机械原理课程设计牛头刨床_牛逼版

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. . 牛头刨床

0.机构简介与设计数据

0.1牛头刨床简介

牛头刨床是一种用平面切削加工的机床，如下图所示。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，由曲柄机构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，此时要求速度较底并且均匀，以减少电动机的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，以提高生产效率。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，使工作台连同工作件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的工作阻力（在切削的前后个有一段约0.5H的空刀距离，见图）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小电动机容量。 —

—

装

订

线

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. . 牛头刨床机构简图及其阻力曲线

0.2设计数据

运动分析数据

导杆机构的运动分析

n2 lo2o4 lo2A lo4B lBC lo4s4 xs6 ys6

r/min

mm

方案Ⅰ 60 380 110 540 0.25 lo4B 0.5 lo4B 240

50

导杆机构的动态静力分析数据

导杆机构的动态静力分析

G4 G6 P yp Js4

N mm Kg·m2

方案Ⅰ 200 700 7000 80

1.1

凸轮机构设计数据

方案 凸轮机构设计

φmax lo9D [α] φ φs φ,

o mm o

方案Ⅰ 15 125 40 75 10 75

飞轮转动惯量确定数据

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. . 飞轮转动惯量的确定

δ no’ Z1 Zo” Z1’ Jo2 Jo1 Jo” Jo’

r/min Kg·m2

方案Ⅰ 0.05 1440 10 20 40 0.5 0.3 0.2 0.2

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. . 1.导杆机构的运动分析

已知 曲柄每分钟的转数n2,各构件的尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图） .

要求 做出机构的运动简图，用解析法和图解法求出方案Ⅰ中1′+10°和9位置的速度、加速度，并对结果进行误差分析。

l5l4s4l2l`6l6θ5θ2θ4o4Ao21`+1091.1矢量方程图解法

用CAD按一定的比例绘制机构位置机构简图及相应的速度和加速度多边形图，并量出个对应量进行对矢量方程的所求得的结果分析误差。矢量方程图解法： .

. . 其中l2=lAO2, l4=lBO4,l5=lBC,vB=vB4=vB5, aB= aB4=aB5

（1） 速度

未知量 矢量方程

vA4的大小

vB的大小

vC的大小 vA4 = vA3 + vA4A3

方向：4AO 2AO BO4//

大小： ？ l02Aω2 ？

影像法 vB= vA4•l4/lAO4

vC = vB + vCB

方向： //导路 4BO BC

大小： ? vA4•l4/lAO ？

（2）加速度

未知量 矢量方程

aA4的大小

aB的大小

aC的大小 aA4= anA4 + atA4 = aA3 + akA4A3 + arA4A3

方向： AO4  AO4 AO2 AB AB//

大小： v2A4/lAO4 ? l2ω22 2ω3 v A4A3 ?

影像法aB5 =aB4=l4 aA4/lao4 ，方向与aA4相同

aC = aB5 + anC5B5 + atC5B5

方向： //导路 BO4 CB BC

大小： ? l4aA4/lao4 v2C5B5/l5 ? .

. . 1.2矩阵法

建立直角坐标系，标出各杆矢量及方位角。其中共有四个未知量θ4，θ5，s4,sC.建立两个封闭矢量方程，为此需用两个封闭图形O2AO4及O4BCEO4，由此可得

l6+l2=s4, l4+l5=l6′+sC

写成投影方程为

S4cosθ4=l2cosθ2

S4sinθ4=l6+l2sinθ2

l4cosθ4+l5cosθ5-sE=0

l4sinθ4+l5sinθ5= l′6

以上个式即可求得θ4、θ5、s4及sE四个运动变量。其中l4、l5、l2、l6为已知量

以上矢量方程式未知量代数式如下：

θ4=arctan[(l2 sinθ2+ l6)/ cosθ2 l2]

l'6= [l24-(l2 l4/ l6)2]1/2 /2

θ5=arcsin[(sinθ4* l4- l'6)/ l5 ]

SE =l 4 cosθ4 + l 5 cosθ5

S4=cosθ2 l 2/cosθ4

将上面投影式子分别对t求导，得

S'4 cosθ4+ S4（-sinθ4）ω4= -l2 sinθ2ω2

S'4 sinθ4+ S4cosθ4ω4= -l2 sinθ2ω2

其中，S'4、ω4、为未知量，且由题目已知条件ω2=nπ/30=60π/30=2π= 6.959rad/s

将余下的式子对t求导，得

- l4sinθ4ω4- l5sinθ5ω5= 0

l4cosθ4ω4 +l5cosθ5ω5 =0 .

. . 其中，ω5 为未知量 。把其写成矩阵形式，运用MATLAB运算。

最后运动切削点C的速度vc、S'4、ω5、ω4均可以得到。

把上面各式再对时间t二次求导，得到加速度列式：

S''4 cosθ4-S'4 sinθ4ω4-S'4 sinθ4ω4 -S4 (cosθ4ω24+ sinθ4 a4)=-l2 (cosθ2ω22 – sinθ2a2 )

S''4 sinθ4+S'4 cosθ4ω4+S'4 sinθ4ω4 + S4 (-sinθ4ω24+ cosθ4 a4)=-l2 (sinθ2ω22 +cosθ2a2 )

- l4（ω24 cosθ4+sinθ4 a4）- l5（ω25cosθ5+sinθ5a5）= ac

- l4（-ω24 sinθ4+cosθ4 a4）+l5（-ω25sinθ5+cosθ5a5） =0

并写成矩阵形式，即得以下速度和加速度方程式：

•00cossin0coscos01sinsin000cossin00sincos222225455345544444444llllllsscs

••ascllllss544553455444444440coscos01sinsin000cossin00sincos =

•••00sincos0sinsin00coscos000sincoscos00cossinsin222222254455544455544444444334444444llvsllllssssC

结果(m/s) 解析法 图解法 误差 相对误差 .

. . vC-1′+10° 0.017 0.475 0.45799 0.0000772128

vC-9 0.559 0.977 0.00003.7916725819 0.0000687045