牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析汇总.docx
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牛头刨床导杆机构的运动分析动态静力分析汇总
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
题目
牛头刨床导杆机构的运动分析、动态静力分析
学生姓名
学号
指导教师评语及成绩
指导教师签名:
年月日
答辩评语及成绩
答辩教师签名:
年月日
教研室意见
总成绩:
室主任签名:
年月日
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。
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1-10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&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
设计
内容
导杆机构的运动分析
导杆机构的动态静力分析
符号
n2
L0204
L02A
L04B
Lbc
L04S4
XS6
YS6
G4
G6
P
Yp
JS4
单位
r/min
mm
N
mm
kgm2
皿
72
430
110
810
0.36
Lo4B
0.5
Lo4B
180
40
220
620
8000
100
1.2
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'..A3
=\A2,其大小等于-'21O2A,方向垂直于02A线,指向与32—致
2=2nn60rad/s=7.54rad/s
:
'A3=A2=;「;2I02A=0.83m/s(丄O2A)
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
大小?
0.829?
取速度极点P,
方向丄O4A丄O2A//O4B
速度比例尺Jv=0.005(m/s)/mm,作速度多边形,
\A4=Pa43=89.3%.005m/s=0.447m/s
、、a4A3=-vPb=133.9(X005m/s=0.669m/s
又’4='、A3A3/lo4A=0.4467/0.0.316rad/s=1.24rads
'■-B4=‘4为AB=1.24X).81m/s=1m/s
(2-2)
取5构件作为研究对象,列速度矢量方程,得
C5=B5+C5B5
大小?
1?
方向/导杆丄O4B丄BC
取速度极点P,速度比例尺Jv=0.005(m/s)/mm,作速度多边行
则由图知,、,5=%pc5=19.6X.005m/s=0.98m/s
■-C5b5=42.3X.005m/s=0.216m/s
■■'■5=C5B5/Lbc=0.216/0.2916=0.74rad/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:
2=a:
3,其大小等于,22io2A,方向由a指向。
2
■2=7.54rad/s
nn2222
K
aA4A3
aA3=aA2='2Lo2a=7.54X).11m/s=6.25m/s
=2co4va3A3=2Xl.24X.6996=1.73m/s
a:
4='42lo4A=1.242X).316=0.552m/s
取3、4构件重合点A为研究对象,列加速度矢量方程得:
n£nKr
aA4=aA4+aA4=aA3+aA4A3+aA4A3(2-3)
2
大小:
?
--4lO4A?
6.252-4\A3A3?
方向:
?
B》A丄O4BA>O2丄O4B(向左)//04B(沿导路)
取加速度极点为P/,加速度比例尺・=0.02(m/s2)/mm,作加速度多边形.
t22
aA4=350X.02m/s=7m/s
2
aA4=7.05m/s
aB4=7.05X.81/0.316=15.8m/55
取5构件为研究对象,列加速度矢量方
大小
aC5=
?
n
aB5+a°5B5+
2
15.8'5lBC
T
aC5B5
?
(2-4)
方向
丄导杆
//aA4//BC
丄BC
取加速度极点为
p/,加速度比例尺
2
二a=0.05(m/s)/mm
其加速度多边形有:
2
aC5=0.005X.34=15.67m/i5
3导杆机构的动态静力分析
3.1刨头的力的分析过程:
对于刨头可以列出以下力的平衡方程式:
EF=0
P
+G6+Fl6+
FR45+
FR16=
0(3-1)
方向:
//x轴
竖直向下与aC6反向
//BC(推力)
竖直向上
大小:
0
620-m6ac6
?
?
以作图法求得
:
Fr45
=991N
FR16=
=639N
3.2对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式:
对于摇杆滑块可以列出以下力的平衡方程式:
ZF=0
FR54
+FR34+
Fl4+
G4+Fr14=0
(3-2)
方向:
//BC
丄O4B
//aA4
//y轴?
大小
991N
2680N
-m4aA4
220N?
