牛頭刨床課程設計說明書

1、鍵入文字 目錄v 1 : 機械原理課程設計內(nèi)容及要求 1v 2 ：牛頭刨床機構簡介及原始數(shù)據(jù) 1 2-1：牛頭刨床簡介 1 2-2：機構的要求 1 2-3：牛頭刨床設計原始數(shù)據(jù) 2v 3 ：機構方案的初步確定 23-1：曲柄滑塊機構與擺動導桿機構 23-2：曲柄滑塊機構與扇形齒輪齒條機構 43-3： 綜合評定確定方案 6v 4 ：機構工藝動作分解及運動循環(huán)圖 7 v 5 ：主機構尺度綜合及運動特性評定 8 5-1：2號位置動態(tài)靜力學分析 8 5-2：7號位置動態(tài)靜力學分析 11v 6 ：電動機功率與型號的確定 13v 7 : 主機構受力分析 14 7-1：2號受力分析 14 7-2：7號受力分

2、析 15v 8 ：飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算 16v 9 ：減速機構以及工作臺進給機構的確定 19 9-1：減速機構的確定 20 9-2：工作臺進給方案的確定 20v 10 ：設計心得與體會 22v 11 ：參考文獻 2424一：課程設計題目、內(nèi)容及其目的題目： 牛頭刨床內(nèi)容： 平面刨削機床運動簡圖設計及分析，計算刨削機構在指定位置的速度、加速度、受力、繪制位移、速度、加速度曲線、平衡力矩曲線、等效阻力矩曲線以及等效驅(qū)動力曲線。根據(jù)上述得到的數(shù)據(jù)，確定飛輪轉(zhuǎn)動慣量。目的：1：學會機械運動見圖設計的步驟和方法；2：鞏固所學的理論知識，掌握機構分析與綜合的基本方法； 3：培養(yǎng)學生使用技術資料，計算作圖及分

3、析與綜和能力； 4：培養(yǎng)學生進行機械創(chuàng)新設計的能力。二：牛頭刨床簡介,機構的要求及原始數(shù)據(jù) 1：牛頭刨床簡介 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖1。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，經(jīng)過減速機構減速從而帶動曲柄1。刨床工作時，由導桿3經(jīng)過連桿4帶動刨刀5作往復運動。刨頭左行時，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(zhì)量，刨頭右行時，刨刀不切削，稱空行程，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

4、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0.05H的空刀距離，見圖2，b），而空回行程中只有摩擦阻力。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(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。 2：機構的要求 牛頭刨床的主傳動的從動機構是刨頭，在設計主傳動機構時，要滿足所設計的機構要能使牛頭刨床正常的運轉(zhuǎn)，同時設計的主傳動機構的行程要有急回運動的特性，刨削速度盡可能為勻速運動，以及很好的動力特性。盡量是設計的結構簡單，實用，能很好的 實現(xiàn)傳動功能。 3：牛頭刨床設計原始數(shù)據(jù)2刨削平均速度（mm/s）580行程速度

5、變化系數(shù)K150刨刀沖程H（mm）400切削阻力（N）4000空行程摩擦阻力（N）200刨刀越程量（mm）20刨頭重量（N）620桿件比重（N/m）300機器運轉(zhuǎn)速度許用不均勻系數(shù)005表2-3 原始數(shù)據(jù) 三：機構方案的初步確定 1：曲柄滑塊機構與擺動導桿機構 （1）機構簡圖如下圖 圖3-1（2）機械功能分析 該構件中完成主運動的是由桿1、2、3、6組成的四連桿機構，桿4帶動該構件中與其鉸接的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中，曲柄1在原動機的帶動下做周期性往復運動，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簡圖中可以

6、看出，該機構得主動件1和連桿4的長度相差很大，這就是的機構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四點共線與機構處于極位時兩者傳動角相等該機構中不存在高副，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。當其最小傳動角和最大傳動角相差不大時，該機構的運轉(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

