牛頭刨床課程設(shè)計(jì)及課程設(shè)計(jì)報(bào)告

西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)16-牛頭刨床一、課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)1、目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。2、任務(wù)本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定；對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。并在此基礎(chǔ)上確定飛輪轉(zhuǎn)慣量，設(shè)計(jì)牛頭刨床上的凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。具體參數(shù)：1）為了提高工作效率，在空回程時(shí)刨刀快速退回，即要有急回運(yùn)動(dòng)，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(zhì)量，在工作行程時(shí)，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng)。3）曲柄轉(zhuǎn)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1(b)所示。圖1牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及阻力曲線圖二、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)圖1牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及阻力曲線圖1、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖1(a)。電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量，刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)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(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫(huà)），使工作臺(tái)連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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的空刀距離，見(jiàn)圖4-1，b），而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。因此刨頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來(lái)減小主軸的速度波動(dòng)，以提高切削質(zhì)量和減小電動(dòng)機(jī)容量。2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析符號(hào)n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4單位r/minmmNmmkgm2方案Ⅰ603801105400.25L04B0.5L04B240502007007000801.1Ⅱ64350905800.3L04B0.5L04B200502208009000801.2Ⅲ724301108100.36L04B0.5L04B1804022062080001001.2表1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的確定凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號(hào)δno’z1Z0〃Z1′Jo2Jo1Jo〃Jo’ψmaxlo9D[α]φφsφ’單位r/minKgm2°mm°方案Ⅰ0.1514401020400.50.30.20.21512540761075Ⅱ0.1514401316400.50.40.250.21513538701070Ⅲ0.1614401519500.50.30.20.21513042751065設(shè)計(jì)內(nèi)容齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)符號(hào)d0′d0″m12m0″1′αψmax單位mm°方案Ⅰ10030063.52015Ⅱ100300642015Ⅲ10030063.52015三、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析已知曲柄每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路位于導(dǎo)桿端頭B所作圓弧高的平分線上(圖2所示)。要求作機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并作機(jī)構(gòu)兩個(gè)位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動(dòng)線圖。以上內(nèi)容與后面動(dòng)態(tài)靜力分析一起畫(huà)在1號(hào)圖紙上(參考圖例1)。圖圖2曲柄位置圖曲柄位置圖的作法為圖2取1和8′為工作行程起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置，1′和7′為切削起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲柄位置，其余2、3…12等，是由位置1起，順ω2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置。2.導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析已知各構(gòu)件的重量G(曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計(jì))，導(dǎo)桿4繞重心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律(圖1，b)。要求按表2所分配的第二行的一個(gè)位置，求各運(yùn)動(dòng)副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。