機械原理牛頭刨床設計方案

1 機械原理牛頭刨床設計方案 一、課程設計的目的和任務 1、目的 機械原理課程設計是培養(yǎng)學生掌握機械系統(tǒng)運動方案設計能力的技術基礎課程，它是機械原理課程學習過程中的一個重要實踐環(huán)節(jié)。其目的是以機械原理課程的學習為基礎，進一步鞏固和加深所學的基本理論、基本概念和基本知識，培養(yǎng)學生分析和解決與本課程有關的具體機械所涉及的實際問題的能力，使學生熟悉機械系統(tǒng)設計的步驟及方法，其中包括選型、運動方案的確定、運動學和動力學的分析和整體設計等，并進一步提高計算、分析，計算機輔助設計、繪圖以及查閱和使用文獻的綜合能力。 2、 任務 本課程設計的任務是對牛頭刨床的機構選型、運動方案的確定；對導桿機構進行運動分析和動態(tài)靜力分析。并在此基礎上確定飛輪轉慣量，設計牛頭刨床上的凸輪機構和齒輪機構。 二、設計正文： 1、設計題目：牛頭刨床 1）為了提高工作效率，在空回程時刨刀快速退回，即要有急會運動，行程速比系數(shù)在 2）為了提高刨刀的使用壽命和工件的表面加工質量，在工作行程時，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應近似勻速運動。 3）曲柄轉速在 60r/刀的行程 00右為好，切削阻力約為 8000N，其變化規(guī)律如圖所示。 2、牛頭刨床機構簡介 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖 4動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄 2和固結在其上的凸輪 8。刨床工作時，由導桿機構 2動刨頭 6和刨刀 7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量，刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導桿機構。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪 8通過四桿機構 1 2 中未畫），使工作臺 連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約 5圖 4b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質量和減小電動機容量。 3、機構簡介與設計數(shù)據(jù) 1）機構簡介 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄 2和固結在其上的凸輪 8。刨床工作時，由導桿機構 2 和刨刀 7作往復運動。刨 頭右行時，刨刀進行切削，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量；刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。為此刨床采用急回作用得導桿機構。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪 8通過四桿機構 1棘輪機構帶動螺旋機構，使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以 減少切削質量和電動機容量。 2）設計數(shù)據(jù) 設計數(shù)據(jù)設計數(shù)據(jù) 設 計 內 容 導 桿 機 構 的 運 動 分 析 導桿機構的動態(tài)靜力分析 符號 0204 04B 044 位 r/ mm 60 380 110 540 04B 04B 240 50 200 700 7000 80 3 案 64 350 90 580 04B 04B 200 50 220 800 9000 80 72 430 110 810 04B 04B 180 40 220 620 8000 100 、設計內容 : 1）導桿機構的運動分析 已知：曲柄每分鐘轉數(shù) 構件尺寸及重心位置，且刨頭導路 于導桿端點 要求：做機構的運動簡圖，并作機構兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內容與后面的動靜力分析一起畫在 1號圖紙上。 曲柄位置圖的作法為取 1和 8為工作形成起點和終點對應的曲柄位 置， 1和 7為切削起點和終點所對應的位置，其余 2， 312 等，是由位置 1起順 2方向將曲柄圓周作 12等分的位置。 機構 位置 2 和 9 的 運動簡圖 4 1、選擇表中方案 2、曲柄位置“ 2”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖） 取曲柄位置“ 2”進行速度分析。 取構件 3和 4的重合點 有 2=2 72/60=s ，其轉向為順時針方向。 2l l =10m/s ， 方向 :A 列速度矢量方程，得 小 ? ? 方向 速度極點 P，速度比例尺 v=m/s)/速度多邊形如圖。 圖 1由圖 1 A4=v=20m/s = m/s 方向 p v=36s=s 方向 4= l =s 其 轉向為順時針方向。 4l l =10s 方向 p 5 取 5構件為研究對象，列速度矢量方程，得 C = + 小 ? ? 方向 速度多邊形如圖 1 C=v=m/s =s 方向 p c v=m/s =s 方向 c 取曲柄位置“ 2”進行加速度分析 . 取曲柄構件 3和 4的重合點 列加速度矢量方程 ,得 a a a + a + a 小 ? ? ? 方向 ? A A 右） 42l l=68a 22l l =10s2 4方向 k 取加速度極點為 P ,加速度比例尺 a=m/,作加速度多邊形圖 6 圖 1由圖 1 2知， a a =85向 a 4 a a=向 k a 4 a pa = m/p a 4 a a 4a=m/向 a 4 取 5 構件的研究對象，列加速度矢量方程，得 n + 小 ? ? 方向 B A CB BC 42 l=10向 pn l 10/472=向 na l= 向 n 其加速度多邊形如圖 1 2所示，有 a pa = m/ s2 a =m/向 n c 7 pCa = 向 p C 2、 曲柄位置“ 9”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度圖） 取曲柄位置“ 9”進行速度分析。 