牛头刨床的运动和动力分析
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机械原理课程设计——牛头刨床(1)待续2008-11-21 02:13目录一、概述§1.1、课程设计的题目---------------------------------------2§1.2.、课程设计的任务和目的-----------------------------2§1.3、课程设计的要求---------------------------------------3§1.4、课程设计的数据---------------------------------------3二、运动分析及程序§2.1、拆分杆组------------------------------------------------4§2.2、方案分析------------------------------------------------4§2.3、程序编写过程------------------------------------------5§2.4、程序说明------------------------------------------------6§2.5、C语言编程及结果------------------------------------6§2.6、位移,速度,加速度图------------------------------10三、各运动方案的分析与评价§3.1 方案一的运动分析和评价--------------------------12§3.2 方案二的运动分析和评价--------------------------13§3.3 方案三的运动分析和评价--------------------------15§3.4 方案四的运动分析和评价--------------------------16四、小结--------------------------------------- 19五、参考文献---------------------------------20一、概述§1.1.课程设计的题目此次课程设计的题目是:牛头刨床的主传动结构的设计.§1.2.课程设计的任务和目的1)任务:1 牛头刨床的机构选型、运动方案的确定;2 导杆机构进行运动分析;3 导杆机构进行动态静力分析;根据要求发挥自己的创新能力,设计4到5种牛头刨床的主传动机构,使其可以满足牛头刨床的传动需要。
机械工程学院机械原理课程设计说明书设计题目:牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计专业:机械设计制造及其自动化班级:13级姓名:学号指导教师:侍红岩2016年 1 月 4 日目录1 设计任务 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 工作原理及工艺动作过程 (1)1.3 原始数据及设计要求 (1)1.4 设计任务 (2)2 系统传动方案设计 (3)2.1 曲柄滑块机构与摆动导杆机构 (3)2.2 齿轮和摆动导杆机构 (4)2.3 执行机构方案的比较 (5)2.4 执行机构方案的确定 (5)3 机构运动简图及数据分析 (7)3.1 机械结构简图 (7)3.2 牛头刨床数据分析 (8)4 机构运动分解 (10)5 主机构受力分析 (11)5.1 各运动副反力 (11)5.2 曲柄机构平衡力矩 (14)参考文献 (16)1 设计任务1.1 设计题目牛头刨床刨刀往复运动机构的分析与设计。
1.2 工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,整个机构的运转是由原动件1带动杆2的,通过连杆3推动滑块4运动;从而实现刨刀的往复运动。
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;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。
1.3 原始数据及设计要求图1-1已知行程比系数K=1.4原动件曲柄1转速n1=60r/min,刨刀5行程H=400mm,其它参数为,L4=220mm,L5=180mm,L6=350mm,L |3=L3/2,H1=100mm,H2尺寸应满足传动角尽可能大;故刨刀5移动导路位于D点圆弧轨迹弦高一半处;构件重量分别为G2=200N,G5=700N,质心位于S3、S5处;构件3绕质心转动惯量J S3=1.1kg.m2,回程阻力为零,其它忽略不计。
刨刀工作阻力如图1-1所示,回程阻力为零,其它条件忽略不计。
表 11.4 设计任务(1)绘制机构运动简图。
牛头刨床原理
牛头刨床是一种用于木材加工的机械设备,它主要用于对木材进行刨削和修整,使得木材表面更加光滑平整。
牛头刨床的工作原理主要包括送料系统、刨削系统和送料系统。
下面将详细介绍牛头刨床的工作原理。
1.送料系统。
牛头刨床的送料系统主要由送料辊和送料链条组成。
当木材被送入牛头刨床时,送料辊会将木材固定在机器的工作台上,防止木材在刨削过程中移动。
同时,送料链条会将木材沿着工作台送入刨削系统,确保木材能够顺利进行刨削操作。
2.刨削系统。
刨削系统是牛头刨床的核心部件,它主要由刨刀和刨床主轴组成。
当木材被送
入刨削系统后,刨床主轴会带动刨刀旋转,刨刀与木材表面接触,对木材进行刨削。
刨刀的旋转速度和刨床主轴的进给速度会影响刨削的效果,通常需要根据木材的硬度和刨削的要求进行调节。
3.送料系统。
