牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、目 錄摘要1英文摘要11 引言 21.1 牛頭刨床現(xiàn)狀21.1.1 國(guó)際牛頭刨床使用現(xiàn)狀21.1.2 我國(guó)牛頭刨床使用現(xiàn)狀31.2 液壓牛頭刨床與機(jī)械牛頭刨床的簡(jiǎn)單比較51.3 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)51.3.1 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)要求61.3.2 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)72 原動(dòng)機(jī)的選用 93 牛頭刨床帶傳動(dòng)裝置確定與分析114 牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析124.1 其他方案與原方案的對(duì)比分析 124.2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案確定 134.3 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸 134.3.1 導(dǎo)桿的機(jī)構(gòu)尺寸 144.4 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 154.4.1 速度分析 154.4.2 加速度分

2、析 174.5 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 194.5.1 取構(gòu)件5、6基本桿組為示力體194.5.2 取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體204.5.3 取構(gòu)件2為示力體 215 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)235.1 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì) 235.2 計(jì)算各分點(diǎn)的角位移值 245.2.1 推程運(yùn)動(dòng)階段 245.2.2 回程運(yùn)動(dòng)階段 255.3 用解析法計(jì)算凸輪理論輪廓和實(shí)際輪廓 26總結(jié) 32參考文獻(xiàn) 3334牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)摘要：牛頭刨床是一種靠刀具的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)完成工件的平面切削加工的機(jī)床。通過(guò)給定的原始數(shù)據(jù)，從牛頭刨床原動(dòng)機(jī)的分析選擇、帶傳動(dòng)的分析選擇，到進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸的

3、分析計(jì)算，然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、動(dòng)態(tài)靜力分析，找到其最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。然后再簡(jiǎn)單對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。綜合所有設(shè)計(jì)分析的方案，選擇設(shè)計(jì)出相對(duì)最優(yōu)的牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：牛頭刨床；傳動(dòng)系統(tǒng)；關(guān)鍵部件；最優(yōu)設(shè)計(jì)The key components of the shaper drive system designCollege of electrical and Information EngineeringMechanical engineering and automation professionalWeilu （20906071064）Director：Jiangyu(Lec

4、turer)Abstract：The shaper is a plane cutting a straight reciprocating motion of tool and the work table of intermittent movement to complete the work of the machine tool. Through the original data given, selection, selection of belt drive from the analysis of shaper motive, to analyze actuator size

5、calculation, and then motion analysis, static and dynamic analysis, to find the optimal design scheme. Then a simple design and analysis of cam mechanism. All design and analysis of the choice of design scheme, design of key components of the shaper drive system relatively optimal.Key Words： shaping

6、 machine; transmission system; key parts; optimal design；asp；b/s1 引言目前我國(guó)已經(jīng)擁有了機(jī)械牛頭刨床，液壓牛頭刨床等多種型號(hào)的牛頭刨床。但是每一種型號(hào)都不是全面的全能的，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，每一種機(jī)床都需要進(jìn)行改進(jìn)突破和創(chuàng)新。二零零八年機(jī)械行業(yè)增長(zhǎng)形式一片大好，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)促進(jìn)了對(duì)牛頭刨床的強(qiáng)烈需求從而提供了發(fā)展的良好契機(jī)。牛頭刨床的工作運(yùn)動(dòng)是，經(jīng)過(guò)一定功率的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)V帶輪的傳遞，輸出經(jīng)過(guò)齒輪變速之后，通過(guò)一個(gè)固定短軸連接的大齒輪，短軸和齒輪之間有一定的間距，在這個(gè)間距之間安裝一個(gè)方形滑塊。動(dòng)力的傳輸裝置是靠一個(gè)長(zhǎng)槽搖桿，它

