牛頭刨床設(shè)計說明書

1、牛頭刨床課程設(shè)計說明書1、課程標題與目的1.1課程標題 -牛頭刨床機構(gòu)的課程設(shè)計1.2課程設(shè)計目的1、學(xué)會機械運動簡圖設(shè)計的步驟和方法。2、鞏固所學(xué)的理論知識，掌握機構(gòu)分析與綜合的基本方法。3、培養(yǎng)學(xué)生使用技術(shù)資料，計算作圖及分析與綜合的能力。4、培養(yǎng)學(xué)生進行機械創(chuàng)新設(shè)計的能力。2、設(shè)計內(nèi)容及要求 2.1、設(shè)計內(nèi)容 平面刨削機床運動簡圖設(shè)計及分析，計算刨削機構(gòu)在指定位置的速度、加速度、受力，繪制位移、速度、加速度曲線、平衡力矩曲線、等效阻力矩曲線以及等效驅(qū)動力矩曲線。根據(jù)上述得到的數(shù)據(jù)，確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF。 2.2、機器的工藝功能要求 1、刨削盡可能為勻速，并要求刨刀有急回特性。 2、刨削

2、時工件靜止不動，刨刀空回程后期工件作橫向進給，且每次橫向進給量要求相同，橫向進給量很小并且隨工件的不同可調(diào)。 3、工件加工面被拋去一層后，刨刀能沿垂直工件加工面方向下移一個切削深度，然后工件能方便地作反方向間歇橫向進給，且每次進給量仍然要求相同。 4、原動機采用電動機。 3、機器運動方案簡圖的擬定3.1、機器工藝動作分解及要求根據(jù)機器的工藝功能要求，其工藝動作分解如下：1、刨刀的切削運動：往復(fù)移動，近似均勻，具有急回特性。2、工件的橫向進給運功：間歇運動，每次移動量相同，在刨刀空回程后期完成移動，要求移動量小且調(diào)整容易。工件刨去一層之后能方便地作反向間歇橫向移動進給，同樣要求反向進給量每次相同

3、且易調(diào)整。3、刨刀的垂直進給運動：間歇移動，工件刨去一層之后刨刀下移一次，移動量調(diào)整方便。3.2、機器運動循環(huán)圖 圖3-1 直線式工作循環(huán)圖圖3-2 圓周式工作循環(huán)圖3.3三個執(zhí)行機構(gòu)的選型：3.3.1刨刀的切削運動 按照原始條件，原動機采用電動機，電機轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)運動經(jīng)過減速傳動裝置后再傳給刨刀切削運動的執(zhí)行機構(gòu)，所以它應(yīng)具備回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成雙向移動的功能，常用于實現(xiàn)這一功能的執(zhí)行機構(gòu)有以下幾種： 1、移動從動件凸輪機構(gòu)：一般凸輪作為主動件，做連續(xù)回轉(zhuǎn)運動或平移運動，其輪廓曲線的形狀取決于從動件的運動規(guī)律。圖3-3 凸輪機構(gòu)示意圖凸輪機構(gòu)易實現(xiàn)工作行程勻速及具有急回特性要求，但是受力差，易磨損，

4、行程大時基圓大，凸輪尺寸大，較難平衡和制造。 2、平面連桿機構(gòu)： 圖3-4 平面連桿機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)受力好，磨損小，工作可靠，具有急回特性，但是只能實現(xiàn)近似的勻速運動。3、齒輪齒條機構(gòu)：輪齒條機構(gòu)可實現(xiàn)工作行程為勻速移動的要求，但行程開始及終止時有沖擊，適用于大行程而不適宜于小行程，且必須增加變速機構(gòu)才能得到急回運動。 圖3-5 齒輪齒條機構(gòu)4、螺旋機構(gòu)：圖3-6 螺旋機構(gòu) 螺旋機構(gòu)能得到均速移動的工作行程，且為面接觸，受力好，但行程開始和終止時有沖擊，安裝和潤滑較困難，且必須增設(shè)換向和變速機構(gòu)，才能的到急回運動。 5、凸輪-連桿組合機構(gòu)：圖3-7 凸輪連桿組合機構(gòu) 凸輪-連桿組合機構(gòu)能實現(xiàn)