以上內(nèi)容作在運(yùn)動(dòng)分析的同一張圖紙上(參考圖例1)。表2機(jī)構(gòu)位置分配表學(xué)生編號(hào)123456789101112131415位置編號(hào)12345678910111212378′68′121131′1′7′47′89學(xué)生編號(hào)161718192021222324252627282930位置編號(hào)456789101112123456101211252738645910113.飛輪設(shè)計(jì)已知機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)δ，由動(dòng)態(tài)靜力分析所得的簡(jiǎn)稱力矩My，具有定傳動(dòng)比的各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，電動(dòng)機(jī)、曲柄的轉(zhuǎn)速n0′、n2及某些齒輪的齒數(shù)(參見(jiàn)表1)。驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)。要求用慣性力法確定安裝在軸O2上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF。以上內(nèi)容作在2號(hào)圖紙上(參考圖例2)。圖3圖3擺桿加速度線圖已知擺桿9為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其推程運(yùn)動(dòng)角φ，遠(yuǎn)休止角Φs，回程運(yùn)動(dòng)角φ′(圖3所示)，擺桿長(zhǎng)度為l09D,最大擺角ψmax,許用壓力角[α](參見(jiàn)表1)；凸輪與曲柄共軸。要求確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，畫(huà)出凸輪實(shí)際廓線，以上內(nèi)容作在2號(hào)圖紙上(參考圖例4)。5.齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)已知電動(dòng)機(jī)、曲柄的轉(zhuǎn)速n0′、n2，皮帶輪直徑do′、do″,某些齒輪的齒數(shù)z，模數(shù)m，分度圓壓力角[α](參見(jiàn)表1)；齒輪為正常齒制，工作情況為開(kāi)式傳動(dòng)。要求計(jì)算齒輪z2的齒數(shù)，選擇齒輪副z1—z2變位系數(shù)，計(jì)算該對(duì)齒輪傳動(dòng)的各部分尺寸，以2號(hào)圖紙繪制齒輪傳動(dòng)的嚙合圖(參考圖例3)。6.整理說(shuō)明書(shū)圖例1圖例1圖例2圖例圖例3圖例圖例4機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(論文)題目:牛頭刨床課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名專業(yè)_機(jī)械類學(xué)號(hào)_班級(jí)_指導(dǎo)教師成績(jī)_工程技術(shù)學(xué)院目錄1.引言……………………….2.機(jī)構(gòu)的選型………………2.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型.………………2.2輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型……………...3.原動(dòng)機(jī)的選用……………..4.擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案……………………….5.繪制系統(tǒng)工作循環(huán)圖……………………6.機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)確定……………………….7.主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析（計(jì)算機(jī)編程）……………8.主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析（作圖法）………………8.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析………….8.2主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析………….9.凸輪機(jī)構(gòu)的曲線設(shè)計(jì)………………………9.1凸輪機(jī)構(gòu)位移曲線的設(shè)計(jì)………….9.2凸輪機(jī)構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計(jì)………….10.飛輪設(shè)計(jì)和原動(dòng)機(jī)功率的校核………………….參考文獻(xiàn)………………………

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名專業(yè)年級(jí)2011級(jí)機(jī)械類設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床圖1設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)參數(shù)要求主執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作行程切削平穩(wěn)、壓力角較小。進(jìn)給機(jī)構(gòu)壓力角不超過(guò)許用值。設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。