牛头刨床刨刀的往复运动机构Word文档格式.docx
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工学院课程设计评审表
设计任务书……………………………………………………4
1.1设计题目………………………………………………………..4
1.2牛头刨床简介………………………………………………………4
1.3牛头刨床工作原理…………………………………………………4
1.4设计要求及设计参数…………………………………………6
1.5设计任务…………………………………………7
二.导杆机构的设计及运动分析…………………………………8
2.1机构运动简图……………………………………………8
2.2机构运动速度多边形……………………………………………9
2.3机构运动加速度多边形……………………………………………11
三.导杆机构动态静力分析……………………………………………14
3.1静态图……………………………………………14
3.2惯性力及惯性力偶矩……………………………………………14
3.3杆组拆分及用力多边形和力矩平衡求各运动反力和曲柄平衡力
……………………………………………15
心得与体会……………………………………………………………21
参考文献.................................................................................................22
一、设计任务书
1.1设计题目:
1.2牛头刨床简介:
牛头刨床外形图
牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床,多用于单件或小批量生产。
为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工,要求主执行构件—刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动,且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度,即刨刀具有急回现象。
刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给;
安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给,以完成平面的加工,工作台还应具有升降功能,以适应不同高度的工件加工。
1.3牛头刨床工作原理:
牛头刨床是一种刨削式加工平面的机床,图1所示为较常见的一种机械运动的牛头刨床。
电动机经皮带传动和两对齿轮传动,带动曲柄2和曲柄相固结的凸轮转动,由曲柄2驱动导杆2-3-4-5-6,最后带动刨头和刨刀作往复运动。
当刨头右行时,刨刀进行切削,称为工作行程。
当刨头左行时,刨刀不切削,称为空回行程。
当刨头在工作行程时,为减少电动机容量和提高切削质量,要求刨削速度较低,且接近于匀速切削。
在空回行程中,为节约时间和提高生产效率,采用了具有急回运动特性的导杆机构。
此外,当刨刀每完成一次刨削后,要求刨床能利用空回行程的时间,使工作台连同工件作一次进给运动,以便于刨刀下一次切削。
为此,该刨床采用凸轮机构,双摇杆机构经棘轮机构和螺旋机构(图中未示出),带动工作台作横向进给运动。
A
B
C
x
y
s
5
3
X
E
D
Y
S5
1
2
7
6
n
F
r
Fr
4
图1牛头刨床机构简图
0.05H
H
Sc
Fmax
图2 刨刀阻力曲线
图3曲柄位置图
1.4设计要求及设计参数:
设计要求:
1、绘图问题
A1图纸一张,A1图纸1张,绘图工具一套。
2、绘图要求
作图准确,布置匀称,比例尺合适,图面整洁,线条尺寸应符合国家标准。
3、计算说明书要求
计算程序清楚,叙述简要明确,文字通顺,书写端正。
设计参数:
1.5设计任务:
用图解法对牛头刨床的连杆机构进行运动分析和动力分析。
要求画出A1图纸一张,A2图纸一张,写出计算说明书一份。
二、导杆机构的设计及运动分析
2.1机构运动简图:
图2-1机构运动简图
1.选方案Ⅰ,在连杆机构中,曲柄有30个连续等分1~30个位置(见图3),选取4位置进行设计及运动分析,取长度比例尺=0.004.
2.取构件2和导杆3垂直(即构件5在最左方)时为起始位置1,用量角器量取(4-1)×
12=36度,两个工作行程的极限位置1和,E点两极限位置如图虚线,极限位置距离h=312mm,机构运动简图如图2-1所示。
2.2机构运动速度多边形:
图2-2机构运动速度多边形
根据机构运动简图,进行速度分析:
根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式,得:
υB3=υB3B2+υB2
大小?
?
√
方向⊥CB∥BC⊥AB
计算:
n=60r/min=1r/s,ω=2πn=2πrad/s,
υB2=ω×
lAB=2πrad/s×
0.11m=0.22πm/s
速度多边形:
在图上任取速度极点P,速度比例尺µ
v【=υB2/Pb1=(0.22πm/s)/120㎜】=0.006(m/s)/mm,过点p作直线pb1(长度为120㎜)垂直杆AB代表υB2的方向线,过点p作垂直杆CB的直线,代表υB3;
再过点b1作直线平行于BC,代表υB3B2的方向线,这两方向线交点为b3,则矢量pb3和b1b3分别代表υB3和υB3B2,其大小分别为:
υB3=µ
v×
pb3=0.006(m/s)/mm×
62㎜=0.37m/s
υB3B2=µ
b2b3=0.006(m/s)/mm×
101㎜=0.6m/s.
