西南大學(xué)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)尾號(hào)5

1、西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)(論文)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(論文) 題目: 牛頭刨床的機(jī)械設(shè)計(jì)說明書 學(xué)生姓名 專 業(yè)_ 學(xué) 號(hào)_ 班 級(jí)_ 指導(dǎo)教師 成 績_ 工程技術(shù)學(xué)院2015年 7月目 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 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì) 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. 靜力分析和初定各構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù) 8. 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 9. 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析圖解法 10. 凸輪的設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 671.引言機(jī)械是人類完成各種設(shè)想的執(zhí)行者,沒有機(jī)

2、械的幫助,人類的種種美好設(shè)想都只能停留在腦海中。因此，人類創(chuàng)造了各種各樣的機(jī)械。機(jī)械創(chuàng)造過程就是機(jī)械的設(shè)計(jì)過程。牛頭刨床簡介 牛頭刨床是加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，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(gòu)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(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)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(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)（執(zhí)行構(gòu)件之二）應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。設(shè)計(jì)條件與要求 1）刨刀每分鐘往復(fù)移動(dòng)的次數(shù)可調(diào)，最小的

3、每分種往復(fù)移動(dòng)次數(shù)為15次（第一檔），最大為80次（第六檔），共六檔，相鄰兩檔每分種往復(fù)移動(dòng)次數(shù)之比理論上應(yīng)相等； 2）刨刀的行程H=150650mm，可用人工無級(jí)調(diào)整； 3）刨刀在一定范圍內(nèi)可隨小刀架實(shí)現(xiàn)手動(dòng)無級(jí)垂直進(jìn)給； 4）刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)的起始位置，在一定范圍內(nèi)可用人工無級(jí)調(diào)整； 5）工作臺(tái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)橫向進(jìn)給，且進(jìn)給量可由人工無級(jí)調(diào)整； 6）為了提高生產(chǎn)效率，要求刨刀的往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)具有急回特性。當(dāng)刨刀取最常用行程（400450mm）時(shí)，其行程速比系數(shù)K控制為1.42.0；7）第四檔時(shí)，刨刀的行程H為400450mm，刨刀的切削力不超過4200N，刨刀的切入、切出空行程均為5%H；8）許用速度

4、不均勻系數(shù)d=0.05。9）工作行程，切削平穩(wěn)（刨刀切削速度盡可能近似為常數(shù)）。2機(jī)構(gòu)的選型 機(jī)構(gòu)選型的任務(wù)是選擇主執(zhí)行機(jī)構(gòu)、輔助主執(zhí)行機(jī)構(gòu)（進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)等）的類型。 2.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型牛頭刨床的刨刀機(jī)構(gòu)為主執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它是實(shí)現(xiàn)往復(fù)移動(dòng)輸出的機(jī)構(gòu)。DS5A24B31EC5615050250S3(導(dǎo)桿中點(diǎn)）圖1設(shè)計(jì)對(duì)象 紐頭刨床是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要結(jié)合課程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，將設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行簡化。如圖1所示，課程設(shè)計(jì)要求對(duì)實(shí)現(xiàn)刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)（由連桿機(jī)構(gòu)組成）和驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)間歇移動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（由凸輪機(jī)構(gòu)組成）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)尺度設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)性能分析。圖中給出了切削力作用點(diǎn)、

5、導(dǎo)桿質(zhì)心S3、滑塊質(zhì)心S5相對(duì)于鉸鏈E的位置。可供選擇的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案如圖2所示。 方案1 方案2 方案3 方案4 方案5 方案6圖2主執(zhí)行機(jī)構(gòu)參考方案由圖1可知主執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將轉(zhuǎn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換為往復(fù)移動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)，選用“連桿機(jī)構(gòu)”。圖中的6個(gè)方案都是自由度與原動(dòng)件都為1，以曲柄為機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件，所以它們都有確定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。方案一、1）、通過曲柄帶動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)使刨刀往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削功能，能滿足功能要求；2）、工作性能，工作行程中，刨刀速度較慢，變化平緩符合切削需要，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其具有急回特性，可滿足行程速比系數(shù)K的要求；3）、傳遞性能，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)角恒為90º，傳動(dòng)性能好，能承受較大