表1牛頭刨床設(shè)計(jì)參數(shù)題號(hào)12345678910主執(zhí)行機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)速n148495052504847556056機(jī)架LAC380350430360370400390410380370刨刀行程H310300400330380350390310310320行程速比系數(shù)K1.461.401.401.441.531.341.501.371.461.48連桿與導(dǎo)桿之比LDE/LCD0.250.280.300.270.300.280.270.250.280.26工作阻力F(N)4500460047004000410052004200400060005000導(dǎo)桿質(zhì)量m3(kg)20202220222426282622導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS3(kgm2)1.11.11.21.21.21.31.21.11.21.2滑塊質(zhì)量m5(kg)70708080809080708060進(jìn)給機(jī)構(gòu)15151515151515151515凸輪從動(dòng)件桿長(zhǎng)(mm)125135130122123124126128130132推程許用壓力角[]推程40404040404040404040回程許用壓力角[]回程50505050505050505050滾子半徑rr(mm)15151515151515151515刀具半徑rc(mm)0.080.080.080.080.080.080.080.080.080.08刨刀阻力曲線如圖2所示。刨刀在切入、退出工件時(shí)均有0.05H的空載行程。0.050.05H0.05HHSFmaxF圖2刨刀阻力曲線設(shè)計(jì)任務(wù)1）完成各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型與主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇原動(dòng)機(jī)，擬定機(jī)械傳動(dòng)方案，確定各級(jí)傳動(dòng)比，畫(huà)出主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。2）按工藝要求進(jìn)行執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，畫(huà)出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖；3）對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)用解析法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，用相對(duì)運(yùn)動(dòng)圖解法對(duì)其中的一個(gè)位置加以驗(yàn)證，并根據(jù)計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果畫(huà)出刨刀位移線圖，速度線圖和加速度線圖；4）用圖解法對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一個(gè)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析；5）用圖解法繪制控制工作臺(tái)橫向進(jìn)給的凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線及凸輪輪廓曲線；6）根據(jù)機(jī)電液一體化策略和現(xiàn)代控制（包括計(jì)算機(jī)控制）理論，大膽提出一種或一種以上與該機(jī)現(xiàn)有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案。(選做)提交材料1）設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)一份（含解析法計(jì)算結(jié)果與相應(yīng)線圖）；2）1號(hào)圖一張（主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析）；3）3號(hào)圖一張（凸輪機(jī)構(gòu)的位移曲線及凸輪輪廓曲線）；指導(dǎo)教師簽名：2013說(shuō)明：1.此表由指導(dǎo)教師完成，用計(jì)算機(jī)打?。ˋ4紙）。2.請(qǐng)將機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)裝訂在機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)(論文)的第一頁(yè)。.牛頭刨床設(shè)計(jì)西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶4007161.引言：牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。刨床工作時(shí),如圖(1-1）所示，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭6和刨刀7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)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(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。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(méi)有切削阻力。切削阻力如圖(b）所示。O2O2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr圖（1-1）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：主執(zhí)行機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)速n147機(jī)架LAC390刨刀行程H390行程速比系數(shù)K1.50連桿與導(dǎo)桿之比LDE/LCD0.27工作阻力F(N)4200導(dǎo)桿質(zhì)量m3(kg)26導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS3(kgm2)1.2滑塊質(zhì)量m5(kg)80進(jìn)給機(jī)構(gòu)15°凸輪從動(dòng)件桿長(zhǎng)(mm)126推程許用壓力角[]推程40°回程許用壓力角[]回程50°滾子半徑rr(mm)15刀具半徑rc(mm)0.082機(jī)構(gòu)的選型2.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型牛頭刨床是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要結(jié)合課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。課程設(shè)計(jì)要求主執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)。