牛頭刨床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院2007級(jí)課程設(shè)計(jì)牛頭刨床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)機(jī)械子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與分析牛頭刨床的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)校名稱(chēng)：西安工業(yè)大學(xué) 設(shè) 計(jì) 者： XXXXXX 學(xué) 號(hào)：XXXXXXXX 指導(dǎo)教師：XXXXXXXXXX 二一年六月十日目錄機(jī)械子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)與分析1牛頭刨床的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1摘要3關(guān)鍵詞3第一章：緒論31）課程設(shè)計(jì)目的32）課程設(shè)計(jì)的任務(wù)33）牛頭刨床簡(jiǎn)介44）參數(shù)設(shè)計(jì)4第二章：方案設(shè)計(jì)5運(yùn)動(dòng)要求5方案（1）5方案（2）6方案（3）7方案確定9第三章：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)91）電動(dòng)機(jī)選型92）V帶設(shè)計(jì)與計(jì)算103）齒輪校核134）支撐件設(shè)計(jì)165）鍵聯(lián)接的選型與驗(yàn)算196）聯(lián)軸器的選擇20第四章：分析與驗(yàn)證21第五章：參考文獻(xiàn)24第六章：致謝25摘要：牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。本文介紹一種牛頭刨床最大刨削長(zhǎng)度320mm，詳細(xì)完成了牛頭刨床方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、Adams和Ansys分析與驗(yàn)證、裝配圖以及主要零部件。其中詳細(xì)進(jìn)行了刨床電動(dòng)機(jī)選擇、V帶選型與校核、齒輪選型與點(diǎn)蝕校核、滾動(dòng)軸承選型與校核對(duì)牛頭刨床推動(dòng)到最遠(yuǎn)處臂的彎曲進(jìn)行了Ansys有限元分析。作為本科生課程設(shè)計(jì)達(dá)到了其目的，完成了書(shū)本理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)型。關(guān)鍵詞：牛頭刨床、課設(shè)設(shè)計(jì)、Ansys第一章：緒論1）課程設(shè)計(jì)目的課程設(shè)計(jì)目的在于進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立解決有關(guān)課程實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生對(duì)于機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和設(shè)計(jì)有一個(gè)比較完整的概念，具備計(jì)算和使用科技資料的能力。2）課程設(shè)計(jì)的任務(wù)1.設(shè)計(jì)牛頭刨床的參數(shù)，要求包括加工范圍和動(dòng)力。2.進(jìn)行至少2種傳動(dòng)方案對(duì)比的設(shè)計(jì)。3.結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括：電動(dòng)機(jī)選擇、V帶的選擇與校核、齒輪選型并進(jìn)行點(diǎn)蝕校核等等。4.對(duì)牛頭刨床進(jìn)行設(shè)計(jì)并要求運(yùn)用Adams和Ansys分析與驗(yàn)證。根據(jù)給定的機(jī)器的參數(shù)，在此基礎(chǔ)上對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。5.繪制A1裝配圖、2張A2主要零件零件圖圖紙、1張彩印Adams或Ansys的圖紙；編寫(xiě)小四25頁(yè)左右說(shuō)明書(shū)等。3）牛頭刨床簡(jiǎn)介牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線(xiàn)移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖4）參數(shù)設(shè)計(jì)牛頭刨床參數(shù)表名稱(chēng)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)最大刨削長(zhǎng)度L 320工作臺(tái)上平面T形抽寬度A（按GB/T158-1996）14工作臺(tái)最大橫向行程360工作臺(tái)上平面T形摘中心距80滑枕底面至工作臺(tái)上平面的最大距離300主電機(jī)功率(kw)4工作臺(tái)上平面長(zhǎng)度1320最大切削力（kN）3.2工作臺(tái)上平面寬度b 270外形尺寸（mm架最大工作行程100工作臺(tái)最大承載重 kg 100第二章：方案設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)要求（1） 刨刀速度平穩(wěn)，在空回行程時(shí)，刨刀快速退回，行車(chē)速比系數(shù)K要在1.4左右。（2） 切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng)，刨刀行程要在320mm左右。方案（1）說(shuō)明：桿件1為主動(dòng)件方案（1）如上圖所示采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。1） 結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，能承受較大載荷。但其存在有較大的缺點(diǎn)。2） 由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長(zhǎng)的曲柄，從而帶來(lái)機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)空間較大。