机械原理牛头刨床刨刀的往复运动说明书_理学_高等教育_教育专区。牛头刨床刨刀的往复运动

  高新学院 机械原理课程设计 题 目: 牛头刨床刨刀的往复运动机构 专业班级: 机械设计制造及其自动化 姓 学 名: 欧阳 号: XXXXXXXXXX 指导教师: 姬 XX 时 间: 2012 年 07 月 12 日 前言 一、机械原理课程与国民经济的关系 当今世界正在经历着一场新的技术革命,新概念、新理论、新方法、新工艺 不断出现,作为向各行业提供设备的机械行业,也得到了迅速的发展。 现代机械日益向高速、重载、高精度、高效率、低噪音等方向发展,对机械 提出的要求也越来越来苛刻。有的需要用于宇宙空间,有的要在深海作业,有的 小到能沿人体血管爬行,有的又是庞然大物,有的速度数倍于声速,有的又要作 业微米级甚至纳米级的位移, 如此等等。 处于机械工业发展前沿的机械原理学科, 为了适应这种情况,新的研究课题与日俱增,新的研究方法日新月异。 为了适应生产发展要求,当前在自控机构、机器人机构、仿生机构、柔性及 弹性机构和机电光液广义机构等的研制上有很大进展。在机械分析与综合中,也 由只考虑其运动性能过渡到同时考虑其动力性能; 考虑到机械在运转时构件的振 动和弹性变形, 运动副中的间隙和构件的误差对机械运动及动力性能的影响;以 及如何对构件和机械进一步作好动力平衡的问题等。 目前, 在机械地分析和综合中日益广泛地应用了计算机,发展并推广了计算 机辅助设计、优化设计、考虑误差的概率设计,提出了多种便于对机械进行分析 和综合的数学工具,编制了许多大型通用或专用计算机程序。此外,随着现代科 学技术的发展,测试手段的日臻完善,也加强了对机械的实验研究。 总之,作为机械原理学科,其研究领域十分广阔,内涵非常丰富,在培养机 械方面的创造型人才中将起到不可或缺的重要的作用。 二、机械原理课程与课程设计的关系 机械系统是机械的重要组成部分,是机械的主体。机械系统的设计是机械设 计中极其重要的一环,设计的正确和合理与否,对提高机械的性能和质量、降低 制造成本与维护费用等影响很大,故应该认真对待。 机械系统方案数设计一般按照下述步骤进行: (1)拟定机械的工作原理。根据生产或市场需要,制定机械的总功能的工作 原理和技术手段,确定出机械所要实现的工艺动作。 (2)执行构件和原动机的运动设计。根据机械要实现的功能和工艺动作,确 定执行构件的数目、运动形式、运动参数、及运动协调配合关系,并选定原动机 的类型和运动参数。 (3)机构的选型、变异和组合。根据机械要实现的功能和工艺动作,选择能 实现这些功能的机构类型,必要时应对已有机构进行变异,创造出新型机构,并 对所选机构进行组合,形成满足运动和动力要求 的机械系统方案,绘制系统示 意图。 (4)机构的尺寸综合。根据执行构件和原动件的运动参数,以及各执行构 件的协调配合要求,确定各构件的运动尺寸,绘制机械系统的机构运动简图。 (5)方案分析。对机械系统进行运动和动力的分析,考察其能否全面满足 机械的运动和动力功能要求, 必要时还应进行适当调整。运动和力分析结果也将 为机械的工作能力和结构设计提供必要的数据。 (6)方案评审。通过众多方案的比较从中选出最佳方案。 三、本课程设计的原则、内容、目的、要求 1、课程设计方案拟定原则 由于机械性能、 工作原理和使用场合等的不同, 对传动系统的要求也就不同。 但在拟定机械传动系统方案时均应遵循下列一般原则。 (1)采用尽可能简短的运动链 (2)优先选用基本机构 (3)应用机械有效高的机械效率 (4)合理安排不同类型传动机构的顺序 (5)合理分配传动比。分配传动比的时候,应注意以下两点:1)每一级传 动的传动比应在常用的范围内选取。2)当运动链为减速运动时(因电动机的速 度一般较执行构件的速度高,故通常都是减速传动) ,一般情况下,按照“前小 后大”的原则分配传动比,这样有利于减小机械的尺寸。 (6)保证机械的安全运转 2、本课程设计的内容 机械原理研究的对象是机械,研究的内容是有关机械的基本理论问题。机械 是机器与机构的总称。在工程实际中,常见的机构有连杆机构、齿轮机构、带传 动机构、链传动机构、凸轮机构,螺旋机构等。