7、和精確度。（5）結構的合理性和經(jīng)濟性分析該機構多以桿件為主，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。 會使的機構的有效空間白白浪費。并且由于四連桿機構的運動規(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：曲柄滑塊機構與扇形齒輪齒條機構 （1）機構簡圖如下圖 圖3-2（2）機械功能分析 根據(jù)機構圖可知，整個機構的運轉(zhuǎn)是由原動件1帶動的。桿1通過滑塊2帶動扇形齒輪3的運動。扇形齒輪3和與刨頭連接的齒條嚙合。從而實現(xiàn)刨刀的往復運動。 （3）工作性能分析 該機構中原動件1對滑塊2的壓力角一直在改變。但是原動件1的長度較小，扇形齒輪的半徑較大，即原動件1的變化速度對于

8、 扇形齒輪3的影響不是很大，同時機構是在轉(zhuǎn)速不大的情況下運轉(zhuǎn)的，也就是說，在扇形齒輪作用下的齒條的速度在切削過程中變化不大，趨于勻速運行。 原動件1在滑塊2上的速度始終不變，但是隨著原動件1的運轉(zhuǎn)，在一個周期里，BC的長度由小到大，再變小。而BC的長度是扇形齒輪3的回轉(zhuǎn)半徑，也就是說，在機構的運行過程中，推程的速度趨于穩(wěn)定，在刨頭回程時，由于扇形齒輪受到齒條的反作用力減小。還有扇形齒輪3的回轉(zhuǎn)半徑減小，使扇形齒輪的回程速度遠大于推程時的速度。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。 （4）機構的傳遞性能動力性能分

9、析 該機構中除了有扇形齒輪和齒條接觸的兩個高副外，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)機構的斷裂。 在整個機構的運轉(zhuǎn)過程中，原動件1是一個曲柄，扇形齒輪3只是在一定的范圍內(nèi)活動，對于桿的活動影響不大，機構的是設計上不存在運轉(zhuǎn)的死角，機構可以正常的往復運行。 該機構的主傳動機構采用導桿機構和扇形齒輪，齒條機構。齒條固結于刨頭的下方。扇形齒輪的重量較大，運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣量也比較大，會對機構產(chǎn)生一定的沖擊，使機構產(chǎn)生震動。（5）機構的合理性與經(jīng)濟

10、性能分析 該機構的設計簡單，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的平衡。使其重心穩(wěn)定。由于該機構的設計較為簡單。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計的工件，具有較好的合理性。 該機構中扇形齒輪與齒條的加工的精度要求很高，在工藝上需要比較麻煩的工藝過程，制作起來不是很容易。此方案經(jīng)濟成本較高。3: 綜合評定確定方案 1 機構功能的實現(xiàn)兩種機構均可以很好的實現(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

11、構也可使其滿足急回特性。3 傳遞性能第一種方案適合于低速輕載的工作情況；第二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。4 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。5 結構合理性第一種方案均由桿件構成尺寸比較大，重量輕，制造簡單，維修方便；第二種方案扇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。6 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；而第二種方案扇形齒輪要求一定的精度,工藝難度大,且扇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

12、選擇第一種方案。主機構尺寸確定：H36647mm120mm162mm389mm400mm= =52.2r/min 四：機構工藝動作分解及運動循環(huán)圖（1）機構工藝工作：牛頭刨床的主運動為電動機變速機構搖桿機構滑枕往復運動；牛頭刨床的進給運動為電動機變速機構棘輪進給機構工作臺橫向進給運動。（2）機構運動循環(huán)圖 圖4-1五：主機構尺度綜合及運動特性評定 機構位置劃分簡圖 圖5-1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） 取曲柄位置“4”進行速度分析。 取構件3和4的重合點A進行速度分析。 有1=5.62 rad

13、/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： = + （3-1） 方向： / 大?。?？ ？式中： = = =0.6048m/s =0.887rad/s= V= =0.3902 m/s V=0.5676 m/s對于C點： = + （3-2）方向： / 大?。?？ ？ 式中： = = =0.4789 m/s = =0.1064 m/s =0.788rad/s圖4-2 “2”位置速度分析(b)加速度分析 用加速度影像法對于A點： = + = + + （3-3） 方向： A A / 大?。?？ ?式中： = =2 =4.064m/s2= = =0.830 m/s2= =0.346

