最新機械原理課程設計牛頭刨床

1、目 錄1. 設計題目.32. 牛頭刨床機構簡介.33.機構簡介與設計數(shù)據(jù).44. 設計內容.55. 體會心得.156. 參考資料.16 附圖1： 導桿機構的運動分析與動態(tài)靜力分析 附圖2： 擺動從計動件凸輪機構的設計 附圖3：牛頭刨床飛輪轉動慣量的確定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1.4左右。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/min,刨刀的行程H在300mm左右為好，切削阻力約為7000N，其變化規(guī)律如圖所示。2、牛頭刨床機

2、構簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖4-1。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2-3-4-5-6帶動刨頭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1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），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5H

3、的空刀距離，見圖4-1，b），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) 3.1.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2-3-4-5-6帶動刨頭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

4、切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構1-9-10-11與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。3.2設計數(shù)據(jù)設計數(shù)據(jù)設計數(shù)據(jù)導桿機構的運動分析導桿機構的動靜態(tài)分析n2lo2o4lo2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minmmNmmkg.m2724301108100.36 lo4B0.5 lo4B180402206208000

5、1001.2飛輪轉動慣量的確定凸輪機構的設計無齒輪任務dnoz1zo”z1”Jo2Jo1Jo”Jocmaxlo9DaFFsFr/minkg.m28mm80.1614401519500.50.30.20.215130427510654、設計內容4.1. 導桿機構的運動分析（見圖例1）已知 曲柄每分鐘轉數(shù)n2，各構件尺寸及重心位置，且刨頭導路x-x位于導桿端點B所作的圓弧高的平分線上。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89為工作形成起點和終點對應的曲柄位置，19和79為切削起點和終點所

6、對應的位置，其余2，312等，是由位置1起順v2方向將曲柄圓周作12等分的位置。步驟：1）設計導桿機構。 按已知條件確定導桿機構的未知參數(shù)。其中滑塊6的導路x-x的位置可根據(jù)連桿5傳力給滑塊6的最有利條件來確定，即x-x應位于B點所畫圓弧高的平分線上（見圖例1）。2）作機構運動簡圖。選取比例尺按表42所分配的兩個曲柄位置作出機構的運動簡圖，其中一個位置用粗線畫出。曲柄位置的做法如圖42；取滑塊6在上極限時所對應的曲柄位置為起始位置1，按轉向將曲柄圓周十二等分，得十二個曲柄位置，顯然位置8對應于滑塊6處于下極限的位置。再作出開始切削和中止切削所對應的1和8兩位置。共計14個機構位置。3）作速度，

7、加速度多邊形。選取速度比例尺=0.0168（）和加速度比例尺=0.0168（），用相對運動圖解法作該兩個位置的速度多邊形和加速度多邊形，并將起結果列入表。4)作滑塊的運動線圖。根據(jù)機構的各個位置，找出滑塊6上C點的各對應位置，以位置1為起始點，量取滑塊的相應位移，取位移比例尺=0.0109（），作（t）線圖。為了能直接從機構運動簡圖上量取滑塊位移。然后根據(jù)（t）線圖用圖解微風法（弦線法）作出滑塊的速度（t）線圖，并將結果與其相對運動圖解法的結果比較。5）繪制滑塊的加速度線圖（見圖1）.導桿機構的運動分析1).選取長度比例尺µ，作出機構在位置4 的運動簡圖。 如一號圖紙所示，選取

8、81;=l/OA（m/mm)進行作圖，l表示構件的實際長度，OA表示構件在圖樣上的尺寸。作圖時，必須注意µ的大小應選得適當，以保證對機構運動完整、準確、清楚的表達，另外應在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關分析圖形的位置。2.)求原動件上運動副中心A的v和a v= l 0.829m/s式中vB點速度（m/s） 方向丄AOa= l=6.247m/s式中aA點加速度（m/s）,方向A O3.解待求點的速度及其相關構件的角速度由原動件出發(fā)向遠離原動件方向依次取各構件為分離體，利用絕對運動與牽連運動和相對運動關系矢量方程式，作圖求解。（1）列出OB桿A點的速度矢量方程 根據(jù)平面運動

