機械原理課程設計牛頭刨床設計

1、機械原理課程設計實習報告一、設計任務二、牛頭刨床 簡介及工作原理三、原始參數(shù)四、導桿機構的運動綜合五、用解析法作導桿機構的運動分析六、導桿機構的動態(tài)靜力分析七、 Matlab 編程并繪圖 八、行星輪系設計 九、變位齒輪設計 十、課程設計總結 十一、參考文獻 十二、粉末成型壓機方案設想圖1牛頭刨床外形圖一、設計任務1牛頭刨床刀桿機構的運動綜合、運動分析和動態(tài)靜力分析;2對牛頭刨床傳動裝置中行星輪機構、齒輪機構進行綜合?！?、牛頭刨床簡介及工作原理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 構件一刨刀能以

2、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牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，電動機經(jīng)行星輪系和齒輪Z4、Z5減速帶動曲柄2轉(zhuǎn)動。刨床工作時，由導桿機構2-3-4-5-6帶動刨頭和刨刀作往復運動。刨頭向左時，刨刀進行切削，這個行程稱工作行程，刨頭受到較大的切削力。刨頭右行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)力。三、原始參數(shù)H :刨頭行程；K :

3、行程速比系數(shù)；Fc切削阻力； m4 m5 m6分別為導桿、連桿及刨 頭的質(zhì)量；J4、J5分別分別為導桿4及導桿5繞各自質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量；ml、mH分別為行星 減速器中心輪及齒輪4、5的模數(shù)；Z4，Z5為齒輪4及5的齒數(shù)；n 1：電機轉(zhuǎn)速；n2 :曲柄 2及齒輪5的轉(zhuǎn)速；k:行星輪個數(shù)。導桿機構的運動分析和運動綜合導桿機構的動力分析HK|O2O3|O3O4/| O3B|bf/|o3B|BS5/| bfm4m5m6J&*JS5Fc單位mmmmkgkgm2kgII6001.83700.50.30.5223520.90.0151400行星輪設計變位齒輪n1n2K類型m1Z4Z5mHa單位rpmm

4、mmmII10008032K-H514491620四、導桿機構的運動綜合設 LO3B=L3 L BF=L4 L O3D=L'6 L O2A=L1 L O3O2=L6Lo3a=Sb L de=Se1、導桿的擺角9K=1.8= 51.432、導桿的長度L3H 二 600mm L3 二H/2二 691.4mmsin /23、連桿的長度L4L4 = 0.3 L3= 207.4mm4、刨頭導路中心線xx至03點的垂直距離L'6L03E = L3 cos，/2= 622.9mm根據(jù)已知xx被認為通過圓弧BB'的繞度ME的中點D知L6 二 Lo3m - Ldm = L35、曲柄的長度

5、L1L6 二 370mm L L6 sin 2 160.5mm6、切削越程長度0.05H,如圖所示0. 05H則切削越程長度為0.05H=0.05X 600=30mm7、機構運動簡圖&計算機構的自由度F=3X 5-2X 7=1五、用解析法作導桿機構的運動分析如圖所示，先建立一直角坐標系，并標出各桿矢量及其方位角。其中共有四個未知量、二4、S3、Se。為求解需建立兩個封閉的矢量方程，為此需利用兩個封閉的圖形O3AO2O3及L6 LX S3T T T -L3 L4 二 L6 Se并寫成投影方程為：S3cosl 二 LjcosS3siM3 二 L6 LjSinL3cos丁3 L4cos丁4

6、一 SE = 0LsSinj LqSins 二 L6由上述各式可解得：“丄 L6 Li sin 01e3 二 arctanL1 cos 0-i八.LLsin 0304 二 arcs in L4_L1 漢 cos 01S3-cos 03Se 二 L3 cos 03 L4 cos 04由以上各式即可求得-3、二4、S3、Se四個運動變量，而滑塊的方位角 屯二七。然后，分別將上式對時間取一次、二次導數(shù)，并寫成矩陣形式，及得一下速度和加速度方程式COSS1-S3sin0sinS3 coss001-LsSin-L4sn4_ 0L 3cos= 3L4COSS°&曲1° W3 二

7、 w LiCOSS-1 wWl°4°vE 一°-L4si nsL4cos4coss -S3si ns sn3 S3COSS 0- L3s ins-°L 3cos= 3-WSi3-S3sin3 S3W3COS300- LwcoSJW6COS3S3cOS3-S3w3sin3001 L1Wisirf1 + Wc01-L3W3COS3-L4W48S401,0而 W2_ 0-L3W3sin3-L4W4sin 40 0 W3、根據(jù)以上各式，將已知參數(shù)代入，即可應用計算機計算。并根據(jù)所得數(shù)值作出機構的位 置線圖、速度線圖、加速度線圖。這些線圖稱為機構的運動線圖。通過這

8、些線圖可以一目 了然的看出機構的一個運動循環(huán)中位移、速度、加速度的變化情況，有利于進一步掌握機 構的性能。六、導桿機構的動態(tài)靜力分析受力分析時不計摩擦，且各約束力和約束反力均設為正方向(1)對刨刀進行受力分析F R56yFR16FR56XFcF6G6為 X = 0,仁 * F R56x丫 = 0，F(xiàn)R56yFri6 一 G6(2)對5桿進行受力分析Fr45xFr65xF 5xF 5yX OFr+F+Fr椚 1=0;(3)Y=OFr切+F 蘇 丫+F 曠 Gj=O;(4)Mm=0)M5+(Frjss FRffik) X (yF 煙)+ ( FR65y - FR時y ) x ( Xf*Xb) =