5、給定的運動要求，但是具有凸輪機構(gòu)存在的缺點，且設(shè)計制造比較復(fù)雜。3.3.2.工件橫向進給運動 工件的橫向進給運動量是很小的，且每次要求等進給量進給，又因為必須防止工件在刨削力的作用下沿橫向移動，所以橫向進給機構(gòu)除了能實現(xiàn)小而且等量進給外，在非進給時還應(yīng)具備有自動固定的功能。螺旋機構(gòu)能滿足這些功能，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。因此，可選用螺旋機構(gòu)作為橫向進給運動的執(zhí)行機構(gòu)，其動力仍然來自驅(qū)動刨刀運動的電動機，不必另設(shè)動力源。工件要能間歇移動，螺旋必須作間歇轉(zhuǎn)動，所以在螺旋機構(gòu)之前必須串聯(lián)一個間歇轉(zhuǎn)動機構(gòu)，且與刨刀切削運動執(zhí)行機構(gòu)相聯(lián)，這樣可以方便實現(xiàn)切削運動和橫向進給運動的協(xié)調(diào)配合。能夠?qū)崿F(xiàn)將連續(xù)回

6、轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成間歇轉(zhuǎn)動的機構(gòu)有：1、槽輪機構(gòu)：圖3-8 槽輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，但每次轉(zhuǎn)角較大且不可調(diào)整，為了反向回轉(zhuǎn)，必須增加反向機構(gòu)。2、曲柄搖桿棘輪機構(gòu)：圖3-9 曲柄搖桿棘輪機構(gòu)曲柄搖桿棘輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，每次轉(zhuǎn)角較小，容易調(diào)整且為等量轉(zhuǎn)動，采用雙向式棘輪還可以方便地實現(xiàn)棘輪反轉(zhuǎn)。3不完全齒輪機構(gòu)：圖3-10 不完全齒輪機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)可以實現(xiàn)等速轉(zhuǎn)位和等量轉(zhuǎn)角，但不可調(diào)整，如需反轉(zhuǎn)必須增加反向機構(gòu)。4、凸輪式間歇運動機構(gòu)：圖3-11 凸輪式間歇運動機構(gòu)凸輪間歇運動機構(gòu)傳動平穩(wěn)，噪音低，適用于高速場合，但凸輪加工復(fù)雜，精度要求高，每次轉(zhuǎn)角不可調(diào)，如需反轉(zhuǎn)應(yīng)

7、增設(shè)反向機構(gòu)。5、星輪機構(gòu)：圖3-12 行星輪系機構(gòu)星輪機構(gòu)具有槽輪機構(gòu)的啟動性能，又兼有不完全齒輪機構(gòu)等速轉(zhuǎn)位的優(yōu)點，可以實現(xiàn)等量轉(zhuǎn)角，但不可調(diào)，同時星輪加工制造困難。 3.3.3、刨刀垂直進給運動 為了實現(xiàn)刨刀的垂直進給運動，可以在刨刀切削運動執(zhí)行件上設(shè)置一個在垂直于刨削方向上能作間歇移動的執(zhí)行機構(gòu)。與橫向進給類似，該執(zhí)行機構(gòu)同樣應(yīng)具有小進給量可調(diào)且在非進給時具有自動固定的功能，同時考慮到動力源可以采用手動，因此采用一個簡單螺旋機構(gòu)作為刨刀垂直進給運動的執(zhí)行機構(gòu)，既簡單又工作可靠。3.3.4、運動方案的確定 根據(jù)以上的分析可知，能實現(xiàn)機器總體工藝功能的方案有許許多多，通過分析比較確定實現(xiàn)該

8、機器的三個工藝動作的執(zhí)行機構(gòu)分別為：1、刨刀切削運動采用平面連桿機構(gòu)。2、工件橫向進給運動采用曲柄搖桿棘輪機構(gòu)與螺旋機構(gòu)串聯(lián)。3、刨刀垂直進給運動采用螺旋機構(gòu)。 為了實現(xiàn)刨刀切削速度盡可能為勻速，作為刨刀切削運動的執(zhí)行機構(gòu) 平面連桿機構(gòu)，應(yīng)該采用平面六桿機構(gòu)來實現(xiàn)。平面連桿機構(gòu)方案確定：參考方案：圖2-13 方案一示意圖 圖2-14 方案二示意圖 圖2-15 方案三示意圖方案分析：對方案一、 1. 機構(gòu)具有確定運動，自由度為F=3n-（2Pl+Ph）=3×5-(2×7+0)=1，曲柄為機構(gòu)原動件；2. 通過曲柄帶動擺動導(dǎo)桿機構(gòu)和滑塊機構(gòu)使刨刀往復(fù)移動，實現(xiàn)切削功能，能滿足功