7、的運(yùn)動(dòng)通過(guò)方形滑塊被控制在長(zhǎng)槽內(nèi)滑動(dòng)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大齒輪以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿帶動(dòng)滑塊擺動(dòng)，搖桿通?？梢該u擺較大的角度，我們可以通過(guò)對(duì)大齒輪的中心距進(jìn)行調(diào)整，就能夠?qū)瑝K行程進(jìn)行調(diào)整。1.1 牛頭刨床現(xiàn)狀在第一次工業(yè)革命時(shí)期，首先牛頭刨床被發(fā)明于英國(guó)，就在這個(gè)時(shí)期，還發(fā)明多種其他形式的機(jī)床。對(duì)于機(jī)床的發(fā)明，可以改善我們的生活質(zhì)量水平，在提高生活質(zhì)量的同時(shí)，又可以促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。從世界上牛頭刨床的擁有量上看，德國(guó)是使用牛頭刨床最多的國(guó)家，保守估計(jì)擁有75萬(wàn)臺(tái)左右，美國(guó)的牛頭刨床擁有量也是很多的大概在61萬(wàn)臺(tái)左右。而我國(guó)是新型國(guó)家，牛頭刨床擁有量?jī)H次于德國(guó)和美國(guó)，位于世界第三位，但是中國(guó)至改革開(kāi)

8、放以來(lái)，一直以高速的發(fā)展速度和水平，實(shí)現(xiàn)中國(guó)的現(xiàn)代化和偉大復(fù)興，相信在未來(lái)的多年以后，憑著中國(guó)的高速發(fā)展和世界對(duì)于中國(guó)這個(gè)世界工廠的需求，中國(guó)將成為世界上牛頭刨床擁有量最多的國(guó)家?？v觀我國(guó)牛頭刨床，都只是簡(jiǎn)單的技術(shù)改造，技術(shù)水平還停留在8，90年代，與國(guó)外差距很遠(yuǎn)，它能進(jìn)行一些精度不高的加工。當(dāng)然中國(guó)也沒(méi)有太多的高精度加工要求，這包括模具行業(yè)，真正需要高精度的是航空航天，軍事裝備方面。目前我國(guó)已經(jīng)擁有了機(jī)械牛頭刨床，液壓牛頭刨床，數(shù)控牛頭刨床，還有正在研究的雙向牛頭刨床。但是每一種型號(hào)都不是全面的全能的，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，每一種機(jī)床都需要進(jìn)行改進(jìn)突破和創(chuàng)新。二零零八年機(jī)械行業(yè)增長(zhǎng)形式一片大好，國(guó)

9、民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)促進(jìn)了對(duì)牛頭刨床的強(qiáng)烈需求從而提供了發(fā)展的良好契機(jī)。當(dāng)然中國(guó)也沒(méi)有太多的高精度加工要求，這包括模具行業(yè)，真正需要高精度的是航空航天，軍事裝備方面。1.1.1 國(guó)際牛頭刨床使用現(xiàn)狀德國(guó)的牛頭刨床首先從外形上來(lái)看，整個(gè)機(jī)床造型墩實(shí)厚重，從鑄件到每個(gè)零部件絕對(duì)不會(huì)偷工減料，都用足了料。比如刨削長(zhǎng)度是1米的重量可以達(dá)到5噸多，噸位上面來(lái)說(shuō)看重。這樣可以增加牛頭刨床的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性增加之后，精度就會(huì)提高。還有一個(gè)方面是德國(guó)的牛頭刨床工作效率很高，華枕速度很快可以達(dá)到國(guó)內(nèi)同等質(zhì)量水平的一點(diǎn)5倍以上，電機(jī)功率也很大質(zhì)量也很好所以效率高，能源耗費(fèi)少。所以干起活來(lái)很快，據(jù)我們?cè)诋?dāng)?shù)剡M(jìn)行一項(xiàng)測(cè)試，同

10、樣是刨削一塊鋼板，人家的用時(shí)11分鐘，我們的34分鐘。質(zhì)量好壞一目了然。呵呵，當(dāng)然價(jià)格有點(diǎn)難以接受，3萬(wàn)多歐元，國(guó)人一時(shí)不能承受。史上最大牛頭刨床產(chǎn)自俄羅斯，它的刨削長(zhǎng)度達(dá)到1.8米，比 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的最大牛頭刨床多出30公分。目前我國(guó)最大型號(hào)是來(lái)自沈陽(yáng)的1米5的。如果超過(guò)1米5就很難生產(chǎn)，對(duì)機(jī)床的各個(gè)零件的性能要求就比較高。機(jī)床總重量達(dá)到8噸，屬于重型設(shè)備。據(jù)了解它主要應(yīng)用于船舶螺旋槳的加工和刨削，以及大型設(shè)備的加工。精度也非常高，目前只在北京和上海有現(xiàn)貨和的樣品。一個(gè)機(jī)床的最大型號(hào)能否進(jìn)行突破和向上發(fā)展，代表了一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力，此次俄羅斯試生產(chǎn)成功表明了他的重工業(yè)非常發(fā)達(dá)非常有實(shí)力。1.1.