刨削后的木材会被送料链条送出牛头刨床,完成整个刨削过程。
在刨削过程中,送料系统需要确保木材能够顺利送出,同时也需要对木材进行支撑,防止出现倾斜和晃动的情况,保证刨削后的木材表面平整。
总结。
牛头刨床通过送料系统将木材固定和送入刨削系统,刨削系统对木材进行刨削
操作,最后通过送料系统将刨削后的木材送出。
这就是牛头刨床的工作原理。
牛头刨床在木材加工中起着重要作用,能够有效提高木材的加工效率和加工质量,广泛应用于家具制造、建筑装饰等行业。
希望本文对牛头刨床的工作原理有所帮助,感谢阅读!。
牛头刨床的连杆机构运动分析0 前言机构运动分析的任务是关于结构型式及尺寸参数已定的具体机构,按主动件的位置、速度和加速度来确信从动件或从动件上指定点的位置、速度和加速度。
许多机械的运动学特性和运动参数直接关系到机械工艺动作的质量,运动参数又是机械动力学分析的依据,因此机构的运动分析是机械设计进程中必不可少的重要环节。
以运算机为手腕的解析方式,由于解算速度快,精准度高,程序有必然的通用性,已成为机构运动分析的要紧方式。
连杆机构作为在机械制造专门是在加工机械制造中要紧用作传动的机构型式,同其他型式机构专门是凸轮机构相较具有很多优势。
连杆机构采纳低副连接,结构简单,易于加工、安装并能保证精度要求。
连杆机构能够将主动件的运动通过连杆传递到与执行机构或辅助机构直接或间接相连的从动件,实现间歇运动,知足给定的运动要求,完成机械的工艺操作。
牛头刨床是一种利用工作台的横向运动和纵向往复运动来去除材料的一种切削加工机床。
工作台的纵向往复运动是机床的主运动,实现工件的切削。
工作台的横向运动即是进给运动,实现对切削精度的操纵。
本文中只分析纵向运动的运动特性。
牛头刨床有很多机构组成,其中实现刨头切削运动的六连杆机构是一个关键机构。
刨床工作时,通过六杆机构驱动刨刀作往复移动。
刨刀右行时,当刨刀处于工作行程时;要求刨刀的速度较低且平稳,以减小原动机的容量和提高切削质量。
当刨刀处于返回行程时,刨刀不工作,称为空行程,现在要求刨刀的速度较高以提高生产率。
由此可见,牛头刨床的纵向运动特性对机床的性能有决定性的阻碍。
1 牛头刨床的六连杆机构牛头刨床有很多机构组成,其中实现刨头切削运动的六杆机构是一个关键机构。
图1所示的为一牛头刨床的六连杆机构。
杆1为原动件,刨刀装在C点上。
假设已知各构件的尺寸如表1所示,原动件1以等角速度ω1=1rad/s沿着逆时针方向回转,要求分析各从动件的角位移、角速度和角加速度和刨刀C点的位移、速度和加速度的转变情形。
牛头刨床平面机构的设计与分析引言:牛头刨床平面机构是一种常见的木工加工设备,用于对木材表面进行刨削加工。
在牛头刨床平面机构中,刀具通过机构运动,将工件表面的不平整部分削平,使其具有更加光滑的表面质量。
牛头刨床平面机构的设计与分析对于提高机械加工效率、确保加工质量以及降低设备故障率具有重要意义。
一、牛头刨床平面机构的设计要素1.刀具部分设计:刀具部分是牛头刨床平面机构的关键部分,设计合理与否直接影响到加工质量和效率。
刀具部分包括刨刀和刨刀架。
刨刀的选择要考虑到刨削材料的硬度和机床的工作状态。
刨刀架则需要具备刀具安装方便、切削力平稳传递等特点。
2.主动件设计:主动件主要是传动装置,包括电机、减速器、皮带等。
电机要选择合适的功率和转速,确保机床的正常运转。
减速器可以通过传动比选择来调整机床的切削速度。
皮带的选择要考虑到传动效率和寿命,以及对机床的振动和噪音影响。
3.机构设计:牛头刨床平面机构的机构设计要考虑到机床运动的稳定性和刨削质量。
机构设计的关键是选择合适的导轨和导向方式,确保刨削过程中的工作台和刀具的稳定性。
同时,机构设计还需要考虑到切削力和振动等因素的影响,以减小机床的故障率。
二、牛头刨床平面机构的分析方法1.动力学分析:动力学分析可以通过建立相应的运动学方程和动力学方程,研究机械零件的运动状态和力学特性。
动力学分析可以帮助我们评估机床的运动稳定性和工作状态,以及切削力和振动等因素的影响。
2.有限元分析:有限元分析是一种基于计算机模拟的工程分析方法,可以对机床的结构进行力学和热力学分析。
有限元分析可以评估机床在工作过程中的受力情况和变形程度,为机床结构的优化设计提供参考。
3.模态分析:模态分析是一种研究机械结构动态特性的方法,可以分析机床的固有频率和振型。
模态分析可以帮助我们评估机床的动态性能,以及对切削力和振动等外界扰动的响应能力。
4.可靠性分析:可靠性分析可以通过统计学的方法,评估机床的故障率和寿命。
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 b图目录摘要 (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V A2=V A3,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υA4 = υA3 + υA4A3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/sνA3=0.816m/s取5构件作为研究对象,列速度矢量方程,得υC5 = υB5 + υC5B5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/sνC5B5=0.044m/s2.2 加速度分析取曲柄位置“1”进行加速度分析。
单自由度机械系统动力学作业题目:图1所示为一牛头刨床。
各构件长度为:1110L mm =,3540L mm =,4135L mm =;尺寸580H mm =,1380H mm =。