下面幾種機(jī)構(gòu)都能夠?qū)崿F(xiàn)刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。方案一方案二方案三方案四方案五方案六圖1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型所選擇的機(jī)構(gòu)要滿足以下要求：工作行程大：要求機(jī)構(gòu)是行程擴(kuò)大機(jī)構(gòu)；工作阻力較大：要求機(jī)構(gòu)在具體較大的力增益的區(qū)間工作；正向運(yùn)動(dòng)的大部分時(shí)間有工作阻力：要求機(jī)構(gòu)在具有急回特性；正向運(yùn)動(dòng)的極短時(shí)間有工作阻力：要求機(jī)構(gòu)在具有較大的力增益的區(qū)間工作。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求，對(duì)牛頭刨床的行程急回特性、受力以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律等方面要求進(jìn)行綜合考慮，主執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式應(yīng)該選擇方案一較合理。2.2輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)的指控制工件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)（如工作臺(tái)進(jìn)給機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)）和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（如行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）。2.2.1課程設(shè)計(jì)中控制工件運(yùn)動(dòng)的輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型應(yīng)該考慮一下幾點(diǎn)：（1）與主執(zhí)行機(jī)構(gòu)有著相同的工作周期。這就要求輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格協(xié)調(diào)，這就意味著輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)與主執(zhí)行機(jī)構(gòu)盡量用同一個(gè)原動(dòng)件。（2）輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)是“將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成間歇運(yùn)動(dòng)”機(jī)構(gòu)。間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)《機(jī)械原理》中“其他常用機(jī)構(gòu)”章節(jié)的內(nèi)容。間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有：間歇滾輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、推勾式送料機(jī)構(gòu)。2.2.2（1）行程調(diào)節(jié)：行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是完成“執(zhí)行構(gòu)件行程能在一定范圍內(nèi)人工無(wú)級(jí)調(diào)整”這一功能的機(jī)構(gòu)。理論上，“將連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成往復(fù)運(yùn)動(dòng)”的四桿機(jī)構(gòu)都可以“通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)桿長(zhǎng)來(lái)改變輸出構(gòu)件的行程”。用螺旋機(jī)構(gòu)就能改變桿長(zhǎng)。有些構(gòu)建桿長(zhǎng)的變化對(duì)輸出運(yùn)動(dòng)范圍的影響極其顯著，比如曲柄。（2）位置調(diào)節(jié)：用螺旋機(jī)構(gòu)即可調(diào)節(jié)兩個(gè)構(gòu)件的相對(duì)位置。3原動(dòng)機(jī)的選用表1常用原動(dòng)機(jī)的類型及主要特點(diǎn)原動(dòng)機(jī)類型主要特點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積小、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、堅(jiān)固耐用；能保持恒速運(yùn)行及經(jīng)受較頻繁的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)；但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，調(diào)速困難。一般機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用最多。同步電動(dòng)機(jī)能在功率因子cos1的狀態(tài)下運(yùn)行，不從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率，運(yùn)行可靠，保持恒速運(yùn)行；但結(jié)構(gòu)較異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，造價(jià)較高，轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)。適用于大功率離心式水泵和通風(fēng)機(jī)等。直流電動(dòng)機(jī)能在恒功率下進(jìn)行調(diào)速，調(diào)速性能好，調(diào)速范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、維護(hù)工作量較大、價(jià)格較高；機(jī)械特性較軟、需直流電源。控制電動(dòng)機(jī)能精密控制系統(tǒng)位置和角度、體積小、重量輕；具有寬廣而平滑的調(diào)速范圍和快速響應(yīng)能力，其理想的機(jī)械特性和調(diào)速特性均為直線。廣泛用于工業(yè)控制、軍事、航空航天等領(lǐng)域。