牛頭刨床課程設(shè)計(jì)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)(論文)題目: 牛頭刨床 學(xué)生姓名 專 業(yè)_ 機(jī)械類 學(xué) 號_ 222012322220171 班 級_ 2012級 6班 指導(dǎo)教師 成 績_ 工程技術(shù)學(xué)院2014年 7月目 錄1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡介32 擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案52.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)52.1.1 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算52.2 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制72.2.1 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制72.2.2 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖72.3 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析73 對主執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析153.1 速度分析153.1.1 曲柄的速度分析153.1.2 第二類II組的速度分析153.1.3 第三類II組的速度分析163

2、.2 加速度分析163.2.1 曲柄的加速度分析173.2.2 第二類II組的加速度分析173.2.3 第三類II組的加速度分析174 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析185 凸輪的設(shè)計(jì)185.1 設(shè)計(jì)方法216 參考文獻(xiàn)227 致謝22 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-牛頭刨床 1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡介牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖 1為牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡圖。由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪，再經(jīng)齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)凸輪1使其以的角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)過滑塊2、導(dǎo)桿3及連桿4帶動(dòng)刨頭5及刨刀做往復(fù)移動(dòng)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪1通過四桿機(jī)構(gòu)1678與棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨

3、刀繼續(xù)切削。DS5A24B31EC5615050250S3(導(dǎo)桿中點(diǎn)）圖1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡圖 7MO8如圖 2所示為一牛頭刨床的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。而刨床以曲柄擺桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，具有急回特性，符合慢進(jìn)快退的工作要求。圖2 牛頭刨床主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，在切削的前后各有一段約0.05H的空刀距離，而空回行程中則沒有切削阻力。工作過程中受到的阻力如圖 3所示。0.05H0.05HHSFmaxF圖3刨刀切削阻力曲線2 擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案2.

4、1 傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)2.1.1 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算牛頭刨床主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表1表1 牛頭刨床主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)曲柄轉(zhuǎn)速n1機(jī)架LAC刨刀行程H行程速比系數(shù)K連桿與導(dǎo)桿之比LDE/LCD工作阻力F(N)導(dǎo)桿質(zhì)量m3(kg)導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS3(kgm2) 滑塊質(zhì)量m5(kg)設(shè)計(jì)值483803101.460.254500201.170由上訴參數(shù)計(jì)算可得：（1） 極位夾角（2）由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)特性知道：導(dǎo)桿擺角大小等于極位夾角.（3）由行程和可求得: 桿長 (4) 曲柄長(5)由/求得：連DE桿長（6）設(shè)在豎直方向上，點(diǎn)到點(diǎn)最小距離和最大距離分別為,，則導(dǎo) 軌放在距點(diǎn)垂直距離為的水平位置上。則

5、取：點(diǎn)到刨刀導(dǎo)路的垂直距離為 從圖中還可以算得： （7）在圖中量得初始位置 （8）圖中量得：BC的桿長 （9）、 量得構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角=、點(diǎn)的線位移. （10）構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角=。電動(dòng)機(jī)的選擇：選取電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為。傳動(dòng)系統(tǒng)的作用通常是實(shí)現(xiàn)減速、增速和變速，有時(shí)也用作實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，并且在傳遞運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，將原動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 通常要把原動(dòng)機(jī)的輸出運(yùn)動(dòng)傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，僅選用一種傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)的情況較少見，大多數(shù)情況是選擇若干種傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)合理地加以組合布置，構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作要求。在進(jìn)行傳動(dòng)裝置和機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問題： 設(shè)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動(dòng)件

6、的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為，則傳動(dòng)裝置系統(tǒng)的總傳動(dòng)比如果傳動(dòng)裝置系統(tǒng)由n個(gè)傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，其每個(gè)傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比分別為，則 當(dāng)系統(tǒng)為減速傳動(dòng)時(shí)，宜使，并使相鄰兩級傳動(dòng)比相差不要太大。這樣可使中間各級軸有相對較高的轉(zhuǎn)速和較小的扭矩，轉(zhuǎn)軸及軸上的零件可以設(shè)計(jì)得尺寸較小，從而獲得較為緊湊的結(jié)構(gòu)。由上訴知機(jī)構(gòu)總的傳動(dòng)比為：=電動(dòng)機(jī)通過V帶傳動(dòng)，一級傳動(dòng)比定為二級、三級齒輪傳動(dòng)比分別為： =3.3二級減速齒輪齒數(shù)分別為： 三級減速齒輪齒數(shù)分別為： ×10÷3=80.2.2 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制2.2.1 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制詳見A1圖紙2.2.2 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖其中取

