精品牛头刨床的综合设计与分析机械原理毕业论文说明书.docx
《精品牛头刨床的综合设计与分析机械原理毕业论文说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品牛头刨床的综合设计与分析机械原理毕业论文说明书.docx（31页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
精品牛头刨床的综合设计与分析机械原理毕业论文说明书
目录
一、设计题目与原始数据………………………………………………………………1
二、牛头刨床示意图……………………………………………………………………1
三、导杆机构设计………………………………………………………………………2
四、机构的运动分析……………………………………………………………………3
五、机构的动态静力分析………………………………………………………………9
六、飞轮设计………………………………………………………………………………14
七、凸轮设计………………………………………………………………………………15
八、齿轮设计………………………………………………………………………………17
九、解析法…………………………………………………………………………………19
1.导杆机构设计………………………………………………………………………………19
2.机构的运动分析……………………………………………………………………………19
3.机构的动态静力分析………………………………………………………………………22
4.凸轮设计……………………………………………………………………………………23
十、本设计的思想体会…………………………………………………………………27
十一、参考文献……………………………………………………………………………36
一、设计题目与数据
1．题目
牛头刨床的综合设计与分析
2．原始数据
刨头的行程H=600mm
行程速比系数K=1.8
机架长LO2O3=370mm
质心与导杆的比值LO3S4LO3B=0.5
连杆与导杆的比值LBFLO3B=0.3
刨头重心至F点距离XS6=210mm
导杆的质量m4=20
刨头的质量m6=52
导杆的转动惯量JS4=0.9
切割阻力FC=1400N
切割阻力至O2的距离YP=165mm
构件2的转速n2=80
许用速度不均匀系数[δ]=130
齿轮Z1、Z2的模数m12=16
小齿轮齿数Z1=18
大齿轮齿数Z2=42
凸轮机构的最大摆角φmax=18º
凸轮的摆杆长LO4C=130mm
凸轮的推程运动角δ0=60º
凸轮的远休止角δ01=10º
凸轮的回程运动角δ0'=60º
凸轮机构的机架长Lo2o4=140mm
凸轮的基圆半径ro=50mm
凸轮的滚子半径rr=15mm
二、牛头刨床示意图
图1
三、导杆机构设计
1、已知：
行程速比系数K=1.8
刨头的行程H=600mm
机架长度LO2O3=370mm
连杆与导杆的比LBFLO3B=0.3
2、各杆尺寸设计如下
A、求导杆的摆角：
ψmax=180°×（K-1）（K+1）=180°×（1.8-1）（1.8+1）=51°
B、求导杆长：
LO3B1=H[2sin（ψmax2）]=600[2sin（51°2）]=691.43mm
C、求曲柄长：
LO2A=LO2O3×sin（ψmax2）=370×sin25.5°=161mm
D、求连杆长
LBF=LO3B×LBFLO3B=691.43×0.3=207.4mm
E、求导路中心到O3的距离
LO3M=LO3B-LDE2=LO3B{1-[1-cos（ψmax2）]2}=658mm
F、取比例尺
μL=0.005mmm
在A1图纸中央画机构位置图，大致图形如下：
图2
四、机构的运动分析
已知：
曲柄转速n2=80rpm
各构件的重心：
构件6的重心：
XS6=210mm
第3点：
A、速度分析
求VA3
VA3=VA2=LO2Aπn30=0.161×80π30=1.34ms
求VA4
=+
大小：
？
1.34？
方向：
⊥O3A⊥O2A∥O3A
取μV=VA3Pa3=0.02在A1图的左下方画速度多边形
求VB
用速度影像求VB=75×0.02=1.50ms
求VF
=+
大小：
？
1.50？
方向：
水平∥导路⊥BF
接着画速度多边形
由速度多边形求得：
VF=
μV=72×0.02=1.44ms
方向水平向右
求ω4
ω4=ω3=VA4LO3A=2.17radS
求VA4A3
VA4A3=×μV=42×0.02=0.84ms
方向如速度图A1左下B4’所示
B、加速度分析
①求aKA4A3
aKA4A3=2ω4VA4A3=2.19ms2
②求aA3
aA3=aA2=ω22×LO2A=11.28ms2方向：
A→O2
③求anA4
anA4=ω23×LO3A=2.86ms2方向：
A→O3
④求aA4
+=++
大小：
2.86？
11.282.19?