內(nèi)燃機(jī)功率范圍寬、操作簡(jiǎn)便、啟動(dòng)迅速；但對(duì)燃油要求高、排氣污染環(huán)境、噪聲大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。多用于工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、船舶、車輛等。液壓馬達(dá)可獲得很大的動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩，運(yùn)動(dòng)速度和輸出動(dòng)力、轉(zhuǎn)矩調(diào)整控制方便，易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工藝過(guò)程的動(dòng)作要求；但需要有高壓油的供給系統(tǒng)，油溫變化較大時(shí)，影響工作穩(wěn)定性；密封不良時(shí)，污染工作環(huán)境；液壓系統(tǒng)制造裝配要求高。氣動(dòng)馬達(dá)工作介質(zhì)為空氣，易遠(yuǎn)距離輸送、無(wú)污染，能適應(yīng)惡劣環(huán)境、動(dòng)作速度快；但工作穩(wěn)定性較差，噪聲大；輸出轉(zhuǎn)矩不大，傳動(dòng)時(shí)速度較難控制。適用于小型輕載的工作機(jī)械。我們?cè)谡n程設(shè)計(jì)中選擇的原動(dòng)機(jī)是三相交流異步電動(dòng)機(jī)。根據(jù)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中的總傳動(dòng)比及分配問(wèn)題，還有輸出功率、效率計(jì)算確定電機(jī)的型號(hào)為Y2-112M-6。Y2-112M-6電機(jī)額定功率2.2kW,額定電流5.6A，轉(zhuǎn)速940r/min，效率79%，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.0138，參考質(zhì)量45kg。4擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)增速、減速和變速，有時(shí)也用作實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，并且在傳遞運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，將原動(dòng)件的輸出功率和轉(zhuǎn)矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。大多數(shù)情況是選擇若干種傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)合理地加以組合配置，構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作要求。傳動(dòng)類型選擇原則執(zhí)行系統(tǒng)的工況和工作要求與原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性相匹配考慮工作要求傳遞的功率和運(yùn)轉(zhuǎn)速度有利于提高傳遞效率盡可能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單級(jí)傳動(dòng)裝置考慮結(jié)構(gòu)布置考慮經(jīng)濟(jì)性考慮機(jī)械安全運(yùn)轉(zhuǎn)條件原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為=940r/min，執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為=47r/min，則傳動(dòng)裝置系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為i==940/47=20傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比有i=··……且系統(tǒng)為減速傳動(dòng)時(shí)，宜使＜……，并使相鄰兩級(jí)傳動(dòng)比相差不要太大。故選擇兩級(jí)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比分別為4和5，即i=·=4×5。5.繪制系統(tǒng)工作循環(huán)圖1）選擇定標(biāo)構(gòu)件。由于兩執(zhí)行構(gòu)件的工作循環(huán)的周期是相同的，即在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄旋轉(zhuǎn)360°的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。并且導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的曲柄既是切削運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件又是工作臺(tái)組合部分的運(yùn)動(dòng)源頭，故選擇曲柄作定標(biāo)構(gòu)件，顯然是恰當(dāng)?shù)摹?）作一圓環(huán)表示曲柄在一個(gè)工作循環(huán)中的轉(zhuǎn)角，根據(jù)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K，求出其極位夾角=36°，從而可將圓環(huán)分為兩部分：圓環(huán)的上半部分的圓心角為180°+=216°，對(duì)應(yīng)刨刀工作時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角；下半部分表示刨刀空回行程時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角。大小為144°。3）在前述圓環(huán)之外再畫(huà)一圓環(huán)，表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)組合部分中，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的曲柄在一個(gè)工作行程中的轉(zhuǎn)角。