7、.圖4 系統(tǒng)工作循環(huán)圖2.3 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 根據(jù)圖2來進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析表2 牛頭刨床在初始位置參數(shù)X(1)X(2)X(3)X(4)X(5)X(6)X(7)X(8)X(9)X(10)（mm）（°）（°）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）（mm）（°） 46176.9°0.51272.1110.02535.34133.84380523.54306 靜力分析和初定各構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù)表3 各構(gòu)件的質(zhì)量參數(shù)(kg)（kg)中點(diǎn)002070001.1解：先建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及方位角。其中共有四個(gè)未知量 。為求解需建立兩個(gè)封閉矢量方程，為此

8、需利用兩個(gè)封閉圖形ABCA及CDEGC，由此可得， (1)寫成投影方程為： =+將上列各式對時(shí)間取一次、二次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣形式，即可得以下速度和加速度方程式。速度方程式： (7-3)機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣： 機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的的速度列陣： 機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣： ：機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的角速度加速度方程式： 7-4機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣求導(dǎo)： 機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的的加速度列陣： 機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣求導(dǎo)： 主程序（matlab）：%牛頭刨床運(yùn)動(dòng)分析主程序%x(1)代表 ;%x(2) 代表構(gòu)件3的轉(zhuǎn)角 ；%x(3）代表構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角 ；%x(4)代表E點(diǎn)的線位移 ;%x(5)代表 ；%x(6)代表 ;%x(

9、7)代表;%x(8)代表;%x(9）代表 ;%x(10)代表構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角 。x= 0.4951 78.6*pi/180 0.51*pi/180 0.3823 0.1113 0.7727 0.2318 0.43 0.76 30*pi/180;%賦初值 dr=pi/180;%度轉(zhuǎn)化為弧度 dth=10*dr;w1=5.236;%每10度計(jì)算一個(gè)點(diǎn)for i=1:37 y=ntpc(x); %調(diào)用從動(dòng)件位置方程求解函數(shù)ntpc(自編) s3=y(1);theta3=y(2);theta4=y(3);se=y(4); %得到位置參數(shù)。 %將各位置參數(shù)用向量儲(chǔ)存，便于后面繪圖，角度用度表示ss3(i)=

10、y(1);th1(i)=x(10)/dr;th3(i)=y(2)/dr;th4(i)=y(3)/dr;sse(i)=y(4);%進(jìn)行速度分析 A=cos(theta3) -s3*sin(theta3) 0 0; sin(theta3) s3*cos(theta3) 0 0; 0 -x(6)*sin(theta3) -x(7)*sin(theta4) -1; 0 x(6)*cos(theta3) x(7)*cos(theta4) 0;%A機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的位置參數(shù)矩陣 B=-x(5)*sin(x(10);x(5)*cos(x(10);0;0;%B機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的位置參數(shù)列陣 yy=w1*inv(A)*B;

11、%公式7-3求解，yy表示機(jī)構(gòu)從動(dòng)件速度列陣，inv(A)是A的逆陣 vs3=yy(1);w3=yy(2);w4=yy(3);vse=yy(4); %將各速度參數(shù)以向量的方式表示，以便后面繪圖 dvs3(i)=yy(1);dw3(i)=yy(2);dw4(i)=yy(3);dvse(i)=yy(4);%dA為從動(dòng)件位置參數(shù)矩陣對時(shí)間一次求導(dǎo)%進(jìn)行加速度分析 dA=-w3*sin(theta3) -vs3*sin(theta3)-s3*w3*cos(theta3) 0 0; w3*cos(theta3) vs3*cos(theta3)-s3*w3*sin(theta3) 0 0; 0 -x(6)

12、*w3*cos(theta3) -x(7)*w4*cos(theta4) 0; 0 -x(6)*w3*sin(theta3) -x(7)*w4*sin(theta4) 0; %dB就是原動(dòng)件位置參數(shù)列陣對時(shí)間一次求導(dǎo) dB=-x(5)*w1*cos(x(10);-x(5)*w1*sin(x(10);0;0; KK=-dA*yy+w1*dB; %KK為公式7-4右端 ya=inv(A)*KK;%公式7-4求解，ya為從動(dòng)件加速度列陣 %將各加速度以向量表示as3(i)=ya(1);atheta3(i)=ya(2);atheta4(i)=ya(3);ase(i)=ya(4); x(10)=x(10

13、)+dth; %計(jì)算下一個(gè)點(diǎn) x(1)=s3; x(2)=theta3; x(3)=theta4; x(4)=se;end%繪制運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線subplot(2,2,1); % 選擇第1個(gè)子窗口plot(th1,th3,th1,th4,th1,sse*1e3);%繪制位置線圖subplot(2,2,2); plot(th1,dw3,th1,dw4,th1,dvse);%繪制速度線圖subplot(2,2,3); plot(th1,atheta3,th1,atheta4,th1,ase); %繪制加速度線圖 %這個(gè)函數(shù)是關(guān)于牛頭刨床位置方程求解，可得：s3,theta3,theta4,sE四個(gè)運(yùn)動(dòng)