6、的載荷，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈較長，傳動(dòng)間隙較大；4）、動(dòng)力性能，傳動(dòng)平穩(wěn)，沖擊震動(dòng)較??；5）、結(jié)構(gòu)和理性，結(jié)構(gòu)簡單合理，尺寸和質(zhì)量也較小，制造和維修也較容易；6）、經(jīng)濟(jì)性，無特殊工藝和設(shè)備要求，成本較低。綜上說述，所以選擇方案1。2.2 輔助執(zhí)行元件的選型輔助執(zhí)行元件是指控制工件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)（如工作臺(tái)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)）和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（如行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和位置機(jī)構(gòu)） 1.2.1 控制工件運(yùn)動(dòng)的輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 課程設(shè)計(jì)中控制工件運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)所需要滿足的動(dòng)作要求是間歇移動(dòng)，滿足此運(yùn)動(dòng)要求的機(jī)構(gòu)類型有：棘輪齒條機(jī)構(gòu)、摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、從動(dòng)件作間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)的凸輪機(jī)構(gòu)、反凸輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等等。我們常采用棘輪齒條機(jī)構(gòu)，及扇形齒輪齒條

7、機(jī)構(gòu)。我們要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)為：轉(zhuǎn)動(dòng)間歇移動(dòng) 分別有以下幾種方案：a. 槽輪機(jī)構(gòu)：運(yùn)動(dòng)沖擊較大，不適用于牛頭刨床中b. 凸輪間歇機(jī)構(gòu)：由于凸輪的槽數(shù)有限，對(duì)于機(jī)構(gòu)空間占用上有限影響較大，則排除之。c. 不完全齒輪機(jī)構(gòu)：設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，并且難以控制進(jìn)給與空行程的配合過渡。 d. 我們采取先把轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變化，再由擺動(dòng)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，再連接螺旋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)間歇移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)變化。運(yùn)動(dòng)的示意圖如下圖1我們把中間的扇形傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改為用桿件代替，這樣有利于減少機(jī)器的成本費(fèi)用。示意圖如下圖2： 圖1 圖2 1.2.2 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的選型行程調(diào)節(jié)：行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是完成“執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程能在一定范圍內(nèi)人工無級(jí)調(diào)整”這一功能的機(jī)構(gòu)。我

8、們的備選方案有：a. 用螺旋機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)曲柄的長度的機(jī)構(gòu)b. 齒輪齒條調(diào)節(jié)偏心距機(jī)構(gòu)，如下圖 我們采用了方案b，原因是此方案便于操作，并且以實(shí)現(xiàn)微調(diào)。3. 原動(dòng)機(jī)的選用圖3.1給出了各種原動(dòng)機(jī)的類型。課程設(shè)計(jì)中的原動(dòng)機(jī)是交流異步電動(dòng)機(jī)。原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)形式往復(fù)直線往復(fù)擺動(dòng)連續(xù)回轉(zhuǎn)油缸氣缸直線電機(jī)液壓馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)內(nèi)燃機(jī)液壓馬達(dá)氣動(dòng)馬達(dá)電動(dòng)機(jī)汽油機(jī)柴油機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)交流異步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流變頻變速電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)力矩電動(dòng)機(jī) 根據(jù)輸出功率、效率確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)則效率= 0.990.950.940.980.90.75=0.5851-軸承的傳動(dòng)效率為0.99減速器傳動(dòng)效率為0.95V帶傳動(dòng)效率為0.94

9、4-齒輪的傳動(dòng)效率為0.985-帶的傳動(dòng)效率為0.9 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的效率取為0.75 根據(jù)設(shè)計(jì)要求刨刀行程為380mm時(shí)，刨刀的切削力不超過4100N，最大速度為0.7519m/s那么電動(dòng)機(jī)所需的功率至少為： P=F /=4.1*0.7519/0.585=5.27KW，故選Pe=5.5kw，ne=1440r/min，其型號(hào)為：Y132S-44.擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)傳動(dòng)過程為：電動(dòng)機(jī)軸彈性聯(lián)軸器V帶傳動(dòng)第一級(jí)圓柱齒輪減速器軸承第二級(jí)圓柱齒輪軸承主執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖形如下；確定傳動(dòng)比原動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)原動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和工作軸的轉(zhuǎn)速即可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比： 根據(jù)總傳動(dòng)比按各級(jí)傳動(dòng)進(jìn)行分

