牛头刨床导杆机构的运动分析.动态静力分析

摘 要

——牛头刨床运动和动力分析

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1-1a。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 – 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，以提高生常率。为此刨床采用有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），使工作台连同工件做一次进给运动，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（在切削的前后各有一段约0.05H的空刀距离，图1-1b），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

图

b

目 录

摘 要 .................................................... III 1设计任务„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 2 导杆机构的运动分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

导杆机构的动态静力分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

3.1运动副反作用力分析 ............................................. 4 3.2力矩分析........................................................6

4 方案比较„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 5总结.........................................................10 6参考文献.....................................................10

《 机械原理课程设计 》说明书

1设计任务

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，确定曲柄平衡力矩，并对不同法案进行比较，以确定最优方案。要求根据设计任务，绘制必要的图纸和编写说明书等。

2 导杆机构的运动分析

2.1 速度分析

取曲柄位置1’对其进行速度分析，因为2和3在以转

动副相连，所以VA2=VA3，其大小等于ω2l02A，指向于ω2相同。

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

υ

A4

= υ

A3

+ υ

A4A3

大小 ? √ ? 方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B

选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a） νA4=0.088m/s νA3=0.816m/s

取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得

υ

C5

= υ

B5

+ υ

C5B5

大小 ? √ ? 方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC

取速度极点p，选比例尺μv=0.004（m/s）/mm，做出速度矢量图（见图a）

νC5=0.16m/s ν

C5B5

=0.044m/s

2.2 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，

故anA2=anA3,其大小等于ω22lO2A,方向由A指向O2。 取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程

aA4 = a A4 + aA4τ = aA3n + aA4A3K + aA4A3v

大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υ

A4A3

τ

?

方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B（向左） ∥O4B（沿导路） 取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.02（m/s2）/mm, 作加速度多边形（见图b）.

aA4≈aA4τ=6.52m/s2 取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得

ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5τ

大小 ? √ √ ? 方向 ∥XX √ C→B ⊥BC

ac5=11.72 m/s2

3导杆机构的动态静力分析

3.1 运动副反作用力分析

取“1”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力，力分析图如下：

然后可以列出等式如：

又ΣF=G6+FI6+FR45+FR16=0，作多边行（见图c），µN=10N/mm。 Fp45=750N，FR16=680N

分离3,4构件进行运动静力分析，画出杆组力体图，

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已知： FR54=-FR45=750N，G4=220N 对A点取矩得：

ΣMA=FR54lAB+MS4-FS4ls4A-G4lS4A+FO4τ·O4A=0（以上各距离都为A点到该

力所在直线的垂直距离） FO4τ=683.5N

又 ΣF=FR54+FR23+FS4'+G4+FO4n+FO4τ=0,作力的多边形（见图d），µN=5N/mm。

FR23=1610N，FO4n=40 3.2 曲柄平衡力矩分析

取构件2做受力分析

r12

Fr32

做力矢量图（见图e）取μ=20N/mm

Fr32=Fr12=1610N

对O2点取距，得平衡力矩为：

M=8.05N/m

4 方案比较

附表2中部分符号含义如下：

y6max、y6min：切削工作段刨头加速度曲线的最大、最小斜率；

ϕ1、ϕ2：分别与y6max和y6min相对应的曲柄转角(rad)； γ3、4min：一级四杆机构的最小传动角(rad)； γ5、6min：二级四杆机构最小传动角(rad)。

附表3：

(AF)jk与(ACR)jk计算值表

(AF)jk之比(ACR)jk为比较评定因素，

其值为各方案的（最

以方案1为基准方案, 小的为最佳方案）。

综合比较，方案2在多种性能上占有优势，故应该选择方案2

总 结

通过本次课程设计，对于机械运动学和动力学的分析与设计有了一个较完整的概念，同时，也培养了我表达，归纳总结的能力。此外，通过此次设计我也更加明确了自己所学知识的用途，这为我以后的学习指明了方向，让我在以后的学习中更加思路清晰，明确重点，从而更好的像需要的方向努力。同时这次设计也告诉我了无论是学习还是工作，都需要严谨二字，一个数据的微笑错误也可能导致最后的巨大差距，我们无论在学习还是工作都需要以一个端正的态度去用心的完成，这样才能真的有所成就。

总之课程设计虽然很快就结束，但其给我的影响是长远的，在以后的学习中我必须更加努力的学习和了解各种机械技能，增强自己的实力，以在以后的竞争中立于不败之地！

参考文献

[1] 《机械原理》第七版，孙桓主编，高等教育出版社。

[2] 《机械原理课程设计指导书》罗红天主编，高等教育出版社。

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