牛頭刨床機構(gòu)設(shè)計講解

1、西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計報告學(xué)院機電信息學(xué)院課程機械原理課程設(shè)計專業(yè)機械設(shè)計制造及其自動化班級機單 1101 班姓名劉亞娟學(xué)號1102060708指導(dǎo)教師程安寧日期2013年 7月 19 日任務(wù)書姓名劉亞娟學(xué)號1102060708專業(yè)班級機單 1101班題目： 牛頭刨床的設(shè)計 完成時間： 2013年 7 月 19日 具體內(nèi)容及進度要求：具體內(nèi)容： 1）根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定 23 個其他形式的執(zhí)行機構(gòu) （連桿機構(gòu)），并對這些機構(gòu)進行分析對比。 2）根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺 寸。要求用圖解法設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。 3）導(dǎo)桿機構(gòu)的運 動分析。將導(dǎo)桿機構(gòu)放在直角坐

2、標(biāo)系下，建立參數(shù)化的數(shù)學(xué)模型，編程分析出刨頭 6 的位移、速度、加速度及導(dǎo)桿 4 的角速度和角加速度，畫出運動曲線，并打印上述 各曲線圖。要求將主程序編制過程詳細地寫在說明書中。 4）導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分 析。通過建立機構(gòu)仿真模型，并給系統(tǒng)加力，編制程序，打印外加力的曲線，并求 出最大平衡力矩和功率。 5）凸輪機構(gòu)設(shè)計。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪的基 本尺寸（基圓半徑 ro、機架 l o2o9和滾子半徑 r r ），并將運算結(jié)果寫在說明書中。將凸 輪機構(gòu)放在直角坐標(biāo)系下，編制程序，求出凸輪機構(gòu)的實際廓線，打印出從動件運 動規(guī)律和凸輪機構(gòu)仿真模型。 6）編寫設(shè)計說明書一份。 應(yīng)包括設(shè)計任務(wù)、

3、 設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算過程等。進度要求：7 月 8日查閱資料、熟悉題目7月 9,10 日方案分析、比較7月 11,12 日平面機構(gòu)尺度綜合、運動分析7月 15， 16 日平面動態(tài)靜力分析7月 17,18 日繪制方案圖、整理設(shè)計說明書7月 19 日答辯指導(dǎo)教師 程安寧2013年 7 月 19 日成績 教師牛頭刨床機構(gòu)設(shè)計牛頭刨床是平面切削加工機 床，如圖 1。電動機經(jīng)皮帶和齒 輪驅(qū)動曲柄 2 和固結(jié)在其上的凸 輪 8 帶動刨頭 6 和刨刀 7 作往復(fù) 運動。 切削，要求速度較低并 且均勻，以減少電動機容量和提 高切削質(zhì)量，刨頭左行時為空回 行程，要求有急回作用以 提高生產(chǎn)率?；爻虝r，圖 1 牛頭刨

4、床結(jié)構(gòu)及阻力線圖同工件作進給，以便刨刀繼續(xù)切削。 刨頭在工作行程 H中，受到很大的 切削阻力，前后各有一段 0.05H 的空刀 距離，工作阻力 F 為常數(shù)；而空回行程圖 2 牛頭刨床工作阻力線圖中則沒有切削阻力。如圖 2，因此刨頭凸輪 8 通過四桿機構(gòu) 1-9-10-11 與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（圖中未畫） ，使工作臺連圖 3 牛頭刨床執(zhí)行機構(gòu)在整個運動循環(huán)中，受力變化是 程時很大的，這就影響了主軸的勻速 運轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速 度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動 機容量。一牛頭刨床執(zhí)行機構(gòu)牛頭刨床的執(zhí)行機構(gòu)由導(dǎo)桿機構(gòu) 和凸輪機構(gòu)組成，完成刨刀的往復(fù)運動和間歇移動。如圖 3刨床工作時，刨頭