方向：
A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A
取μa=aA3pa3=0.11
在A1图的左下方画加速度多边形
大致图形如A1图C4’
aA4=pa4×μa=3.74ms2
⑤求aB
方向如A1图C4’所示
用加速度影像求aB=3.8ms2
=++
大小：
？
10.40.01?
方向：
水平√F→B⊥BF
接着画加速度多边形
由加速度多边形求得：
aF=p’f’×μa=10.53ms2水平向右
第4点：
A、速度分析
求VA3
VA3=VA2=LO2Aπn30=0.0927×80π30=0.78mS
=+
大小：
？
0.78？
方向：
⊥O3A⊥O2A∥O3A
取μv=VA3Pa3=0.015在A1图的左下方画速度多边形
大致图形如A1图B5所示
求VB
用速度影像求VB=3.74ms;
求VF
=+
大小：
？
.1.275？
方向：
水平∥导路⊥BF
VF=
μV=1.28ms
求ω4
ω4=ω3=VA4LO3A=1.03rads
求VA4A3
VA4A3=
×μV=0.12ms
B、加速度分析
①求aKA4A3
aKA4A3=2ω4VA4A3=0.3ms2
②求aA3
aA3=aA2=ω22×LO2A=6.5ms2方向：
A→O2
③求anA4
anA4=ω23×LO3A=0.77ms2方向：
A→O3
④求aA4
+=++
大小0.79？
6.50.3?
方向：
A→O3⊥O3A√如图6∥O3A
取μa=aA3
=0.035在A1图的左下方画加速度多边形大致图形如A1图C5所示
aA4=pa4×μa=1.05ms2
⑤求aB
用加速度影像求aB=44×0.035=1.54ms2方向如A1图C5所示
⑥求aF
=++
大小：
？
1.50.05?
方向：
水平√F→B⊥BF
接着画加速度多边形
由加速度多边形得：
aF=
×μa=1.1ms2方向：
水平向右
第9点：
A、速度分析
求VA3
VA3=VA2=LO2Aπn30=0.0927×80π30=0.78mS
求VA4
=+
大小?
0.780
方向：
⊥O3A⊥O2A∥O3A
取μV=VA3Pa3=0.015
在A1图的左下方画速度多边形
大致图形如A1图B11所示
求VB
用速度影像求VB=66×0.015=0.99ms
求VF
=+
大小：
?
0.99?
方向：
水平∥导路⊥BF
VF=
μV=0.98ms方向水平向左
求ω4
ω4=ω3=VA4LO3A=0.8radS方向：
顺时针
求VA4A3
VA4A3=×μV=0.66ms方向如速度A1图B11所示
B、加速度分析
①求aKA4A3
aKA4A3=2ω4VA4A3=2×0.8×0.66=1.0ms2
方向如速度A1图C11所示
②求aA3
aA3=aA2=ω22×LO2A=6.5ms2方向：
A→O2
③求anA4
anA4=ω23×LO3A=0.45ms2方向：
A→O3
④求aA4图8
+=++
大小：
0.45？
6.51.0?
方向：
A→O3⊥O3A√如图∥O3A
取μa=aA3pa3=0.05
在A1图的左下方画加速度多边形大致图形如该A1图C11所示
aA4=×μa=5.5ms2
⑤求aB
用加速度影像求aB=212×0.05=10.6ms2方向如A1图C11所示
⑥求aF
=++
大小：
？
10.60.01?
