機原課程設(shè)計-牛頭刨床機構(gòu)運動及動力分析

1、<p><b>　　機械原理課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目：牛頭刨床機構(gòu)運動及動力分析</p><p>　　專業(yè)年級： 機械電子工程10-3班 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號： xxx xxx

2、xxx </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　完成時間： 2012 年 1 月 3 日</p><p>　　機械原理課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　機構(gòu)運動簡圖……

3、…………………………………………………5</p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析…………………………………………………5</p><p>　　導(dǎo)桿機構(gòu)動態(tài)經(jīng)歷分析……………………………………………7</p><p>　　基于 UG 的運動學(xué)仿真……………………………………………8</p><p>　　心得體會 ……………………………………………

4、……………10</p><p>　　附圖1： 位置5機構(gòu)運動簡圖 </p><p>　　附圖2： 位置5速度多邊形 </p><p>　　附圖3： 位置5加速度多邊形 </p><p>　　附圖4： 導(dǎo)桿受力分析圖 </p><p>　　附圖5： 圖5 倒桿扭矩圖</p><p>　　附圖6：

5、位置5機構(gòu)運動簡圖 </p><p>　　附圖7： 滑塊位移圖 </p><p>　　附圖8： 滑塊速度圖</p><p>　　附圖9： 滑塊加速度圖 </p><p><b>　　1 導(dǎo)桿機構(gòu)簡圖</b></p><p>　　1、選取長度比例尺µ</p><p&g

6、t;　　作出機構(gòu)在位置5 的運動簡圖。如圖1所示，取µ=l/OA（m/mm)進(jìn)行作圖，l表示構(gòu)件的實際長度，OA表示構(gòu)件在圖樣上的尺寸。作圖時，必須注意µ的大小應(yīng)選得適當(dāng)，以保證對機構(gòu)運動完整、準(zhǔn)確、清楚的表達(dá)，另外應(yīng)在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關(guān)分析圖形的位置。</p><p>　　圖1 位置5機構(gòu)運動簡圖</p><p><b>　　2導(dǎo)桿

7、機構(gòu)運動分析</b></p><p>　　1、求原動件上運動副中心A的v＇和a </p><p>　　v=ω l ＝0.6908m/s</p><p>　　式中v—B點速度（m/s）方向丄AO</p><p>　　a=ω l=4.3382m/s</p><p>　　式中a—A點加速度(m/s）,方向A →O

8、</p><p>　　2、解待求點的速度及其相關(guān)構(gòu)件的角速度</p><p>　　由原動件出發(fā)向遠(yuǎn)離原動件方向依次取各構(gòu)件為分離體，利用絕對運動與牽連運動和相對運動關(guān)系矢量方程式，作圖求解。</p><p>　　列出OB桿A點的速度矢量方程 根據(jù)平面運動的構(gòu)件兩點間速度的關(guān)系</p><p>　　絕對速度=牽連速度+相對速度</p&

9、gt;<p>　　先列出構(gòu)件2、4上瞬時重合點A（A，A）的方程，未知數(shù)為兩個，其速度方程：</p><p>　　v　 ＝　 v + 　　v</p><p>　　方向：丄AO　　　　丄AO　　∥AO</p><p>　　大?。骸?？　　　　　ω l　　　??？</p><p>　　定出速度比例尺，在圖紙中，取p為速度

10、極點，取矢量pa代表v,則速度比例尺µ（m? s/mm）</p><p>　　µ==0.002 m?s/mm</p><p>　　作速度多邊形，求出ω、ω根據(jù)矢量方程式作出速度多邊形的pd部分，則v (m/s)為v=0.6908m/s ω= v/ l=1.027rad/s</p><p>　　其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><

11、;p>　　v　=ωl=0.4785 m/s</p><p>　　B點速度為v，方向與v同向.</p><p>　　圖2 位置5速度多邊形</p><p>　　求解C點速度矢量方程作圖V、V</p><p>　　V= V + V</p><p>　　方向：水平 丄BO 丄BC</p

12、><p>　　大小：？ ωl ？</p><p>　　通過作圖，確定Ｃ點速度為</p><p>　　=µbc=0.383m/s V＝µpc=0.5507m/s</p><p>　　式中V——Ｃ點速度，方向為p→c。</p><p>　　3、解待求點的加速度及其相關(guān)構(gòu)件的角加速度<