以內(nèi)圓環(huán)中所表示的刨刀運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基準(zhǔn)，并在外環(huán)中安排好工作臺(tái)停動(dòng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)角位置，則搖桿推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)部分所對(duì)應(yīng)的圓心角為180°-（）=140°，棘輪不動(dòng)的時(shí)間所對(duì)應(yīng)的圓心角為220°（包括凸輪的遠(yuǎn)休止、回程和近休止階段）。那么，由此二圓環(huán)所組成的循環(huán)圖可形象、準(zhǔn)確地表示出對(duì)而執(zhí)行構(gòu)件之間運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合的要求圖2系統(tǒng)工作循環(huán)圖6.機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)確定表2牛頭刨床設(shè)計(jì)原始參數(shù)曲柄轉(zhuǎn)速47機(jī)架390刨刀行程H390行程速比系數(shù)K1.50連桿與導(dǎo)桿之比0.27由以上結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可設(shè)CB長(zhǎng)為、構(gòu)件3的轉(zhuǎn)角、構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角、E點(diǎn)的線位移、AB桿長(zhǎng)、CD桿長(zhǎng)、DE桿長(zhǎng)、CG桿長(zhǎng)、CG的長(zhǎng)度、構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角。1、導(dǎo)桿的最大擺角∵K=1.50∴=2、AB桿長(zhǎng)∵=36°=390mm∴=sin=120.5mm3、初始位置=90°-arctan=72.8°4、BC長(zhǎng)由勾股定理知：=5、CD桿長(zhǎng)∵刨刀行程為H，又為使RRP桿組的壓力角較小，滑塊5的導(dǎo)路與D在兩極位位置處的連線的距離應(yīng)等于導(dǎo)路線與D所在弧線水平線的距離，以此可確定CD桿長(zhǎng)∴=6、CG桿長(zhǎng)=+（-）/2=390mm7、DE桿長(zhǎng)∵=0.27∴=0.25*638.47=170.4mm8、構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角、E點(diǎn)的線位移 由上結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及方位角。所以為此我們可利用封閉圖形CDEGC，由此可得：寫(xiě)成投影方程為:由以上兩方程可解的：=16.6mm=175.8°9、構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角∵曲柄轉(zhuǎn)速=47r/min∴=2*π*/60=5rad/s表3牛頭刨床在初始位置參數(shù)X(1)X(2)X(3)X(4)X(5)X(6)X(7)X(8)X(9)X(10)（mm）（°）（°）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）408.372.8175.816.6120.5631170.4390615.557.主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析（計(jì)算機(jī)編程）先建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及方位角。其中共有四個(gè)未知量、、及。為求解需建立兩個(gè)封閉矢量方程，為此需利用兩個(gè)封閉圖形ABCA及CDEGC，由此可得， (1-1)寫(xiě)成投影方程為： (1-2)解上面方程組，即可求得、、及四個(gè)位置參數(shù)，其中。將上列各式對(duì)時(shí)間取一次、二次導(dǎo)數(shù)，并寫(xiě)成矩陣形式，即可得以下速度和加速度方程式。速度方程式： (1-3)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣：機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的的速度列陣：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣：：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的角速度加速度方程式：(1-4)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣求導(dǎo)：機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的的加速度列陣：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣求導(dǎo)：主程序（matlab）：%牛頭刨床運(yùn)動(dòng)分析主程序%x(1)——代表;%x(2)——代表構(gòu)件3的轉(zhuǎn)角；%x(3）——代表構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角；%x(4)——代表E點(diǎn)的線位移;%x(5)——代表；%x(6)——代表;%x(7)——代表;%x(8)——代表;%x(9）——代表;%x(10)——代表構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角。x=[0.408372.8*pi/180175.8*pi/1800.01660.12050.6310.17040.3900.61550];%賦初值dr=pi/180;%度轉(zhuǎn)化為弧度dth=10*dr;w1=5;%每10度計(jì)算一個(gè)點(diǎn)fori=1:37y=ntpc(x);%調(diào)用從動(dòng)件位置方程求解函數(shù)ntpc(自編)s3=y(1);theta3=y(2);theta4=y(3);se=y(4);%得到位置參數(shù)。