导杆3重量3200G N =,质心3S 位于导杆中心,导杆绕3S 的转动惯量23 1.1J kg m =⋅。
滑枕5的重量5700G N =。
其余构件重量均可不计。
电动机型号为Y100L2-4,电动机轴至曲柄1的传动比23.833i =,电动机转子及传动齿轮等折算到曲柄上的转动惯量21133.3J kg m =⋅。
刨床的平均传动效率0.85η=。
空行程时作用在滑枕上的摩擦阻力50f F N =,切削某工件时的切削力和摩擦阻力如图2所示。
1)求空载启动后曲柄的稳态运动规律; 2)求开始刨削工件的加载过程,直至稳态。
图1 牛头刨床 图2 牛头刨床加工某工件时的负载图 解:(1)运动分析可以用解析法列出各杆角速度、各杆质心速度的表达式。
但为简便起见,现调用改自课本附录Ⅰ中的Matlab 子程序来进行计算。
图1中给出了构件和运动副的编号。
先调用子程序crank 分析点②的运动学参数,再调用子程序vosc 进行滑块2—导杆3这一杆组的运动学分析,然后再调用子程序vguide 进行小连杆4—滑枕5这一杆组的运动学分析。
这一段的Matlab 程序如下:crank(1,2,L(1),TH(1),W(1)); vosc(2,3,4,L(3)); vguide(4,5,L(4)); 其中:L(i)、TH(i)、W(i)分别表示第i 个杆的长度、位置角、角速度。
(2)等效转动惯量和等效力矩取曲柄1为等效构件,等效转动惯量为2223335513111()()()S e J J J G v G v g g ωωωω=+++ (a) 式中:g 为重力加速度,3S v 为导杆3质心的速度,5v 为滑枕的速度。
等效驱动力矩可由电动机机械特性导出,设m M 、de M 分别为电动机输出力矩和等效驱动力矩,两者有如下关系:de m M iM = (b)式中i 为电动机轴和曲轴间的传动比。
机械原理课程设计说明书系部名称: 机电系专业班级: 04机制三班姓名:学号: **********目录概述 (3)设计项目...............................1.设计题目 (4)2.机构简介 (4)3.设计数据 (4)设计内容...............................1.导杆机构的设计 (5)2.凸轮机构的设计 (12)3.齿轮机构的设计 (17)设计体会 (20)参考文献 (21)附图·····························概述一、机构机械原理课程设计的目的:机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练,是本课程的一个重要实践环节。
其基本目的在于:(1)进一步加深学生所学的理论知识,培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。
(2)使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。
(3)使学生得到拟定运动方案的训练,并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。
(4)通过课程设计,进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。
二、机械原理课程设计的任务:机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构(连杆机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他机构)进行设计和运动分析、动态静力分析,并根据给定机器的工作要求,在此基础上设计凸轮、齿轮;或对各机构进行运动分析。
要求学生根据设计任务,绘制必要的图纸,编写说明书。
三、械原理课程设计的方法:机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。
图解法几何概念较清晰、直观;解析法精度较高。
《机械原理》课程设计说明书题目:牛头刨床的设计与分析专业:车辆工程班级: 11-2姓名: xxx学号:xxxxxxxxx指导教师:xxx2013 年5 月摘要牛头刨床设计的主要内容在于齿轮减速传动机构以及主体机构的设计,其基本原理是将电机的转动转化为刨刀的往复切削运动。
两种运动的转换通过机械原理中的不同机构配合使用很容易实现,但如何使刨床处于更好的工作状态就需要进行深入的比较分析了。
这对于机构的选择以及机构的尺寸设计提出了深层次的要求。
该设计用转动导杆机构与对心曲柄滑块机构进行组合,通过合理的的杆件尺寸设计使得牛头刨床工作处于平顺稳定的状态。
设计过程中运用多种软件进行刨床的动力学以及运动学分析,通过不断对运动曲线的优化比较选择出最佳方案。
本设计传动机构主要从满足执行构件需求的角度出发,根据齿轮设计原理进行合理地传动比分配,以及相应电机功率的选择。
本设计优点在于能够提供充分的理论依据来正视设计的合理性以及可行性,同时在实现在满足任务书要求的基础上能够对设计进行优化与整合。