11、2 我國(guó)牛頭刨床使用現(xiàn)狀目前我國(guó)已經(jīng)擁有了機(jī)械牛頭刨床，液壓牛頭刨床，數(shù)控牛頭刨床，還有正在研究的雙向牛頭刨床。但是每一種型號(hào)都不是全面的全能的，各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，每一種機(jī)床都需要進(jìn)行改進(jìn)突破和創(chuàng)新。二零零八年機(jī)械行業(yè)增長(zhǎng)形式一片大好，國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)促進(jìn)了對(duì)牛頭刨床的強(qiáng)烈需求從而提供了發(fā)展的良好契機(jī)，但是最近一年兩年，國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)普遍不好，我們應(yīng)該如何發(fā)展這是一個(gè)很大的問(wèn)題。應(yīng)該大力發(fā)展裝備制造業(yè)，特別是高端的高技術(shù)含量。國(guó)外機(jī)床很多領(lǐng)域都統(tǒng)治著占據(jù)主導(dǎo)地位，中國(guó)制造都是中低端產(chǎn)品。開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中國(guó)制造，已成為全社會(huì)的共識(shí)?？渴召?gòu)不可行，因?yàn)楦呖萍际侨思业暮诵臋C(jī)密，是國(guó)外經(jīng)濟(jì)命脈，國(guó)外怎

12、么可能會(huì)輕易把技術(shù)傳給你，在幾乎是不可能的，所以我們只有一條路可走，那就是自己研發(fā)。這種境況已經(jīng)迫在眉睫，很多機(jī)床都是低效率的，精度不高的，所生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，質(zhì)量很差。比如說(shuō)汽車，國(guó)產(chǎn)車經(jīng)常出問(wèn)題，磨損大，耗油高，性能不好，是什么原因。那就是因?yàn)樯a(chǎn)汽車零部件的機(jī)床精度不夠造成。這個(gè)方面的例子比比皆是，從各個(gè)方面都能夠反映出來(lái)，甚至是1顆小小的螺絲釘都能夠反映出這個(gè)國(guó)家整體質(zhì)量水平如何，它關(guān)系著人們生活水平的提高，所以我們要切切實(shí)實(shí)的提高機(jī)床的質(zhì)量，牛頭刨床廠家要切切實(shí)實(shí)的提高牛頭刨床的質(zhì)量。過(guò)去的五年規(guī)劃是機(jī)床行業(yè)的黃金發(fā)展時(shí)期，機(jī)床行業(yè)總產(chǎn)值突破5000億元大關(guān)，為了繼續(xù)鞏固國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)

13、業(yè)，國(guó)家計(jì)劃在未來(lái)的五年內(nèi)要繼續(xù)扶持和振興機(jī)床行業(yè)，這是我們國(guó)家跨入發(fā)達(dá)國(guó)家必須要做的功課。國(guó)家從政策上以及稅收的各方面進(jìn)行鼓勵(lì)，在高端裝備領(lǐng)域繼續(xù)擴(kuò)大投資重點(diǎn)發(fā)展高新高科技工廠設(shè)備。自從邁入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)，人民生活水平有了大幅度的提高，各行各業(yè)都有了較大的增長(zhǎng)，無(wú)論是的增長(zhǎng)還是人民存款的增長(zhǎng)都顯示了這個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)蓬勃向上。國(guó)家的宏觀政策也表明中國(guó)應(yīng)該向機(jī)床強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)，機(jī)床行業(yè)應(yīng)該制定中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)的機(jī)床行業(yè)有條不紊地向機(jī)床強(qiáng)國(guó)進(jìn)軍。目前我國(guó)正在處于工業(yè)化國(guó)家中期發(fā)展階段，很多行業(yè)需要進(jìn)一步的鞏固，現(xiàn)在正處于關(guān)鍵發(fā)展階段，如果再努1把力就可以跨入發(fā)達(dá)國(guó)家行列，如果稍有不慎就可