取構件 3和 4的重合點 有 2=22/60=s 其轉向為順時針方向。 2l l =10s 方向 :A 速度矢量方程，得 小 ? ? 方向 速度極點 P，速度比例尺 v=m/s)/速度多邊形如圖。 圖 1由圖 1 A4=v=m/s =m/s 方向 p v=s=0. 7000m/s 方向 4= l =s 其轉向為順時針方向。 8 B =4l l =s 方向 p b 取 5構件為研究對象，列速度矢量方程，得 C = B + 小 ? ? 方向 速度多邊形如圖 1 C=v=m/s =0. 9360m/s 方向 p c CB=v=m/s =s 方向 b c 取曲柄位置“ 9”進行加速度分析 . 取曲柄構件 3和 4的重合點 列加速度矢量方程 ,得 a a a + a + a 小 ? ? ? 方向 ? A A 左） 42l l= 方向 pn a 22l l =10方向 pa 3 4 v=2. 7000=方向 k 取加速度極點為 P ,加速 度比例尺 a=m/,作加速度多邊形圖 9 圖 1由圖 1 4知， a a =n a a=k a pa =向 p a a=m/向 取 5 構件的研究對象，列加速度矢量方程 ，得 小 ? ? 方向 B BC a A4l 10/m/s2 m/加速度多邊形如圖 1 4所示，有 pCa = m/m/10 2）導桿機構機構“ 2”位置動態(tài)靜力分析 已知 各構件的重量 G（曲柄 2、滑塊 3、導桿 4 和連桿 5的重量都可忽略不計）及切削力 求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內容做在運動分析的同一張圖紙上。 動態(tài)靜力分析過程： 取“ 2”點為研究對象，分離 5、 6構件進行運動靜力分析，作阻力體如圖 1 5所示， 選取長度比例尺 l=4mm/取力比例尺 P=100N/ 1 5 已知 P=8000N， 20N，又 么我們可以計算 m6a c =- G6/g F = P + + + 0 方向： x 軸 y 軸 與 向 y 軸 大?。?8000 620 ? ? 作力多邊行如圖 1取力比例尺 N=100N/ 11 圖 1圖 1 F D N=00N=8420N N=00N=1120N 取構件 6為受力平衡體，并對 分離 3,4構件進行運動靜力分析，桿組力體圖如圖 1 12 圖 1已知 ： F 420N 取構件 4為受力平衡體， 對 A 點取矩得： F = + =0 方向 : （三力匯交可得） 大小 ： ? ？ 作力的多邊形如圖 1選取力比例尺 N=100N/ 13 圖 1由圖 1 N=00N=14058N N=00N=6254N 因為曲柄 2滑塊 3的重量可忽略不計，有 F F 曲柄 2進行運動靜力分析，作組力體圖如圖 1 圖 1圖 1曲 柄 2為受力平衡體， 對 取矩得： F l l=0 即 M 14 （一） 已知條件、要求及設計數(shù)據(jù) 1、已知：擺桿為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角，遠休止角 s，回程運動角 ，如圖 8 所示，擺桿長度 大擺角 用壓力角（見下表）；凸輪與曲柄共軸。 2、要求：確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑 T，畫出凸輪實際廓線。 3、設計數(shù)據(jù)： 設計內容 符號 數(shù)據(jù) 單位 凸輪機構 設計 5 30 42 75 S 10 65 3.5 mm 50 二） 設計過程 選取比例尺，作圖 l= 1、取任意一點 圓心，以 45基圓； 2、再以 圓心，以 l 9/ l =150半徑作轉軸圓； 3、在轉軸圓上 上方任取一點 4、以 圓心，以 l=130基圓交于 D 點。 為擺動從動件推程起始位置，再以逆時針方向旋轉并在轉軸圓上分別畫出推程、遠休、回程、近休，這四個階段。再以 對推程段 6 等分、 回程段等分（對應的角位移如下表所示），并用A 進行標記，于是得到了轉軸圓山的一系列的點，這些點即為擺桿再反轉過程中依次占據(jù)的點，然后以各個位置為起始位置，把擺桿的相應位置 畫出來，這樣就得到了凸輪理論廓線上的一系列點的位置，再用光滑曲線把各個點連接起來即可得到凸輪的外輪廓。 5、凸輪曲 線上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇 （ 1）用圖解法確定凸輪理論廓線上的最小曲率半徑 ：先用目測法估計凸輪理論廓線上的 的大致位置（可記為 A 點）；以 A 點位圓心，任選較小的半徑 r 作圓交于廓線上的 B、 C 點；分別以 B、 C 為圓心，以同樣的半徑 r 畫圓，三個小圓分別交于 D、 E、F、 G 四個點處，如下圖 9 所示；過 D、 E 兩點作直線，再過 F、 G 兩點作直線，兩直線交于 O 點，則 O 點近似為凸輪廓線上 A 點的曲率中心，曲率半徑 OA；此次設計中，凸輪理論廓線的最小曲率半徑 。 15 圖 1 2）凸輪滾子半徑的選擇（ 凸輪滾子半徑的確定可從兩個方向考慮： 幾何因素 應保證凸輪在各個點車的實際輪廓曲率半徑不小于 15于凸輪的凸曲線處TC r ， 對于凸輪的凹輪廓線TC r （這種情況可以不用考慮，因為它不會發(fā)生失真現(xiàn)象）；這次設計的輪廓曲線上，最小的理 論曲率半徑所在之處恰為凸輪上的凸曲線，則應用公式： T m i nm i n ； 力學因素 滾子的尺寸還受到其強度、結構的限制，不能做的太小，通常取0)及 。綜合這兩方面的考慮，選擇滾子半徑為 得到凸輪實際廓線，如圖 1示。 16 圖 1 機械原理 孫恒，陳作模，葛文杰主編 七版、 高等教育出版社 機械原理課程設計指導書 羅洪田主編 理論力學 哈爾濱工業(yè)大學理論力學研究室編 六版 四 本次設計試驗我們主要以牛頭刨床的設計為主，囊括個構件在任意兩個角度的速度分析，加速度分析，各個構件的受力情況，動態(tài)的靜力分析，凸輪的設計。將各種常見的機械設計整體復習與整理了一遍。不僅加強了對本學期機械原理基礎知識的鞏固與運用，還在本次課程設計中學到了查詢各種資料，參考各種