14、變量。子程序：function y=ntpc(x)%x(1)代表 ;%x(2) 代表構(gòu)件3的轉(zhuǎn)角 ；%x(3）代表構(gòu)件4的轉(zhuǎn)角；%x(4)代表E點(diǎn)的線位移 ;%x(5)代表 ；%x(6)代表 ;%x(7)代表 ;%x(8)代表 ;%x(9）代表 ;%x(10)代表構(gòu)件1的轉(zhuǎn)角 。%先賦初值；這些初值來自于主程序。s3=x(1);theta3=x(2);theta4=x(3);se=x(4);epsilon=1e-6;%設(shè)置求解精度為10-6%用矩陣的形式表示位置方程組（公式7-2）f=s3*cos(theta3)-x(5)*cos(x(10);s3*sin(theta3)-x(5)*sin(x

15、(10)-x(8); x(6)*cos(theta3)+x(7)*cos(theta4)-se; x(6)*sin(theta3)+x(7)*sin(theta4)-x(9);%用牛頓-辛普森法求解while norm(f)>epsilon %J位置方程組的雅可比矩陣，即從動(dòng)件位置參數(shù)矩陣 J=cos(theta3) -s3*sin(theta3) 0 0; sin(theta3) s3*cos(theta3) 0 0; 0 -x(6)*sin(theta3) -x(7)*sin(theta4) -1; 0 x(6)*cos(theta3) x(7)*cos(theta4) 0; dth

16、=inv(J)*(-1.0*f); %計(jì)算增量，進(jìn)行迭代，inv(J) 為J的逆陣 s3=s3+dth(1); theta3=theta3+dth(2); theta4=theta4+dth(3); se=se+dth(4);f=s3*cos(theta3)-x(5)*cos(x(10);s3*sin(theta3)-x(5)*sin(x(10)-x(8); x(6)*cos(theta3)+x(7)*cos(theta4)-se; x(6)*sin(theta3)+x(7)*sin(theta4)-x(9);norm(f);%若未達(dá)精度，會(huì)繼續(xù)迭代。end%輸出4個(gè)參數(shù)y(1)=s3;y(2

17、)=theta3;y(3)=theta4;y(4)=se; 圖4 刨刀的位置線圖、速度線圖、加速度線圖位置線圖 速度線圖 加速度線圖3 對主執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析取曲柄轉(zhuǎn)角時(shí)進(jìn)行分析（詳見A1圖紙）3.1 速度分析3.1.1 曲柄位置、速度分析曲柄為原動(dòng)件，曲柄的轉(zhuǎn)速為=47 r/min，則起角速度為：=所以，B1點(diǎn)的速度為：VB1=×LAB0.55m/s方向垂直于AB，與轉(zhuǎn)向相同 3.1.2 第二類II組的速度分析此為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)大?。?方向： 速度圖為： b2 b3 p 由圖得： 3.1.3 第三類II組的速度分析 .大小： 方向： 導(dǎo)軌 速度圖為： d4 E4 p由圖得： 3.2

18、 加速度分析（）3.2.1 曲柄的加速度分析B1的加速度為：加速度圖為： P b2 3.2.2 第二類II組的加速度分析=大?。?方向： 加速度圖為：pb3n3由圖得：b2k求得：桿3的角加速度為3.2.3 第三類II組的加速度分析 大小: 方向: 導(dǎo)軌 加速度圖為： nd4p 由圖可得：4 主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析詳見A1圖紙，（）已知：工作阻力：= 導(dǎo)桿質(zhì)量： 導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 滑塊質(zhì)量：從桿4和導(dǎo)軌（滑塊）組成的基本二級組開始分析。第一類二組的動(dòng)態(tài)靜力分析：矢量平衡方程為：矢量圖為： 由圖得到：. 第二類二組的動(dòng)態(tài)靜力分析： F12 偏移距離對點(diǎn)取矩：解得：做矢量圖： G3 FI3 F43 由圖算得： 曲柄受力分析： 解得： 求得：9凸輪機(jī)構(gòu)的曲線的設(shè)計(jì)表4 進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)從動(dòng)件最大擺角 15°凸輪從動(dòng)件桿長（mm）125推程許用壓力角 40°回程許用壓力角 50°滾子半徑（mm）15凸輪角速度（rad/s）5滾子半徑=，凸輪基圓半徑=。由工作循環(huán)圖得到凸輪推程運(yùn)動(dòng)角為=，取凸輪回程運(yùn)動(dòng)角為=，遠(yuǎn)休止角為=，近休止角為。9.1 凸輪機(jī)構(gòu)位移曲線的設(shè)計(jì)由于刨刀速度較低，所以推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律可選用一次