对04力矩平衡方程式:
(取顺时针为正)
ZM=0
FR54*
y1+G6*y2-
Fr34*y3+
Fi4*y4+M=0
(3-3)
得到:
Fr34=2680N
由此可以求得Fri4的大小:
F“4=1525N
3.3曲柄2平衡力矩分析
对O点取力矩平衡方程式:
(取顺时针为正)
即Fr34对02力矩:
M=93N-m
4方案比较
附表4-1:
序号
(同附
表2)
万案1
万案2
方案3
(AF)jk
(ACR)jk
(AF)jk
(ACR)jk
(AF)jk
(ACR)jk
1
1.356
1
1.32
0.77
1.6
1.17
2
3.55
1
2.73
0.76
9.1
2.56
3
260.7
1
360.8
1.38
618.7
2.37
4
0.0235
1
0.0230
1.02
0.0227
0.96
5
8878
1
14174
1.60
15578
1.75
6
2675
1
5510
2.06
1466
0.54
7
0.167
1
0.270
0.48
0.333
1.99
附表4-2:
机构性能比较表
指标数据项目
万案1
万案2
方案3
备注
功能质量
V6max(m/S)
0.762
0.79
1.245
工作段刨头最大速度
V6m(m/s)
0.562
0.598
0.78
工作段刨头平均速度
a6max(m/s)
3.9
4.42
9.78
工作段刨头最大加速度
y6max
28.64
11.43
11.4
工作段刨头加速度最大变化率
FI6max(N)
260.5
360.82
618.7
工作段刨头的最大惯性力
F12max(N)
8888
14174
15578
机架对曲柄的最大反力
F14max(N)
2675
5510
7630
机架对导杆的最大反力
y.
min\/
0/85°
0/87°
0/88.2°
最小传动角构件34构件5、6
Mbmax(Nm)
851.4
1066.5
1466
最大平衡力矩
经济
适用
性能
取大运动轮廓尺寸
(mm^mm)
315X530
270X298
419X796
长汇宽
机构复杂程度
6X7
6X7
6X7
构件数沢运动副数
附表4-3:
机构评价指标
序号
指标类型
指标名称
指标值(AF斤
1
运动性能
工作段刨头接近等速运动的程度
v6max/v6m
2
工作段刨头加速度曲线平均斜率
y6max®1+y6min®2叫和2
3
动力性能
刨头最大惯性力
F|6max
4
两组最小传动角平均值的倒数
2
y+Y
3、4min5、6min
5
最大机架反力
F12max
6
最大平衡力矩
Mbmax
7
经济适用性
最大运动轮廓尺寸
长汉宽
8
机构复杂程度
构件数X运动副数
附表4-3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;
1、;:
2:
分别与y6max和『Gmin相对应的曲柄转角创;
3、4min:
一级四杆机构的最小传动角;
5、6min:
二级四杆机构最小传动角。
结论:
从总体数据来看,第一组数据是最好的,但也有其不足之处,比如其运动性能和经济性能不如第二组好;第三组数据也有一些优点其最小传动角比其他组大,这样可以避免死点等情况,其最大平衡力矩比较小。
总结
本次课程设计持续一周,可以说是紧张又有学到了知识,从中可以发现许多的问题,发现问题以后就要解决,从中会学到很多,也发现了自己的很多问题,特别是专业课不熟悉,作图不熟练,这些都导致了课程设计过程中特别是作图时出现的误差,所以要认真学好专业知识,多熟悉专业方面的知识,在作图方面
要多练习,在数据统计过程中发现有些点的数据和实际值有较大的出入,这可能
是有些同学在计算过程中没有计算正确,也可能是某些参数的矢量方向弄反了,通过再三的核对、检查,有些比较大的误差我们可以更正过来,但有些小的误差我们无法避开,这很可能是画图时出现的误差。
本次课程设计我们分为三组,三
组各有自己的数据,完成作图后进行比较,看看那个方案比较好,这样的比较可以让我们比较全面的了解刨床的一些设计参数,虽然不能说我们的数据是完全正确的,但从线条的走向趋势来看还是能大体的反映一些设计要求的,可以说这次
课程设计是一次模拟真实的的设计,通过计算各项(AF)jk,,比如运动性能、动力性能、经济适用性。
运动性能表现在速度和加速度方面;动力性能表现在所受的力和力矩方面,而经济性表现在机构的复杂程度上。
通过三组数据的比较可以很明显的看出第一组数据是比较好的,其运动性能、动力性能、经济适用性都比
较好。
通过几天的课程设计我们发现问题解决问题,收获了很多,但也存在不足,希望学校多组织几次这样的活动,让我们能够更全面的掌握专业方面的知识。
参考文献
[1]机械工程手册编辑委员会编.《机械设计手册【M».第3版•北京:
机械工业出版社,2008
[2]哈尔滨工业大学理论力学研究室编.《理论力学1»——六版——北京
2002.8
[3]孙桓等主编《机械原理》(第六版)高等教育出版社
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- 牛头 刨床 机构 运动 分析 动态 静力 汇总