方向：
水平√F→B⊥BF
接着画加速度多边形
由加速度多边形得：
aF=×μa=10.6ms2方向：
水平向左
在A1图纸左上角绘制刨头的运动线图。
大致图形如A1图左上D所示
曲柄位置
名称结果
1
2
3
4
4’
5
6
SF
0
0.02
0.068
0.140
0.16
0.212
0.276
VF
0
0.6
1.0
1.28
1.2
1.12
0.92
aF
10.53
8.1
4.2
1.1
-0.03
-2.4
-0.6
曲柄位置
名称结果
7
8
8’
9
10
10’
11
12
SF
0.304
0.312
0.32
0.264
0.188
0.2
0.100
0.016
VF
0.44
-0.28
0
-0.98
-1.4
-1.6
-1.28
-0.68
aF
-10.5
-12
-11.3
-10.6
-2.7
-0.04
7.2
12.6
五、机构的动态静力分析
已知:
导杆的质量m4=16Kg
刨头的质量m6=68Kg
（其余质量忽略不计）
导杆绕重心的转动惯量JS4=1.6Kgm
切削阻力为常数大小为FC=1600N
1.确定惯性力、惯性力矩
第4点：
F16=-m6×aF=-68×1.1=-74.8N
F14=-m4×as=-16×0.77=-12.32N
M14=-1.6×α4=-1.1Nm
（ψmax2）]
（3）求曲柄长：
LO2A=LO2O3×sin（ψmax2）
（4）求连杆长：
LBF=LO3B×LBFLO3B
（5）求导路中心到O3的垂直距离LO3M：
从受力情况（有较大的传动角）出发，刨头导路O3B线常取为通过B1B2 挠度DE的中点M.
即：
LO3M=LO3B-LDE2
将上述已知条件和公式编入程序见附录
与图解法比较，误差在毫米以下。
不用修改。
2．机构运动分析
已知：
（1）曲柄转速ｎ2；
（2）各构件的长度。
求解：
①、建立机构的运动方程式
如图所示：
选定直角坐标系XOY。
标出各杆的矢量和转角。
各构件矢量所组成的封闭矢量
方程式为:
图22
+=a
b
其中令：
Ll=LO2O3；Y=L03M；S=L03A；
将a式分别投影在x和y轴上得
L2cosF2=ScosF4c
Ll+L2sinF2=SsinF4d
两式相除则得
tgF4=（Ll+L2sinF2）L2cosF2
（1）
在三角形A0203中
S2=LlLl+L2L2－2L1L2cos（90+F2）
（2）
将cd两式对时间求导一次得
－L2W2sinF2=－SW4sinF4+VrcosF4e
L2W2cosF2=SW4cosF4+VrsinF4f
将坐标XOY绕O点转F4角（也就是将ef两式中的F2角F4角分别减去F4），经整理后可分别得到
Vr=－L2W2sin（F2－F4）（3）
W4=［L2W2cos（F2-F4）］S（4）
再将ef二式方别对时同求导一次后，同样将
坐标XOY绕0点转F4角（也就是将式中的F2角F4
角分别成去F4），经整理后可分别得到
ar=SW4W4－L2W2W2cos（F2－F4）（5）
ak=2VrW4（6）
e4=－［2VrW4+L2W2W2sin（F2一F4）］（7）
将b式分别投|影在x和y轴上得
X：
L4cosF4十L5cosF5（8）
Y：
L4sinF4十L5sinF5（9）
由（9）式可直接得
sinF5=（Y－L4sinF4）L5（10）
对（9）式求导，一次可得
－L4W4cosF4=L5W5cosF5
于是由g式可得
W5=（－L4W4cosF4）L5cosF5（11）
对g式求导一次经整理可得
e5=（－L4e4cosF4+L4W4W4sinF4+L5W5W5sinF5）L5cosF5（12）
（8）式中的X是坐标值，要想得到F点的位移XF
应该是XF=X－X0
XF=L4cosF4+L5cosF5
一（L4cosF40+L5cosF50）（13）
式中F40F50是导杆4处在左极限位置l时。
导杆4和连杆5与坐标的正向夹角
对（13）式求导一次可得：
VF=－L4W4sinF4－L5W5sinF5（14）
对（14）式求导一次可得
aF=－L4cosF4W4W4－L4sinF4e4
－L5cosF5W5W5－L5sinF5e5（15）
角度的分析
关于F4和F5两个角度的分析
当曲柄2运动到第一象限和第四象限时，导杆4在第一象限。
此时得出的F4就是方位角。
当曲柄2运动到第二象限和第三象限时导杆4是在第二象限，得出的F4是负值，所以方位角应该是F4=180+F4由于计算机中只有反正切，由（10）式是不能直接求出F5．因此要将其再转换成反正切的形式F5=atn（－gsqr（1—g*g））（16）
式中g=sinF5==（Y－L4*sinF4）L5
无论曲柄2运动到第几象限。
连杆5都是在第二第三象限，由于在第二象限时F5是负值，在第三象限时F5是正值，因此在转换方位角时可以用一个公式来表示即：