14、能會(huì)原地踏步走或者是倒退。所以在這一期間，我們可以向一些支柱性工業(yè)，比如數(shù)控車床行業(yè)，再比如牛頭刨床行業(yè)，但是這些中小機(jī)床滿足了我國(guó)機(jī)床工程量72%以上的項(xiàng)目，從發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這一階段期間最主要的特點(diǎn)就是制造業(yè)設(shè)備更新發(fā)展速度明顯很快，而且其設(shè)備改造加速，企業(yè)設(shè)備更新改造投資占固定資產(chǎn)投資的比將要逐步提高。隨著信息化產(chǎn)業(yè)升級(jí)需求的釋放及國(guó)家對(duì)于我國(guó)裝備制造業(yè)的大力扶植和國(guó)家出臺(tái)的對(duì)于“裝備制造業(yè)振興規(guī)劃”等一系列利好政策，我國(guó)的機(jī)床制造行業(yè)一定會(huì)迎來(lái)更好的發(fā)展，和長(zhǎng)期高速的進(jìn)步。學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在一些歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，他們國(guó)家的機(jī)床行業(yè)相當(dāng)發(fā)達(dá)許多中小機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用相當(dāng)普遍。

15、但是在我國(guó)機(jī)床人均占有量很低，特別是高端設(shè)備方面人均擁有量更少，這就是我們國(guó)家與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距之所在，從這一點(diǎn)上來(lái)說(shuō)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)的機(jī)床行業(yè)還有很大的發(fā)展空間，無(wú)論是在牛頭刨床上還是在高端設(shè)備數(shù)控機(jī)床方面都需要一個(gè)量的增長(zhǎng)和質(zhì)量的增長(zhǎng)，作為一個(gè)企業(yè)和商人也應(yīng)該看到這個(gè)商機(jī)。我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十二個(gè)五年(2011-2015年)規(guī)劃綱要，未來(lái)我國(guó)制造的發(fā)展將是前所未有的。政府明確了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的計(jì)劃，機(jī)床的發(fā)展也將是前所未有的在整個(gè)規(guī)劃中，中國(guó)政府明確表示要提高人民的生活水平，主要加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。機(jī)床和機(jī)械企業(yè)尤其注重外在政策的調(diào)整，因?yàn)樗驼麄€(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)息息相關(guān)。在過(guò)去的五年時(shí)間李米娜中國(guó)政府證

16、明了英明領(lǐng)導(dǎo)，社會(huì)國(guó)家的發(fā)展贏得了飛躍的進(jìn)步，大幅提升了綜合國(guó)力，2010年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值GDP達(dá)到39.8萬(wàn)億元，躍居世界第二位，國(guó)家財(cái)政收入也達(dá)到了質(zhì)的飛躍；調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)加快步伐，糧食生產(chǎn)在于農(nóng)業(yè)方面特別是連年獲得好收成，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)積極進(jìn)展取得了優(yōu)化升級(jí)。未來(lái)五年機(jī)床行業(yè)面臨大發(fā)展時(shí)期，據(jù)一些經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)測(cè)，除非國(guó)家發(fā)生重大事件或者全球化生突發(fā)性事件，比如戰(zhàn)爭(zhēng)或者是全球性經(jīng)濟(jì)危機(jī)。由此看到未來(lái)的經(jīng)濟(jì)規(guī)模是現(xiàn)在的好幾倍，那么機(jī)床需求量會(huì)大幅上升，可見(jiàn)未來(lái)機(jī)床市場(chǎng)大有潛力面臨大發(fā)展時(shí)期。必定會(huì)促進(jìn)加工中心，數(shù)控行機(jī)床大發(fā)展，由于中國(guó)的經(jīng)濟(jì)基數(shù)大，所以對(duì)中小機(jī)床需求量也會(huì)大增，向搖臂鉆、牛頭刨床、銑床