5、 6由曲柄 2帶動右行， 刨刀切削。 刨刀空回行程時， 凸輪 8 通過四桿機構(gòu)帶動棘輪機構(gòu)， 棘 輪機構(gòu)帶動 螺旋機構(gòu)使工作臺連同工件在垂直紙面方向 上做一次進給運動，其運動循環(huán)如圖 4。圖 4 運動循環(huán)圖執(zhí)行機構(gòu)方案選擇牛頭刨床主機構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣功能元局部解標(biāo)記目標(biāo)1234567急擺凸偏導(dǎo)曲雙擺回加工動導(dǎo)桿輪機構(gòu)置曲柄桿機構(gòu)柄搖桿曲柄機動導(dǎo)桿A機構(gòu)+搖桿滑塊機+對心機構(gòu)+構(gòu)+曲機構(gòu)+搖桿滑滑塊機構(gòu)曲柄滑搖桿滑柄滑塊齒輪齒塊機構(gòu)構(gòu)塊機構(gòu)塊機構(gòu)機構(gòu)條機構(gòu)工曲曲不槽凸作臺間柄搖桿柄搖桿完全齒輪機構(gòu)輪間歇B歇移動機構(gòu)+機構(gòu)+輪機構(gòu)+齒輪運動+棘齒條棘輪機+齒輪齒條齒輪齒機構(gòu)構(gòu)+齒齒條條輪齒條有兩個四

6、桿機構(gòu)組成。使 b a，構(gòu)件 1,2,3,6 ， 便構(gòu)成擺桿導(dǎo)桿機構(gòu)，基本參數(shù) b/a= 。構(gòu)件 3,4,5,6 ，構(gòu)成搖桿滑塊機構(gòu)。該方案結(jié)構(gòu)簡單，加 工方便，能承受較大載荷，且具有急回特性，其形 成速比系數(shù) k=（ 180+ ）/（180- ），其中 =2arcsin（1/ ）。只要正確選擇合適的搖桿 CD長度，即可滿足行程 H的要求。導(dǎo)桿機構(gòu) 有較大的轉(zhuǎn)動角， 傳動性能良好；機構(gòu)橫向與縱向運動尺寸都不太大， 比較合理。 工作行程中，刨刀的速度比較慢，而且變化平緩，符合要求。方案二：由凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)組成。雖然該方案中 凸輪機構(gòu)可使從動件獲得任 意的運動規(guī)律，但是凸輪 制造復(fù)雜、表面

7、硬度要求高，因此加工和熱處理費用較 大。方案采用了高副接觸，只能承受較小載荷，且表面 磨損較快，磨損后凸輪的廓線形狀即發(fā)生變化。由于滑 塊具有急回運動性質(zhì)，凸輪機構(gòu)受到的沖擊較大?；瑝K 的行程 H比較大，調(diào)節(jié)比較困難， 必然使凸輪機構(gòu)的壓 力角過大；而為了減小壓力角，必須增大基圓半徑，導(dǎo) 致凸輪和整個機構(gòu)十分龐大。 為保持凸輪和從動件始終接觸， 封閉，結(jié)構(gòu)復(fù)雜方案三：為表中 A3 方案，為偏置曲柄滑塊機構(gòu)，機構(gòu)的基本 尺寸 a，b，e。該方案結(jié)構(gòu)較第一種方案簡單，也具有急 回特性，由于 =arcose（/ a+b） -arccose/（b-a） ，增大 a和 e或者減小 b 均使增大 K 。但

8、是，增大 e或減小 b 會 使滑塊速度變化劇烈，最大速度、加速度和動載荷增加， 且會使最小傳動角 min 減小，傳動性能變差。方案四:需用力封閉或幾何為表中 A 6 方案，有兩個四桿機構(gòu)組成。構(gòu)件 1、2、3、4 組成 雙曲柄機構(gòu)，構(gòu)件 3、4、5、6 構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)。該方案具有急 回作用，由于 1=arctan（c/d），而 21 =180-因,此 K=（180-1 ）/ 1 ， 可見增大 c或者減小 d都能使 K減小，而 a與b的尺寸與 K 無 關(guān)。機構(gòu)的橫向與縱向尺寸均較大，且 A 與 D 傳動軸均應(yīng)懸臂 安裝，否則機構(gòu)運動時， 軸與曲柄將發(fā)生干涉。 作往復(fù)運動的滑 塊 6 以及做平面