各种机构都是用来传递和变换运 动和力的装置。 机器都是根据某种使用要求而设计的执行机械运动的装置,可用 来变换或传递能量、物料和信息。 本课程研究的内容主要包括以下几方面: (1)机械结构分析的基本知识 (2)机构的运动分析 (3)机器动力学 (4)常用机构的分析和设计 (5)机械系统的方案设计 我们本次设计的是牛头刨床刨刀的往复运动机构, 我们知道牛头刨床主要用 于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。中小型牛头刨床的 主运动大多采用曲柄摇杆机构传动,故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨 床多采用液压传动, 滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程 速度。 由于采用单刃刨刀加工, 且在滑枕回程时不切削, 牛头刨床的生产率较低。 机床的主参数是最大刨削长度。而牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床 和移动式牛头刨床等。 3、本课程研究的目的 在今后的学习和工作中,总会遇到很多关于机械的设计和使用方面的问题。 本课程学习的是有关机械基础的知识,所以它是机械类各专业必修的一门课程。 现代世界各国间的竞争主要表现为综合国力的竞争。要提高我国的综合国 力,就要在一切生产部门实现生产的机械化和自动化,就需要创造出大量的、种 类繁多的、 新颖优良的机械来装备各行各业, 为各行业的高速发展提供有利条件。 而新技术、新成果的获得,无不依赖于机械行业的支持。所以,机械工业是国家 综合国力发展的基石。 3、本课程学习的要求(如何学习本课程) 在学习本课程时,有以下几方面的注意事项: (1)机械原理课程是一门技术基础课程。一方面它较物理、理论力学等理论 课程更加结合工程实际;另一方面,它又与专业机械的课程有所不同,它不具体 研究某种机械, 而只是对各种机械中的一些共性问题和常见的机构进行较为深入 的探讨。为了学好本课程,在学习中,应当着重注意搞清基本概念,理解基本原 理,掌握机构分析和综合的基本方法。 (2)本课程中对于机械的研究是通过以下两大内容来进行的: 1)研究各种机构和机器所具有的一般共性问题。如机构的组成理论、 机构运动学、及气动力学等。 2)研究各种机器中常用的一些机构的性能及其设计方法,以及机械系 统方案设计的问题。 (3) 要注意培养自己运用所学的基本理论和方法去发现、分析和解决工程实 际问题的能力。 解决工程实际问题往往可以采用多种方法,所得结果一般也不是 唯一的,这就涉及到分析、对比、判断和决策的问题。对事物的分析、判断和决 策的能力是一个工程技术人员所必须具备的基础能力, 在学习中必须刻意加以培 养。 (4)工程问题都是涉及多方面因素的综合问题,故要养成综合分析、全面考 虑问题的习惯。另外,工程问题都要经过实践的严格考验,不允许有半点疏忽大 意,故在学习中就要坚持科学严谨的、一丝不苟的工作作风,认真负责的工作态 度,讲求实效的工程观点。 《机械原理课程设计》任务书 姓名: 田雪 学号: 1001140102 专业班级: 机械 1001 班 1、题目:牛头刨床刨刀的往复运动机构 2、完成时间:2012 年 07 月 12 号 3、具体内容及进度要求: 07 月 02 日:确定课程题目,查阅相关文献资料,熟悉题目,简要了解机 构的应用范围、发展方向及设计过程中所需设计数据。 07 月 03 日:分析该机构的工作原理和工艺动作过程。 07 月 04 日:通过查阅资料,了解多种设计方案,进行分析比较,从而选 定最佳设计方案。 07 月 05 日:选定合适的比例尺,运用 CAD 绘制机构运动简图。 07 月 06 日:平面机构尺寸综合,设定合理的设计数据: N1,Lac,Lab,Lcd,Lde,Lcs3,Xs5,Ys5,G3,G5,Fr,YFr,Js3。 07 月 07 日:进行导杆机构中各位置的运动分析。 