F5=180+F5（17）
开始计算是在左极限l的位置。
因此F2的初
值应该是：
F2=Fq=195°（Fq为起始角）
运行到8′时导杆处在右极限终止位置，因此F2的数值应该是：
F2=FZ=345°（FZ为终止角）
编写程序及运行结果见附录：
结果分析：
上述结果与图解法比较，除加速度略有点误差外其余各结果均无误差。
因此验证了图解法和解析法的运算结果都是正确的。
加速度的误差尽管很小但也进行了查找修正
3．机构动态静力分析
已知:
（1）各构件的质量；
（2）导杆绕自身t心曲转动惯量为J。
l；
（3）切削阻力F．的变化规律；
（4）齿轮2的重量G=500N。
求解：
一、建立直角坐标系（与运动分析时的坐标相一致如图23所示）
二、求出刨头6和导杆4质心点的加速度和导杆4的角加速度。
图23
三、确定刨头6和导杆4的惯性力和导杆4的惯性力矩。
四、远离原动件拆基本杆组建立机构的力方程式．根据已知条件求出各运动副反力及加在原动件上的平衡力和平衡力矩。
1．取构件5—6为示力体可得到方程式：
（在回程和工作行程的两端0.05H处FC=0）
向X轴投影
R45×cos（f45）+P16－FC=0
向Y轴投影
R45×sin（f45）+R76－G6=0
向F点取距
R76×（δ－φ－φ0）a
x=acosδ－Lcos（δ－φ－φ0）b
式中a为凸轮轴心O与摆动推杆轴心A之间的距离,L为摆动推杆的长度。
在⊿OA0B0中
φ0=arccos（a2＋L2－r20）2aLc
a式和b式即为凸轮理论轮廓线的方程式。
凸轮的实际廓线与理论廓线的距离处处相等，为其理论廓线的等距曲线，且等于滚子半径rr，故当已知理论廓线上任意一点B（x，y）时，只要沿理论廓线在该点的法线方向取距离为rr，即得实际廓线上得相应点B’（X’,Y’）。
由高等数学知，理论廓线B点处法线nn得斜率（与切线斜率互为负倒数），应为：
tgθ＝－dxdy＝－（dxdδ）（dydδ）d
式中dxdδ、dydδ可根据a式和b式求得：
dydδ＝acosδ－Lcos（δ－φ－φ0）（1-dφdδ）e
dxdδ＝－asinδ＋Lcos（δ－φ－φ0）（1-dφdδ）f
代入d式可求出θ。
此处应注意：
θ角在0°至360°之间变化，当式中分子分母均大于0时，θ角在0°至90°之间；分子分母均小于0时，θ角在180°至270°之间；如果dydδ<0，dxdδ>0则θ角在90°至180°之间；又如dydδ>0，dxdδ<0，则θ角在270°至360°之间。
当求出θ角后，实际廓线上对应B’（x’,y’）的坐标可由下式求出：
x’=x±rrcosθg
y’=y±rrcosθ（）
{floatpi,p,K,H,L1,BFO3B,QMAX,L4,L2,L5,Y;
p=pi180;
K=1.6;
H=0.55;
L1=0.40;
BFO3B=0.3;
QMAX=180*（K-1）（K+1）*p;
L4=H（2*sin（QMAX2））;
L2=L1*sin（QMAX2）;
L5=L4*BFO3B;
Y=L4-L4*（1-cos（QMAX2））2;
printf（"L1=%.4f\nL2=%.4f\n",L1,L2）;
printf（"L4=%.4f\nL5=%.4f\nY=%.4f\n",L1,L4,L5,Y）;
getch（）;
}
运行结果：
L1=0.4000
L2=0.1418
L4=0.4000
L5=0.7755
Y=0.2327
2．机构运动分析源程序及运行结果
#includefloatL,f5,w5,e5,xf,vf,af,LS,at,an,as,fs;
gan（）
p=pi180;
K=1.6;
H=0.55;
L1=0.4;
BFO3B=0.3;
QMAX=180*（K-1）（K+1）*p;
L4=H（2*sin（QMAX2））;
L2=L1*sin（QMAX2）;
L5=L4*BFO3B;
Y=L4-L4*（1-cos（QMAX2））2;
fq=180+QMAX2p;
fz=360-QMAX2p;}
main（）
{gan（）;
f2=fq*p;
f40=atan（（L1+L2*sin（f2））L2cos（f2））;
f40=180*p+f40;
g=YL5-L4L5*sin（f40）;
f50=atan（-gsqrt（1-g*g））;
f50=180*p+f50;
printf（"nf4ak"）;
printf（"w4sfvfaf"）;
printf（"w4asfs\n"）;
for（n=1;n<=13;n=++n-0.5）
{if（n==4.5）
{f2=90*p;
f4=90*p;}
else
{if（n==10.5）
{f2=270*p;
f4=90*p;}
else
if（n==8.5）
{f2=fz*p;
f4=atan（（L1+L2*sin（f2））L2cos（f2））;}
else
if（n!