9、0(5)聯(lián)立(1) (2) (3) (4) (5)各式可以得到矩陣形式如下:( 0 0 0 0 1弘、f-Fc-F 八1 0 0 1 0FiUhG<S0 1 0 1 0FR45yFsx0 0 1 0 1Fk«iGs-Fsy0一(尹f尹)(xf_xb) (yr vb)( xf_xs)I F R<J5y j廠胚丿k 2222)(3)對滑塊3進行受力分析(不計重力)FR43yFR23y廠FR23xX = 0,FR23xFr43x = 0(6)丫二 0,FR23y局3丫 = 0(7)' MO2 二 0,(FR23xFR43x) L1 Sin(FR23yFR43y) L1

10、COS 1 = 0(8)F R54xm4、' X 二 0,FR54xl"4xFr34x Frmx = 0(9)丫二 0,F54y HyFR34y FR14 G4 二 0(10)MS 0，F(xiàn)Rl4x (yS4 一 yO3)FR34x (yS yAFR54x (y yS4)一 FRl4y(XS4 一 Xo3)-FR34y(XS4 一Xa )FR54y(XB一Xs4)M4 二 0(11)(5)對原動件曲柄2進行受力分析曲柄2不計重力，且轉(zhuǎn)動的角速度一定，角加速度為零，慣性力矢和慣性力矩都為零刀 Fx=0,FR32x+FR12x=0 ；刀 Fy=0,FR32y + FR12y=0；刀

11、 MO2=0,Fr32x x L2sin $ +FR32y x L2COS $ =0;各個圖像如下所示:(psPEOJln heaq-角度速度W3、W4和速度VEu11111111i i-2©H 0(220.0.30.4) 40.50.50.6 0 6 07 0.7 0.8時間t/s(s、p2多 g角度力口速度酣、a4和加速度日E00110 B.30.40.40.50.50.6 0.6 07 0.7 0.3時間応導桿、連桿和刨頭的總動能Theta 1 （時間t）八、行星輪系設計門2 二 n5 =80rpmZ5 一 7i45 _門5Z4277nH =門4 =-門5 =n222ni100

12、025i 1H -nH2807已知 乙=14, Z5=49,ni = 1000rpm,280rpm行星輪系的設計必須滿足四個條件:（1）傳動比條件固定行星架H-n-nh n< nH in-n3 nH(2)同心條件計藥乙時1)Z3 二 Z12Z2Z2Z3-乙乙魚廠2)2 2(3)均布條件1HZi Z3K(4)鄰接條件(ZZ2) sin 180 ,/K Z2 2ha由以上各式可得配齒公式-1):1H乙：Z2: Z3: N 二乙:乙(iiH 2).Z (i1 1H2乙:Z2:Z3:NZ11114Z118Z ：25ZZ1:z 1721且Z1Z2Z3為整數(shù)，齒輪結構要緊湊則 Z仁42 Z2=33

13、Z3=108由于各齒輪的齒數(shù)都大于17，故為標準齒輪傳動行星系齒輪的參數(shù)乙，Z2, Z3相互嚙合模數(shù)相等 m廠5d1 =m1乙d2 =m1d3 =m1Z3 =ha1 二ha2二 hf3hf1 =hf 2二 ha3db廠d1cosdb2 二d2cosdb3 二d3cosP1 =P2=P3S1 二S2 二：S3 二九、變位齒輪設計(1)確定傳動類型210mm165mm540mm*二 ham 5mm* *(ha C ) mi=197.34mm=155.05mm二 507.43mmm1m2已知二 6.25mmZ4=14 Z5=49 m = 16mm a = =202tan = 0X X 二(inv -

14、 inv )(ZZ5)12則為等變位齒輪傳動(2)確定變位系數(shù)對于變位齒輪，為有利于強度的提高，小齒輪 4采用正變位，大齒輪5采用負變位，使大小齒輪的強度趨于接近，從而使齒輪承載能力提高。X 1min* Z min h aZ40.176X 2 minZmin* Z min h aZ51.882Zmin則取1 =0.176 x-0.176X 2 min滿足(3)檢驗重合度EhZ4112mm匹 = 392mm2a4 二,(h*a*X1) mH =130.8 mma4arccosr4 cos20=36.4aa5arccos_Z(tan a4T.564ra4r5 cos2024.6-tan ) Z5(

15、tan a5 一 tan ) /故滿足重合度要求(4)變位齒輪4、5的幾何尺寸變位系數(shù)x 1x 2二 0.176節(jié)圓直徑d 4d4=Z 4 m h 二224mmd 5 二 d 5Z 5mH二 784mm嚙合角a=a20齒頂咼h a4=(h* +ax 1) m H =18.816mmh a5 = ( h沖ax2 )m h二 13.184mm齒根高h f4=(h* +a州c - x 1)m H =17.184mmh f5 = ( h州ac州-X 2)m H =22.816mm齒頂圓直徑d ；a 4=d42h a 4二 261.632mmd a5二 d 5+2ha 5=810.368mm齒根圓直徑d f:4二 d4- 2h f 4=189.632mmd f5= d 52hf5738.368mm中心距a =d 1+d2 504mm中心距變動系數(shù)y = 0齒頂高降低系數(shù)y =0十、課程設計總結通過這次機械原理課程設計，提高了我們綜合運用機械原理課程理論的能力，培養(yǎng)了 分析和解決一般機械運動實際問題的能力，并使所學知識得到進一步鞏固、深化和擴展。 掌握了一些常用執(zhí)行機構、傳動機構或簡單機器的設計方法和過程 。這次機械設計課程設計歷時了一個多星期， 時間上雖有些緊張， 做設計的時