牛頭刨床機械設計

1、太原理工大學陽泉學院機械原理課程設計說明書設計題目：牛頭刨床設計班級： 13級機制專升本姓名：原朝學號：指導教師：張立仁2014年 1 月 10 日前言成績機械原理課程設計是高等工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第簽字一 次較全面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練，是本課日期程 的一個重要實踐環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學生機械運動方案設計、創(chuàng)新設 計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的一門課程。其基本目的在于：（）進一步加深學生所學的理論知識，培養(yǎng)學生獨立解決有關本課程實際問題的能力。（）使學生對于機械運動學和動力學的分析設計有一較完整的概念。（）使學生得到擬定運動方案的訓練，并具有初步設計選型與組

2、合以及確定傳動方案的能力。（）通過課程設計，進一步提高學生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術資料的能力。（5）培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題能力和創(chuàng)新能力。機械原理課程設計的任務是對機械的主體機構（連桿機構、飛輪機構凸輪機構）進行設計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要求，在此基礎上設計凸輪；或對各機構進行運動分析。目錄一、工作原理.二、設計要求.錯誤! 未定義書簽。三、設計數(shù)據(jù).四、設計內(nèi)容.1. 連桿機構的分析對比2. 機構的運動尺寸 .3. 機構的運動分析 .3.1 導桿的速度、加速度分析.3.2 刨頭的速度、加速度分析.4. 凸輪的機構設計

3、.4.1 凸輪基圓半徑、行程的確定.4.2 從動件運動規(guī)律位移圖的確定.4.3 凸輪輪廓曲線的設計.五、心得體會.參考文獻 .一、工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床， 如圖，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 2。刨床工作時，由導桿 4 經(jīng)過連桿 5 帶動刨刀6 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

4、臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。二、設計要求電動機軸與曲柄軸2 平行，刨刀刀刃點與鉸鏈點的垂直距離為50，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。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用值之內(nèi)， 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)行構件的傳動效率按 0.95 計算，系統(tǒng)有過載保護。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設計。三、設計數(shù)據(jù)其設計數(shù)據(jù)如表 1 所示。本組選擇第三組數(shù)據(jù)題號123456789轉速 n484950525048475560導2桿（r/min ）機機架 l O2O4380350430360

5、370400390410380(mm)構運工作行程310300400330380250390310310動H(mm)分析行程速比系1.461.401.401.441.531.341.501.371.46數(shù) K連桿與導桿之比0.250.30.360.330.30.320.330.250.28l BC lO4B/四、設計內(nèi)容1. 機構的運動尺寸已知擺動導桿機構的行程速比系數(shù)K為 1.40 ，根據(jù)公式 K=，可求出極位夾角=30°，由極位夾角可知導桿的擺角為30°。圖 1由機架長度和擺角可求出曲柄的長度，曲柄的長度 =430mm× sin15 °=111mm。

6、由于 BC 平行且等于 B1C1 ，可得四邊形 BCC1B1 是平行四邊形，根據(jù)平行四邊形法則，得出 BB1=CC1=H=400mm，導桿 O4B=200mm sin15 °=772.7mm。連桿與導桿之比 l BC/ l O4B =0.36 ，連桿的長度 =772.7 ×0.36=278mm。導桿機構的最大壓力角要求應為最小值， 取圖中所示位置的壓力角為 45°，可求得 C 點到 O4點的垂直距離為 885mm。2. 機構的運動分析圖 22.1 導桿的速度、加速度分析解題時應從構件 2 開始，構件 2 和構件 3 的運動關系符合兩構件重合點的關系，適當選擇重合點

7、是解題的關鍵。因為構件 2 上各點的速度、加速度均已知，重合點的選擇取決于構件 3，在構件 3 上應選擇速度方向和加速度方向已知的點作為重合點。本題中重合點應選擇 A 點，因構件 3 上 A 點的速度方向垂直于 O4B, 向心加速度方向由 A 指向 O4，且速度分析后大小可求，切向加速度方向垂直于O4B，滿足上述要求。解首先按長度比例尺繪出機構運動簡圖，如圖2 所示。（ 1）速度分析VA3=LO2A· m s=0.5809m sVA4=VA3+VA4A3方向： O4BO2AO4B大?。海渴街校瑑H V A4 和 VA4A3大小未知，可以求解。選擇速度比例尺 v=0.05 （m/s） /

8、mm任選速度極點 P，過 P 作 PC1 代表 VA3，然后過 C1 點作平行于 O4B 的方向線 C1C2，再過 P 點作 PC2 垂直于 O4A，交 C1C2 于 C2 點，則 PC2 代表 VA4， C1 C2 代表 VA4A3，VA4和VA4A3的大小分別為VA4= v·PA4=9× 0.05 m/s =0.45m/s 4= VA4 l O4A=1.36rad/s(2) 加速度分析加速度的分析步驟與速度分析的步驟基本相同。an+a= aA3 +K+rA4 =aA4A4aA4A3aA4A3方向：AO4O4BA O2O4BO4B大小:l O2A42?4 A4A32 V?

