牛頭刨床刨刀往復運動機構(gòu)的分析與設(shè)計

1、目 錄機械工程學院 機械原理課程設(shè)計說明書設(shè) 計 題 目：牛頭刨床刨刀往復運動機構(gòu)的分析與設(shè)計 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班 級：13級 姓 名： 學 號 指 導 教 師：侍紅巖 2016年 1 月 4 日目 錄1 設(shè)計任務(wù)11.1 設(shè)計題目11.2 工作原理及工藝動作過程11.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求11.4 設(shè)計任務(wù)22 系統(tǒng)傳動方案設(shè)計32.1 曲柄滑塊機構(gòu)與擺動導桿機構(gòu)32.2 齒輪和擺動導桿機構(gòu)42.3 執(zhí)行機構(gòu)方案的比較52.4 執(zhí)行機構(gòu)方案的確定53 機構(gòu)運動簡圖及數(shù)據(jù)分析73.1 機械結(jié)構(gòu)簡圖73.2 牛頭刨床數(shù)據(jù)分析84 機構(gòu)運動分解105 主機構(gòu)受力分析115.1 各運

2、動副反力115.2 曲柄機構(gòu)平衡力矩14參考文獻1617機械工程學院課程設(shè)計說明書1 設(shè)計任務(wù)1.1 設(shè)計題目牛頭刨床刨刀往復運動機構(gòu)的分析與設(shè)計。1.2 工作原理及工藝動作過程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)是由原動件1帶動桿2的，通過連桿3推動滑塊4運動；從而實現(xiàn)刨刀的往復運動。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；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。1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求圖 1-1已知行程比系數(shù)K=1.4原動件曲柄1轉(zhuǎn)速n1=60r/min，刨刀5行程H=400mm，其它參數(shù)為，L4=220mm，L5=18

3、0mm，L6=350mm，L=L3/2，H1=100mm，H2尺寸應滿足傳動角盡可能大；故刨刀5移動導路位于D點圓弧軌跡弦高一半處；構(gòu)件重量分別為G2=200N，G5=700N，質(zhì)心位于S3、S5處；構(gòu)件3繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量J S3=1.1kg.m2,回程阻力為零，其它忽略不計。刨刀工作阻力如圖1-1所示，回程阻力為零，其它條件忽略不計。表 1已知數(shù)據(jù)n1HKLLLH60r/min400mm1.4220mm180mm350mm100mmG2G5JS3200N700N1.1 kg.m21.4 設(shè)計任務(wù)（1）繪制機構(gòu)運動簡圖。（2）作機構(gòu)運動分析，求出各個運動副中的反力。（3）用圖解法作機構(gòu)動態(tài)靜分析

4、；并求作用在原動件1上的平衡力矩。2 系統(tǒng)傳動方案設(shè)計2.1 曲柄滑塊機構(gòu)與擺動導桿機構(gòu)（1）曲柄滑塊機構(gòu)與擺動導桿機構(gòu)的分析牛頭刨床的主傳動機構(gòu)采用導桿機構(gòu)、連桿滑塊機構(gòu)組成的5桿機構(gòu)。如圖2-1所示，采用導桿機構(gòu)，滑塊與導桿之間的傳動角r始終為90o，且適當確定構(gòu)件尺寸，圖 2-1可以保證機構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當確定刨頭的導路位置，可以使壓力角盡量小。（2）機械功能分析該構(gòu)件中完成主運動的是由桿1、2、3、6組成的四連桿機構(gòu)，桿4帶該構(gòu)件中與其鉸接的5桿完成刨床的刨削運動。在由桿1、2、3、6所組成的曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄1在原動機的帶動下做周

5、期性往復運動，從而連桿4帶動滑塊5作周期性往復運動實現(xiàn)切削運動的不斷進行。（3）工作性能分析從機構(gòu)簡圖中可以看出，該機構(gòu)得主動件1和連桿4的長度相差很大，這就是的機構(gòu)在刨削的過程中刨刀的速度相對較低，刨削質(zhì)量比較好。桿1和桿4 在長度上的差別還是的刨刀在空行程的急回中 ，有較快的急回速度，縮短了機械的運轉(zhuǎn)周期，提高了機械的效率。（4）傳遞性能和動力性能分析桿1、2、3、6所組成的曲柄搖桿機構(gòu)中，其傳動角是不斷變化，傳動性能最好的時候出現(xiàn)在A，B，C，D四點共線與機構(gòu)處于極位時兩者傳動角相等該機構(gòu)中不存在高副，只有回轉(zhuǎn)副和滑動副，故能承受較大的載荷，有較強的承載能力，可以傳動較大的載荷。當其最小