3） 機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。方案（2）說(shuō)明：桿件1為主動(dòng)件方案（2）如上圖所示由凸輪機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組成。方案特點(diǎn)如下：1） 凸輪機(jī)構(gòu)雖可使從動(dòng)件獲得任意的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，但凸輪制造復(fù)雜，表面硬度要求高，因此加工和熱處理費(fèi)用較大。2） 凸輪與從動(dòng)件為高副接觸，只能承受較小的載荷，且表面磨損較快，磨損后凸輪的廓線(xiàn)形狀即發(fā)生變化。3） 由于滑塊的急回運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，凸輪機(jī)構(gòu)受到的沖擊較大。4） 滑塊的行程H比較大調(diào)節(jié)困難，必然使凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角過(guò)大，為了減小壓力角，必須增大基圓半徑，從而使凸輪和整個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸十分龐大。5） 需用力封閉或幾何封閉的方法，保持凸輪和從動(dòng)件始終接觸，使機(jī)構(gòu)復(fù)雜。方案（3）說(shuō)明：桿件1為主動(dòng)件方案（3）如上圖所示有兩個(gè)四桿機(jī)構(gòu)組成。使ba，構(gòu)件1,2,3,6便構(gòu)成了擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，基本參數(shù)為。構(gòu)件3,4,5,6構(gòu)成搖桿滑塊機(jī)構(gòu)。方案特點(diǎn)如下：1）為一種平面連桿機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，能承受較大載荷。2）具有急回作用，其行程速比系數(shù)，而。只要正確選擇，即可滿(mǎn)足行程速比系數(shù)k的要求。3）滑塊的行程，已經(jīng)確定，因此只需選擇搖桿CD的長(zhǎng)度，即可滿(mǎn)足行程H的要求。4）曲柄主動(dòng)，構(gòu)件2和3之間的傳動(dòng)角始終為。搖桿滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)E點(diǎn)的軌跡位于D點(diǎn)所作圓弧高度的平均線(xiàn)上時(shí)，構(gòu)件4和5之間有較大的傳動(dòng)角，該方案?jìng)髁π阅芰己谩?）機(jī)構(gòu)橫向與縱向運(yùn)動(dòng)尺寸都不大，比較勻稱(chēng)合理。6）工作行程中，能使刨刀的速度比較慢，而且變化平緩，符合切削要求。7）當(dāng)時(shí)，得構(gòu)件2和3間的傳動(dòng)角為，構(gòu)件4和5間的最小傳動(dòng)角，機(jī)構(gòu)橫向運(yùn)動(dòng)尺寸為446.5mm，縱向運(yùn)動(dòng)尺寸為540mm。可見(jiàn)此方案加工簡(jiǎn)單，占面積小，運(yùn)動(dòng)部分靈活，傳動(dòng)省力。方案確定從以上方案比較中可知，為了實(shí)現(xiàn)給定的刨刀運(yùn)動(dòng)要求（刨刀速度平穩(wěn)，在空回行程時(shí)，刨刀快速退回，行車(chē)速比系數(shù)K要在1.4左右。切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng)，刨刀行程要在320mm左右。），以采用第（3）方案較宜。第三章：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）電動(dòng)機(jī)選型選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型按已知工作條件和要求，選用Y系列一般用途的三相異步電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)的容量工作機(jī)所需功率：傳動(dòng)裝置總效率：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得各部分效率如下：V帶傳動(dòng)效率，齒輪（8級(jí)精度）效率，一對(duì)滾動(dòng)軸承效率，萬(wàn)向聯(lián)軸器效率；所需電機(jī)功率：查Y系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動(dòng)機(jī)額定功率為4kW的Y112M-4電動(dòng)機(jī)。確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍可選同步轉(zhuǎn)速1500r/min和1000r/min。選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的電動(dòng)機(jī)，查表10-2額定功率為為4kW的Y132M1-6電動(dòng)機(jī),其滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速。2）V帶設(shè)計(jì)與計(jì)算 確定計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)表8-7查=1.2選擇V帶型號(hào)由Pca和n1機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-11選用A型V帶。 選擇帶輪、由表8-8，查取A型帶輪，應(yīng)使，小帶輪轉(zhuǎn)速較低，選。驗(yàn)算帶速v帶速在525m/s之間，選擇合適。參考表8-8給出的帶輪直徑系列，取。轉(zhuǎn)速誤差 確定中心距a和帶長(zhǎng)查機(jī)械設(shè)計(jì)初定中心距初選 帶長(zhǎng) 查表8-2取中心距 a的調(diào)整范圍驗(yàn)算小帶輪上的包角大于滿(mǎn)足小帶輪包角要求 確定V帶根數(shù)按式（8-26） 由表8-4a 由表8-4b查得由表8-5查得由表8-2查得代入求根數(shù)公式（5-21），得取z=4確定初拉力查表8-3得A型V帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，所以應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力。