9、復(fù)雜運動的連桿 EF 和 BC 動平衡困難比較上述刨刀急回加工方案可知，實現(xiàn)給定的刨刀運動要求以采用方案一為宜。工作臺間歇移動距離調(diào)整采用 B1 方案，即可調(diào)曲柄尺寸的曲柄搖桿機構(gòu) +棘齒條機構(gòu)，最后可得到系統(tǒng)解為 A1+B1。如圖 5三尺寸選擇牛頭刨床的原始數(shù)據(jù)刨削平均速度 Vm （mm/s）=580；行程速度變化系數(shù)K=1.5；刨刀沖程 H（mm）=400；切削阻力 Fr （N）=4000；空行程摩擦阻力（ N）=200； 刨頭重量（ N）=620； 機器運轉(zhuǎn)速度許用不均勻系數(shù)刨刀越程量 S （mm） =20；桿件比重（ N/m） =300；=0.05；LBO2LAO2LBCLO1O2H3

10、6647mm120mm162mm389mm400mm機構(gòu)的尺寸錯誤！未找到引用源。 =180 K 1 36K12 n1 5.46rad /s2 3060vm=52.2r/minn1 H （1 ）K四主機構(gòu)尺度綜合及運動分析機構(gòu)位置劃分簡圖等分為 12等分，取上述方案的第 2 位置和第 7 位置進行運動分析1）、曲柄位置“2”做速度、加速度分析（列矢量方程、 畫速度圖、加速度圖）“ 2”位置速度分析“ 2”位置加速度分析取曲柄位置“ 4”進行速度分析。取構(gòu)件 3 和 4 的重合點 A進行速度分析。有1=5.62 rad/s 其轉(zhuǎn)向為逆時針方向。a） 速度分析用速度影像法對 A 點： VA4=VA

11、3+VA4 A3（4-1）方向：BO4O2A /O4B大?。海渴街校?VA4 =lpa4VA44=lOA4AVA4 =0.6048m/sO4A4 =0.887rad/sVA4A3 = l la3a4VB4 = 4lO4BVA4A3=0.3902 m/sVB4 =0.5676 m/s對于 C 點：VC =VB +V CB（4-2）方向：/ XXO4BBC大?。海?？式中：VC= l lpcVCB= l lbcVC =0.4789 m/sVCB ullbcVCB =0.1064 m/s5=0.788rad/sb） 加速度分析 用加速度影像法 對于 A 點：aA4 =aAn4 +taA =A4aA3

12、+kaA4A3+aA4A3（4-3 ）方向：A O4O4B A O2O4B/O4B大?。?？?式中：aA3= 2aB =3.224 m/s2 lO2 AaA4A3 =2 4VA4A3aA3=4.064m/s22lO4BaB =aA44lO4AKaA4A3 =0.830 m/snaA4 =0.346 m/slBCaA4 =2.190 m/snaCB =0.084 m/sraA4A3=3.065 m/saC =aB +naCB+t aCB（4-4）方向：/ XXBO4C BBC大?。海渴街校篴C =alpcaCt B= alnc對于 C 點:2）對位置 7 進行速度和加速度分析aC =3.139 m

13、/s7”位置速度分析7”位置加速度分析a）速度分析用速度影像法對 A 點： VA4 =VA3 +VA4A3（45）方向：BO4O2A /O4B大小：？式中：VA4 = lpa44 =VA4A4 lVA4 =0.6048m/sO4A4 =0.311rad/sVA4A3 =l la3a4VB = V B4= 4lO4BVA4A3 =0.064m/sVB5=0.199m/s對于 C 點： VC=VB +V CB（4-6）方向：/ XXO4BBC大小：？式中：VCB = llbcVC = l l pcVC =0.181m/s = VCBullbc5 =0.311rad/s（b） 加速度分析 用加速度影

14、像法 對于 A 點：V CB =0.064m/saA4 =naAn4+tatA4=aA3+kaA4 A3 +aA4A3（4-7）方向：A O4O4BA O2O4B/O4B大?。?？?式中 ：aA3= 2 lO2 AaA4A3 =2 4VA4A3aA3 =4.064 m/s2taA4= a ln aaA4A3 = akaKaA4A3 =0.368 m/snaA4 =0.038 m/staA4 =4.109 m/saA4= 4 lO4BO4BaB =aA4lO4 AaA4=4.064 m/s2n2aCB = 5 lBCnaCB =0.064 m/s 2aC =aB +aCnB+aCB（4-8）方向：