17、將會(huì)增長(zhǎng)100%左右。1.2 液壓牛頭刨床與機(jī)械牛頭刨床的簡(jiǎn)單比較從經(jīng)濟(jì)環(huán)保上來(lái)看，因?yàn)樗泻?jiǎn)單結(jié)構(gòu)可以由電動(dòng)機(jī)直接帶動(dòng)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，免除了中間動(dòng)力傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)和通過(guò)的液壓泵的這一個(gè)過(guò)程，所以更直接更經(jīng)濟(jì)和環(huán)保，動(dòng)力傳輸消耗方面也是比較小。 從動(dòng)力強(qiáng)勁上面來(lái)說(shuō)，還是液壓牛頭刨床要好，雖然在過(guò)程傳輸中有一些損耗動(dòng)力，可是通過(guò)液壓泵，一部分動(dòng)力傳輸?shù)脚俚渡媳患訌?qiáng)了，對(duì)于加工大型的零部件還是液壓的牛頭刨床要好。 雖說(shuō)中國(guó)現(xiàn)階段市場(chǎng)上最主要的還是機(jī)械式和液壓式牛頭刨床，但對(duì)于日后的發(fā)展而言，數(shù)控機(jī)床還是日后發(fā)展的方向。出于本國(guó)實(shí)情出發(fā)，由于勞動(dòng)力成本低，機(jī)械式牛頭刨床價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需技術(shù)過(guò)硬的特殊人

18、才，易于上手加工，維修維護(hù)方便、簡(jiǎn)單等這些種種因素都促使大多生產(chǎn)廠商不愿購(gòu)買使用更為先進(jìn)的數(shù)控牛頭刨床；另一方面則是來(lái)自于國(guó)際上的因素，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床雖然產(chǎn)量很大，市場(chǎng)將來(lái)也會(huì)很大，但是高等技術(shù)還是被歐洲所控制，中國(guó)最好的數(shù)控機(jī)床也趕不上美國(guó)和歐洲的一流機(jī)床。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)2012年第一季度，數(shù)控機(jī)床進(jìn)口80多億美元同比增長(zhǎng)40%，大部分為高檔機(jī)床。雖然中國(guó)經(jīng)濟(jì)降溫，但是進(jìn)口量仍然高速飛漲。這意味著許多行業(yè)正在向高精、高細(xì)、高速、柔性、智能，方向發(fā)展。目前市場(chǎng)上五軸聯(lián)動(dòng)加工中心多用于航天航空、軍事軍工、高精密儀器、衛(wèi)星部件。1.3 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)牛頭刨床是一種靠往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的刀具及間

19、歇運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)來(lái)完成平面切削加工工件的的機(jī)床。如圖1-1所示，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速箱的減速傳動(dòng)裝置，帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)，完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。工作行程時(shí)，刨刀速度要平穩(wěn)；空回行程時(shí)。刨刀要退回快速，即要有急回作用。圖1-1 牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.3.1 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)要求電動(dòng)機(jī)軸與曲柄軸平行，刨刀刀刃點(diǎn)E和鉸鏈點(diǎn)C的垂直距離為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，有輕微沖擊的載荷。允許轉(zhuǎn)速偏差為5%的曲柄2。對(duì)于導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)最大壓力角應(yīng)為最小值；凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角也應(yīng)在許用值范圍內(nèi)，擺動(dòng)從動(dòng)件9的升、回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律均為等加速、等減速運(yùn)動(dòng)，執(zhí)行構(gòu)件的

20、傳動(dòng)效率按0.95計(jì)算，有過(guò)載保護(hù)的系統(tǒng)，按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)。c）牛頭刨床關(guān)鍵部件簡(jiǎn)圖圖1-2 牛頭刨床的參考示意圖1.3.2 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表1-1 牛頭刨床傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)12345678910導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)速 （r/min）48495052504847556056機(jī)架/mm380350430360370400390410380370工作行程/mm310300400330380250390310310320行程速比系數(shù)K1.461.401.401.441.531.341.501.371.461.48連桿與導(dǎo)桿之比0.250.300.360.330.300

