牛頭刨床課程設計說明書

1、機械原理課程設計說明書設計題目： 牛頭刨床設計學 校： 井岡山大學院 （系）： *班 級： *姓 名： *學 號： *指導教師： *時 間： 2014.6.92014.6.20目 錄一：概述21.1機械原理課程設計的目的31.2機械原理課程設計的任務31.3機械原理課程設計的方法3 二：設計項目4 2.1設計題目4 2.2方案選擇4 2.3機構簡介7 2.4設計數(shù)據(jù)8三：設計內容9 3.1導桿機構的設計10 3.2凸輪機構的設計16 3.3棘輪機構的設計21四：設計體會24五：參考文獻 25一概述1.1機械原理課程設計的目的機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一次較全面的機械運動學和

2、動力學分析與設計的訓練，同時是使學生較全面、系統(tǒng)的掌握機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生確定機械運動方案、分析和設計接.1.借機械系統(tǒng)運動方案的設計與擬定來把機械原理課程中的各種理論知識和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識。2.培養(yǎng)學生獨立解決有關課程實際問題的能力，是學生對于機械運動學和動力學的分析和設計有較完善的概念。3.卸的能力以及開發(fā)創(chuàng)新能力的手段。其目的是：進一步提高學生的運算、繪圖、運用計算器和技術資料的能力。4.通過編寫說明書，培養(yǎng)學生表達、歸納、總結和獨立思考的能力。1.2機械原理課程設計的任務機械原理課程設計的的任務是對給定的設計要求進行分析

3、。1.小組成員按設計任務要求想出三個方案，小組討論確定最佳方案。2.確定桿件尺寸。3.對機械進行運動分析，求出相關點或相關構件的參數(shù)，如點的位移、速度、加速度。 4.根據(jù)方案對各構件進行運動設計，如對連桿機構按行程速比系數(shù)進行設計，對凸輪機構按從動件運動規(guī)律進行設計。5.要求學生根據(jù)設計任務繪制必要的圖紙。1.3工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖a）所示。電動機經過皮帶和齒輪傳動，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23456帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭左行時，刨刀不切削，稱為空回行程，此時要求速度較高，以提高生產率。為此刨床采用有急回運動的導桿機構。刨

4、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191011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。刨頭在工作過程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段0.05H的空刀距離，見圖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轉動，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少電動機容量。 圖1-1 圖1-2 圖1-3 圖1-41.31機械原理課程設計的方法機械原理課程設計的方法大致可分為圖解法和解析法兩種。圖解法集合概念清晰、直觀；解析法精度較高。根據(jù)要求此處用圖解法進行設計。 二

5、.設計項目 2.11設計題目 牛頭刨床設計，電動機軸與曲柄2平行、刨刀刀刃點與鉸鏈c的垂直為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2轉速偏差為-5%+5%。要求導桿機構的最大壓力角應為最小值；凸輪機構的最大壓力角應在許應值【a】之內，擺動從動件9的升、回程運動規(guī)律均為等加速等減速運動。執(zhí)行機構的傳動效率按0.95%計算。系統(tǒng)有過載保護。按小批量生產規(guī)模設計。 2.12設計內容根據(jù)題目設計要求，通過設計分析，比較不同運動方案的優(yōu)劣。 對方案的主要傳動和執(zhí)行機構進行尺寸綜合，用圖解法確定有關設計尺寸參數(shù)，繪制包括從原動件到執(zhí)行構件間，組成該機器的所有傳動機構的傳動系的機

6、構簡圖。 2.13設計要求1. 完成整個機構的原理圖一張（用A1圖紙完成）。2. 完成連桿的零件圖一張，以及凸輪和棘輪的兩種CAD圖紙。3. 設計計算說明書一份，不少于23頁，包括內容：封面、目錄、原始資料和數(shù)據(jù)、所有設計計算分析過程、心得體會、參考文獻不少于15個。4. 說明書要求字跡工整，繪圖準確，裝訂成冊。5. 作圖要求準確，比例適當，布局均勻，要求符合國家標準，圖頁整潔。2.2方案選擇2.21方案選項方案一如下：說明：電動機帶動曲柄，曲柄帶動連桿傳動，連桿迫使刨刀往復運動。自由度F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1評價：該方案整體上是不錯的，制造成本低，而其急回性能好，穩(wěn)定

