机械原理课程设计牛头刨床的运动分析与设计.doc

机械原理课程设计

计算说明书

设计题目：牛头刨床的运动分析与设计

目 录

1、前言﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

2、课程设计任务书﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

3、牛头刨床各机构的运动分析与评价﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

4、小结﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍

前言

此次课程设计是针对牛头刨床的运动分析与设计，设计中涉及导杆机构、凸轮机构和双摇杆机构，以及它们各自的运动分析。
此课程设计应完成如下主要内容：
1、 为提高工件的表面加工质量刨刀的使用寿命，刨削时刨刀应为匀速或近似匀速的运动；
2、 为提高生产率，刨刀应快速返回，以减少非工段时间，即要求有急回特性，其行程速比系数应满足给定的值（K≈1.4）；
3、 刨刀行程H要达到所须的长度（约在300mm左右），刨刀每刨削一刀后返回时，工作台作横向进给，每次横向进给量应相同；
4、 绘制该机构各部分的运动简图以及各部分的运动分析；
5、 完成该机构（牛头刨床的运动分析与设计）的设计说明书。

一、导杆机构的运动分析
（一）已知条件、要求及设计数据
1、已知：曲柄每分钟转速ｎ2。各构件尺寸,刨头移动导路ｘ－ｘ的位置位于导杆端点Ｂ所作圆弧高的平分线上。
2、要求：作机构运动简图，作机构两个位置的速度、加速度多边形，并做出刨头一个运动循环的运动线图。
3、设计数据：
设计内容
符号
数据
单位
导杆机构的运动分析
n2
64
r/min
l0204
350
mm
l02A
90
mm
l04B
580
mm
lBC
0.3l04B
mm

（二）设计过程
（1）作机构运动简图
选尺寸比例尺μl=0.02mm/mm，做出12和5两个曲柄位置的机构运动简图。

（2）作速度分析
根据已知条件，速度分析应由A点开始，并取重合点及进行求解。已知点的速度

其方向垂直于指向与转向一致。
为了求，需先求得构件4上任意一点的速度，因构件3和构件4组成移动副，故可由两构件上重合点间的速度关系来求解。由运动合成原理可知，重合点有：

方向：
大小： ？ ？
式中仅有两个未知量。取速度比例尺μv=0.02(m/s/mm)，并取点p作为速度图极点，作其速度图如图所示

图2
所以

则

由运动合成原理可知，滑块6上C点的运动可认为是随基点B作平动与绕基点B作相对转动的合成。故有：

方向：
大小： ？ ？
其中，式中仅有两个未知量，并取速度点p作为速度图极点，作其速度图如下图所示，于是得：

（3）作加速度分析
加速度分析的步骤与速度分析相同，也应从点A开始且已知A点仅有法向加速度，即：，其方向沿AO2，并由A指向O2，点A4的加速度aA4由两构件上重合点间的加速度关系可知，有：

方向：AO4
大小： P ？ P P ？
式中，为A4点相对于A3的科氏加速度，其大小为：

方向为将相对速度vA3A4沿牵连构件4的角速度的方向转过之后的方向。
而的大小为：

式中仅有两个未知量，故可用作图法求解，选取加速度比例尺
μa=0.1(m/s/mm)并取为加速度图极点，作其加速度图如图所示。
12点加速度多边形

于是得：

滑块6上C点的运动可认为是随基点B作平动的与绕B作相对转动的合成，故有：

方向：
大小： ？ P P P ？
式中，的大小和方向可用加速度投影定理求解。因构件4上A、O4两点的加速度已知，如图3所示。当做出后，由即可求得b’点位置和aB大小，

取点为加速度图极点，依次作其及加速度图，如下图所示，于是得：

按照上述步骤，绘制5点的速度、加速度多边形图，如下图所示：
5点的速度多边形

方向：
大小： ？ ？
所以
则

下图 滑块的速度多边形

方向：
大小： ？ ？
其中

5点的加速度多边形

方向：AO4
大小： P ？ P P ？
式中，为A4点相对于A3的科氏加速度，其大小为：

滑块的加速度的多边形

方向：
大小： ？ P P P ？

综上速度、加速度值表如下：

大小
方向
大小
方向
12
6.69
0.60288
0.34
0.67
1.180
逆时针
4.04
0.401
9.46
16.32
逆时针
5
6.69
0.60288
0.61
0.8
1.39
顺时针
4.04
0.835
0.8
1.15
顺时针
单位
l/s
m/s
l/s
m/s2
rad/s
（4）计算机构的行程速比系数，由机构运动简图可得，
所以 图6
图7
（5）如图7所示左极限位置的传动角最小，由图得此处的压力角为3°，所以 图8
二、摆动滚子从动件盘形凸轮机构的设计
（一）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。
3、设计数据：
设计内容
符号
数据
单位
凸轮机构
设计

ψmax
15
°
lOqD
125
mm
[α]
40
°
Ф
75
°
ФS
10
°
Ф’
75
°
r0
45
mm
lO2O9
145
mm
（二）设计过程
选取比例尺，作图μl=2mm/mm。
1、取任意一点O2为圆心，以作基圆；
2、再以O2为圆心，以为半径作转轴圆；
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。再以对推程段等分、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，凸轮理论廓线的最小曲率半径 。

图9
（2）凸轮滚子半径的选择（rT）
凸轮滚子半径的确定从两个方向考虑：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、结构限制，不能做的太小，通常取及。综合两方面的考虑，选择滚子半径为rT=10mm。

得到凸轮实际廓线，如图所示。

小结

通过对牛头刨床的运动分析与设计，根据机构运动特性和传力特性,现对牛头刨床作出如下评价：
1、行程大小，即主动件位于两侧极限为止时，刨刀行程H在所须的长度（约在350mm左右），刨刀每刨削一刀后返回时，工作台做横向进给，每次横向进给量相同；
2、运动特性，其行程速比系数为K=1.4。这样可以提高生产率，刨刀快速返回，以减少非工段时间，有急回特性；
3、传力特性，由图7可知此机构最小传动角为87°，传力性能良好；
4、整体运动空间的大小，即尺寸的范围大约在1200mm左右，宽900mm左右。

附件
1、 导杆机构设计图纸一张
2、 凸轮机构设计、铰链四杆机构设计纸一张