9、能要求 3. 工作性能，工作行程中，刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求，擺動導(dǎo)桿機構(gòu)使其具有急回作用，可滿足任意行程速比系數(shù)K的要求；4. 傳遞性能，機構(gòu)傳動角恒為90°，傳動性能好，能承受較大的載荷，機構(gòu)運動鏈較長，傳動間隙較大；5. 動力性能，傳動平穩(wěn)，沖擊震動較??；6. 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；7. 經(jīng)濟性，無特殊工藝和設(shè)備要求，成本較低。綜上所述，選擇方案一4、刨刀切削運動機構(gòu)的尺度綜合及運動特性評定4.1 機構(gòu)運動尺寸計算4.1.1原始參數(shù)： 表4-1 原始數(shù)據(jù)刨削平均速度vm(mm/s)530行程速度變化系數(shù)K1.46刨沖程H(mm

10、)320切削阻力Fr(N)3500空行程摩擦阻力（N）175刨刀越程量S(mm)16刨頭重量（N）550桿件比重（N/m）220許用不均勻系數(shù)0.054.1.2各構(gòu)件尺寸： = O4B= = 552.6mmO2O4=O4B= 331.6mm AO2=O2O4 = 96mm BC=BO4 = 138.2mm 垂直高度Y= =540mm 表4-2 機構(gòu)各尺寸LO4BLO2ALBCO2O4HY33.66°552.6mm96mm138.2mm331.6mm570mm540.84.2. 原動件轉(zhuǎn)速n1的計算刨刀的進程和回程共640mm，平均速度是530mm/s，根據(jù)運動關(guān)系:n1=1/T*60

11、=58.979r/min 4.3.主機構(gòu)尺寸綜合及運動分析 圖41機構(gòu)運動簡圖4.3.1曲柄位置“2”速度分析:（列矢量方程，畫速度 圖，加速度圖）取曲柄位置“2”進行速度分析。因構(gòu)件2和3在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故VA2=VA3，其大小等于2lO2A，方向垂直于O2 A線，指向與2一致。2=2n2/60 rad/s=6.173rad/sA3=A2=·lO2A=6.173×0.096m/s=0.5926m/s取構(gòu)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 （41） 大小 ? ?方向 O4A O2A O4B式中 A3=2·lO2A=6.173

12、×0.096m/s=0.5926m/sA4A3=0.435 m/sC5B5=0.125 m/s取速度極點P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm ,作速度多邊形見如圖4-2所示圖4-2 2點速度多邊形取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得 C5=B5+C5B5 （42）大小 ? ?方向 XX O4B BC式中B5=0.565 m/s取速度極點P，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm, 作速度多邊形如圖4-2所示計算結(jié)果的表格表示： 表4-4 .6位置各點的速度A34C5B4CBVc50.385m/s1.022rad/s0.115m/s0.8333 rad/s0.56

13、5 m/s4.3.2 曲柄位置“2”加速度分析取曲柄位置“2”進行加速度分析。因構(gòu)件2和3在A點處的轉(zhuǎn)動副相連，故aA3n= aA2n,其大小等于2lO2A,方向由A指向O2。取3、4構(gòu)件重合點A為研究對象，列加速度矢量方程得： aA4 = aA4n + aA4 = aA3n + aK + aA4A3 （43） 大小: 42lO4A ? 24A4A3 ?方向： BA O4B AO2 O4B（向左）O4B式中 aA4n =42lO4A=0.425 m/s2 aA3n=22·LO2A=6.1732×0.096 m/s2=3.658m/s2aK =24A4A3=0.9m/s2取加

14、速度極點為P,加速度比例尺µa=0.05（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖4-3. aA4=1.875m/s2ac5B5=2.055 m/s2 圖4-3 2點加速度多邊形取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得ac5= aB5+ ac5B5n+ a c5B5 （44）大小 ? ?方向 XX CB BC式中 aB5=2.625 m/s2其加速度多邊形如圖4-3所示計算結(jié)果的表格表示：表4-4 2位置各點的加速度aA3naA4aB5ac53.658m/s21.875m/s22.625 m/s22.525 m/s2 4.3.3 曲柄位置“7”速度分析（列矢量方程，畫速度圖）取曲柄位置“