9、K式中， aA4A3 的方向是將 VA4A3 的方向沿 4 的方向轉 90°，于 O4B 指向右下方。選擇加速度比例尺a=0.1 （ms2)/mm任選加速度極點 p ，pA3的長度代表 A3 的加速度 , 長度為 30mm, 、再作 aK長度A4A3rn方向O4B，方向O4B ，再作 aA4A3方向O4B。再過 p 點作 aA4長度為 7.8mm方向O4B，再作 aA4r交點即為 A4 點。與 aA4A3aA4= a· PA4=0.1× 27=2.7m s2=0.1 ×25= 0.25ms2aA4=a·aA4= a=0.76rads2A44l

10、O4A2.2 刨頭的速度、加速度分析（ 1）速度分析VB= l O4B· 4=1.36 × 0.772 m s =1.05m sVC=VB+VCB方向：水平O4BBC大?。?？l O4B· 4？式中，僅 V C 和 VCB大小未知，可以求解。選擇速度比例尺 v =0.05 (m/s)/mmVC= v· pC= 0.05 ×23=1.15 msW5= VCB/L CB=4× 0.05/0.278=0.72rad s(2) 加速度分析nl CB· 52s2= () =6.3 ms2=0.144mCBB A·l O4B l

11、 O4An+C =B +CBCB方向：水平CBBC大?。海窟x擇加速度比例尺 a=0.1 （ms2） mm任選加速度極點nnP1，作 P1B 代表B，過 B 點作 CB，其長度等于 CB a。再作垂。然后過 P1的點 C，則 P1C代表 C。直于 BC的方向線 CB點作水平線，交于 CBC= a· P1B=0.1×54=5.4ms24. 凸輪的機構設計該凸輪機構從動件的運動規(guī)律為等加速、 等減速運動。 各數(shù)據(jù)如下， 本組選擇第三組數(shù)據(jù)。從動件最大15o15o15o15o15o15o15o15o15o凸擺角輪從動件桿長125135130122123124126128130機許用

12、壓力角40°38°42°45°43°44°41°40°42°構推程運動角75°70°65°60°70°75°65°60°72°設計遠休止角10°10°10°10°10°10°10°10°10°回程運動角75°70°65°60°70°75°65°60°

13、72°4.1 凸輪基圓半徑、行程的確定已知從動件 l O9D的長度為 130mm，在圖中任選一點 O9，以 130mm為半徑畫一段圓弧，當從動件處于靜休止位置， 設此時的壓力角為 30°。當從動件轉過 15°，到達遠休止位置，設此時的壓力角為 35°，兩條力的方向線的交點 A 即為凸輪的轉動中心， 因為當凸輪處于靜休止、 遠休止位置， 凸輪對從動件的力的方向過凸輪轉動中心。量出 AD的長度即為凸輪的基圓半徑， DD1 的長度即為凸輪的行程。AD=92mm，DD1=34mm。滾子半徑 =0.2 × AD=18.4mm4.2 從動件運動規(guī)律位移圖的

14、確定從動件的運動規(guī)律為等加速、 等減速運動，根據(jù)凸輪的行程和推程運動角畫出推程的位移圖，如下圖所示。4.3 凸輪輪廓曲線的設計1）設計原理設計凸輪輪廓依據(jù)反轉法原理。即在整個機構加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機架將以（）繞凸輪軸心 O2 逆時針方向反轉，與此同時，從動件將按給定的運動規(guī)律繞其軸心 O9 相對機架擺動，則從動件的尖頂在復合運動中的軌跡就是要設計的凸輪輪廓。2）設計凸輪輪廓的步驟如下（1）將位移曲線 s- 的推程運動角進行等分，得各等分點的位移線。（2）以 O 點為圓心、 34mm為半徑作凸輪的基圓，在基圓上從 A0 點開始逆時針方向量取近

15、休止角、 推程運動角、 遠休止角和回程運動角， 并作推程運動角和回程運動角的各等分點 A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，O點分別與其相連并延長。（3）在 O點與各點的連線上，從基圓起向外截取從動件相應的位移量，得到滾子中心相對于凸輪的一系列位置B1、 B2、B3、B4、 B5、B6、 B7、B8，回程的做法與其相同。（4）將各點連成光滑的曲線，即得所求的凸輪理論輪廓曲線，然后在理論輪廓線上取一系列的點為圓心， 以滾子半徑為半徑， 作一系列的滾子圓， 再做此圓族的內(nèi)包絡線，即為凸輪的實際廓線，如圖所示。五、心得體會經(jīng)過兩周的努力，我們在張老師的指導下做完了我們?nèi)松牡谝粋€課程計，我

16、們感到十分的自豪。 在進行課題設計的過程中， 我們克服了各種因素完成了我們的課題設計。 因為課題設計是在考完試后進行的， 看著周圍的同學都相繼回家了，而我卻要在學校進行課程設計， 心里不由得對課程設計產(chǎn)生了一些抵觸。 但是開始了課程設計才發(fā)現(xiàn)， 原來這個課程設計能對以前所學過的相關知識進行一次全面系統(tǒng)的復習。 ?在設計過程中，我們首先進行的是方案的選擇。經(jīng)過一番比較，我們從4種機構方案中選出了我們認為最佳的方案。通過這一過程我們明白了一個合理的機構在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中的重要性和節(jié)能環(huán)保方面的效果。選擇完機構方案， 通過一些計算和分析我們確定了機構每個構件的尺寸，為下面的機構速度及加速度分析做好了鋪墊。然而在進行機構速度及加速度分析時遇到了在整個課程設計過程中所遇到的最大的一個難題， 即機構的速度及加速度分析和圖解法。由于在學習過程中只是把其的皮毛弄懂而已，故在進行分析時才感到書到用時方恨少！后來通過仔細閱讀機械原理課本關于速度及加速度分析和圖解法部分的內(nèi)容后，對于機構的速度和加速度分析有了更深的理解， 從而對用圖解法求桿件的速度和加速度有了自己的認識。