10、配：. 式中，為各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比。1）在V帶齒輪傳動(dòng)裝置中，一般應(yīng)使<，以使整個(gè)傳動(dòng)裝置的尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊。如果太大就有可能使大輪的半徑R大于減速器的中心高H，從而造成安裝上的困難。2） 對(duì)于兩級(jí)圓柱齒輪減速器，為使兩對(duì)齒輪的齒寬面承載能力大致相等（假定兩對(duì)齒輪的配對(duì)材料和齒寬系數(shù)均相同），以獲得最小的外形尺寸，應(yīng)取高速級(jí)傳動(dòng)比為 =3） 對(duì)于同軸線式兩級(jí)圓柱齒輪減速器，為了提高高速級(jí)齒輪的承載能力，并照顧到各級(jí)齒輪的潤滑條件，可取而分別為減速器的低速級(jí)和高速級(jí)的齒寬系數(shù)）。，b、a分別為齒寬和中心距。4） 為了使兩個(gè)大齒輪的浸油深度大致相等，以利潤滑，對(duì)于展開式和分流式圓柱齒輪減速器

11、通常取=（1.21.3）*。 綜上所述 =28.8 =4 =3 =2.4 =ne/n=28.8,選帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比=4,其基本直徑d1=140mm，d2=560mm（根據(jù)功率及傳動(dòng)比） 第一級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比=4,其齒數(shù)Z1=20，Z2=80，模數(shù)m=4，直徑D1=80mm，D2=320mm=>第二級(jí)齒輪傳動(dòng)比=1.8，其齒數(shù)Z3=60，Z4=108，模數(shù)m=4，直徑D3=260mm，D4=468mm。5繪制系統(tǒng)工作循環(huán)圖由凸輪設(shè)計(jì)可得主執(zhí)行機(jī)構(gòu)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系應(yīng)該滿足當(dāng)刨刀在工作行程時(shí)不進(jìn)給，在刨刀回程時(shí)進(jìn)給。系統(tǒng)工作循環(huán)圖如下： 牛頭刨床直線式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 圓環(huán)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖繪制的

12、步驟如下； 圓環(huán)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 1） 選擇標(biāo)定構(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（圖1）旋轉(zhuǎn)360º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1即使切削運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件又是工作臺(tái)進(jìn)給組合部分的運(yùn)動(dòng)源頭，故選擇曲柄1作標(biāo)定構(gòu)件，顯然是恰當(dāng)?shù)摹?） 作一圓環(huán)表示曲柄1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，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180º+，對(duì)應(yīng)刨刀工作時(shí)曲柄1的轉(zhuǎn)角；下半部分表示刨刀空回行程時(shí)曲柄1的轉(zhuǎn)角。3） 在前述圓環(huán)之外再畫一圓環(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

13、循環(huán)中的轉(zhuǎn)角。以內(nèi)環(huán)中所表示的刨頭運(yùn)動(dòng)規(guī)律為基準(zhǔn)，并在外環(huán)中合理地安排好工作臺(tái)停動(dòng)時(shí)間所對(duì)應(yīng)的曲柄的轉(zhuǎn)角位置，那么，由此二圓環(huán)所組成的循環(huán)圖和形象、準(zhǔn)確地表示出設(shè)計(jì)者對(duì)二執(zhí)行構(gòu)件間運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合的要求。 依據(jù)上述運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖就能比較容易地設(shè)計(jì)出兩曲柄在兩連接齒輪上的相對(duì)位置，以及為保證工作臺(tái)能正確運(yùn)動(dòng)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、棘輪機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等的運(yùn)動(dòng)簡圖參數(shù)。所以，傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以及設(shè)備的安裝，調(diào)試等工作的重要依據(jù)。6.機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)確定6.1主執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺度綜合設(shè)計(jì)任務(wù)書中的設(shè)計(jì)條件與要求中規(guī)定刨刀取最常用行程H為400mm500mm時(shí)機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K控