07 月 10 日:进行导杆机构的动态静力分析并绘制受力分析图,如图中位 置(0.05H)1 点和(0.05H)2 点两个位置的受力情况。 07 月 11 日:机构运动简图中各点速度和加速度的分析并绘制速度和加速 度分析图,如图中位置(0.05H)1 点和(0.05H) 2 点两个位置 的速度分析和加速度分析。 07 月 12 日:整理编写设计(计算)说明书。 07 月 13 日:课程答辩。 指导老师:姬莉莉 完成日期:07 月 12 日 说明书 一、课程设计的目的、要求 1、课程设计目的 (1)学会机械设计的步骤和方法,掌握机构简图的绘制方法, 熟练的使用 CAD。 (2)巩固所学的机械专业理论知识,掌握机构分析与综合的 基本方法; (3)培养学生使用先进技术进行作图及分析与综 合能力; (4)培养学生创新设计的能力和严谨认线)牛头刨床的主传动的从动机构是刨头,在设计主传动机构时,要满 足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转。 (2)设计的主传动机构的行程要有急回运动的特性。 (3)刨削速度尽可能为匀速运动,以及很好的动力特性。 (4)尽量是设计的结构简单,实用,能很好的实现传动功能。 (5)还应考虑到该设计的经济性。 二、课程设计准备 1、工程原理及工艺动作过程 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床,如图(a)所示,由导杆机构 1-2-3-4-5 带动刨头 5 和削刀 6 作往复切削运动。工作行程时,刨刀速度要平稳, 空回行程时, 刨刀要快速退回, 即要有极回作用。 切削阶段刨刀要近似匀速运动, 以提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量。切削阻力图如图(b)所示 图(a) 图(b) 2、原始数据及设计要求 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 N1 La c Lab Lcd Lde Lcs3 Xs 5 Ys 5 G3 G5 Fr YFr Js3 单 位 r/ mi n mm N mm Kg. m2 方 案 一 60 38 0 110 540 0.25 Lcd 0.5 Lcd 24 0 50 20 0 70 0 7 0 0 0 80 1.1 3、方案比较 通过查找资料,我们找到三种设计方案数据: 表1 设计内容 符号 单位 方案Ⅰ Ⅱ Ⅲ 表2 设计内容 符号 G3 导杆机构的动态静力分析 G5 Fr yFr JS3 n1 r/min 60 64 72 380 350 430 110 90 110 540 580 810 lAC lAB 导杆机构的运动分析 lCD LDE mm 0.25 lCD 0.3lCD 0.36CD 0.5 lCD 0.5 lCD 0.5 lCD 240 200 180 50 50 40 lCS3 xS5 yS5 单位 方案Ⅰ Ⅱ Ⅲ 200 220 220 N 700 800 620 7000 9000 8000 mm 80 80 100 Kg.m2 1.1 1.2 1.2 为满足工作行程时,刨刀速度平稳,空回行程时,刨刀要有极回 作用,切削阶段刨刀要近似匀速运动的要求,通过小组讨论和计算 比较,我们发现方案一更为合理。 三、设计(计算)说明书 1、画机构运动构件图 (1)以 C 为原点定出坐标系,根据尺寸分别定出 A 点,C 点,O 点。 (2)确定机构运动时的左右极限位置,此位置 B、B′。 (3)在左右极限位置,由运动副 D 点为圆心,ED 的长度为半径分别作圆,并 与导轨运动线相交,并判断 E 点的正确位置,确定 E 点的位置,此时可 确定工作行程 H,并量取 H 的长度。 ( 4 )由任务书中切削阻力图中的比例关系 0.05H 确定位置(0.05H)1 和 (0.05H) 2 两点, 即分别为刨刀开始切削工作时杆 4 的运动副 E 点和刨刀 离开工件时杆 4'的运动副 E ? 点。 (5)再由 E 点和 E′点,以 ED 长度为半径作圆,与以 C 点为圆心,CD 的长 度为半径的圆相交,相交点即分别为运动副 D 和 D′点。