6、傳動角和最大傳動角相差不大時，該機構(gòu)的運轉(zhuǎn)就很平穩(wěn)，不論是震動還是沖擊都不會很大。從而使機械又一定的穩(wěn)定性和精確度。（5）結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟性分析該機構(gòu)多以桿件為主，抗破壞能力較差，對于較大載荷時對桿件的剛度和強度要求較高。 會使的機構(gòu)的有效空間白白浪費。并且由于四連桿機構(gòu)的運動規(guī)律并不能按照所要求的運動精確的運行只能以近似的規(guī)律進行運動。2.2 齒輪和擺動導桿機構(gòu)（1）機構(gòu)功能分析圖 2-2根據(jù)機構(gòu)圖2-2可知，整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)是由原動件凸輪1帶動桿2的。通過連桿3推動滑塊4運動，從而實現(xiàn)刨刀的往復運動。（2）工作性能分析凸輪1的角速度恒定，推動桿2搖擺，在凸輪1隨著角速度轉(zhuǎn)動時，連桿3頁隨著

7、桿2的搖動不斷改變角度，使滑塊4的速度變化緩慢，即使滑塊4的速度在切削是不是很快，速度趨近于勻速，在凸輪的回程中，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用的比較小。因此，即可以達到刨床在切削時速度較低，但是在回程時有速度較高的急回運動的要求。在刨頭往返運動的過程中，避免加減速度的突變的產(chǎn)生。（3）機構(gòu)的傳遞性能動力性能分析該機構(gòu)中除了有齒輪和齒齒輪接觸的兩個高副外，所有的運動副都是低副，齒輪接觸的運動副對于載荷的承受能力較強，所以，該機構(gòu)對于載荷的承受能力較強，適于加工一定硬度的工件。同時。扇形齒輪是比較大的工件，強度比較高，不需要擔心因為載荷的過大而出現(xiàn)機構(gòu)的斷裂。在整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)過程中，原動件是一個

8、曲柄，齒輪3只是在一定的范圍內(nèi)活動，對于桿的活動影響不大，機構(gòu)的是設(shè)計上不存在運轉(zhuǎn)的死角，機構(gòu)可以正常的往復運行。 該機構(gòu)的主傳動機構(gòu)采用導桿機構(gòu)和扇形齒輪，齒條機構(gòu)。齒條固結(jié)于刨頭的下方。扇形齒輪的重量較大，運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣量也比較大，會對機構(gòu)產(chǎn)生一定的沖擊，使機構(gòu)產(chǎn)生震動。（4）機構(gòu)的合理性與經(jīng)濟性能分析該機構(gòu)的設(shè)計簡單，尺寸可以根據(jù)機器的需要而進行選擇，不宜過高或過低。同時，扇形齒輪的重量有助于保持整個機構(gòu)的平衡。使其重心穩(wěn)定。由于該機構(gòu)的設(shè)計較為簡單。所以維修方便。，除了齒輪的嚙合需要很高的精確度外沒有什么需要特別設(shè)計的工件，具有較好的合理性。需要比較麻煩的工藝過程，制作起來不是很容易。

9、此方案經(jīng)濟成本較高。2.3 執(zhí)行機構(gòu)方案的比較1） 機構(gòu)功能的實現(xiàn)兩種機構(gòu)均可以很好的實現(xiàn)切削功能。2） 工作性能，第一種方案在刨削的過程中刨刀的速度相對較低，刨削質(zhì)量比較好，可以很好的滿足急回特性；第二種方案切削速度近似均勻且變化緩和平穩(wěn),擺動導桿機構(gòu)也可使其滿足急回特性。2.4 執(zhí)行機構(gòu)方案的確定1） 傳遞性能第一情況由于滑塊和導桿壓力角恒為90度,齒輪和齒條傳動時壓力角不變,且可承受較大載荷，所以重載情況也適用。第二種方案適合于低速輕載的工作情況。2）動力性能 第一種方案沖擊震動較大；第二種方案齒輪和齒條傳動平穩(wěn),沖擊震動較小。3） 結(jié)構(gòu)合理性第一種方案均由桿件構(gòu)成尺寸比較大，重量輕，制