15、/ XX BO4C BBC大小：？式中：aC=alpcaCB = a lnc對于 C 點 ：aC =6.311 m/s五. 主機機構(gòu)的動力分析取上述方案一的第 2 位置和第 7 位置進行受力分析2”位置的力的多邊形“ 7”位置的力的多邊形 1) 對“ 2”位置進行受力分析取“ 2”點為研究對象，分離 5、6 構(gòu)件進行運動靜力分析：已知：G 6=520NFI6 =- G 6/g ac（ 1-1 ）Fx= F I4 +Fr- F R45=0（1-2）由此可得： F R45=4891.6N由分離 3,4 構(gòu)件進行運動靜力分析：已知：F R54=FR45由此可得： F I4 = - G 4/g a 4

16、（ 1-3 ）MS4=-J S4 S4=-0.9984 3.35=21.74 N.m（ 1-4 ）MO4 G4 h1 FI4 h2 FR54 h3 M I 4 FR23 h4 0 （1-5 ）其中 h1，h2， h3 ， h4分別為 G4 , FI4 , FR54 , FR23 作用于 O4 的距離（其大小可 以測得），可以求得： FR23 =6983.4N由力的多邊形可知： Fox =2169.7N, F oy =1286.06N對曲柄 2 進行運動靜力分析 , FR32 作用于 O2的距離為 h，其大小為 0.15m 由此可得曲柄上的平衡力矩為：M=FR32 h=401.55N.m(1-7

17、 )方向為逆時針2) 對位置“ 7”進行受力分析取“7 點為研究對象，分離 5、6 構(gòu)件進行運動靜力分析：已知： G6=520NFI6=- G6/g ac（1-8）由此可得 ： F R45=256.93N 由分離 3,4 構(gòu)件進行運動靜力分析： 已知： F R54=FR45由此可得： F I4 = - G 4/g a 4（1-9 ）MS4=-J S4 S4=4.456N. m （1-10 ）方向與 4運動方向相反（逆時針）MO4 G4 h1 FI4 h2 FR54 h3 M I 4 FR23 h4 0 （ 1-11 ）其中h1， h2 ， h3 ， h4分別為 G4, FI4, FR54, F

18、R23作用于O4的距離（其大小可 以測得），可以求得： FR23 =281N由力的多邊形可知： Fox =444.765N, F oy=169.508N對曲柄 2 進行運動靜力分析， FR32 作用于 O2的距離為 h，其大小為 0.08m 由此可得曲柄上的平衡力矩為：M=FR32 h=7.03N.m方向為逆時針六求刨頭的位移，速度和加速度曲線位移與時間，速度與時間，加速度與時間曲線速度圖線t系列1加速度圖線由以上三條曲線，位移與時間，速度與施加，加速度與時間曲線，可以 看出牛頭刨床的運行過程， c 點的運動情況。九心得與體會 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

19、一個重要環(huán)節(jié)。作為 一名機械設(shè)計制造及其自動化大二的學(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。 兩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

20、些問題的看法產(chǎn)生 了良性的變化。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； 而手工畫圖時認識到了一件事情中的每個環(huán)節(jié)的 認真都是重要的，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)計人員來說細心是最重要的， 之后才可以談其 他；當(dāng)用 TB 設(shè)計時讓自己熟悉了一種新的軟件，為以后的設(shè)計打下了基礎(chǔ)； 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)

21、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。在社會這樣一個大群體里面，溝通自然是為人處世的基本，如何協(xié)調(diào)彼 此的關(guān)系值得我們?nèi)ド钏己腕w會。 在實習(xí)設(shè)計當(dāng)中依靠與被依靠對我的觸及很 大，有些人很有責(zé)任感， 把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù)， 并為之付出 了很大的努力， 不斷的思考自己所遇到的問題。 而有些人則不以為然， 總覺得 自己的弱勢其實在生活中這樣的事情也是很多的， 當(dāng)我們面對很多問題的 時候所采取的具體行動也是不同的， 這當(dāng)然也會影響我們的結(jié)果。 很多時候問 題的出現(xiàn)所期待我們的是一種解決問題的心態(tài)， 而不是看我們過去的能力到底 有多強，那是一種態(tài)度的端正和目的的明確， 只有這樣把自己身置于具體的問 題之中，我們才能更好的解決問題。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中，口角的斗爭在所難免，關(guān)鍵是我們?nèi)绾?的處理遇到的分歧， 而不是一味的計較和埋怨， 當(dāng)然其中表達能力是最重要的。 這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中， 生活中的很多事情都需要我們有這樣的 處理能力，面對分歧大家要消除誤解、相互理解、增進了解、達到諒解也 許很多