目录一、机械原理课程设计的目的与任务...................................................................................... - 1 -1、课程设计的目的............................................................................................................ - 1 -2、课程设计的任务............................................................................................................ - 1 -3、课程设计的准备和注意事项........................................................................................ - 1 -4、主要参数........................................................................................................................ - 2 -二、主体机构设计: ................................................................................................................. - 2 -1、主体运动的运动要求和动力要求................................................................................ - 2 -2、设计要求........................................................................................................................ - 2 -3、主体机构设计可在以下几种方案中选择.................................................................... - 2 -4、主传动机构尺寸的综合与确定[1]: ................................................................................ - 4 -5、解析法运动分析及程序................................................................................................ - 5 -6、飞轮转动惯量的确定.................................................................................................. - 10 -三、齿轮机构设计 ................................................................................................................... - 13 -1、设计要求:.................................................................................................................. - 13 -2、传动方案设计.............................................................................................................. - 14 -并分配传动比:............................................ - 14 -1)计算传动装置的总传动比i2)计算传动装置各轴的转速:.............................................................................. - 14 -3)各轴输入的功率.................................................................................................. - 15 -4)各轴输入的转矩.................................................................................................. - 15 -3、电机选择 ............................................................................................................. - 16 -4、齿轮1、2设计结果.................................................................................................... - 16 -1)选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.......................................................... - 16 -2)几何尺寸计算。