=4.5&&n!
=8.5&&n!
=10.5）
{i=30*（n-1）;
f2=（fq-i）*p;}
{if（f2<0）
f2=360*p+f2;
f4=atan（（L1+L2*sin（f2））L2cos（f2））;}
{if（f2p<270&&f2p>90）
f4=180*p+f4;}}
w2=-2*pi*8060;
s=sqrt（L2*L2+L1*L1+2*L1*L2*sin（f2））;
w4=L2*w2*cos（f2-f4）s;
v=-L2*w2*sin（f2-f4）;
ak=2*v*w4;
ar=s*w4*w4-L2*w2*w2*cos（f2-f4）;
e4=-（ak+L2*w2*w2*sin（f2-f4））s;
L=L4L5;
g=YL5-L*sin（f4）;
f5=atan（-gsqrt（1-g*g））;
f5=180*p+f5;
w5=-L*w4*cos（f4）cos（f5）;
e5=w5*w5*sin（f5）cos（f5）-e4*L*cos（f4）cos（f5）;
e5=e5+w4*w4*L*sin（f4）cos（f5）;
xf=L5*cos（f5）+L4*cos（f4）-（L5*cos（f50）+L4*cos（f40））;
vf=-L5*w5*sin（f5）-L4*w4*sin（f4）;
af=-L4*（cos（f4）*w4*w4+sin（f4）*e4）;
af=af-L5*（cos（f5）*w5*w5+sin（f5）*e5）;
at=e4*0.5*L4;
an=w4*w4*0.5*L4;
as=sqrt（at*at+an*an）;
fs=atan（atan）;
fs=pi+f4-fs;
if（fs>360*p）fs=fs-360*p;
printf（"%5.1f%5.1f",n,f4p）;
printf（"%6.3f%6.3f%6.3f%6.3f%7.3f",ak,w4,xf,vf,af）;
printf（"%7.3f%6.3f%8.3f\n",e4,as,fsp）;
getch（）;
system（"pause"）;}}
程序说明：
程序中的W2加了一个负号，其原因是主动件顺时针转，而为了便于公式的推导选取了正坐标，逆时针为正，即相当于主动件是逆时针转，所以角速度正好相反。
运行结果：
nf4akw4sfvfafw4asfs
1.0110.80.0000.000-0.000-0.00018.503-26.61710.32120.769
1.5110.1-1.648-0.7160.0080.50314.017-19.4707.55218.587
2.0108.3-2.601-1.2340.0300.89010.915-13.9785.45212.103
2.5105.8-2.921-1.6040.0631.1918.407-9.8843.9601.172
3.0102.6-2.733-1.8630.1041.4186.125-6.8002.960345.617
3.599.1-2.169-2.0360.1511.5763.974-4.3952.343325.813
4.095.4-1.349-2.1420.2021.6681.986-2.4112.009303.124
4.590.0-0.000-2.1930.2751.701-0.406-0.0001.865270.000
5.087.60.616-2.1830.3081.684-1.3321.0471.892255.196
5.583.71.555-2.1230.3591.620-2.7192.8422.
升级会员 