机械原理课程设计牛头刨床_牛逼版

牛头刨床

0.机构简介与设计数据 0.1牛头刨床简介

牛头刨床是一种用平面切削加工的机床，如下图所示。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8。刨床工作时，由曲柄机构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，此时要求速度较底并且均匀，以减少电动机的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，以提高生产效率。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，使工作台连同

工作件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的工作阻力（在切削的前后个有一段约0.5H 的空刀距离，见图）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。

牛头刨床机构简图及其阻力曲线

— —

装

订

线

— —

0.2设计数据

运动分析数据

导杆机构的动态静力分析数据

凸轮机构设计数据

飞轮转动惯量确定数据

1.导杆机构的运动分析

已知曲柄每分钟的转数n2,各构件的尺寸及重心位置，且刨头导路x-x位于导杆端点B所作圆弧高的平分线上（见图） .

要求做出机构的运动简图，用解析法和图解法求出方案Ⅰ中1′+10°和9位置的速度、加速度，并对结果进行误差分析。

1.1矢量方程图解法

用CAD按一定的比例绘制机构位置机构简图及相应的速度和加速度多边形图，并量出个对应量进行对矢量方程的所求得的结果分析误差。矢量方程图解法：

其中l

2=l

AO2

, l

4

=l

BO4

,l

5

=l

BC

,v B=v B4=v B5, a B= a B4=a B5

（1）速度

（2）加速度

1.2矩阵法

建立直角坐标系，标出各杆矢量及方位角。其中共有四个未知量θ4，θ5，s4,s C.建立两个封闭矢量方程，为此需用两个封闭图形O2AO4及O4BCEO4，由此可得

l6+l2=s4, l4+l5=l6′+s C

写成投影方程为

S

4

cosθ4=l2cosθ2

S

4

sinθ4=l6+l2sinθ2

l

4

cosθ4+l5cosθ5-s E=0

l

4

sinθ4+l5sinθ5=l′6

以上个式即可求得θ4、θ5、s4及s E四个运动变量。其中l4、l5、l2、l6为已知量以上矢量方程式未知量代数式如下：

θ

4=arctan[(l

2

sinθ

2

+ l

6

)/ cosθ

2

l

2

]

l'6= [l24-(l2l4/ l6)2]1/2 /2

θ

5=arcsin[(sinθ

4

* l

4

- l'

6

)/ l

5

]

S E =l

4

cosθ

4

+ l

5

cosθ

5

S 4=cosθ

2

l

2

/cosθ

4

将上面投影式子分别对t求导，得

S'4cosθ4+ S4（-sinθ4）ω4= -l2 sinθ2ω2

S'

4

sinθ4+ S4cosθ4ω4= -l2sinθ2ω2

其中，S'4、ω4、为未知量，且由题目已知条件ω2=nπ/30=60π/30=2π= 6.959rad/s

将余下的式子对t求导，得

- l4sinθ4ω4-l5sinθ5ω5= 0

l4cosθ4ω4 +l5cosθ5ω5 =0

其中，ω5 为未知量。把其写成矩阵形式，运用MATLAB运算。

最后运动切削点C的速度v c、S'4、ω5、ω4均可以得到。

把上面各式再对时间t二次求导，得到加速度列式：

S''

4

cosθ4-S'4 sinθ4ω4-S'4 sinθ4ω4 -S4 (cosθ4ω24+ sinθ4a4)=-l2 (cosθ2ω22–sinθ2a2)

S ''4 sin θ4+S '4 cos θ4ω4+S '4 sin θ4ω4 + S 4 (-sin θ4ω24+ cos θ4 a 4)=-l 2 (sin θ2ω22 +cos θ2a 2 )

- l 4（ω24 cos θ4+sin θ4 a 4）- l 5（ω25cos θ5+sin θ5a 5）= a c - l 4（-ω24 sin θ4+cos θ4 a 4）+l 5（-ω25sin θ5+cos θ5a 5） =0 并写成矩阵形式，即得以下速度和加速度方程式：

⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--=⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----•00cos sin 0cos cos 01sin sin 000cos sin 00sin cos 22222545

5345544444444θθθθθθθθ

θθωνωωl l l l l l s s c s ⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢

⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡----•

•a s c l l l l s s ξξθθθθθθ

θθ5445

53

455444444440cos cos 0

1sin sin 000cos sin 00sin cos = ⎥

⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡--+⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣

⎡

--------••

•

00sin cos 0sin sin 00cos cos 000

sin cos cos 00cos sin sin 22

222225445

554

445554444

44443

3

4444444θωθωωωωθωθωθωθωθωθθ

ωθωθθωl l v s l l l l s s s s C

2.导杆机构的动态静力分析