目录一、概述 (1)1、设计目的 (1)2、设计任务 (1)3、设计方法 (1)二、牛头刨床机构简介 (2)1、牛头刨床的组成机构 (2)2、牛头刨床的工作原理 (3)三、导杆机构方案设计1、拟定运动方案2、方案机构的选择四、传动导杆机构的运动分析1、位置分析2、速度分析3、加速度分析五、齿轮机构设计1、齿轮的设计要求2、齿轮计算六、课程设计自我评价与心得七、参考文献一、概述1、设计目的机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程,它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。
机械原理课程设计目的在于巩固和加深所学的理论知识,培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力,使学生对于常用机构(连杆机构、凸轮机构和齿轮机构)设计和运动分析有比较完整的认识,。
以及熟悉机械系统设计的步骤及方法,其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等,进一步提高设计计算和解决工程技术问题的能力2、设计任务本课程设计要求在规定的时间里按题目任务要求完成设计工作,并上交设计说明书一份。
设计说明书内容包括:1.题目介绍。
2.机构方案。
绘制原理图,说明原动件,从动件等的工作原理。
3.设计说明。
自由度计算,主要尺寸计算、选取等。
4.特点。
说明设计的特色,主要优缺点等。
3、设计方法机械原理课程设计的主要方法有图解法、解析法、实验法。
①图解法是利用已知的条件和某些几何关系,通过几何作图求得的结果。
此法概念清晰、形象直观,但是作图繁琐,精度不高。
②解析法是通过建立数学模型,编制框图和程序,借助计算机求出结果。
该方法精度高、速度快、能解决较复杂的问题。
③实验法是通过建立模型、计算机动态演示与仿真、CAD等,使设计的产品得以实现。
二、牛头刨床机构简介1、牛头刨床的组成机构如图1所示:图1图中:1—工作台;2—刀架;3—滑枕;4—床身;5—减速传动装置;6—带动执行机构;7—手柄;8—滑板。
2、牛头刨床工作原理牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
机械原理课程设计说明书设计题目:牛头刨床的设计机构位置编号:8 5方案号:III班级:2504100222姓名:秦璇学号:25041002222012年 1 月 10 日目录一、前言 (1)二、概述§2.1课程设计任务书 (2)§2.2原始数据及设计要求 (2)三、设计说明书§3.1画机构的运动简图 (3)§3.2导杆机构的运动分析 (4)§3.3导杆机构的动态静力分析8号点 (9)§3.4刨头的运动简图 (14)§3.5凸轮机构设计 (15)§3.6齿轮机构设计 (23)四、课程设计心得体会 (26)五、参考文献 (27)一〃前言机械原理课程设计是高等工业学校机械类专业学生第一次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练,是本课程的一个重要实践环节。
是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。
其基本目的在于:⑴.进一步加深学生所学的理论知识 培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力。
⑵. 使学生对于机械运动学和动力学的分析设计有一较完整的概念。
⑶. 使学生得到拟定运动方案的训练 并具有初步设计选型与组合以及确定传动方案的能力。
⑷. 通过课程设计,进一步提高学生运算、绘图、表达、运用计算机和查阅技术资料的能力。
⑸. 培养学生综合运用所学知识,理论联系实际,独立思考与分析问题能力和创新能力。
机械原理课程设计的任务是对机械的主体机构 连杆机构、飞轮机构凸轮机构,进行设计和运动分析、动态静力分析,并根据给定机器的工作要求,在此基础上设计凸轮,或对各机构进行运动分析。
二、概述§2.1课程设计任务书工作原理及工艺动作过程牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,如图(a)所示,由导杆机构1-2-3-4-5带动刨头5和削刀6作往复切削运动。
工作行程时,刨刀速度要平稳,空回行程时,刨刀要快速退回,即要有极回作用。
牛头刨床主传动机构运动简图一、绘制牛头刨床主传动机构运动简图注意事项1.用中心线绘制出机构的两极限位置和曲柄的运动轨迹;2.对机架、原动件、构件编号、运动副进行标示;3.标注曲柄的位置;4.写出比例尺及其单位m/mm;5.在机构运动简图旁写出各构件的长度:l AB;l CD;l DE;l AC;l A到E点运动轨迹的距离;θ或Φ。
二、图解法运动分析注意事项1.速度多边形图和加速度多边形图分别都画在一个图上,并在相应的图旁写出比例尺及其单位,速度多边形图比例尺单位m/s/mm,加速度多边形图比例尺单位m/s2/mm;2.分别写出速度多边形图和加速度多边形图的矢量方程,并分析各矢量的大小和方向,在矢量方程中只写出各矢量的大小和具体方向,分析及计算过程写在设计说明书中。
3.速度多边形图中矢量的起始点和终止点用小写字母p、a、b、c…等表示;加速度多边形图中矢量的起始点和终止点用小写字母p'、a'、b'、c'…等表示。
三、动力分析注意事项1.绘制等效力矩图:在0~360°内绘制出等效阻力矩和等效驱动力矩图,横坐标为曲柄转角,纵坐标为力矩,并写出横坐标和纵坐标比例尺及其单位,横坐标比例尺单位°/mm,纵坐标比例尺单位N·m /mm。