14、 m/s2= = =2.190 m/s2 =3.065 m/s2 =3.224 m/s2 =0.084 m/s2 對于C點: = + + （3-4）方向：/ B CB 大小： ？ ？ 式中： = = =3.139 m/s2 圖4-3 （2）對位置7進行速度和加速度分析（a） 速度分析 用速度影像法對A點： = + （35） 方向： /大?。?？ ？式中： = = =0.6048m/s =0.311rad/s= V= V= =0.064m/s 5=0.199m/s對于C點： = + （3-6）方向： / 大?。?？ ？ 式中： = = =0.181m/s =0.064m/s = =0.311ra

15、d/s圖4-4 “7”位置速度分析(b)加速度分析 用加速度影像法對于A點：= + = + + （3-7）方向： A A / 大?。?？ ?式中 ：= =2 =4.064 m/s2= = = =0.368 m/s2 =0.038 m/s2 =4.109 m/s2 = = = =6.656 m/s2 =4.064 =0.064 m/s2 對于C點 ： = + + （3-8）方向：/ B CB 大?。?？ ？ 式中： = = =6.311 m/s2 圖4-5 “7”位置加速度分析六：電動機功率與型號的確定 由刨刀刨削運動的功率為1470. 2W，考慮到機械摩擦損失及共建橫向進給運動所需功率，按照=

16、1.7kW，查資料可知轉(zhuǎn)速應為中等轉(zhuǎn)速比較好，減速機構齒輪齒數(shù)不會太大，根據(jù)牛頭刨床的工況為低速輕載，速度比較穩(wěn)定，具有飛輪調(diào)速，沖擊較小等特點，初步定為六級三相異步交流電動機電機型號功率（KW）轉(zhuǎn)速（r/s）Y2-100L1-42.21403Y2-112M-62.2940Y2-132S-82.2710Y2-112M-6E2.2940由以上數(shù)據(jù)可得 應選型號為Y2-112M-6的電動機，其額定功率為2,2KW，轉(zhuǎn)速為940r/s，符合基本要求七: 主機構受力分析 取上述方案一的第2位置和第7位置進行受力分析對“2”位置進行受力分析取“2”點為研究對象，分離5、6構件進行運動靜力分析：已知： G

17、6=520N FI6=- G6/g×ac （6-1）Fx= FI4+Fr- FR45=0 （6-2） 由此可得： FR45=4891.6N由分離3,4構件進行運動靜力分析：已知： FR54=FR45由此可得： FI4 = - G4/g × a4 （6-3） MS4=-JS4·S4=-0.9984×3.35=21.74N.m （6-4） （6-5）其中，分別為,作用于的距離（其大小可以測得），可以求得：=6983.4N圖6-1 “2”位置的力的多邊形由力的多邊形可知：Fox =2169.7N, Foy =1286.06N對曲柄2進行運動靜力分析, 作用于的

18、距離為h，其大小為0.15m由此可得曲柄上的平衡力矩為：M=×h=401.55N.m （6-7）方向為逆時針對位置“7”進行受力分析 取“7點為研究對象，分離5、6構件進行運動靜力分析：已知： G6=520NFI6=- G6/g×ac （6-8）由此可得 ： FR45=256.93N由分離3,4構件進行運動靜力分析：已知： FR54=FR45由此可得： FI4 = - G4/g × a4 （6-9） MS4=-JS4·S4=4.456N.m（6-10）方向與4運動方向相反（逆時針） （6-11） 其中，分別為,作用于的距離（其大小可以測得），可以求得：=

19、281N圖6-2 “7”位置的力的多邊形由力的多邊形可知：Fox =444.765N, Foy=169.508N對曲柄2進行運動靜力分析，作用于的距離為h，其大小為0.08m由此可得曲柄上的平衡力矩為：M=×h=7.03N.m （6-12）方向為逆時針八：飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算1 環(huán)取取曲柄AB為等效構件，根據(jù)機構位置和切削阻力Fr確定一個運動循的等效阻力矩Mr（）根據(jù)Mr（）值，采用數(shù)值積分中的梯形法，計算曲柄處于各個位置時Mr（）的功。因為驅(qū)動力矩可視為常數(shù)，所以按照Md= /2 確定等效驅(qū)動力矩Md。Md=192.57N*m2 Mr（）及Md的數(shù)值和圖形如下。注：橫坐標采用位置位置

