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1、牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析第一章 机械原理课程设计的目的和任务1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学生第一次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教学环节。起目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算，和使用科技资料的能力。在次基础上，初步掌握电算程序的编制，并能使用电子计算机来解决工程技术问题。2课程设计的任务：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，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对各个
2、机构进行运动设计。要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编制计算程序和编写说明书等。第二章、机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。图解法几何概念比较清晰、直观；解析法精度较高。第三章、机械原理课程设计的基本要求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。第四章 机械原理课程设计的已知条件1、机构简介图1表1 设计数据牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1所示。电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8
3、。刨床工作时，由导杆机构23456带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀不切削，称为空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回运动的导杆机构。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191011与棘轮带动螺旋机构（图1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。刨头在工作过程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距离，简图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转动，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。2.设计数据：见表设计
4、内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符号n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmkgm2方案603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.164350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.2表第五章 选择设计方案设计内容1、导杆机构的运动分析图2已知：曲柄每分钟转，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路位于导杆端点B所作弧高的平分线上（见图
5、2）。要求：作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上（参考图例1）。曲柄位置图的作法为（图2）取1和8为工作行程的起点和终点所对应的位置，取1和7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、3、.12等，是由位置1起，顺方向将曲柄圆周作12等分的位置。1机构运动简图图2、选择表中方案。第六章 机构运动分析1、曲柄位置“3”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“3”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3，其大小等于W2lO2A，方向垂直于O2A线，指向与2一致。 2=2
6、n2/60 rad/s=6.702064328rad/sVA3=VA2=2lO2A=6.7020643280.09m/s=0.4869253273m/s（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 VA4=VA3+VA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2图1-2则由图1-2知， V A4A3=0.3560011549 m/s VA4=0.4869253273 m/s又 4=VA4/ lO4A=1.163226793 rad/s VB=W4lo4B=0.67467154 m/s取5构件作为
7、研究对象，列速度矢量方程，得 vC = vB+ vCB大小 ? ?方向 XX O4B BC取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。则由图1-2知， vC5= 0.6686416587m/s vCB=0.1024078292m/s 5=0.588550741rad/s2.加速度分析：取曲柄位置“3”进行加速度分析。因构件2和3在A点处的转动副相连，故=,其大小等于22lO2A,方向由A指向O2。2=6.702064328rad/s, =22LO2A=6.70206432820.09 m/s2=4.042589963m/s2 取3、4构件重合点A为研究对象，
8、列加速度矢量方程得： aA4 = + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3v大小: ? 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向 ? BA O4B AO2 O4B O4B（沿导路）取加速度极点为P,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm,作加速度多边形如图1-3所示.图3则由图1-3知, aA4 =Pa4a =3.2638759m/s2aB4= aB5 = aA4* L04B / L04A =40522083799 m s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac = aB + acBn+ a cB大小 ? 5l2CB ?方向 X轴 CB BC其加速度多边形如图13所示
9、,有ac =p ca =4058026085 m/s22、曲柄位置“6”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“6”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“3”。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vA4=vA3+vA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4B取速度极点P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm，作速度多边形如图1-4。 图4则由图1-4知，vA4=pa4v=0.4937347224 m/s vA4A3=a3a4v=0.3622963846 m/s4=V4/Lo4A=0.4937347224/0.418414117=101800133
10、02 m/svB =4LO4B=0.684407715m/s取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得vC = vB + vCB大小 ? ?方向 XX O4B BC其速度多边形如图1-4所示，有 vC= 0.6746306462 m/s vCB=0.1042921378 m/s取曲柄位置“6”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4= a A4n + a A4= a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 ? 42lO4A ? 24VA4A3 ?方向 ? BO4 O4B AO2 O4B（向右） O4B（沿导路）取加速度
11、极点为P,加速度比例尺a=0.01（m/s2）/mm,作加速度多边形图1-5图1-5则由图15知， a A4 = pa4a = 1.672045993 m/s2aB4= aB5 = aA4* L04B / L04A =2.317767581 m s2取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得aC= aB+ aCBn+ aCB大小 ? ?方向 xx CB BC其加速度多边形如图15所示，有aC5 = pCa =2.207695373 m/s2整理可得：各点的速度，加速度分别列入表，中表项目位置24VAVBVc36.7020643210163226790.486925320.674671540.66
12、86416566.7020643210180013300.493734720.684407710.67463064单位1/s1/sm/s表项目位置34.04258993.26368753.21416284.52208370.098774.5802664.04258991.67204590.58261292.31776750.466102.20769单位第七章机构运态静力分析导杆机构的动态静力分析已知：各构件的质量G（曲柄2、滑块3和连杆5的重量可以忽略不计），导杆4绕重心的转动惯量及切削力P的变化规律见图1，b。要求：按表所分配的第二行的一个位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需平衡力矩。以上
13、内容作在运动分析的同一张图纸上（见图例1）。表 机构位置分配图5-6杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、Fi6、R16、R45, 其中R45和R16 方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G6和支座反力F16 均垂直于质心， R45沿杆方向由C指向B，惯性力Fi6大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺= (10N)/mm，作力的多边形。U=10N/mm已知P=9000N，G6=800N，又ac=ac5=2.207695373m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/9.82.207695373=-180.2200304N 又F=P+G6+FI6+
14、F45+FRI6=0，作为多边行如图1-6所示图16图1-6力多边形可得： FR45=CDN=9181.5664521N FR16= ADN=649.014527N在图1-6中，对c点取距，有 MC=-PyP-G6XS6+ FR16x-FI6yS6=0代入数据得x=736.0138841m分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图1-7所示，图1-7 已知： FR54=-FR45=-9181.5664521N，G4=220NaS4=aA4 lO4S4/lO4A=1.672045993*0.29/0.41841411745m/s2=10158883791m/s2 S4= aA4/ lO4A=
15、0.582612951/0.41841411745=1.393431391由此可得： FS4=-G4/gaS4 =-26.01575857N MS4=-JS4S4=-1.21.393431391Nm= -1.670917669.Nm在图1-7中，对O4点取矩得：MO4= Ms4 + FI4x4 + F23x23+ F54x54 + G4x4 = 0代入数据， 得MO4=-1.670917669-37.535726370.29+F230.24791637035+9181.56645210.57164177839+2200.0441846418=0 故F23=-21159.27768N Fx + Fy + G4 + FI4 + F23 + F54 = 0方向： ？ ？ M4o4 大小： O4B 由图解得：Fx=5782.1812402N Fy=14558.7013N 方向竖直向下2.1.3 对曲柄分析，共受2个力，分别为R32,R12和一个力偶M，由于滑块3为二力杆，所以R32= R34，方向相反，因为曲柄2只受两个力和一个力偶，所以FR12与FR32等大反力，由此可以求得:h2=36.25019517mm,则，对曲柄列平行方程有，MO2=M-F42h2=0 即M=72.65303694*12293.1348=0， 即M=8931.33584NM17