計(jì)算壓軸力3）齒輪校核齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇齒輪材料和熱處理、精度等級(jí)由表10-1選擇小齒輪40Cr（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280HBS，大齒輪45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240HBS，兩者材料硬度差為40HBS；精度等級(jí)為7級(jí)。初選，取，傳動(dòng)比不變。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。（1） 確定式中各項(xiàng)數(shù)值： 1） 因載荷有輕微沖擊，初選=1.32） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。3）由表10-7選取齒寬系數(shù)，4）由表10-6，選5）由圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限。6）由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。7）由圖10-19取解除疲勞壽命系數(shù)，；8）計(jì)算解除疲勞許用應(yīng)力。（2）計(jì)算。1）試算小齒輪分度圓直徑，代入設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)將確定后的各項(xiàng)數(shù)值代入設(shè)計(jì)公式，求得：2） 計(jì)算圓周速度。3） 計(jì)算齒寬b4） 計(jì)算齒寬與齒高之比。模數(shù)齒高5） 計(jì)算載荷系數(shù)。查機(jī)械設(shè)計(jì)表得到則6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（10-10a）得7)計(jì)算模數(shù)m。選取第一系列標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)幾何尺寸計(jì)算1） 計(jì)算分度圓直徑，選取2） 計(jì)算中心距3） 計(jì)算齒輪寬度取4）支撐件設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承的選擇計(jì)算(1)選擇軸承類(lèi)型和型號(hào)選擇圓錐滾子軸承30207。查機(jī)械設(shè)計(jì)表13-5，30207軸承的，e=0.37,Y=1.6（2） 計(jì)算軸承的徑向載荷。計(jì)算外力：圓周力 徑向力軸向力 軸承受力分析圖水平面支反力垂直方向支反力合成支反力(3) 計(jì)算軸承的軸向載荷因?yàn)?，故軸承1壓緊，軸承2放松,(4) 計(jì)算動(dòng)載荷對(duì)于軸承1對(duì)于軸承2（5）計(jì)算軸承壽命 因?yàn)?，該?duì)軸承的最短壽命為故該對(duì)軸承壽命足夠。5）鍵聯(lián)接的選型與驗(yàn)算齒輪周向定位采用A型普通平鍵聯(lián)接，由機(jī)械設(shè)計(jì)表6-1查得平鍵截面。鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算：根據(jù)平鍵聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度條件k=0.5h=0.511mm=5.5mm,l=L-b=70mm-12mm=52mm,d=64mm, 由表4-1查得，所以平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度足夠。6）聯(lián)軸器的選擇根據(jù)軸的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速和三軸的最小直徑，從機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表16-2查得，采用彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器,其公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩，許用轉(zhuǎn)速。由于 ，可知聯(lián)軸器滿(mǎn)足要求。第四章：分析與驗(yàn)證按照選用的方案設(shè)計(jì)做出的Adams分析如下圖所示：位移曲線(xiàn)圖由圖可以看出刨銷(xiāo)的行程約為480mm，機(jī)床設(shè)計(jì)的刨銷(xiāo)長(zhǎng)度L=320mm，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。速度曲線(xiàn)圖加速度曲線(xiàn)圖按照設(shè)計(jì)的要求用Ansys校核主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的搖桿部分。搖桿Ansys分析圖第五章：參考文獻(xiàn)1濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì). M.北京：高等教育出版社，2009.2牛鳴歧，王保民，王振甫. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè). M.重慶：重慶大學(xué)出版社，2001.3孫恒，陳作模,葛文杰.機(jī)械原理. M. 北京：高等教育出版社，2009.4區(qū)繼方.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì). M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.5劉鴻文. 材料力學(xué)M.第四版. 北京：高等教育出版社，2008.6哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室. 理論力學(xué). M. 六版. 北京：高等教育出版社，2007.7大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機(jī)械制圖M.第六版.北京：高等教育出版社，2008.8廖念釗、莫雨松等.