15、7”進行速度分析，其分析過程同曲柄位置“1”。取構(gòu)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 （45）大小 ? ?方向 O4A O2A O4B式中A3=2·lO2A=6.173×0.096m/s=0.5926m/s取速度極點P，速度比例尺µv=0.01(m/s)/mm A4A3=0.565m/sA4=0.185 m/s作速度多邊形圖4-4所示 圖4-4 7點速度多邊形取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程，得C5=B5+C5B5 （46）大小 ? ?方向 XX O4B BC式中B5=0.250 m/s計算結(jié)果的表格表示：表4-5 7

16、位置各點的速度A3A4A4A3B5Vc50.385m/s0.185 m/s 0.565m/s 0.250 m/s 0.265 m/s4.3.4取曲柄位置“7”進行加速度分析 取曲柄位置“7”進行加速度分析,分析過程同曲柄位置“2”.取曲柄構(gòu)件3和4的重合點A進行加速度分析.列加速度矢量方程,得aA4 = aA4n + a A4 = aA3n + ak + a A4A3 （47）大小 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向 BA O4B AO2 O2B O4B 式中 aA3n=22·LO2A=6.1732×0.096 m/s2=3.658m/s2 ak=24A4 A3=1.

17、385 m/s2aA4n=0.775 m/s2aA4=2.85m/s2aC5B5=1.125 m/s2取加速度極點為P,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多邊形如圖4-5所示圖4-5 7點加速度多邊形 取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得aC5= aB5 + aC5B5n + aC5B5 （48）大小 ? ?方向 xx CB BC式中 a B5=4.65m/s2其加速度多邊形如圖45所示，計算結(jié)果的表格表示：表4-6 7位置各點的加速度4aA4a B5aC5B5aC58.261rad/s22.825 m/ s2 4.6m/s2 1.125 m/s24.575 m/s2以上

18、兩種情況分別為曲柄轉(zhuǎn)過150°和300°時加速度與速度的瞬時分析，這種分析有助于后面的動態(tài)靜力分析。同理可得其他位置的速度，加速度。做成如下曲線： 圖4-6 速度曲線圖 圖4-7 位移曲線圖 圖4-8 加速度曲線圖5、主機構(gòu)的受力分析5.1、位置2的力分析已知各構(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），導(dǎo)桿4繞重切削力P的變化規(guī)律。求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩動態(tài)靜力分析過程：1、取“2”點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析，作阻力圖選取力比例尺µP=50 (N/m)/mm已知P=3500N，G6=550N，又ac=4.57

19、5m/s2那么我們可以計算FI6=-m6×ac =- G6/g×ac =-550/10×2.825=-155.375N又F = P + G6 + FI6 + F45 + FR16 =0 （5-1）方向： x軸 y軸 與ac反向 BC y軸大?。?3500 550 -m6a6 ? ? 作力多邊行如圖5-1所示選取力比例尺µP=50N/mm。2、由圖1-6力多邊形可得：F R45=CD·µN=70.5×50=3375N取構(gòu)件6為受力平衡體，并對C點取距，有分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析。圖5-1.位置2的受力圖已知：F R54=

20、F R45=3375N，G4=220*0.5526=121.572NaS4=aA4·lO4S4/lO4A=1.475m/s2 S4=4=5.256rad/s2可得構(gòu)件4上的慣性力FI4=-G4/g×aS4=-121.572/10×1.475=-30N方向與aS4運動方向相反慣性力偶矩MS4=-JS4·S4=-1.626N·m方向與4運動方向相反（逆時針）將FI4和MS4將合并成一個總慣性力F´S4（=FI4）偏離質(zhì)心S4的距離為hS4= MS4/ FI4，其對S4之矩的方向與4的方向相反（逆時針）3、取構(gòu)件4為受力平衡體，對A點取矩得

21、：在圖上量取所需要的長度lAB=94.5mm lS4A=10.3 mm lO4A=136.5 mmMA=FR54cos15。lABµl+MS4+ FI4cos10。lS4Aµl+G4sin112。lS4Aµl+FRO4lO4Aµl=0（5-2）代入數(shù)據(jù)， 得FRO4x =1425 N 方向垂直O(jiān)4B向左F = FR54 + FR34 + F´S4 + G4 + FRO4 + FRO4n=0 （5-2）方向: BC O4B 與aS4同向 y軸 O4B（向右）O4B大小： ? ?作力的多邊形如圖所示，選取力比例尺µP=50N/mm由圖5-