%將各位置參數(shù)用向量?jī)?chǔ)存，便于后面繪圖，角度用度表示ss3(i)=y(1);th1(i)=x(10)/dr;th3(i)=y(2)/dr;th4(i)=y(3)/dr;sse(i)=y(4);%進(jìn)行速度分析A=[cos(theta3)-s3*sin(theta3)00;sin(theta3)s3*cos(theta3)00;0-x(6)*sin(theta3)-x(7)*sin(theta4)-1;0x(6)*cos(theta3)x(7)*cos(theta4)0];%A機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣B=[-x(5)*sin(x(10));x(5)*cos(x(10));0;0];%B機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的位置參數(shù)列陣yy=w1*inv(A)*B;%公式1-3求解，yy表示機(jī)構(gòu)從動(dòng)件速度列陣，inv(A)是A的逆陣vs3=yy(1);w3=yy(2);w4=yy(3);vse=yy(4);%將各速度參數(shù)以向量的方式表示，以便后面繪圖dvs3(i)=yy(1);dw3(i)=yy(2);dw4(i)=yy(3);dvse(i)=yy(4);%dA為從動(dòng)件位置參數(shù)矩陣對(duì)時(shí)間一次求導(dǎo)%進(jìn)行角速度分析dA=[-w3*sin(theta3)-vs3*sin(theta3)-s3*w3*cos(theta3)00;w3*cos(theta3)vs3*cos(theta3)-s3*w3*sin(theta3)00;0-x(6)*w3*cos(theta3)-x(7)*w4*cos(theta4)0;0-x(6)*w3*sin(theta3)-x(7)*w4*sin(theta4)0];%dB就是原動(dòng)件位置參數(shù)列陣對(duì)時(shí)間一次求導(dǎo)dB=[-x(5)*w1*cos(x(10));-x(5)*w1*sin(x(10));0;0];KK=-dA*yy+w1*dB;%KK為公式1-4右端ya=inv(A)*KK;%公式1-4求解，ya為從動(dòng)件加速度列陣%將各加速度以向量表示as3(i)=ya(1);atheta3(i)=ya(2);atheta4(i)=ya(3);ase(i)=ya(4);x(10)=x(10)+dth;%計(jì)算下一個(gè)點(diǎn)x(1)=s3;x(2)=theta3;x(3)=theta4;x(4)=se;end%繪制運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線subplot(2,2,1);%選擇第1個(gè)子窗口plot(th1,th3,th1,th4,th1,sse*1e3);%繪制位置線圖subplot(2,2,2);plot(th1,dw3,th1,dw4,th1,dvse);%繪制速度線圖subplot(2,2,3);plot(th1,atheta3,th1,atheta4,th1,ase);%繪制加速度線圖%這個(gè)函數(shù)是關(guān)于牛頭刨床位置方程求解，可得：s3,theta3,theta4,sE四個(gè)運(yùn)動(dòng)變量。子程序：functiony=ntpc(x)%x(1)——代表;%x(2)——代表構(gòu)件3的轉(zhuǎn)角；%x(3）——代表構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角；%x(4)——代表E點(diǎn)的線位移;%x(5)——代表；%x(6)——代表;%x(7)——代表;%x(8)——代表;%x(9）——代表;%x(10)——代表構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角。%先賦初值；這些初值來(lái)自于主程序。s3=x(1);theta3=x(2);theta4=x(3);se=x(4);epsilon=1e-6;%設(shè)置求解精度為10-6%用矩陣的形式表示位置方程組（4x1的矩陣）f=[s3*cos(theta3)-x(5)*cos(x(10));s3*sin(theta3)-x(5)*sin(x(10))-x(8);x(6)*cos(theta3)+x(7)*cos(theta4)-se;x(6)*sin(theta3)+x(7)*sin(theta4)-x(9)];%用牛頓-辛普森法求解whilenorm(f)>epsilon%J位置方程組的雅可比矩陣，即從動(dòng)件位置參數(shù)矩陣J=[cos(theta3)-s3*sin(theta3)00;sin(theta3)s3*cos(theta3)00;0-x(6)*sin(theta3)-x(7)*sin(theta4)-1;0x(6)*cos(theta3)x(7)*cos(theta4)0];dth=inv(J)*(-1.0*f);%計(jì)算增量，進(jìn)行迭代，inv(J)為J的逆陣s3=s3+dth(1);theta3=theta3+dth(2);theta4=theta4+dth(3);se=se+dth(4);f=[s3*cos(theta3)-x(5)*cos(x(10));s3*sin(theta3)-x(5)*sin(x(10))-x(8);x(6)*cos(theta3)+x(7)*cos(theta4)-se;x(6)*sin(theta3)+x(7)*sin(theta4)-x(9)];norm(f);%若未達(dá)精度，會(huì)繼續(xù)迭代。end%輸出4個(gè)參數(shù)y(1)=s3;y(2)=theta3;y(3)=theta4;y(4)=se;將程序輸入matlab中就可得到E點(diǎn)的位移、速度和加速度的運(yùn)動(dòng)線圖（圖3、圖4、圖5）。圖3位置線圖圖4速度線圖圖5加速度線圖8.主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)態(tài)靜力分析（作圖法）建立直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及方位角。利用兩個(gè)封閉圖形ABCA及CDEGC。（令S3======）投影方程式為（1）（2）（3）（4）8.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速運(yùn)動(dòng)分析1.速度分析：（具體值及矢量圖見(jiàn)A1號(hào)圖）圖解法驗(yàn)證當(dāng)曲柄角度為60°時(shí)的運(yùn)動(dòng)分析：因構(gòu)件1和2在B處的轉(zhuǎn)動(dòng)副相連，故，其大小等于，方向垂直于AB線。取構(gòu)件2和3的重合點(diǎn)B進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得大小?√?方向√√√通過(guò)圖解法可求得，B3點(diǎn)與D點(diǎn)同在構(gòu)件3上，故則可求的D點(diǎn)速度。取4構(gòu)件作為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得大小?√?方向√√√再通過(guò)圖解