9、的構件兩點間速度的關系絕對速度=牽連速度+相對速度先列出構件、上瞬時重合點（，）的方程，未知數(shù)為兩個，其速度方程：v+ v方向：丄丄AO大?。?？ l？（）定出速度比例尺在圖紙中，取p為速度極點，取矢量pa代表v,則速度比例尺µ（m s/mm）µ=0.002 ms/mm（）作速度多邊形，求出、根據(jù)矢量方程式作出速度多邊形的pd部分，則v (m/s)為v=µpa=0.829m/s= v/ l=1.3rad/s其轉向為順時針方向。=l=0.612 m/sB點速度為，方向與v同向.（）列出C點速度矢量方程，作圖求解V、VV= + V 方向：水平 丄B 丄BC 大?。?？ l

10、 ？通過作圖，確定點速度為V=µbc=0.2909m/sVµpc=1.2207m/s式中V點速度，方向丄BC式中V點速度，方向為pc。解待求點的加速度及其相關構件的角加速度（）列出點加速度矢量方程式牽連速度為移動時絕對加速度牽連加速度相對加速度牽連運動為轉動時，（由于牽連運動與相對運動相互影響）絕對加速度牽連加速度相對加速度哥氏加速度要求點加速度，得先求出點加速度，a= a+ a= a+ a+ a+ a方向：？丄AO丄AO丄大?。海縧？l 0 ? 2v(2)定出加速度比例尺在一號圖紙中取p為加速度極點，去矢量pa代表a，則加速度比例尺µ（ms/mm）µ=

11、0.219 m/s/mm(3)作加速度多邊形，求出a、a、a根據(jù)矢量方程圖的panka部分，則 a=µaa=0.7949 m/sa=µka=6.247m/sa=µpa=0.519 rad/s 方向為 水平向右下12ºa= a l/ l=3.279m/sa= l=1.225 m/s(4)列出C點加速度矢量方程，作圖求解a 、a、 aa = a+ a+ a+ a方向： 水平 BC 丄BC AB 丄AB大?。?？ V/l ? l al/ l由上式可得： aa=0.178m/s確定構件4的角加速度a4由理論力學可知，點A4的絕對加速度與其重合點A3的絕對加速度之

12、間的關系為 方向：O4B O4B O4B O4A O2A 大?。?？ vlo2A ? 2v4Va4a3 vlo2A其中a法向和切向加速度。a為科氏加速度。從任意極點O連續(xù)作矢量O和k代表aA3和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.219；再過點o作矢量oa4”代表a，然后過點k作直線ka4平行于線段oa4”代表相對加速度的方向線，并過點a4作直線a4a4垂直與線段ka4，代表a的方向線，它們相交于a4，則矢量oa4便代表a4。構件3的角加速度為a/lO4A將代表a的矢量ka4平移到機構圖上的點A4，可知a4的方向為逆時針方向。項目位置v2vA2vA2A3V3VCBvCVB4vaA3aKA4A3a

13、nA4atA4anCBac大小方向47.5360.8290.17180.8110.06491.22160.6121.3順時針6.2470.5191.2263.2790.0150.1784. 根據(jù)以上方法同樣可以求出位置九的速度和加速度5項目位置v2vA23 vA2A3V3VCBvCVB4vaA3aKA4A3anA4atA4anCBac大小方向47.536.08290.17180.8110.06491.22160.6121.3順時針6.2470.6251.2263.2790.0150.17897.5360.8291.2310.66780.33491.53790.82706.2380.4252.4

14、323.2794.2454.237單位1/sm/s1/sm/s24.2. 導桿機構的動態(tài)靜力分析已知 各構件的重量G（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導桿4繞重心的轉動慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律。要求 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。步驟 1） 選取阻力比例尺= 555.6 ，根據(jù)給定的阻力Q和滑塊的沖程H繪制阻力線圖。2） 根據(jù)個構件的重心的加速度即角加速度，確定各構件的慣性力和慣性力偶矩 ，并將其合為一力，求出該力至重心的距離。 3）按桿組分解為示力體，用力多邊形法決定各運動副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。將所有位置的