注意在0~φ1和φ2 ~360°之间的等效阻力矩均为零;2.绘制能量指示图:注意应分别写出各盈亏功和ΔW max的大小;3.计算飞轮的转动惯量:写出飞轮转动惯量计算公式中各变量的大小并代入公式中计算出飞轮的转动惯量;注意:动力分析的所有分析与计算过程均写在设计说明书中,图纸上只写出结果。
进给凸轮机构简图一、绘制凸轮机构注意事项1.列表分别计算出推程和回程摆杆至少6个位置转角的大小,远休止和近休止摆杆转角分别为最大摆角和零度。
2.写出比例尺及其单位m/mm;3.摆杆回转中心与凸轮回转中心之间的连线与水平线的夹角为45°(见设计任务书图1);4.绘制凸轮轮廓线:理论轮廓线为中心线,实际轮廓线以及摆杆和滚子的初始位置均为粗实线,其余辅助线条或圆(圆弧)均为细实线且保留在图纸上,各辅助点用大写字母表示,如:A1、A2、…,B1、B2、…,C1、C2、…等;5.对机架、构件的编号、运动副进行标示;6.标注项目:基圆半径、运动角度、机架中心距、摆杆长度、凸轮的正转和反转方向。
课程设计说明书—牛头刨床第一章、绪论1.机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。
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,现在要求速度较低而且均匀,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,现在要求速度较高,以提高生产率。
为此刨床采纳有急回作用的导杆机构。
刨刀每次削完一次,利用空回行程的时刻,凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构,使工作台连同工件作一次进给运动,以便刨刀继续切削。
刨头在工作行程中,受到专门大的切削阻力,而空回行程中那么没有切削阻力。
因此刨头在整个运动循环中,受力转变是专门大的,这就阻碍了主轴的匀速运转,故需安装飞轮来减少主轴的速度波动,以提高切削质量和减少电动机容量。
第二章、机构运动分析1.导杆机构的运动分析已知曲柄每分钟转数n2,各构件尺寸及重心位置,且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上。
要求作机构的运动简图,并作机构两个位置的速度、加速度多边形和刨头的运动线图。
以上内容与后面动态静力分析一路画在1号图纸上。
曲柄位置的确信曲柄位置图的作法为:取1和8’为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置,1’和7’为切削起点和终点所对应的曲柄位置,其余二、3…12等,是由位置1起,顺ω2方向将曲柄圆作12等分的位置。
设计数据3.取5点和12点位置图如下:5点:12点:4、5点速度和加速度分析:以速度比例尺µ=s)/mm和加速度比例尺µa=s²)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如以下图,并将其结果列入表格。
(1)5点位置速度图:由图解得:Vc=s(2)5点位置加速度图:有图解得:a c=s2(3)12点位置速度图:由图解得:Vc=s(4)12点位置加速度图:有图解得:a c=s2(5)各点的速度,加速度别离列入表1-2,1-3,1-4中表格1-1表格1-2表格1-4第三章、机构运态静力分析一、取“5”点为研究对象,分离五、6构件进行运动静力分析,如下:二、取“12”点为研究对象,分离五、6构件进行运动下:第四章总结通过本次课程设计,关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,也培育了我表达,归纳总结的能力。
二、牛头刨床的运动、动力分析[H,L1]=solve('H=300','L1=(270*H)/(2*550)',' H','L1')H =300L1 =810/11>> [N1,W1]=solve('N1=23',' W1=(N1*2*PI)/60','N1','W1')N1 =23W1 =23/30*PI一、任务根据牛头刨床的机构简图及必要的数据,进行机构的运动学和动力学分析,并给出刨头的位移、速度、加速度和曲柄平衡力矩的曲线。
二、已知条件1、机构运动简图2、机构尺寸mm a 270=, mm b 520=, mm l 5503=, mm l 1004=3、刨头行程和曲柄转速行程mm H 420=, 转速min /891r n =4、刨头的切削阻力工作行程始终为1000N ,空程为0N 。
三、 表达式推导如图所示以A 点为坐标原点,平行刨头运动方向为x 轴,建立直角坐标系,标出各杆矢量及方位角。
由机构的结构分析有:过D 和D '做刨头所在导轨的垂线DG 和D 'G ',从图形中的角度关系易证明GE= G 'E ',所以有EE '=DD '及EE '=θsin 23l =H al l =132,因而我们可以得到312l aHl =1、推导出刨头()1ϕE E x x =,()1ϕE E v v =,()1ϕE E a a =的数学表达式。