至此,就确定 了机构在位置 (0.05H)1 和(0.05H) 2 两个位置。 2、对位置(0.05H)1 进行速度和加速度的分析: (1)速度分析 取速度比例尺μ v=0.01m/s/mm 对于 B 点: VB3 =VB2 +VB2B3 =VB1 +VB2B3 方向: ⊥CD 大小: ? VB3= μ v ⊥AB ∥CD √ ? ×pb=0.01×33.2m/s=0.332m/s l ω 3=VB3 /μ ×CB=0.332/(2×208)r/s=0.798r/s VB3B2 =μ v×ab=0.01×61m/s=o.61m/s (2)加速度分析 选取比例尺μ a=0.05m/s2/mm 对于 B 点:aB3= aB3n + aB3τ = aB2 + aB3B2n + aB3B2τ 方向: 大小: B→C BC B→A BC BC √ ? √ √ ? 由 aB2=ω 12×Lab=4.338m/s2 aB3B2n=2×ω 3×VB2B3=0.97 m/s2 aB3n=ω 32×μ l×CB=0.265 m/s2 由加速度图可知 aB3τ =μ a×pp′=2.75 m/s2 aB3B2τ =μ a×p′d=1.875 m/s2 aB3=2.76m/s2 3、对位置(0.05H)1 点进行动态静力分析 按静定条件将机构分解为:基本杆组 5、6,基本杆组 2、3、4,原动机 1 和 固定架。并由杆组 5、6 开始分析。 (1)先取杆组 5、6 为分离体,建立直角坐标系 根据 ∑FX=0 得: F54COSα -FIS-Fr=0 图中量得α =19° 所以 F54COS19°-(G5/g)×as5-F r=0 因为 as3n=ω 32× Ls3=0.175 m/s2 as3τ =α 3×ls3= [aB3τ /(L×μ l×BC)]×LS3=1.82 m/s2 所以 F54=7658.76N 则运动副 E 的运动反力 F45=﹣F54=﹣7658.76N (2)对于杆 4,由于不计重力和运动副的摩擦力,因此,此杆 为二力杆,则 F45=-F34 所以 F34=7658.76N 所以运动副 D 的反力大小为 7658.76N (3)再取 2、3 为分离体 以 C 点为原心,CD 垂直方向的直线为 X 轴,CD 方向上的 直线为 Y 轴,建立坐标系。 由于 FRC 过转动副 C 的中心,不计转动副的摩擦力,故可将 FRC 分解为 FRCX 和 FRXY: 根据∑MS5=0 F34′×LDS5×SIN64°+F21′×LBS5×COS27°+JL3×α -FRCY×LCS5=0 根据∑FX=0 ﹣F34′×SIN64°-F21′×COS27°-FL3×COS5.5°-G3×SIN15° +FRCX=0 根据∑FY=0 F34 ′ × COS64 °+F21 ′ × SIN27 °+FL3 × SIN5.5 °- G3 ×COS15 ° +FRCY=0 联立可得: FRCX=40900N FRCY=﹣9838.5N F21′=14699.8N 即: FRC=42066.7N 4、对位置(0.05H)2 点进行速度和加速度的分析: (1)速度分析,选取比例尺μ V=0.01m/s/㎜ 对于 B′点: VB3′=VB2′+VB2′B3′= VB1′ + VB2′VB3′ 方向:⊥C′D′ 大小: ? ⊥A′B′ ∥C′D′ √ ? VB3′=μ V×Pb=0.29m/s ω 3′ =VB3′/μ lC′B′=0.67r/s VB2’B3’=0.6m/s (2)加速度分析, 选取比例尺为 μ a=0.05m/s?/mm 对于 B′点:aB3′= aB3′n + aB3′τ = aB2′ + aB3′B2′n + aB3′B2′τ 方向: 大小: B→C ⊥B′C′ B→A ∥B′C′ ⊥B′C′ √ ? √ √ ? aB2′=ω ?1×lA′B′=4.338m/s ? aB3′B2′n=2ω 3′×VB3′B2′=0.804m/s ? aB3′n=ω 3′?