7、，精確性能好，但是利用杠桿傳力該機構的承載能力不夠好。方案二如下說明：該機構具有確定的運動，自由度F=3*n-(2p1+pn)=3*5-2*7=1 電機帶動曲柄，曲柄帶動滑塊移動，滑塊帶動搖桿擺動，搖桿帶動滑塊，滑塊迫使刨刀往復運動，評價：該方案的工作性能相當好，無論從傳力性、精確性上都是相對比較好的。2.22 主機構運動方案的確定 以上兩個方案相比，方案二的具有較少的移動副，刨削質量好，且沖擊震動較小，摩擦阻力要少于一方案，由此看來方案二更理想。速度均方根偏差方案二的要小于方案一，說明方案二的速度波動更小。主機構在切削的過程中能夠獲得更加平穩(wěn)的運動速度，更加符合設計要求。 綜上所述，選用方案

8、二作為機構的主切削機構。 2.3機構簡介2.31工作原理及機構簡介工作原理：牛頭刨床是一種靠刀具的往復直線運動及工作臺的間歇運動來完成工件的平面切削加工的機床。圖1為其參考示意圖。電動機經過減速傳動裝置（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

9、2-1 圖2-3-2 圖2-3-32.32設計數(shù)據(jù)導桿機構運動分析轉速n2(r/min)機架lO2O4(mm)工作行程H(mm)行程速比系數(shù)K連桿與導桿之比lBC / lO4B554103101.370.25 圖2-3-4凸輪機構設計從動件最大擺角max從動件桿長 lO9D(mm)許用壓力角 推程運動角 遠休止角 回程運動角 1512840601060三設計內容 3.1導桿機構的設計導桿機構設計要求概述： 圖3-1已知曲柄每分鐘的轉數(shù)，各構件尺寸，且刨頭導路位于導桿端頭B所作圓弧的平分線上。要求作機構的運動簡圖，并作機構一個位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖，畫在 2號圖紙上。計算過程

10、：已知數(shù)據(jù)n2=55r/min得2=255/60(rad/s)=5.76rad/s 根據(jù)圖示3-1-2可知，求極位夾角:=180(K-1)/(K+1)=28LAO2=100mm. lBO4=638mm求連桿長度： lBC= lBO4 *0.25=160mm 0.05H的空刀距離: 0.05*310=15.5mm圖3-2取一點（3）速度,加速度分析：取曲柄位置“3”進行速度分析。如圖示;因構件2和3在A處的轉動副相連，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。確定構件3上A點的速度： 構件2與構件3用轉動副A相聯(lián)，所以A3=A2。又A2=2lO2A =0.15.7

11、6=0.576m/s求的速度： 選取速度比例尺 ：v=0.03(m/s)/mm; A4 = A3 + A4A3 方向： BO4 AO2 BO4 大?。?？ 2lO2A ？ 圖3-3用圖解法求解如圖3-3：式中A3、A4表示構件3和構件4上 A點的絕對速度，A4A3表示構件4上A點相對于構件3上A點的速度，其方向平行于線段BO4，大小未知；構件4上A點的速度方向垂直于線段BO4，大小未知。在圖上任取一點P，作A3 的方向線pa3 ，方向垂直于AO2，指向與2的方向一致，長度等于A3/v，（其中v為速度比例尺）。過點p作直線垂直于BO4 代表A4的方向線，再過a3作直線平行于線段BO4 代表A4A

12、3的方向線這兩條直線的交點為a4，則矢量pa4和a3a4分別代A4和A4A3 。由速度多邊形Pa3a4得： v A4A3=v LA4A3=0.18m/s3 求BO 4的角速度4：曲柄位于起點1時位置如圖（1）：vA4=vPA4=0.57m/s 此時:桿BO 4的角速度4：4=vA4/lO4A=1.13rad/s桿BO 4的速度V4:VB4=4lO4B=0.72m/s 由圖一，由余玄定理可得，AO2O4=60+75=135LAO4=LAO2+LO2O4-2LAO2 LO2O4 COSAO2O4=507mm取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得 B = C + BC大小 ? ?方向 O4B XX

13、 BCV C=v Pc=0.72m/s VBC=0.12m/s5=v CB/l BC=0.75rad/s取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得 B = C + BC大小 ? ?方向 O4B XX BCV C=v Pc=0.69m/s VBC=0.12m/s5=v CB/l BC=0.75rad/s 圖3-4由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)點開始，列兩構件重合點間加速度矢量方程，求構件4上A點的加速度aA4,因為 aA3=aA3=W2 lo2A =3.32m/s2a n A4=W42 lo4A=0.694m/s2a KA4A3=2W3VA4A3=0.407 m/s2a n CB=W52