13、;/p><p>　　1) 列出Ｃ點加速度矢量方程式　　</p><p>　　牽連速度為移動時，絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度，牽連運動為轉(zhuǎn)動時，（由于牽連運動與相對運動相互影響）絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度＋哥氏加速度，要求Ｃ點加速度，得先求出Ｂ點加速度，</p><p>　　a= a + a= a+ a+ a’+ a</p><p

14、>　　方向：？∥ＡＢ丄ＡＢ∥AO丄AO∥ＡＢ丄ＡＢ　</p><p>　　大小：？ωl？ωl 0 ? 2ωv</p><p>　　2）定出加速度比例尺</p><p>　　在一號圖紙中取p為加速度極點，去矢量pa’代表a，則加速度比例尺µ（m?s/mm）</p><p>　　µ==0.2 m/s/mm

15、</p><p>　　3) 作加速度多邊形，求出a、a、a根據(jù)矢量方程圖則 </p><p>　　a=µa＇a=0.7152 m/s</p><p>　　a’=µka=6.247m/s</p><p>　　a=µpa=0.519 rad/s</p><p>　　方向為 水平

16、向右下12º</p><p>　　a= a? l/ l=3.279m/s</p><p>　　a=ω? l=1.225 m/s</p><p>　　4）列出C點加速度矢量方程</p><p>　　5）作圖求解a 、a、 a</p><p>　　a = a+ a+ a+ a</p>&l

17、t;p>　　方向：水平 ∥BC 丄BC ∥AB 丄AB</p><p>　　大?。?？ V/l ? ωl al/ l</p><p><b>　　由上式可得：</b></p><p>　　a=0.0.15m/s、a=2.77m/s</p><p>　　確定構(gòu)件4的角加速度a4由理論力學(xué)可知，點A4的

18、</p><p>　　絕對加速度與其重合點A3的絕對加速度之間的關(guān)系為：</p><p>　　方向：⊥O4B ∥O4B ∥ O4B ⊥O4A ∥O2A </p><p>　　大?。?？ lo2A ? 24Va4a3 lo2A</p><p>　　其中a法向和切向加速度。a為科氏加速度。</p><p>　　

19、從任意極點O連續(xù)作矢量O和k’代表aA3和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219；再過點o作矢量oa4”代表a，然后過點k’作直線k’a’4平行于線段oa4”代表相對加速度的方向線，并過點a4’’作直線a4’’a4’垂直與線段k’a’4，代表a的方向線，它們相交于a4’，則矢量oa4’便代表a4。構(gòu)件3的角加速度為a/lO4A將代表a的矢量k’a’4平移到機構(gòu)圖上的點A4，可知4的方向為逆時針方向。</p><p&

20、gt;　　圖3位置5加速度多邊形</p><p>　　3導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析</p><p>　　已知 各構(gòu)件的重量G（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞重</p><p>　　心的轉(zhuǎn)動慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律。</p><p>　　要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運動分析的同一張

21、圖紙上。</p><p><b>　　步驟 </b></p><p>　　選取阻力比例尺= 500 ，根據(jù)給定的阻力Q和滑塊的沖程H繪制阻力線圖。</p><p>　　根據(jù)個構(gòu)件的重心的加速度即角加速度，確定各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶</p><p>　　矩 ，并將其合為一力，求出該力至重心的距離。</p>

22、<p>　　3）按桿組分解為示力體，用力多邊形法決定各運動副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。</p><p>　　將所有位置的機構(gòu)阻力，各運動副中的反作用力和平衡力矩的結(jié)果列入表中：</p><p><b>　　動態(tài)靜力分析過程：</b></p><p>　　在分析動態(tài)靜力的過程中可以分為刨頭，搖桿滑塊，曲柄三個部分。</p

23、><p>　　首先說明刨頭的力的分析過程：圖4 導(dǎo)桿受力分析圖</p><p><b>　　結(jié)果分析：</b></p><p>　　對于刨頭可以列出以下力的平衡方程式：∈F=0 P + G6 + Fi6 + R45 + R16 =0</p><p>　　方向：∥x軸 ∥y軸 與a6反向∥BC ∥y軸</p&g