10、造簡單，維修方便；第二種方案形齒輪尺寸和重量大, 齒輪和齒條制造復雜,磨損后不宜維修。4）經(jīng)濟性根據(jù)實際工況中刨刀一般為低速輕載。所以第一種方案比較適合于量產(chǎn)，經(jīng)濟效益比較好；而第二種方案形齒輪要求一定的精度,工藝難度大,且形齒輪和齒條中心距要求較高，所以不適合推廣。綜上所述應選擇第一種方案。3 機構(gòu)運動簡圖及數(shù)據(jù)分析3.1 機械結(jié)構(gòu)簡圖圖 3-13.2 牛頭刨床數(shù)據(jù)分析如圖3-2所示圖 3-2（1）求解K=(180+)/(180-)=1.4 (其中為極位夾角)=30° （2）L1的求解已知L6=350mm。L1轉(zhuǎn)動的極限位置如上圖所示此時L1與L3垂直，且夾角為75 º則

11、根據(jù)三角形勾股定理可以求得L1=90.58mm（3）L3的求解已知G2=200N, 構(gòu)件3繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量Js3=1.1 kg.m2M3=G2/g Js3=M3L3²/12可以求解得L3=800mm總數(shù)的據(jù)如表2表 2機構(gòu)數(shù)據(jù)nHKLLLH60r/min400mm1.4220mm180mm350mm100mm機構(gòu)數(shù)據(jù)L1L3PJS3G2G590mm800mm30º7000N1.1 kg.m2200N700N4 機構(gòu)運動分解牛頭刨床的主運動為：電動機變速機構(gòu)搖桿機構(gòu)滑枕往復運動牛頭刨床的進給運動為：電動機變速機構(gòu)棘輪進給機構(gòu)工作臺橫向進給運動5 主機構(gòu)受力分析圖 5-1 5.1

12、 各運動副反力對位置3進行加速度和運動副反力分析如圖5-1所示曲柄位置“3”做速度、加速度分析（列矢量方程、畫速度圖、加速度圖）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。有其=n1/30/轉(zhuǎn)向為順時針方向。（1）速度分析 用速度影像法取速度比例尺=0.01（m/s）/mm對于A點： = + 方向： / 大小： ？ ？式中： = = =0.6048m/s =0.887rad/s= V= =0.3902 m/s V=0.5676 m/s對于C點： = + 方向： / 大小： ？ ？ 式中： = = =0.4789 m/s = =0.1064 m/s =0.788rad/s圖

13、 5-2 （2）加速度分析 用加速度投影法對于A、B、O2、O4點：如圖5-3所示圖 5-3取加速度比例尺比=0.01（m/）/mm= + = + + 方向： A A / 大?。?？ ?式中： = =2 =4.064m/s2= = =0.830 m/s2= =0.346 m/s2= = =2.190 m/s2 =3.065 m/s2 = 2.217m/s2 =3.224 m/s2 =0.084 m/s2FA=45.244NFB=98.693NFo2=Fb=98.693NFo4=Fa=45.244N 對于C點: = + + 方向：/ B CB 大?。?？ ？ 式中： = = =3.139 m/s

14、2 Fc=160.089N表 3運動副FaFbFo2Fo4Fc點245.244N98.693N98.693N45.244N160.089N5.2 曲柄機構(gòu)平衡力矩對“2”位置進行受力分析圖 5-4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： G5=700N FI6=- G5/g×ac Fx= FI4+Fr- FR45=0 由此可得： FR45=4891.6N由分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析：已知： FR54=FR45由此可得： FI4 = - G 2/g × a4 其中，分別為G2、,作用于B的距離（其大小可以測得），可以求得：=6983.4N M14=-J14·14=-0.9984×3.35=21.74N.m 圖 5-5 由圖5-5求矢量和與力矩可得G2+F14+Foy+Fox+FR2