牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析

课程设计说明书

课题名称：机械原理课程设计

学院：机电工程系

专业班级：机械083班

学号：

学生：

指导老师：

学院教务处

2010年12月23日

《机械原理课程设计》评阅书

摘要

关键词：牛头刨床、速度、加速度、力与力矩

本次课程设计是对刨床的的设计参数进行评定，设计过程分为三组，主要是对刨头的加速度、速度和受力情况进行分析和计算，然后作出刨头的速度矢量图、加速度矢量图和力与力矩的矢量图，统计刨头不同位置的速度、加速度、力的参数，将数据绘制成曲线图，然后分析曲线图的走势来评定刨床的各项参数，在进行组与组之间的对比，得出最优参数。最后分析其原因。

目录

摘要.................................................... III 1设计任务.. (1)

2.1 速度分析 (3)

2.2加速度分析： (3)

3导杆机构的动态静力分析 (5)

3.1 刨头的力的分析过程： (5)

3.2 对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式： (5)

3.3曲柄2平衡力矩分析 (5)

4 方案比较 (6)

总结 (8)

参考文献 (9)

1设计任务

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-1。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，以提高生产率。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，

受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5H的空刀距离，见图1-1，b），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。

课程设计的任务：

1．作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程；2．作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；

3. 用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。

设计数据：

表1-1

图1-2

2 导杆机构的运动分析

2.1 速度分析

取曲柄位置“9”进行速度分析。因构件2和3在A 处的转动副相连，故A3ν = A2ν，其大小等于2ωl O2A ，方向垂直于O 2 A 线，指向与ω2一致。 2ω =2πn 2/60 rad/s =7.54 rad/s

A3ν = A2ν = 2ω·l O2A =0.83m/s （⊥O 2A ） 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

A4ν = A3ν + A34A ν (2-1)

大小 ? 0.829 ？

方向 ⊥O 4A ⊥O 2A ∥O 4B

取速度极点P ，速度比例尺v μ=0.005(m/s)/mm ,作速度多边形，

A4ν=4Pa ·

μv =89.3×0.005m/s=0.447 m/s A34A ν=v μp b =133.9×0.005m/s=0.669 m/s

又 4ω= A33A ν/l o4A =0.4467/0.0.316 rad/s =1.24 rad/s

B4ν=4ω×AB=1.24×0.81 m/s=1 m/s

取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得

C5ν = 5B ν + 5C5B ν (2-2)

大小 ? 1 ?

方向 ∥导杆 ⊥O 4B ⊥BC

取速度极点P ，速度比例尺v μ=0.005(m/s)/mm, 作速度多边行。 则由图知， C5ν= v μpc 5=19.6×0.005 m/s=0.98m/s 5C5B ν=42.3×0.005 m/s=0.216 m/s 5ω= 5C5B ν/ L BC =0.216/0.2916=0.74 rad/s

2.2加速度分析：

取曲柄位置“9”进行加速度分析。因构件2和3在A 点处的转动副相连，

故a n A 2=a n A 3,其大小等于2

2ωl O2A ,方向由A 指向O 2。 2ω =7.54rad/s

a n

A 3=a n

A 2

= 2

2ω·L O2A =7.542×0.11 m/s 2=6.25m/s 2

a

K A A 34

=24ωA33A ν=2×1.24×0.6996=1.73 m/s 2

a n

A 4= 2

4

ωl O4A =1.242×0.316=0.552 m/s 2

取3、4构件重合点A 为研究对象，列加速度矢量方程得：

a A 4= a n

A 4

+

a

A τ4

=

a

n A 3

+

a

K A A 3

4

+

a

A A r 3

4 (2-3)

大小: ? 24ωl O4A ? 6.25 24ωA33A ν ?

方向： ? B →A ⊥O 4B A →O 2 ⊥O 4B （向左）∥O 4B （沿导路） 取加速度极点为P ＇,加速度比例尺a μ=0.02（m/s 2）/mm, 作加速度多边形.

a

A τ4

=350 ×0.02m/s 2=7m/s 2

a

A 4

=7.05 m/s 2

a B 4 =7.05×0.81/0.316=15.8 m/s 2

取5构件为研究对象,列加速度矢量方

a C 5= a B 5 + a n

B C 55 +

a

B C τ

5

5 (2-4)

大小 ? 15.8 2

5ωl BC ? 方向 ⊥导杆 ∥a A 4 ∥BC ⊥BC

取加速度极点为P ＇,加速度比例尺a μ=0.05（m/s 2）/mm 其加速度多边形有：

a C 5=

0.005×31.34 =15.67m/s 2

a

C 6=

a C 5

（同向）