20、123456789101112Mr/(N*m)15.2401.6618.8750.5548.3425.77.187.655.357,211.85.76Md/(N-m)192圖8-13 估算飛輪轉(zhuǎn)動慣量（1） 由M()=Md-Mr()確定等效力矩M（）。列表如下：位置123456789101112M（）-261125.3351.5550.5281.0158.4-260.3-179.7-212-210.3-225.2-261.5（2）作圖，采用積分法。圖8-2得出W（），作圖：位置1-33-77-12W（）（J）-34.1873.0-839.0873.034.1839.0 圖8-3由此最大盈虧功W

21、max=873.1J，Je不記，Jf=Wmax/（2m*）Jf=585.0kg*m九：減速機構以及工作臺進給機構的確定 圖9-1根據(jù)電動機的轉(zhuǎn)速=940r/min，曲柄的轉(zhuǎn)速為52,2r/s,則可得傳動比為18；根據(jù)機械設計手冊可知閉式圓柱齒輪機構傳動比為3-5，閉式傳動與開式傳動相比，更為穩(wěn)定，潤滑性能好，所以初步定為帶傳動以及閉式二級圓柱齒輪傳動。帶傳動比為2，閉式圓柱齒輪減速機構傳動比采用“前小后大”。根據(jù)機械設計手冊確定數(shù)據(jù)。模數(shù)m=4參數(shù) 齒輪1234齒數(shù)z18271260分度圓直徑d7210848240 表9-1（2）工作臺進給方案的確定 工作臺橫向進給運動：間歇運動 工件的橫向進

22、給運動量是很小的，且每次要求等量進給，又因為必須防止工件在刨削力的作用下沿橫向移動，所以橫向進給執(zhí)行機構除了能實現(xiàn)小而且等量進給外，在非進給時還應具備有自動固定的功能。螺旋機構能滿足這些功能，而且結構簡單，容易制造。因此，可選用螺旋機構作為橫向進給運動的執(zhí)行機構，其動力仍然來自驅(qū)動刨刀運動的電動機，不必另設動力源。 工件要能間歇移動，螺旋必須作間歇轉(zhuǎn)動，所以在螺旋機構之前必須串聯(lián)一個間歇轉(zhuǎn)動機構，且與刨刀切削運動執(zhí)行機構相聯(lián)，這樣可以方便實現(xiàn)切削運動和橫向進給運動的協(xié)調(diào)配合。 曲柄搖桿棘輪機構：結構簡單，制造容易，每次轉(zhuǎn)角較小，容易調(diào)整且為等量轉(zhuǎn)動，采用雙向式棘輪還可以方便地實現(xiàn)棘輪反轉(zhuǎn)。 適

23、用場合：低速輕載，運動精度要求不高的工作狀況 初步擬定為曲柄搖桿棘輪機構作為牛頭刨床工作臺橫向進給的執(zhí)行機構 曲柄棘輪機構的機構簡圖如圖所示圖9-2附棘輪齒形設計參考圖9-3工作臺垂直進給運動為了實現(xiàn)刨刀的垂直進給運動，可以在刨刀切削運動執(zhí)行件上設置一個在垂直于刨削方向上能作間歇移動的執(zhí)行機構。與橫向進給類似，該執(zhí)行機構同樣應具有小進給量可調(diào)且在非進給時具有自動固定的功能，同時考慮到動力源可以采用手動，因此采用一個簡單螺旋機構作為刨刀垂直進給運動的執(zhí)行機構，既簡單又工作可靠。十：設計心得與體會機械原理課程設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)教學活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。作為一名機械設計制造及其

24、自動化大二的學生，我覺得有這樣的實訓是十分有意義的。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)基礎課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設計？如何把我們所學的專業(yè)理論知識運用到實踐當中呢？我想這樣的實訓為我們提供了良好的實踐平臺。兩周的機械原理課程設計就這樣結束了，在這次實踐的過程中學到了很多東西，既鞏固了上課時所學的知識，又學到了一些課堂內(nèi)學不到的東西，還領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些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化。 其中在創(chuàng)新設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，雖然有些設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知識對設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帶來更大的誤差甚至錯誤，所以作為一個設計人員來說細心是最重要的，之后才可以談其他；當用TB設計時讓自己熟悉了一種新的軟件，為以后的設計打下了基礎；用CAD畫機構運動簡圖、速度圖、加速度圖、力分析圖時不僅要求準確無誤的畫出來，還要根據(jù)每步的畫圖來算出下一個結