牛頭刨床機構的分析與綜合

1、西 南 交 通 大 學本科教學改革機械原理課程設計說明書 年 級: 2011級 學 號: 20116315 姓 名: 王和平 專 業(yè): 機電一體化 指導老師: 何俊 2013 年 12 月 西南交通大學本科教學改革-機械原理 機械原理課程設計任務書班 級 機電一班 學生姓名 王和平 學 號 20116315 發(fā)題日期： 2013 年 9 月 20 日 完成日期： 12 月 10 日題 目 牛頭刨床機構的分析與綜合 1、本設計的目的、意義 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

2、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、學生應完成的任務 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。 I 西南交通大學本科教學改革-機械原理 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床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。為了適用

3、不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復直線移動，且切削時刨刀的移動速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。本文根據(jù)牛頭刨床這一特性，設計了三種不同的機構，通過對比分析，選擇了酸菜動導桿機構和搖桿滑塊機構串聯(lián)而成的機構。該方案傳力特性好，機構系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。根據(jù)已給的數(shù)據(jù)算出符合運動條件的機構桿長，凸輪基圓，齒輪傳動比，建立三維模型，用adms建模，得出位移線圖，速度線圖，再根據(jù)位移線圖利用反轉法求出凸輪外形，并用cad畫出圖形關鍵字：牛頭刨床 桿長 凸輪 adams 線圖AbstractSh

4、aper is used for metal cutting machine tool plane machining of small size or straight groove, used for single or small batch production. In order to coarse,fine processing of different materials and different size workpieces, require the main execution component planes to several different speed, di

5、fferentdistance and different initial positions of horizontal reciprocating linear motion,and the cutting speed is lower than the air speed planing planing tool, namelythe quick return phenomenon. In this paper, according to the characteristics ofshaper, design three different agencies, through comp

6、arative analysis,choose the pickled cabbage moving guide rod mechanism and the rockerslider mechanism formed by series connection mechanism. The force transmission characteristics, mechanism, small occupied space, the actuatorvelocity changes in working process is slow.According to the given data ca

7、lculated in line with the movement condition of the mechanism, the cam base circle, gear ratio, establish the three-dimensional model, using ADMS modeling, so out of line drawing, speed line chart, according to the line graph using the inversion method for cam profile,and the figure painting with CA

8、DKeywords: shaper rod cam adams diagram 西南交通大學本科教學改革-機械原理 目 錄第1章 緒論.1 1.1問題的提出.1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 1.2本文研究的主要內(nèi)容、目標與方法.2第2章設計方案的確定.3 2.1備選方案.3 2.1.1方案a.3 2.1.2方案b.3 2.1.3方案c.4 2.2 方案確定.4 2.2.1機構方案確定.4 2.2.2減速方案的確定.4第3章 確定機構尺寸.5 3.1根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定桿長.5 3.2建模.6 3.3 凸輪設計.6 3.3.1原理.6 3.3.2基圓半徑.6第4章 運動分析及公式推理.7 4.1導桿.

9、7第5章 靜力分析.9 5.1 曲柄.9 5.2 導桿.9 5.3 滑塊.10 5.4 連桿.10第6章 分析結果.12 6.1 位移線圖.12 6.2 速度線圖.12 6.3 加速度線圖.13 6.4 力矩變化曲線.13 6.5 根據(jù)反轉法畫凸輪和滾子.14結論.15總結.15參考文獻.16 第 15 頁 西南交通大學本科教學改革-機械原理 第1章 緒論1.1問題的提出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床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。但現(xiàn)有的牛頭刨床，大都是結構復雜，笨重且精度不高，所以本文希望可以設計一種結構簡單，符合牛頭刨床運動的機構。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 為了適用不同材料和