×μ l×C′B′=0.19m/s ? aB3′ τ =μ a× p′ p =4.7m/s ? aB3′B2′ τ =μ a × d p′ =2.13m/s ? 5、 对位置(0.05H)2 点进行动态静力分析: 按静定条件将机构分解为:基本杆组 5、6,基本杆组 2、3、4,原动机 1 和固定架。并由杆组 5、6 开始分析。 (1)先取杆组 5、6 为分离体,建立直角坐标系 根据 ∑FX=0 得: F54′COSα -FIS-Fr=0 图中量得α =19° 所以 因为 F54′COS19°-(G5/g)×as5-Fr=0 aS5′n=ω 3′?×lS5=0.1809m/s ? aS5′τ =α ×lS5’=aB3′/μ =3.05m/s? 即 所以 aS5 =3.055m/s ? lB′C′×lS5’=11.29r/s ?×0.5×0.54 ㎜ F54′=7345N 则运动副 E 的运动反力: F45=﹣F54′=﹣7345N (2)对于杆 4,由于不计重力和运动副的摩擦力,因此,此杆为二力杆,则 F45=-F34 所以 F34=7345N 所以运动副 D 的反力大小为 7345N (3)再取 2、3 为分离体 以 C 点为原心,CD 垂直方向的直线为 X 轴,CD 方向上的 直线为 Y 轴,建立坐标系。 由于 FRC 过转动副 C 的中心,不计转动副的摩擦力,故可将 FRC 分解为 FRCX 和 FRXY: 根据∑MS3=0 F34′×LDS3×SIN92°+F21′×LBS3×COS27°+JS3×α -FRCX×LCS3=0 根据∑FX=0 ﹣F34 ′×SIN92°-F21 ′×COS27°-FI3 ×COS3.39°-G3 ×SIN15° +FRCX=0 根据∑FY=0 F34 ′ × COS92 ° +F21 ′ × SIN27 ° +FI3 × SIN3.39 ° - G3 × COS15 ° +FRCY=0 联立可得: FRCX=107419.4N FRCY=﹣50798N F21′=112316N 即得:FRC=118824.57N FRS=112316N 四、课程设计总结 五、心得体会 机械原理课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的 一个重要环节。作为一名机械设计制造及其自动化大二的学生,我觉得进行这 样的实训是十分有意义的。在已经度过的两年里,我们接触的仅仅是在课堂上 掌握专业基础理论,那么该如何真实的设计各种机械呢?如何把我们所学的专 业理论知识运用到实践当中呢?我想这次的实训为我们提供了良好的实践平 台。 两周的机械原理课程设计就这样结束了,在实践过程中我学到了很多东 西,既巩固了上课时所学的知识,又学到了一些课堂内学不到的东西,更深切 的体会到同学之间的相互协调合作的机制。用 CAD 画机构运动简图、速度图、 加速度图、力分析图时不仅要求准确无误的画出来,还要根据每步的画图来算 出下一个结果,虽然这个工程量比较大,花的时间最多,但这对我来说也是一 个考验,其中用到了 CAD 的很多知识,让我的绘图水平和速度有所提高。除了 自己的各方面有所提高,团队的合作也是很重要的。我们要有一种端正的态度 和明确的目的,只有这样把自己置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问 题。 通过这次实训,学到的很多,当然也认识到了自己的不足,比如一些理论 知识并不是太扎,一些设计应当注意的地方还是考虑不到,绘图过程中也出现 了各种棘手的问题,这些都需要自己在今后的课余生活中强加练习,为以后的 发展铺下道路。 五、参考文献 1、 《机械原理》第七版 主编:孙恒 陈作模 葛文杰 出版社:高等教育出版社 2、 《机械原理教学指南》 主编:孙恒 出版社:高等教育出版社 3、 《平面连杆机构的计算和设计》 主编:梁崇高 出版社:高等教育出版社 4、 《机械运动方案设计手册》 主编:邹慧君 出版社:上海交通大学出版社 5、 《机械创新设计》 主编:吕仲文 出版社:机械工业出版社 指导教师评审意见 评审意见: 评审成绩: 指导教师: 年 月 日