22、1得：FR34 =4535NFRO4n =875N方向：O4B向上因為曲柄2滑塊3的重量可忽略不計，有F R34 = F R23= FR325.2、位置7的力分析1、取“7”點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析， F = P + G6 + FI6 + F45 + FR16 =0 （5-4）方向： x軸 y軸與ac反向 BC y軸大小： 175 550 -m6a6 ? ? 式中：P=175N G6=550N FI6=-m6×ac =- G6/g×ac =-550/10×8.35=-459.25N2、 取構(gòu)件6為受力平衡體，并對C點取距，MA=FR54cos1

23、5。lABµl+MS4+ FI4cos4。lS4Aµl+G4sin13。lS4Aµl+FRO4lO4Aµl=0 （5-5）式中： F R54= 175N MS4=-2.356N·m G4= 121.572N FI4= 52.337NlAB=170mm F = FR54 + FR34 + F´S4 + G4 + FRO4 + FRO4n=0（5-6）方向: BC O4B 與aS4同向 y軸 O4B（向右）O4B大?。?? ?式中： FR54 =630N FRO4 =-830 NG4= 121.572N FI4= 52.337N6、電機功

24、率與型號的確定6.1、等效阻力矩的計算1. 取曲柄AB為等效構(gòu)件，根據(jù)機構(gòu)位置和切削阻力Fr確定一個運動循環(huán)中的等效阻力矩Mr（）。 （6-1）計算所得數(shù)據(jù)如下表：表4-1 等效力矩計算結(jié)果代號16.1730.28-6.8812.97.941720.565-2.525294.775320.502430.69-1.2411391.14140.76-0.12456.9431.118350.691.1425391.41160.562.725321.75317.66670.2654.57517.257.51628-0.247.29.256.807139-0.958.44026.94510-1.38-0

25、.00229.6739.14111-0.964-8.175112.2127.34212-0.25-7.329.517.09086.2、等效驅(qū)動力矩的計算根據(jù)Mr（）值，采用數(shù)值積分中的梯形法，計算曲柄處于各個位置時Mr（）的功： （6-2）因為驅(qū)動力矩可視為常數(shù)，所以按照： （6-3）。 N*m 6.3、電動機型號的確定由 （6-4） 計算刨刀切削運動所需的功率，得：考慮到機械摩擦損失及工件橫向進給運動所需功率，所以： （6-5）確定電機功率，得： Pd=1.2*Md*1400W得到如下驅(qū)動力與阻抗力圖：圖6-1. 等效力矩與驅(qū)動力線圖電動機型號的確定Y100L-6 p=1500W n=940

26、 r/min 7、飛輪轉(zhuǎn)動慣量估算7.1、等效力矩的計算 1、確定等效力矩 （7-1）2確定等效力矩所做的功，等效力矩和等效力矩所做的功的值如下表所示：表7-1 等效力矩，驅(qū)動力矩其功的計算結(jié)果 位置123456789101112Mr7.94320.5391.4431.1391.4317.77.526.8126.9539.127.3427.09Md230230230230230230230230230230230230功W93.223.0-84-212.3-319.6-388.6-295.1-201.3-118-4142.1137.83求解最大盈虧功 （7-2）求出最大贏虧功Wmax=388.

27、6J7.2、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算 = （7-3）得： JF204 kg m28、減速機構(gòu)的選定8.1計算減速裝置的傳動比齒輪機構(gòu)傳動效率較高，而且容易制作，所以此處所選用的減速機構(gòu)為V帶傳動和齒輪傳動。主動件曲柄的轉(zhuǎn)速n=58.98r/min,電動機的轉(zhuǎn)速為nd=940r/min，則傳動裝置系統(tǒng)的總傳動比 i=nd/n=16 （8-1）所以其間必須配置減速機構(gòu)，可以根據(jù)i值選定減速機構(gòu)的類型和其速度比，減速機構(gòu)傳動比常用比值如所以選擇2個傳動比為4的圓柱齒輪機構(gòu)（閉式）8.2、齒輪的設(shè)計采用標準齒輪，則 m=4 a=20° 齒輪基本參數(shù)如下表 (ha*=1.0 , c*=0.25)表8-1齒輪齒數(shù)齒輪代號分度圓直徑d68mm204mm68mm204mm齒數(shù)z17681768整體機構(gòu)運動簡圖： 圖8-1. 整體機構(gòu)運動簡圖9、參考文獻1鄒慧君，機