10、不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復直線移動，且切削時刨刀的移動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給量的垂直進給；安裝工件的工作臺應具有不同進給量的橫向進給，以完成平面的加工，工作臺還應具有升降功能，以適應不同高度的工件加工。圖1-1為其參考示意圖。電動機經(jīng)過減速傳動裝置（皮帶和齒輪傳動）帶動執(zhí)行機構（導桿機構和凸輪機構）完成刨刀的往復運動和間歇移動。刨床工作時，刨頭6由曲柄2帶動右行，刨刀進行切削，稱為工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；刨刀左行時，即為空回行程，此

11、行程無工作阻力。在刨刀空回行程時，凸輪8通過四桿機構帶動棘輪機構，棘輪機構帶動螺旋機構使工作臺連同工件在垂直紙面方向上做一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。 圖1-1（參考示意圖） 圖1-2（切削阻力變化圖）1.3本文研究的主要內(nèi)容、目標與方法本文根據(jù)牛頭刨床的特性，為了能設計出結構簡單，符合運動要求的結構，設計了三種不同的機構，通過對比分析，選擇了導桿機構和搖桿滑塊機構串聯(lián)而成的機構。該方案傳力特性好，機構系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。根據(jù)已給的數(shù)據(jù)算出符合運動條件的機構桿長，凸輪基圓，齒輪傳動比，建立三維模型，用adams建模，得出位移線圖，速度線圖，再根據(jù)位移線圖利用

12、反轉法求出凸輪外形，并用cad畫出圖形 圖 1-3（牛頭刨床結構簡圖）第2章 設計方案的確定2.1備選方案2.1.1方案a 圖 2-1（方案a）如圖2-1，采用偏置曲柄滑塊機構。結構最為簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點。一是由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機構所需活動空間較大；二是機構隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。2.1.2方案b 圖2-2（方案b） 如圖2-3，由曲柄搖桿機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案（a）有所改進，但在曲柄搖桿機構ABCD中，隨著行程速比系數(shù)K的增大，機構的最大壓力角仍然較大，而且

13、整個機構系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。2.1.3方案c 圖2-3（方案c）如圖2-3，由擺動導桿機構和搖桿滑塊機構串聯(lián)而成。該方案克服了方案（b）的缺點，傳力特性好，機構系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。2.2方案確定 2.2.1 機構方案確定 比較第1節(jié)三種方案，從全面衡量得失來看，方案(c)作為刨削主體機構系統(tǒng)較為合理。 2.2.2減速方案的確定 構思一個合理的傳動系統(tǒng)。它可將電機的高速轉動（960 轉/分）變換為執(zhí)行機構的低速轉動。構思機構傳動方案時，能較為合理地分配各部分的傳動比，最后繪出機構傳動示意圖如圖2-4。Z4Z3Z2Z1 圖2-4（機構傳動示意圖）因為執(zhí)行

14、機構的低速轉動 （49轉/分）N=49*(23)*(812)=7841764所以取n=1000，滿載轉速為n=960所以總的減速比 為960/49=19.59 第3章確定機構的尺寸 已知條件：刨刀的行程H=300 mm； 行程速比系數(shù)K=1.4；最大切削阻力 Pr=4600；機架350mm；連桿與導桿之比為0.33.1根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定桿長 極位夾角: 導桿長度： 連桿長度： 曲柄長度: 為了使機構在運動過程中具有良好的傳動力特性；即要求設計時使得機構的最大壓力角具有最小，,應此分析得出:只有將構件5即B點移到兩極限位置連線的中垂線上,才能保證機構運動過程的最大壓力角具有最小值。分析如下：當導桿

15、擺到左邊最大位置時，最大壓力角為，刨頭可能的最大壓力角位置是導桿B和，設壓力角為 ， （見下圖）。根據(jù)幾何關系=。由于與，呈背離關系，即增加則，減小且。則要使機構整體壓力最小，只要有=，當刨頭處于導桿擺弧平均置處 =，則 圖3-1（牛頭刨床簡圖）3.2建模根據(jù)已知數(shù)據(jù)和求出的數(shù)據(jù)用solidworks建模如圖3-2 圖3-2（solidworks建模）3.3凸輪設計 3.3.1原理 設計凸輪輪廓依據(jù)反轉法原理。即在整個機構加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機架將以（）繞凸輪軸心O2逆時針方向反轉，與此同時，從動件將按給定的運動規(guī)律繞其軸心O9相對機架擺動，