14、l CB=0.09 m/s2取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42 lO4A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O4B /AO2 O4B O4B取加速度極點為,加速度比例尺a=0.1（m/s2）/mm, aA4= uapa4=0.88m/s2aB=uapb=1.7m/s2 ac = acBn + a cB + aBn + a B 大小 ? ? 方向 XX /CB BC /AB ABaC= lca=1.8m/s2 圖3-5 再取一點（10）點速度,加速度分析取曲柄位置“10”進

15、行速度分析。如圖示;因構件2和3在A處的轉動副相連，故A3=A2，其大小等于2 lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。 圖3-6vA2=vA3=w2lO2A=(2*n2/60)*lO2A=0.576m/s取構件3和4的重合點A進行速度分析。列速度矢量方程，得A4 = A3 + A4A3 大小 ? ?方向 O4A O2A O4取速度極點P，速度比例尺v=0.05(m/s)/mm ,作速度多邊形如圖vA4=vPA4=0.45m/s4=vA4/lO4A=1.33rad/svB=4lO4B=0.85m/svA4A3=A4A3=0.37m/s取5構件作為研究對象，列速度矢量方程，得 B = C

16、+ BC大小 ? ?方向 O4B XX BC 圖3-7V C=v Pc=0.84m/s5=v CB/l BC=1.2rad/s由速度已知曲柄上A(A2 A3 A4)點開始，列兩構件重合點間加速度矢量方程，求構件4上A點的加速度aA4,因為 aA2=aA3=W2 lo2A =0.575 m/s2a n A4=W42 lo4A=0.6m/s2a KA4A3=2W3VA4A3=0.43 m/s2a n CB=W52 l CB=0.23 m/s2取3、4構件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得：aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aA4A3K + aA4A3r大小: ? 42 lO4

17、A ? 24A4 A3 ?方向： ? /BA O4B /AO2 O4B O4B取加速度極點為,加速度比例尺a=0.01（m/s2）/mm,圖3-8 aA4= uapa4=1.04m/s2 aB=uapb=2.4m/s2 a S4=0.5aB=1.2m/s2 = a A4/ lO4B =1.57rad/s2 ac= acBn + a cB+ aBn + a B 大小 ? ? 方向 XX /CB BC /AB AB其加速度多邊形如圖13所示,有aC= lca=1.76 m/s23.2凸輪機構的設計已知條件、要求及設計數(shù)據(jù)1.已知：擺桿為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角，遠休止角s，回程運動角，如

18、圖8所示，擺桿長度lO9D，最大擺角max，許用壓力角（見下表）；凸輪與曲柄共軸。2. 要求：確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑T，畫出凸輪實際廓線。3. 已知：擺線凸輪的最大擺角max=15,擺桿長度128mm,求得凸輪的推程S=34mm,再由諾莫圖法求得凸輪基圓半徑為60mm=arcos(a*a+l*l-rb*rb)/2al0為擺桿初始位置角取rb=65 a=150mmcos=(150*150+130*130-65*65)/2*150*130=28因為凸輪做等加速，等減速運動，可的運動方程。上升過程等加速推程:=2max/0V=4max/0 =(0-30 )a=4/0 0 =60等減速推

19、程:= 0-2max/0V=-4max(0-)/ 0 =(0-30 )a=-4max/0 0 =60下降過程：等加速回程：=2max/0V=-4max/0 =(0-30 )a=-4/0 0 =60等減速回程：S=2max(0-)/ 0V=-4max(0-)/ 0 =(0-30 )a=4max/0 0 =60推程（等加速等減速）()001502.1253008.545019.12560034回程（等加速等減速）()70348519.1251008.51152.1251300凸輪機構設計從動件最大擺角max從動件桿長 lO9D(mm)許用壓力角 推程運動角 遠休止角 回程運動角 151284060

20、1060選取比例尺，作圖l=1mm/mm。1.取任意一點O2為圓心，以作r0=60mm基圓；2.再以O2為圓心，以lO2O9/l=150mm為半徑作轉軸圓；3.在轉軸圓上O2右下方任取一點O9;4.以O9為圓心，以lOqD/l=128mm為半徑畫弧與基圓交于D點。O9D即為擺動從動件推程起始位置，再以逆時針方向旋轉并在轉軸圓上分別畫出推程、遠休、回程、近休，這四個階段。再以6對推程段等分、6對回程段等分（對應的角位移如下表所示），并用A進行標記，于是得到了轉軸圓山的一系列的點，這些點即為擺桿再反轉過程中依次占據(jù)的點，然后以各個位置為起始位置，把擺桿的相應位置y畫出來，這樣就得到了凸輪理論廓線上