15、機構阻力，各運動副中的反作用力和平衡力矩的結果列入表中：動態(tài)靜力分析過程：在分析動態(tài)靜力的過程中可以分為刨頭，搖桿滑塊，曲柄三個部分。首先說明刨頭的力的分析過程： 對于刨頭可以列出以下力的平衡方程式： F=0 P + G6 + Fi6 + R45 + R16=0 方向：x軸 y軸 與a6反向 BC y軸 大小：8000 620 -m6a6 ? ?以作圖法求得:位置4 R45 = 7958.3 N 位置1 R45 =8550.648 N 位置4 R16 = 284.7 N 位置 1 R16 = N力矩平衡方程式： M=0 P*yp+G6*hg+Fi6*h6+R16*h16=0 我們還可以得到：

16、R45=R65對于搖桿滑塊機構可以列出平衡方程式： F=0 R54 + R34 + Fi4 + G4 + R14=0 方向: BC O4B a4 y軸 ? 大小：R54 ？ m4a4 220 ?力矩平衡方程式： M=0 R54*h54-R34*h34-Mi4-Fi4*hi4-G4*h4=0 由此可以求得R34的大小：R34= 7958.3 N 位置1 R34=14366.93 最后可以利用力的平衡方程式做力的多邊形解出 位置4 R32=12023.66 N 位置1 R32= 244.376N 在搖桿上可以得到R34=-R32 最終得 出位置 4 My=1257.11Nm 位置1=689.612

17、Nm表項目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向448.73430.871.508 順時針0.3091單位NN.mm項目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向 4 8000 7958.37958.3 12023.66 1257.11 順時針單位NNN.m表項目位置Pi6Pi4Mi4lh4大小方向1546.57110.89712.36逆時針89.5單位NN.mm項目位置PN56=N65N54=N54N34=N23My大小方向 180008550.64814366.93244.376689.612逆時針單位NNN.m4.3. 飛輪設計（見圖3）已知 及其運動的速度不均勻系數(shù)d，

18、由動態(tài)靜力分析所得的平衡力矩My,具有定轉動比的各構件的轉動慣量J，電動機、曲柄的轉速no、n2及某些齒輪的齒數(shù)。驅動力矩為常數(shù)。要求 用慣性立法確定安裝在軸O2上的飛輪轉動慣量JF。以上內容做在2號圖紙上。步驟：1） 列表匯集同組同學在動態(tài)靜力分析中求得的個機構位置的平衡力矩M，以力矩比例尺和角度比例尺繪制一個運動循環(huán)的動態(tài)等功阻力矩M= M（）線圖。對 M（）用圖解積分法求出在一個運動循環(huán)中的阻力功A= A（）線圖。2） 繪制驅動力矩M所作的驅動功A= A（）線圖。因M為常數(shù)，且一個運動循環(huán)中驅動功等于阻力功，故將一個循環(huán)中的A= A（）線圖的始末兩點 以直線相連，即為A= A（）線圖。3

19、） 求最大動態(tài)剩余功A。將A= A（）與A= A（）兩線圖相減，即得一個運動循環(huán)中的動態(tài)剩余功線圖A= A（）。該線圖的縱坐標最高點與最低點的距離，即表示最大動態(tài)剩余功A。4） 確定飛輪的轉動慣量J。由所得的A，按下式確定飛輪的轉動慣量J=900 A/n按照上述步驟得到飛輪的轉動慣量為JF=8.37.4.4. 凸輪機構設計（見圖2） 已知 擺桿9為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角F，遠休止角Fs，回程運動角F，擺桿長度lo9D=130mm，最大擺角cmax=158，許用壓力角a=208；凸輪與曲柄共軸。要求 確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，劃出土輪世紀輪廓線。以上內容做在2號圖紙上。步

20、驟：1） 根據(jù)從動件運動規(guī)律，按公式分別計算推程和回程的（），然后用幾何作圖法直接繪出（）及（）線圖。2） 求基圓半徑r及凸輪回轉中心O至從動件擺動中心O的距離l OO。按（）線圖劃分角時，可將其所對的弧近視看成直線，然后根據(jù)三角形相似原理，用圖解法按預定比例分割角所對應的弧，自從動件擺動中心O作輻射線與各分割點想連，則角便按預定比例分割。作圖時，如取= l OD*，則可直接根據(jù)（）線圖上各縱坐標值，在O點的相應輻射線上由D點分別向左或右截取各線段，線段所代表的實際長度就等于等于l OD* 。截取方向可根據(jù)D點速度方向順著凸輪轉向轉過90后所指的方向來確定。然后按許用壓力角作出凸輪軸心的安全區(qū)