根据影像相似原理求出υD:
CB/CD=pb3/pd,即106.5/135=62/pd,解得pd=78㎜,
υD=µ
pd=0.006(m/s)/mm×
78㎜=0.468m/s
方向在pb3的延长线上。
再根据同一构件上相对速度原理列速度矢量方程式,得
υE=υED+υD
方向∥导路⊥ED⊥CD
pd=78㎜,方向在pb3的延长线上,再过点P作水平线代表点E的速度方向,再过点d作杆ED的垂直线,这两方向线交于点e,则矢量pe和de分别代表υE及υED,其大小分别为:
υE=µ
pe=0.006(m/s)/mm×
75㎜=0.45m/s
υED=µ
de=0.006(m/s)/mm×
20㎜=0.12m/s
因为4位置为工作行程,故刨头在此过程中匀速即:
υS5=υE,根据重心得加速度影像相似原理求出υS3:
CS3/CD=PS3/Pd即67.5㎜/135㎜=PS3/78㎜,解得PS3=39㎜,
υS3=µ
PS3=0.006(m/s)/mm×
39㎜=0.234m/s
方向在Pd上,机构运动速度多边形如图2-2所示。
2.3机构运动加速度多边形:
由理论力学可知,点B3的绝对加速度与其重合点B2的绝对加速度之间的关系为
anB3+atB3=aB2+akB3B2+arB3B2
方向B3→C⊥B3CB2→A⊥B3C∥B3C
2ω3VB3B2?
计算:
由图2-1结构运动简图得:
lB3C=106.5=106.5㎜×
0.004m/mm=426㎜=0.426m;
由图2-2机构运动速度多边形求出:
VB3=µ
pb3=0.06(m/s)/mm×
62mm=0.37m/s;
ω3=v3/lb3c=(0.37m/s)/(0.426m)=0.87rad/s;
故anB3=ω23×
lB3C=(0.87rad/s)2×
0.426m=0.32m/s2
ω=2πn=2πrad/s;
lAB=110mm=0.11m
故aB2==(2πrad/s)2×
0.11m=4.34m/s2
由图2-2机构运动速度多边形求出:
VB3B2=µ
b2b3=0.006(m/s)/㎜×
101mm=0.6m/s
故akB3B2=2ω3VB3B2=2×
0.87rad/s×
0.6m/s=1m/s2
在一般情况下,arB3B2=anB3B2+atB3B2,但是目前情况下,由于构件2和构件3组成移动副,所以anB3B2=0,则arB3B2=atB3B2,其方向平行于相对移动方向;
akB3B2是哥氏加速度,对于平面运动之内,akB3B2=2ω3VB3B2哥氏加速度akB3B2的方向是将VB3B2沿ω2的转动方向转90度(即图2-3中的b´
k´
的方向),在上面的矢量方程式中只有atB3和arB3B2的大小为未知,故可用图解法求解。
加速度多边形:
从任意极点π连续作矢量πb´
2(120mm)和b´
2k´
代表aB2和akB3B2,其加速度比例尺ua=aB2/πb´
2=0.036(m/s2)/㎜;
再过π作矢量πb3’’代表anB3,然后过k´
作直线k´
b3’平行于线段CB3代表arB3B2的方向线,并过点b3’’作直线b3’’b3’垂直于线段CB3,代表atB3的方向线,它们相交于点b3’,则矢量πb´
3便代表aB3。
机构运动加速度多边形如图2-3所示。
图2-3机构运动加速度多边形
由机构运动加速度多边形可求出:
atB3=b3’’b3’×
ua=72.5㎜×
0.036(m/s2)/㎜=2.61m/s2;
arB3B2=k´
b3’×
ua=55㎜×
0.036(m/s2)/㎜=1.98m/s2
再根据加速度影像相似原理,得:
CB/CD=πb3’/πd3’即106.5㎜/135㎜=72.5㎜/πd3’
解得πd3’=93㎜;
CS3/CD=πS3/πd3’即67.5㎜/135㎜=πS3/93㎜
解得πS3=46.5㎜;
故
aD3=πd3’×
ua=93㎜×
0.036(m/s2)/㎜=3.348m/s2;
as3=πS3×
ua=46.5㎜×
0.036(m/s2)/㎜=1.674m/s2
因此位置为工作进程,故E点和重心S5点匀速前进,故无加速度。
.
三.导杆机构动态静力分析
3.1静态图
图3-1机构位置状态图
3.2惯性力及惯性力偶矩:
因重心S5无加速度,故S5点无惯性力Fi及惯性力偶矩Mi;
下面求重心S3的惯性力Fi及惯性力偶矩Mi:
惯性力:
Fis3=-m×
as3
=-G3/g×
aS3=-G3/g×
ua×
πS3
=-(200N)/(9.8N/㎏)×
【0.036(m/s2)/㎜】×
46.5㎜
=-34N
方向:
as=ans+ats,它决定了Fi的方向,因Fis3=-m3×
as3,故Fi3及F’i3的方向与图2-3中的πS3(代表as3的方向)的方向相反。
惯性力偶矩:
Mis3=-JS3·
αS3
=-JS3×
(atCD/lCD)
=-1.1㎏㎡×
[(0.036(m/s2)/㎜)×
93㎜]/0.54m
=-6.28N·
m
作用线间距离为h:
h=Mis3/Fi3=(-6.28N·
m)/(-34N)=200㎜
变速转动的构件都同时具有惯性力Fi和惯性力偶矩Mi,故它们均可用一等于Fi3的总惯性力F’i3来代替。
按照比例尺=0.004.确定Fi3与F’i3之间的图上距离,将Fi3和F’i3在静力图上表示,如图3-1所示。
3.3杆组拆分及用力多边
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- 牛头 刨床 刨刀 往复 运动 机构