14、制為1.4-1.5，這個(gè)K和H對(duì)應(yīng)關(guān)系并非必須嚴(yán)格遵守不得有誤，它只是說明具有這種關(guān)系的機(jī)構(gòu)在理論上及實(shí)踐中都曾有良好的性能。本次設(shè)計(jì)的牛頭刨床按K=1.53，H=380mm進(jìn)行尺度綜合。牛頭刨床選用的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖（6-1）所示， 其中機(jī)架的長度AC取定為=370mm；DE桿的長度取為=0.3。其他尺寸有行程速比系數(shù)和壓力角確定，計(jì)算過程如下：a) 由K=1.53計(jì)算極位夾角 b) 由行程H和極位夾角求c) LCD=588.07cmd) 由=370mm和極位夾角計(jì)算曲柄長119.54cmLDE=176.42cm題號(hào)5 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)曲柄轉(zhuǎn)速n150進(jìn)給機(jī)構(gòu)從動(dòng)件最大擺角y15°機(jī)架LA

15、C370凸輪從動(dòng)件桿長(mm)123刨刀行程H380推程許用壓力角a推程40º行程速比系數(shù)K1.53連桿與導(dǎo)桿之比LDE/LCD0.30回程許用壓力角a回程50º工作阻力F(N)4100導(dǎo)桿質(zhì)量m3(kg)22滾子半徑rr(mm15導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS3(kgm2)1.2刀具半徑rc(mm)0.08滑塊質(zhì)量m5(kg)800.05H0.05HHSFmaxF圖6-2刨刀阻力曲線刨刀阻力曲線如圖6-2所示。刨刀在切入、退出工件時(shí)均有0.05H的空載行程。7. 靜力分析和初定各構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù) 機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的家質(zhì)量參數(shù)取決于構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸，構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸取決于機(jī)構(gòu)的真實(shí)受力情況又取決于機(jī)

16、構(gòu)各構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù)，這是一個(gè)循環(huán)過程。當(dāng)機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù)均為0時(shí)，動(dòng)態(tài)靜力分析就變成了靜力分析。8. 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析通過用圖解法(見A1圖）對(duì)主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的E點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，但要先對(duì)D點(diǎn)和B點(diǎn)進(jìn)行分析，我選取了當(dāng)=240°時(shí)，對(duì)其進(jìn)行分析。a） 速度分析 =0.005（m/s）/mm以知m/s() = + 方向 CD AB CD大小 ？ 0.639 ？利用速度圖解法，畫出點(diǎn)的速度所以=0.487m/s =1.784rad/s利用速度影響法得 =1.049 = + 方向 ：水平 CD ED大?。?？ 1.094 ？ 由圖解法，如圖得=0.982=0.196m/s =1.11ra

17、d/s b）加速度分析 =0.05(m/)/mm 由條件得 =3.284m/ =+ =+ =/ =1.98m/ 由速度分析得 = =0.426m/s =2=1.52m/ = + = + + 大小 ？ 1.98 3.284 ？ 1.52方向 BC BC B BCBC 由加速度圖解法得：4.115m/ 3.575m/ =13.095rad/ 用加速度影像得8.936m/ =0.218m/大小 ？ 8.936 0.218 ？方向水平ED 由圖加速度圖解法得=8.05m/ =2.985m/ =/=16.9rad/9. 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析圖解法當(dāng)曲柄從右水平位置轉(zhuǎn)過240

18、度時(shí)，以曲柄為原動(dòng)件，化分基本桿組：滑塊5和構(gòu)件4組成一基本二級(jí)組，桿件3和滑塊2組成另一基本二級(jí)組。各基本桿組：a) 對(duì)于構(gòu)件4,5組成的級(jí)組，構(gòu)件3對(duì)4有力（分解成，）機(jī)架6對(duì)5的正壓力力矩，構(gòu)件4,5之間存在力，構(gòu)件5的自重G，慣性力，對(duì)4、5由=0得，=0，=0 對(duì)4、5 F= + + + =0 =644N 大小 ？ ？ G=g=784N 方向 ED 豎直 水平向左 豎直力的矢量圖 =20N/mm = 840.3N =646.5N對(duì)4，=+=0 得 =646.5N 對(duì)5，=+=0 得 =646.5N對(duì)于2、3組成的級(jí)組，構(gòu)件3有4對(duì)它的反力=，機(jī)架對(duì)構(gòu)件3 的力曲柄1對(duì)2 的力，2對(duì)3的力為正壓力垂直3 ，力矩為。構(gòu)件3上的慣性力和慣性力矩 = （s為桿件3的質(zhì)點(diǎn)）由速度矢量圖得=4.375 =96.25 方向與相反 =15.714 方向