21、.320.330.250.280.26導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析工作阻力/N4500460038004000410052004200400060005500導(dǎo)桿質(zhì)量20202220222426282622滑塊質(zhì)量70708080809080708060導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.11.11.21.21.21.31.21.11.21.2凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從動(dòng)件最大擺角從動(dòng)件桿長(zhǎng)125135130122123124126128130132許用壓力角40384245434441404245推程運(yùn)動(dòng)角75706560707565607274遠(yuǎn)休止角10101010101010101010回程運(yùn)動(dòng)角75706560707

22、5656072742 牛頭刨床原動(dòng)機(jī)的選用牛頭刨床的工作運(yùn)動(dòng)是，經(jīng)過(guò)一定功率的電動(dòng)機(jī)，通過(guò)V帶輪的傳遞，輸出經(jīng)過(guò)齒輪變速之后，通過(guò)一個(gè)固定短軸連接的大齒輪，短軸和齒輪之間有一定的間距，在這個(gè)間距之間安裝一個(gè)方形滑塊。動(dòng)力的傳輸裝置是靠一個(gè)長(zhǎng)槽搖桿，它的運(yùn)動(dòng)通過(guò)方形滑塊被控制在長(zhǎng)槽內(nèi)滑動(dòng)。當(dāng)原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)大齒輪以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿帶動(dòng)滑塊擺動(dòng)，搖桿通?？梢該u擺較大的角度，我們可以通過(guò)對(duì)大齒輪的中心距進(jìn)行調(diào)整，就能夠?qū)瑝K行程進(jìn)行調(diào)整。電動(dòng)機(jī)有各種類型（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)等）。交流三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、體積小、維護(hù)方便、運(yùn)

23、行可靠、堅(jiān)固耐用；能保持恒速運(yùn)行及經(jīng)受較頻繁的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)及制動(dòng)；但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，調(diào)速困難。相對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)不方便，而且要用直流電源；雖然伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小，但是其控制線性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，只適用于的小功率控制系統(tǒng)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振，難以運(yùn)轉(zhuǎn)較高的轉(zhuǎn)速，能源運(yùn)用效率低，而且在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生共振和噪聲；一般機(jī)械系統(tǒng)中運(yùn)用最多的是交流三相異步電動(dòng)機(jī)。所以，綜合考慮各方面的條件，確定原動(dòng)機(jī)為交流三相異步電動(dòng)機(jī)。原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速確定為：根據(jù)表2-1所設(shè)計(jì)的主執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可選擇出原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為之間為宜，可

24、以選擇。原動(dòng)機(jī)的類型確定為：Y型三相異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-100L1-4.其額定功率為,額定電流為，效率為，噪聲也比較低。選擇給定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)表的第一組數(shù)據(jù)作為分析設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)表見(jiàn)下頁(yè)：表2-1 牛頭刨床關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)表導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析轉(zhuǎn)速 （r/min）機(jī)架/mm工作行程/mm行程速比系數(shù)K連桿與導(dǎo)桿之比工作阻力/N導(dǎo)桿質(zhì)量滑塊質(zhì)量導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量483803101.460.25450020701.1凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從動(dòng)件最大擺角從動(dòng)件桿長(zhǎng)許用壓力角推程運(yùn)動(dòng)角遠(yuǎn)休止角回程運(yùn)動(dòng)角125407510753 牛頭刨床帶傳動(dòng)裝置確定與分析在牛頭刨床工作過(guò)程中

25、，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)裝置（帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)），完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。電動(dòng)機(jī)不宜與齒輪減速裝置直接聯(lián)接，中間需要機(jī)械傳動(dòng)方式連接，通常我們運(yùn)用到的有鏈傳動(dòng)，帶傳動(dòng)，和摩擦輪傳動(dòng)幾種。雖說(shuō)中國(guó)現(xiàn)階段市場(chǎng)上最主要的還是機(jī)械式和液壓式牛頭刨床，但對(duì)于日后的發(fā)展而言，數(shù)控機(jī)床還是日后發(fā)展的方向。出于本國(guó)實(shí)情出發(fā)，由于勞動(dòng)力成本低，機(jī)械式牛頭刨床價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需技術(shù)過(guò)硬的特殊人才，易于上手加工，維修維護(hù)方便、簡(jiǎn)單等這些種種因素都促使大多生產(chǎn)廠商不愿購(gòu)買使用更為先進(jìn)的數(shù)控牛頭刨床；另一方面則是來(lái)自于國(guó)際上的因素，中國(guó)的數(shù)控機(jī)床雖然產(chǎn)量很大，市場(chǎng)將來(lái)也會(huì)很大，其中