(1) 位置分析由矢量封闭三角形ABC 可得封闭矢量方程为CB AB l l a=+即: 312ii i AB ae l e Se πϕϕ+= (1)应用欧拉公式θθθsin cos i e i +=,将(1)的虚部和实部分离得: 31sin sin ϕϕS l a AB =+ (2)31cos cos ϕϕS l AB = (3) 由上面两式求解可得: 当0cos 1=ϕ即21πϕ=或231πϕ=时,由(3)得 0cos 3=ϕ 及 23πϕ=当0cos 1≠ϕ时:113cos sin tan ϕϕϕAB AB l l a +=(4)此时按照机构结构简图及反正切的定义范围易得: 当0tan 3<ϕ时: 113c o s s i n a r c t a n ϕϕπϕAB AB l l a ++=当0tan 3>ϕ时: 113c o s s i n a r c t a nϕϕϕAB AB l l a +=由矢量封闭图形CFED 可得封闭矢量方程为D E CD FE CF l l l l+=+即: 43432ϕϕπi i iE e l e l be x +=+ (5)应用欧拉公式将(4)的虚部和实部分离得:4433cos cos ϕϕl l x E += (6) 4433sin sin ϕϕl l b += (7)由式(7)可得 4334sin sin l l b ϕϕ-=此时按照机构结构简图及反正弦函数的定义范围易得: 4334sin arcsinl l b ϕπϕ--= (8) 由这两个式子可以消去4ϕ,得到由1ϕ确定的E x 的公式:()()23323324sin cos ϕϕl b l x l E -+-= (9) 显然式(9)作为计算式时难以确定E x 的符号,因此在编程时我选择式(6)作为计算式。
(2) 速度分析将式(5)对时间t 求导可得:)2(44)2(3343πϕπϕϕϕ+++=i i E e l e l x(10)应用欧拉公式将(7)的虚部和实部分离得:444333c o s c o s 0ϕϕϕϕ l l --= (11) 444333s i n s i n ϕϕϕϕ l l x E --= (12)由式(11)可得:444333cos cos ϕϕϕϕl l =- 对设计方案进行分析可知0cos 4≠ϕ,否则无法完成行程所以 443334cos cos ϕϕϕϕl l -= (13)又由式(4)可得:()Sl AB 3113cos ϕϕωϕ-= (14)其中的S 的表达式可由(2)求得:31sin sin ϕϕAB l a S +=(由设计方案显然3sin ϕ不为零) (15)由式(12)、(1)可得到由1ϕ确定的E v 的公式:()44333cos sin ϕϕϕϕ--== l xv E E (16)(3) 加速度分析将式(9)对时间t 求导可得:()()⎪⎭⎫ ⎝⎛++⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++=2442442332334433πϕπϕπϕπϕϕϕϕϕi i i i E e l e l e l e l x(17)应用欧拉公式将(15)的虚部和实部分离得:34432443333233sin cos sin cos ϕϕϕϕϕϕϕϕ l l l l x E ----= (18) 44442443333233cos sin cos sin 0ϕϕϕϕϕϕϕϕ l l l l +-+-= (19) 由式(16)可得:44424433332334cos sin cos sin ϕϕϕϕϕϕϕϕl l l l +-= (20) 由式(15)、(17)可得到由1ϕ确定的E a 的公式:()()4424343233433cos cos sin ϕϕϕϕϕϕϕϕl l l xa E E +---== (21) 其中由式(14)可求得()SS l 31312132sin ϕϕϕωϕ--=由式(15)可求得()3111sin ϕϕω--=l S 2、推导出曲柄所加平衡力矩111()M M ϕ=的数学式。
对机构进行受力分析可知,假设在整个力的传递过程中损耗为零,则驱动力矩做的功应当与阻力所做的功相等,若曲柄沿逆时针旋转,令当刨头到达极限位移时杆3与y 轴夹角为θ 则有:3322sin l Hl H==θ即:32arcsinl H=θ 所以当[)[]πθπθπϕ2,2,01-⋃+∈时,阻抗力1000-=r F ;当[)θπθπϕ-+∈2,1时,阻抗力0=r F ; 由受力分析可得:E r vF M =11ϕ所以可得:()41433311cos sin ϕωϕϕϕω--==l F v F M r Er四、打印源程序代码 运用的语言种类:C 语言程序名称:牛头刨床的运动、动力分析#include<stdlib.h> #include<stdio.h> #include<math.h> #define NUM 37main() {float XE[NUM]; float VE[NUM]; float AE[NUM]; float M1[NUM];float a=270, b=520,L3=550,L4=100,H=420,N1=27,PI=3.14159;double PQ0,Q1,PQ1,PQ3,PQ4,S,L1,D1PQ3,D2PQ3,D1PQ4,D1S,W1,FR; int i,j;/* 计算曲柄长度L1和角速度W1*/ L1=(a*H)/(2*L3); W1=(N1*2*PI)/60;printf("\n Q1 XE VE AE M1 ");for(i=0;i<=36;i++){ Q1=10*i;PQ1=(Q1*PI)/180;/*分情况讨论PQ3的取值*/if(Q1==90||Q1==270) PQ3=PI/2; else{ if(atan((a+L1*sin(PQ1))/(L1*cos(PQ1)))<0)PQ3=atan((a+L1*sin(PQ1))/(L1*cos(PQ1)))+PI;elsePQ3=atan((a+L1*sin(PQ1))/(L1*cos(PQ1)));}PQ4=PI-asin((b-L3*sin(PQ3))/ L4);/*计算XE*/XE[i]=L3*cos(PQ3)+ L4*cos(PQ4);/*分情况讨论S的取值*/if(Q1==90)S=a+L1;else{if(Q1==270)S=a-L1;elseS=(L1*cos(PQ1))/cos(PQ3);}D1PQ3=(L1*W1*cos(PQ1-PQ3))/S;/*计算VE的值并将其值存放在VE[i]中*/VE[i]=(-D1PQ3*L3*sin(PQ3-PQ4))/cos(PQ4);/*计算AE的值并将其值存放在AE[i]中*/D1PQ4=(-L3*D1PQ3*cos(PQ3))/(L4*cos(PQ4));D1S=-W1*L1*sin(PQ1-PQ3);D2PQ3=(W1*W1*L1*sin(PQ3-PQ1)-2*D1PQ3*D1S)/S;AE[i]=(L3*D2PQ3*sin(PQ4-PQ3)-L3*D1PQ3*D1PQ3*cos(PQ4-PQ3)+L4*D1PQ4*D1PQ4)/cos(PQ4);/*计算并分区间讨论FR的值*/PQ0=asin(H/(2*L3));if(PQ1>=(PI+PQ0)&& PQ1<=(2*PI-PQ0)) FR=0;else FR=-1000;/*计算M的值并将其值存放在M[i]中*/M1[i]=(-FR*D1PQ3*L3*sin(PQ3-PQ4))/(W1*cos(PQ4));/*输出计算结果*/printf("\n%8.0f",Q1);printf("\t%8.2f",XE[i]);printf("\t%8.2f",VE[i]);printf("\t%8.2f",AE[i]);printf("\t%10.2f",M1[i]);}printf("\n Please enter the option to exit(1):");scanf("%d",&j);if(j==1) exit;return 0;} 程序运行结果:Q1(°) XE(mm)VE(mm/s) AE(mm/s*s) M(N*mm)0 96.38 -189.22 -1116 66922.05 10 82.92 -244.43 -931.12 86448.69 20 66.46 -287.24 -783.92 101592.03 30 47.64 -321.09 -661.65 113561.47 40 26.94 -348.6 -555.14 123291.81 50 4.7 -371.61 -458.05 131430.81 60 -18.86 -391.18 -366.28 138351.81 70 -43.53 -407.65 -277.56 144178.36 80 -69.12 -420.75 -190.86 148810.81 90 -95.39 -429.69 -105.57 151973.62 100 -122.06 -433.37 -20.74 153273.72 110 -148.77 -430.67 65.36 152317.5 120 -175.08 -420.5 155.22 148723.31 130 -200.51 -402.13 251.79 142226.23140 -224.55 -375.14 358.26 132679.95 150 -246.65 -339.43 478.26 120047.27 160 -266.27 -295.08 616.45 104361.7 170 -282.9 -242.18 779.33 85655.47 180 -295.99 -180.48 975.78 63830.48 190 -304.98 -108.67 1216.98 38433.07 200 -309.14 -23.5 1514.77 8312.74 210 -307.48 81.22 1876.72 0 220 -298.52 214.45 2291.31 0 230 -280.25 383.83 2687.4 0 240 -250.46 585.24 2865.3 0 250 -207.95 787.77 2483.9 0 260 -154.42 931.03 1282.27 0 270 -95.39 960.49 -527.49 0 280 -38.2 877.34 -2229.77 0 290 11.57 728.24 -3192.72 0 300 51.25 556.14 -3361.88 0 310 80.25 384.84 -3048.03 0 320 99.04 226.76 -2558.31 0 330 108.66 88.83 -2074.39 0 340 110.49 -25.88 -1669.96 9152.98 350 105.94 -117.66 -1355.59 41612.64 360 96.38 -189.22 -1116 66921.41刨头位置曲线图-350-300-250-200-150-100-5005010015015913172125293337Q1(10度)X E (m m )刨头速度变化曲线图-600-400-20002004006008001000120014710131619222528313437Q1(10度)V E (m m /s )刨头加速度变化曲线图-4000-3000-2000-100001000200030004000135791113151719212325272931333537Q1(10度)A E (m m /(s *s ))曲柄所加平衡力矩变化曲线图020000400006000080000100000120000140000160000180000135791113151719212325272931333537Q1(10度)M 1(N *m m )。