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：
机械原理课程设计的目的在于进一步巩固和加深学生所学的理论知识、培养学生独立解决机械设计中的实际问题的能力，使学生对于机构的综合以及运动学和动力学分析有一个较完整的概念；并进一步提高学生的计算、绘图和计算机辅助设计的能力。
2．课程设计的任务：
1)导杆机构运动分析
作机构运动分析简图，并作机构两位置的速度，加速度多边形图以及刨头的运动曲线
2）导杆机构的动态机构分析
按给定的位置，求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。
第二章 机械原理课程设计的方法：
我们这次课程设计用了两种设计的方法。
1.图解法
根据“《机械原理》课程设计指导书”中的题目和数据：
按指导教师指定的题号，查出有关参数设计出牛头刨床的各杆尺寸。在 1 号图纸中心偏上一些按指导教师指定的三个位置按比例画机构位置图（包括左右极限位置），并将给定的三个位置中的一个一般位置画成机构简图。在同组同学中收集数据在 1 号图纸左上侧绘制刀头位移曲线图。
用图解法进行机构的运动分析。在上述 1 号图纸左下侧作速度和加速度多边形。在同组同学中收集数据作刀头的速度和加速度曲线图。
用图解法进行机构的动态静力分析。在 1 号图纸右侧画示力体和力多边形，绘制平衡力矩曲线。特殊位置不作
2.解析法
指导教师讲授用解析法上机进行设计的有关内容，如 1.齿轮设计、凸轮设计、杆机构设计、运动分析、动态静力分析等.按要求编程上机：完善用解析法进行的齿轮机构、凸轮机构、杆机构设计、运动分析、动态静力分析程序的编写，并用此结果与图解法的结果进行比较，分析误差，进行修正。
为达到简便易懂的去学习课程设计，我们主要使用图解法去解决问题，通过这次设计，我们了解了图解法，并能利用图解法去解决问题。
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 机械原理课程的已知条件
设计数据：
设计内容 导杆机构的运动分析 导杆机构的静力分析
符号 n2 lo2o4 lo2A lo4B lBC lo4s4 xs6 ys6 G4 G6 P yp Js4
单位 r/min mm N mm Kg•m2
方
案 Ⅰ 60 380 110 540 0.25lo4B 0.5lo4B 240 50 200 700 7000 80 1.1
Ⅱ 64 350 90 580 0.31lo4B 0.51lo4B 200 50 220 800 9000 80 1.2
Ⅲ 72 430 110 810 0．36lo4B lo4B 180 40 220 620 8000 100 1.2
图1 切削阻力曲线
第五章 选择设计方案
1．作机构的运动简图：
图1-1
2．选择设计方案：
设计内容 导杆机构的运动分析 导杆机构的静力分析
符号 n2 lo2o4 lo2A lo4B lBC lo4s4 xs6 ys6 G4 G6 P yp Js4
单位 r/min mm N mm Kg•m2
方案Ⅱ 64 350 90 580 0.3lo4B 0.5lo4B 200 50 220 800 9000 80 1.2
方案特点：
1、结构简单，制造方便，能承受较大的载荷；
2、具有急回作用，可满足任意行程速比系数K的要求；
3、滑块行程可以根据杆长任意调整；
4、机构传动角恒为90度，传动性能好；
5、工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求；
6、机构运动链较长，传动间隙较大；
7、中间移动副实现较难。
1、曲柄位置“10”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“10”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ω2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60 rad/s=6.7rad/s
υA3=υA2=ω2•lO2A=6.7*0.09m/s=0.6m/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
υA4=υA3+υA4A3
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.005(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-2
图1-2
则由图1-2知， υA4= •μv=113×0.005 =0.56 m/s
υA4A3= •μv=120×0.005 =0.60m/s
由速度影像定理求得，
υB5=υB4=υA4•O4B/ O4A=1.23m/s
又 ω4=υA4/ lO4A=1.97rad/s
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC5=υB5+υC5B5
大小 ? √ ?
方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.005(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-2。
则由图1-2知， υC5= •μv=246×0.005 =1.23m/s
υC5B5= •μv=21×0.005s=0.11m/s
ωCB=υC5B5/lCB=1.26 rad/s
2.加速度分析：
取曲柄位置“1”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ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=6.7rad/s, = =ω22•LO2A=6.72×0.09 m/s2=4.04m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA4 = + aA4τ= aA3n + aA4A3K + aA4A3r
大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B ∥O4B
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5τ
大小 ? √ √ ?
方向 ∥XX √ c→b ⊥BC
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.02（m/s2）/mm,
作加速度多边形如图1-3所示.
