牛頭刨床機構的分析與綜合.doc

牛頭刨床機構的分析與綜合 一、課程設計的目的和任務1、目的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、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。二、工作原理與結構組成牛頭刨床的簡介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。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1三、設計方案的確定方案（a）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。方案（b）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，而且整個機構系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。（C）方案（c）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。 比較以上三種方案，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。四、減速方案的確定1. 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。皮帶傳動比i0=3齒輪傳動比i12=i34=2 由電動機傳出的轉速為960轉/分，經(jīng)過皮帶輪減速度變?yōu)?40，再經(jīng)過齒輪減速最后輸出的速度為60轉/分。Z2Z3Z4Z1 齒輪箱中齒輪的齒數(shù)Z1=10；Z2=20；Z3=10；Z4=20；根據(jù)傳動比i14=所有從動輪的齒數(shù)積/所有主動輪的齒數(shù)積 所以 i14=20x20/10x10=4所以總的傳動比 i=4X4=16符合條件要求五、確定傳動機構的尺寸 已知條件：刨刀的行程H=310 mm； 行程速比系數(shù)K=1.46；最大切削阻力 Pr=6000；1）.根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定機構尺寸極位夾角：導桿長度：mm連桿長度：=0.28 =150mm曲柄長度:mm 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：解：當導桿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 所以2）.機構運動簡圖的繪制選取一長度比例尺，機構運動簡圖的繪圖工作要求在計算機上使用CAD完成。如圖所示六.運動分析及公式推理1、導桿的運動分析要求：導桿機構的運動分析。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：分析：解：如圖建立一直角坐標系，并標出各桿矢及其方位角1） 由封閉形O2AO402可得： （為機架）分別在X，Y軸上投影可得： （1） （2）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 0,/23/2,2=+ arctan /2,3/2=arcsin 0,/23/2,2=- arcsin /2,3/2*C點的位移：= lcos+ lcos= lcos/ cos*C點的速度：=*C點加速度：=七.靜力分析1) 對曲柄,由平衡條件有：=0, +=0； =0, +=0； =0；lsin2-lcos2-T=02）對導桿，又平衡條件有：=0, F+F-Fsin=0 ； =0, F+F+ Fcos-mg=0；=0, - Flsin+ Flcos-1/2 mg lcos+ Fs=0 2) 對滑塊, 由平衡條件有 =0, Fsin-F=0=0, - Fcos-F=04)對連桿，由平衡條件有=0, -F-F=0；=0, F-F=0；=0， 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*將數(shù)據(jù)和公式輸入Excel 工作表中 分析結果如下所示：1sEVEAeTn00.298729-0.24545-4.51172237.131038100.290233-0.3631-3.76994350.511561200.278721-0.46299-3.12032446.48377300.264661-0.54675-2.54718526.641623400.248486-0.61542-2.03402592.020781500.230604-0.66971-1.56591643.36697600.211407-0.71026-1.13009681.334402700.191267-0.73768-0.71589706.598142800.170539-0.7527-0.31438719.888218900.149559-0.756030.081998721.9591831000.12864-0.748350.479849713.5092791100.108081-0.730140.885383695.0715671200.088172-0.701591.305135666.8761991300.069202-0.662421.74684628.7259461400.051477-0.611792.22037579.877711500.035333-0.54822.738595518.9572411600.021161-0.469453.317877443.9269561700.009419-0.372723.977598352.1429081800.000651-0.254784.737474240.555985190-0.00451-0.112455.610193106.129839200-0.005350.0566356.585477-53.450385210-0.001110.2528767.601282-238.728982200.0089260.473228.502137-447.078922300.0253280.7093078.999347-670.955872400.0483350.9453998.676895-895.865212500.0776231.1566917.11571-1098.57182600.1120611.3101844.172992-1247.63252700.1495591.3604720.265523-1299.15532800.1872481.322778-3.65222-1266.66192900.2220851.170655-6.63417-1123.87993000.2516450.949724-8.22689-913.843313100.2746040.702124-8.57306-676.861383200.2907140.460738-8.108-444.785413300.3004240.243026-7.25293-234.822273400.3044840.054093-6.28714-52.2872573500.303682-0.10753-5.35452103.936783600.298729-0.24545-4.51172237.130962各線圖如下：平衡力矩的變化曲線如下參考文獻1. 彭文生，李至明，黃華梁主編. 機械設計. 北京：高等教育出版社，20022. 吳克堅，于曉紅，錢瑞明主編. 機械設計. 北京：高等教育出版社，20033.龍振宇主編. 機械設計. 北京：械工業(yè)出版社，20024. 黃茂林，秦偉主編. 機械原理. 北京：機械工業(yè)出版社，20025. 申永勝主編. 機械原理教程. 北京：清華大學出版社， 19996. 楊可楨，程光蘊主編. 機械設計基礎（第四版）. 北京：高等教育出版社，19997. 黃華梁，彭文生主編. 機械設計基礎（第二版）. 北京：高等教育出版社 ， 19958. 劉會英，于春生主編. 機械設計基礎. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社， 19979. 談家楨主編. 機械設計基礎（修訂本）. 北京：中國標準出版社，199710. 張瑩主編. 機械設計基礎（下冊）. 北京：機械工業(yè)出版社， 199711. 周立新主編. 機械設計（機械設計基礎）. 重慶：重慶大學出版社， 199612. 朱龍根，黃雨華主編. 機械系統(tǒng)設計. 北京：機械工業(yè)出版社， 199013. 黃