16、則從動件的尖頂在復合動中的軌跡就是要設計的凸輪輪廓。 3.3.2基圓半徑基圓半徑受到以下三方面的限制：     基圓半徑r0應大于凸輪軸的半徑rs；     應使機構的最大壓力角max小于或等于許用壓力角；     應使凸輪實際廓線的最小曲率半徑大于許用值，即smin最后得到的數(shù)據(jù)如表3-1 表3-1求得數(shù)據(jù)表符號maxlO9DlO9O2rorts單位°mm°數(shù)據(jù)151261506115701070第4章運動分析及公式推理4.1導桿的運動分析 要求：導桿機

17、構的運動分析。根據(jù)已定出的尺寸參數(shù)及原動件轉速n,用解析法求出當曲柄轉角1從刨頭處于最左側起，沿轉動方向沒隔10度計算一組運動參數(shù)，其中包括各構件的角位置，角速度，角加速度以及刨頭的位移（以最左側為零點），速度和加速度；并用計算機輔助設計在同一副圖中繪出刨頭的位移曲線，速度曲線和加速度曲線，并分析結果合理性步驟： 圖4-2（運動分析簡圖） 如圖4-2，建立一直角坐標系，并標出各桿矢及其方位角由封閉形O2AO402可得： （為機架）分別在X，Y軸上投影可得： （1） （2）由封閉圖形BCG可得： （為G的距離）分別在X，Y軸上投影得； （3） （4）聯(lián)解（1）（2）（3）（4）得：=arctan

18、 0,/23/2,2=+ arctan /2,3/2=arcsin 0,/23/2,2=- arcsin /2,3/2C點的位移：= lcos+ lcos C點的速度：= C點加速度： =第5章 靜力分析5.1 曲柄圖5-1（曲柄受力圖） 5.2導桿 圖5-2（導桿受力圖）=0, F+F-Fsin=0 ； =0, F+F+ Fcos-mg=0；=0, - Flsin+ Flcos-1/2 mg lcos+ Fs=0 5.3滑塊 圖5-3（滑塊受力圖） =0, Fsin-F=0 =0, - Fcos-F=05.4連桿圖5-4（連桿受力圖） =0, -F-F=0； =0, F-F=0； M=0，

19、Flcos+ Flsin=0綜上所述聯(lián)立方程求得F=- FF=- FtanF=- FtanF=（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）/ sF=- F+（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）sin/ sF= mg- Ftan-（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）cos/ sF=-（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）sin/ sF=（Flsin- Ftan lcos+1/2 mg lcos）cos/ s= F= FT=（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）lcos(-)/ s 第6章 分析結果6.1刨頭的位移曲線 圖6-1（位移曲線）6.2刨頭的速度曲線 圖6-2（速度曲線）6.3刨頭的加速度曲線 圖6-3（加速度曲線）6.4平衡力矩的變化曲線 圖6-4（平衡力矩曲線）6.5根據(jù)反轉法畫凸輪和滾子 圖6-5（凸輪理論輪廓） 圖6-6（凸輪實際輪廓）結論 在本設計中，我經(jīng)過多種方案的設計，定性的選擇了一種比較優(yōu)化的結構，然后根據(jù)已知數(shù)據(jù)求得了機構的極位夾角和桿長，還設計了相應的凸輪，最后，經(jīng)過解析法和運動仿真得出了機構的運動線圖，速度線圖和加速度線圖，經(jīng)分析，該結構簡單、合理，能夠達到牛頭刨床