静力分析中的3-4杆

  对曲柄2进行运动静力分析，则Mb14=N32*h=856.95N/m

具体受力分析图形见牛头刨床A1号图纸的12点位置运动静力分析中的1-2杆

(2)再取6’点为研究对象，同理分别分离5-6,3-4,1-2杆组，分别作出力学模型示力图及机构力多边形图(具体图形见牛头刨床A1号图纸的6’点位置运动静力分析中各杆组力学模型示力图及机构力多边形图)其中µN=14N/mm

最后可得N23=1792.16N

Mb20=N32*h=0 N·m。

5. 画平衡力矩图（Me-ψ），力矩作功图(Ae-ψ），盈亏功图（△Ae-ψ)(此项画在一张A2号图纸上）

二、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计（详情见牛头刨床A2图纸）

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〕；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。

3、设计数据：设计过程选取比例尺，作图μl=1mm/mm。

（1）.选定凸轮转动中心O2，选择图示比例后根据A2图纸上图解法确定的基圆半径r02=41mm做基圆。

（2）.以O2为圆心，中心距d为半径作从动件回转中心的轨迹圆（运用反转法后从动件的转动中心O9将绕点O¬2反转）在回程过程中（由ψ－Φ曲线得）ψ（ °） Φ（ °）

（3）.在轨迹圆上逆时针方向依次标出推程运动角，远休止角，回程运动角及近休止角。其中推程角和回程角均按每份12.5度等分。

（4）.以起点A和各等分点A1,A2 ,A3…...为圆心，lO9D为半径，做圆弧，分别与基圆交一点B1B2B3……..

（5）分别以A1B1,A2B2 ,A3B3……为基准量取角度位移，使∠B1A1A1` ∠B2A2A2`  ∠ B3A3A3`……分别与其对应的摆角相等。得到A1`A2`A3`…

（6）.光滑连接A,A1` ,A2` .A3`….即得所求凸轮轮廓曲线。（具体图形见相对应的牛头刨床A2图纸）

JF=169.68kg·m2

三、心得体会

为期两周的课程设计结束了，在这次实践的过程中学我到了一些除技能以外的其他东西，深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的看法与感悟。通过这次课程设计我发现了自身存在的不足之处。虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣。我想这将对我以后的学习产生积极地影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性。了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力。

最后，感谢学校给了我们这次动手实践的机会，让我们学生有了一个共同学习，增长见识，开拓视野的机会。更加感谢xxx老师、xxx老师对我们无私的指导和感谢黄源焘同学、xxx同学对我的帮助，我会以这次课程设计作为对自己的激励，继续努力学习，为能力的不断提高而奋斗。

四、参考文献

1、高中庸，孙学强，汪建晓/机械原理----第一版

2、理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版

3、罗洪田/机械原理课程设计指导书

4. 吴宗泽，罗圣国/机械设计课程设计手册---第三版

六、附件

  1、设计图纸共3张（A1图纸一张，A2图纸两张）

                                  二O一三年三月七日