21、的一系列點的位置，再用光滑曲線把各個點連接起來即可得到凸輪的外輪廓。 圖3-8凸輪曲線上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇用圖解法確定凸輪理論廓線上的最小曲率半徑minr：先用目測法估計凸輪理論廓線上的minr的大致位置（可記為A點）；以A點位圓心，任選較小的半徑r作圓交于廓線上的B、C點；分別以B、C為圓心，以同樣的半徑r畫圓，三個小圓分別交于D、E、F、G四個點處，如下圖9所示；過D、E點作直線，再過F、G兩點作直線，兩直線交于O點，則O點近似為凸輪廓線上A點的曲率中心，曲率半徑 Pmin=OA 圖3-9 3.3棘輪機構的設計棘輪機構（ratchet and pawl），由棘輪和棘爪組成的

22、一種單向間歇運動機構。棘輪機構常用在各種機床和自動機中間歇進給或回轉工作臺的轉位上，也常用在千斤頂上。在自行車中棘輪機構用于單向驅動，在手動絞車中棘輪機構常用以防止逆轉。棘輪機構工作時常伴有噪聲和振動，因此它的工作頻率不能過高。3.31棘輪機構簡介棘輪機構將連續(xù)轉動或往復運動轉換成單向步進運動。 棘輪輪齒通常用單向齒，棘爪鉸接于搖桿上，當搖桿逆時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪齒以推動棘輪同向轉動；當搖桿順時針方向擺動時，棘爪在棘輪上滑過，棘輪停止轉動。為了確保棘輪不反轉，常在固定構件上加裝止逆棘爪。搖桿的往復擺動可由曲柄搖桿機構、齒輪機構和擺動油缸等實現(xiàn)，在傳 遞很小動力時，也有用電磁鐵直接

23、驅動棘爪的。棘輪每次轉過的角度稱為動程。動程的大小可利用改變驅動機構的結構參數(shù)或遮齒罩的位置等方法調節(jié)，也可以在運轉過程中加以調節(jié)。如果希望調節(jié)的精度高于一個棘齒所對應的角度，可應用多棘爪棘輪機構。棘輪機構的基本尺寸確定 取導程P=6，齒數(shù)z=12，每次進給二個齒，棘輪轉過60，由6/360=x/60得，x=1mm，所以工作臺每次進給1mm，取模數(shù)m=6，得齒頂圓直徑d=120mm，齒底圓直徑d=100mm，齒高h=10mm可得出棘輪。3.32棘輪機構的基本型式和工作原理 圖示為機械中常用的外嚙合式棘輪機構，它由主動擺桿，棘爪，棘輪、止回棘爪和機架組成。主動件空套在與棘輪固連的從動軸上，并與驅

24、動棘爪用轉動副相聯(lián)。當主動件順時針方向擺動時，驅動棘爪便插入棘輪的齒槽中，使棘輪跟著轉過一定角度，此時，止回棘爪在棘輪的齒背上滑動。當主動件逆時針方向轉動時，止回棘爪阻止棘輪發(fā)生逆時針方向轉動，而驅動棘爪卻能夠在棘輪齒背上滑過，所以，這時棘輪靜止不動。因此，當主動件作連續(xù)的往復擺動時，棘輪作單向的間歇運動。 急回性能好，穩(wěn)定，精確性能好，但是承載能力不夠工作性能相當好力傳性好精確性高方案二更加符合設計要求，選擇方案二2=5.76rad/sAO2=100mmlBO4=638mmlBC=160mmA2=0.57m/s4=1.14rad/svA4 =0.57m/sv A4A3=0.18m/sVB4=

25、0.72m/s LAO4=507mmV C =0.69m/s5=0.75rad/saA3 =3.32 m/s2a n A4=0.649m/s2aKA4A3=0.407m/s2anCB=0.09m/s2aA4=0.88m/s2aB=1.7m/s2aC= 1.8m/s2vA2=vA3=0.576m/svA4=0.45m/s w4=1.33rad/svB=0.85m/s vA4A3= 0.37m/sV C=0.84m/sW5=1.2rad/saA2=aA3 =0.575 m/s2anA4=0.6m/s2aKA4A3=0.43m/s2anCB=0.23 m/s2aA4=1.04m/s2 aB=2.4m/s2 a S4 =1.2m/s2 aC=1.76 m/s2 四.心得體會通過兩個星期的奮斗，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，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。整個設計中我懂得了許多東西，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計