21、，求出凸輪的基圓半徑r和中心距l(xiāng)OO。3）根據(jù)凸輪轉向，擺桿長l OD，角位移線圖=（）圖和以上求得的r，l OO，畫出凸輪理論廓線，并找出其外凸輪曲線最小曲率半徑P。然后，再選取滾子半徑r，畫出凸輪的實際廓線。設計過程：1）根據(jù)給定的r0=60mm和擺桿位置畫出從動件的初始位置O9D0，再根據(jù)c-w線圖畫出從動件的一系位置O9D1 、O9D2 、O9D3 、O9D4 、O9D5、O9D6 、O9D7、O9D8、O9D9 、O9D10 、O9D11 、O9D12 、O9D13 、O9D14，使得D0O9D1 =c1、D0O9D2 =c2 、D0O9D3 =c3、D0O9D4 =c4 、D0O9

22、D5 =c5、D0O9D6 =c6 、D0O9D7 =c7、D0O9D8 =c8、D0O9D9 =c9 、D0O9D10 =c10 、D0O9D11 =c11 、D0O9D12 =c12、D0O9D13 =c13 、D0O9D14 =c14。2）從基圓上任一點C0開始，沿（-v）方向將基圓分為與圖c-w線圖橫軸對應的等份，得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。過以上各點作徑向射線OC1、OC2、OC3、OC4、OC5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、OC14。3） 以O為中心及OD1為半徑畫圓弧，

23、分別交OC0和OC1于E1和E1，在圓弧上截取E1D1= E1D1得點D1。用同樣方法，在以OD2為半徑的圓弧上截取E2D2= E2D2得點D2，在OD3為半徑的圓弧上截取E3D3= E3D3得點D3 ，在OD4為半徑的圓弧上截取E4D4= E4D4得點D4 ，在OD5為半徑的圓弧上截取E5D5= E5D5得點D5 ，在OD6為半徑的圓弧上截取E6D6= E6D6得點D6 ，在OD7為半徑的圓弧上截取E7D7= E7D7得點D7 ，在OD8為半徑的圓弧上截取E8D8= E8D8得點D8 ，在OD9為半徑的圓弧上截取E9D9= E9D9得點D9 ，在OD10為半徑的圓弧上截取E10D10= E1

24、0D10得點D10 ，在OD11為半徑的圓弧上截取E11D11= E11D11得點D11 ，在OD12為半徑的圓弧上截取E12D12= E12D12得點D12 ，在OD13為半徑的圓弧上截取E13D13= E13D13得點D13。將D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D12、D13連成曲線便得到凸輪輪廓曲線。5.心得體會美麗的花朵必須要通過辛勤的汗水澆灌.有開花才有結果,有付出才有收獲.通過幾天日日夜夜的奮斗，在老師親切地指導下，在同學們的密切配合下，當然也有自己的努力和辛酸,這份課程設計終于完成了,心里無比的高興,因為這是我們 努力的結晶.在這幾天中，

25、我有很多的體驗，同時也有我也找到許多的毛病，僅就計算機輔助繪圖而言，操作的就遠遠不夠熟練，專業(yè)知識也不能熟練應用。但是通過這次實踐設計，我覺得我有了很打的提高。其次，通過這次設計我學會了查找一些相關的工具書，并初步掌握了一些設計數(shù)據(jù)的計算方法；再次，自己的計算機繪圖水平也有了一定的提高，并對所學知識有了進一步的理解。當然，作為自己的第一次設計，其中肯定有太多的不足，希望在今后的設計中，能夠得到改正，使自己日益臻于成熟，專業(yè)知識日益深厚。我在這次設計中感到了合作的力量，增強了自己的團隊精神。這將使我受益終生?！肮Φ阶匀怀?”只有通過不鍛煉,自己才能迎接更大的挑戰(zhàn)和機遇,我相信我自己一定能夠在鍛煉成長. 彭光衛(wèi) 2007年7月6.參考文獻1.機械原理課程設計手冊鄒慧君主編，高等教育出版社，19982.機械原理課程設計曲繼方主編，機械工業(yè)出版社3.機械原理>>黃茂林，秦偉主編.  .  北京：機械工業(yè)出版社，2002  4. 機械原理教程. 申永勝