图１—3
则由图1-3知, aA4= aA3 =p´a4′•μa=122×0.02m/s=2.44m/s2,
α4＇= aA4 / LO4A=9.24 rad/s2
用加速度影象法求得aB5 = aB4 =4.04×580/264 m/s2 =8.88 m/s2
又ac5B5n=ωCb2r= 1m∕s2
所以ac=0.02×263=5.06m/s2
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“1”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ω2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与ω2一致。
ω2=2πn2/60 rad/s=6.699rad/s
υA3=υA2=ω2•lO2A=6.699×0.09m/s=0.6m/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
υA4=υA3+υA4A3
大小 ? √ ?
方向 ⊥O4A ⊥O2A ∥O4B
取速度极点P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ,作速度多边形如图1-4
图1-4
则由图1-4知， υA4= pa4/μv =44.9m/s
υA4A3= a3a4/μv =37.5m/s
由速度影像定理求得，
υB5=υB4=υA4•O4B/ O4A=0.61m/s
又 ω4=υA4/ lO4A=1.08rad/s
取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得
υC=υB+υCB
大小 ? √ ?
方向 ∥XX ⊥O4B ⊥BC
取速度极点P，速度比例尺μv=0.01(m/s)/mm, 作速度多边行如图1-4。
则由图1-4知， υC=0.61m/s
υCB=0.11m/s ωCB=υCB/lCB=0.63
2.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ω22lO2A,方向由A指向O2。
ω2=6.699rad/s, = =ω22•LO2A=6.6992×0.09 m/s2=4.04m/s2
取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得：
aA4 = + aA4τ= aA3n + aA4A3K + aA4A3r
大小: ? ω42lO4A ? √ 2ω4υA4 A3 ?
方向： ? B→A ⊥O4B A→O2 ⊥O4B ∥O4B
取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得
ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5τ
大小 ? √ √ ?
方向 ∥X √ C→B ⊥BC
取加速度极点为P＇,加速度比例尺µa=0.02（m/s2）/mm,
作加速度多边形如图1-5所示.
图１—5
则由图1-5知, aA4= aA3 =p´a4′•μa=100×0.02m/s=2m/s2,
α4＇= / LO4A=1.48 rad/s2
用加速度影象法求得
aB5 = aB4 =2.73×580/340 m/s2 =4.66 m/s2
又 aBCn=b′c′×μa =35.5m∕s2
第七章 机构动态静力分析
取“3”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如图1─6所示，μｌ=50N/mm。
图1—6
已知P=9000，G6=800N，又ac=3.55m/s2,那么我们可以计算
FI6=G6/g×ac =800/10×3.55=284N
又ΣF=P+G6+FI6+Fp45+FR16=0，作为多边行如图1-7所示，µN=50N/mm。
图1-7
由图1-7力多边形可得：
FR45=F R16FR45•µN=160×50N=8000N
已知： FR54=FR45=8000N，G4=220N
aS4=aA4•lO4S4/lO4A=3.85×290/340m/s2=3.28m/s2,
αI4=α´=0.88rad/s2
由此可得： FI4=147N
MI4=-JS4•αS4=-1.2×1.48 N•m= -1.776N•m
在图1-8中，对O4点取矩得：
ΣM O4=FR54×0.56+MS4+FS4•ls4O4+G4×0.084－FR23•lO4A=0
图1-8
代入数据，得FR23=10431N
又 ΣF=FR45+FR32+FI4+G4+FO4n+FO4τ=0,作力的多边形如图1-9所示，µN=100N/mm。
图1-9
由图1-9可得：
FO4τ=FO4τFO4n•µN=7.5×8N=280N
FO4n= FR54FO4n•µN=79N
第八章 求刨头的位移，速度和加速度曲线。
由以上三条曲线，位移与时间，速度与施加，加速度与时间曲线，可以看出牛头刨床的运行过程，c点的运动情况。
第九章 参考文献
1、机械原理/孙恒，陈作模主编——六版——北京2001
2、理论力学Ⅰ/哈尔滨工业大学理论力学研究室编——六版——北京2002.8
3、机械原理课程设计指导书/罗洪田主编——北京1986.10
4、机械原理与课程设计 上册/张策主编——北京2004.9
第十章 总结
通过这次课程设计,我们学会了不少东西,团结协作的意识,课程以外知识的学习,以及课程与实践结合的意识,都是我们所能亲身感觉到的,没有多方面的知识做基础,无法取得成功。所以在课程设计结束的同时提醒大家多多重视这次难得的实践机会。在老师的知道下，我们终于结束这次短暂而痛苦并快乐的课程设计在设计期间有过欢乐有过痛苦，但给我们带来的经验是前所未有的。通过这几天我们知道做好一件事必须要保持认真的态度，和坚持不懈的努力，只有付出了才会有回报。
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