24、t;<p>　　大?。?000 700 -m6a6 ? ?</p><p><b>　　以作圖法求得:</b></p><p>　　位置5 R45 = 7286.9 N 位置5 R16 = 116..07 N </p><

25、p><b>　　力矩平衡方程式：</b></p><p>　　∈M=0 P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0</p><p>　　對于搖桿滑塊機構(gòu)可以列出平衡方程式：</p><p>　　∈F=0 R54 + R34 + Fi4 + G4 + R14=0</p><p>　

26、　方向: ∥BC ⊥O4B ∥a4 ∥y軸 ?</p><p>　　大?。篟54 ？ m4a4 220 ?</p><p><b>　　力矩平衡方程式：</b></p><p>　　∈M=0 R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0</p><

27、p>　　由此可以求得R34的大?。篟34= 2283 N</p><p>　　最后可以利用力的平衡方程式做力的多邊形解出位置5 R32=16691.58 N，在搖桿上可以得到R34=-R32最終得出位置5 Mb=634.95Nm</p><p><b>　　圖5 倒桿扭矩圖</b></p><p>　　4 基于UG的運動學(xué)仿真<

28、/p><p>　　1)在UG下完成機構(gòu)簡化部件建模（如圖6）。</p><p>　　2)在裝配模式下完成部件裝備，并設(shè)置約束。</p><p>　　3)進(jìn)入運動仿真環(huán)境，將各部件設(shè)置為“連桿”。</p><p>　　4)建立連桿間的運動副，包括5個轉(zhuǎn)動副及連個滑動副，并將O2A桿設(shè)置驅(qū)動力。</p><p>　　5

29、)建立解算方案并進(jìn)行求解。</p><p>　　6)分別作出位移圖（圖7）、速度圖（圖8加速度圖（圖9）。</p><p>　　圖6 牛頭刨床機構(gòu)建模</p><p><b>　　圖7 滑塊位移圖</b></p><p><b>　　圖8 滑塊速度圖</b></p><p&g

30、t;<b>　　圖9 滑塊加速度圖</b></p><p>　　心 得 體 會</p><p>　　機械原理課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。作為一名機械電子工程大二的學(xué)生，我覺得有這樣的實訓(xùn)是十分有意義的。在已經(jīng)度過的一年半的生活里我們大多數(shù)接觸的不是專業(yè)課或幾門專業(yè)基礎(chǔ)課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)理論面，如

31、何去面對現(xiàn)實中的各種機械設(shè)計？如何把我們所學(xué)的專業(yè)理論知識運用到實踐當(dāng)中呢？我想這樣的實訓(xùn)為我們提供了良好的實踐平臺。</p><p>　　不到一周的機械原理課程設(shè)計就這樣結(jié)束了，在這次實踐的過程中學(xué)到了很多東西，既鞏固了上課時所學(xué)的知識，又學(xué)到了一些課堂內(nèi)學(xué)不到的東西，還領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性

32、的變化。 </p><p>　　其中在創(chuàng)新設(shè)計時感覺到自己的思維有一條線發(fā)散出了很多線，想到很多能夠達(dá)到要求的執(zhí)行機構(gòu)，雖然有些設(shè)計由于制造工藝要求高等因素難以用于實際，但自己很欣慰能夠想到獨特之處。這個過程也鍛煉了自己運用所學(xué)知識對設(shè)計的簡單評價的技能；而手工畫圖時認(rèn)識到了一件事情中的每個環(huán)節(jié)的認(rèn)真都是重要的，哪怕是一個數(shù)的馬虎或粗略那都會給以后的任務(wù)帶來更大的誤差甚至錯誤，所以作為一個設(shè)計人員來說細(xì)心是最重要

33、的，之后才可以談其他；用CAD畫機構(gòu)運動簡圖、速度圖、加速度圖、力分析圖時不僅要求準(zhǔn)確無誤的畫出來，還要根據(jù)每步的畫圖來算出下一個結(jié)果，雖然這個工程量比較大，花的時間最多，但這對我來說也是一個考驗與檢驗，其中用到了自己課外學(xué)習(xí)CAD的很多知識，并且對其進(jìn)行了鞏固，讓自己水平和速度更上一層樓。除了自己的個人提高，團隊的合作是最重要的。</p><p>　　通過這次課設(shè)，學(xué)到的很多，當(dāng)然也認(rèn)識到了自己的不足，比如一些