26、應(yīng)用最為廣泛的是帶傳動(dòng)在與執(zhí)行機(jī)構(gòu)聯(lián)接中需要用到減速裝置，自然就用到齒輪減速裝置。綜合考慮各方面的因素選擇帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)又可分為平帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)和多楔帶傳動(dòng)（如圖3-1所示）圖3-1 摩擦輪帶傳動(dòng)的幾種類型平帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率高，在傳動(dòng)中心距較大的情況之下應(yīng)用較多。V帶傳動(dòng)的V帶的橫截面呈等腰梯形，帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽，傳動(dòng)時(shí)，V帶的兩個(gè)側(cè)面和輪槽接觸，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，大多數(shù)V帶已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，V帶的特點(diǎn)使其獲得了廣泛的應(yīng)用。多楔帶主要用于傳動(dòng)功率較大同時(shí)要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。圓帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其材料多為皮革、棉、麻、棉綸、聚氨酯等。多

27、用于小功率傳動(dòng)。綜合各種帶傳動(dòng)的分析對(duì)比，應(yīng)選擇V帶傳動(dòng)。4 牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)分析如圖1-1 牛頭刨床的簡(jiǎn)圖所示，。圖為其參考示意圖。（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。刨床工作時(shí)，刨頭6由曲柄2帶動(dòng)右行，刨刀進(jìn)行切削，稱為工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；刨刀左行時(shí)，即為空回行程，此行程無(wú)工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)連同工件在垂直紙面方向上做一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。按照?qǐng)D1-2 牛頭刨床的參考示意圖所示，畫(huà)出原方案的簡(jiǎn)圖如下：圖4-1

28、牛頭刨床原方案簡(jiǎn)圖4.1 其他方案與原方案的對(duì)比分析 （a） (b) (c)圖4-2 三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案簡(jiǎn)圖（a） ：因?yàn)槠渥杂啥?，機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。此方案以滑塊機(jī)構(gòu)替代轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，增加了摩擦，以曲柄機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的刨刀需加一個(gè)較大的力，動(dòng)力性能較差。（b） ：因?yàn)槠渥杂啥?機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。其沖擊振動(dòng)較大，零件易磨損，維護(hù)較難，對(duì)設(shè)備要求較高，導(dǎo)致成本增加。（c） ：因?yàn)槠渥杂啥? 機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。與原方案相比，結(jié)構(gòu)同樣簡(jiǎn)單，但由于此方案中刨頭會(huì)受到曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)向上的力，不利于力的傳動(dòng)。4.2 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的方案確定就原方案而言：1. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)，自由度為，曲柄為機(jī)構(gòu)原動(dòng)件；2. 刨刀通過(guò)曲

29、柄帶動(dòng)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切削功能，能滿足功能要求3. 對(duì)于牛頭刨床的工作性能。牛頭刨床工作行程中，刨刀行動(dòng)速度較慢，擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其具有急回作用，可滿足任意行程速比系數(shù)的要求；4. 傳遞性能，傳動(dòng)性能好，能承受較大的載荷，傳動(dòng)間隙較大；5. 動(dòng)力性能，傳動(dòng)平穩(wěn)，工作過(guò)程中沖擊震動(dòng)較??；6. 牛頭刨床的結(jié)構(gòu)和理性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，尺寸和質(zhì)量也較小，制造和維修也較容易；7. 在經(jīng)濟(jì)成本性方面，無(wú)特殊復(fù)雜的工藝和設(shè)備要求，成本較低故我們綜合各方面的因素可以選擇原方案的執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.3 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸選擇原始分析數(shù)據(jù)：表4-1 選擇第一組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)

30、動(dòng)態(tài)靜力分析轉(zhuǎn)速 （r/min）機(jī)架/mm工作行程/mm行程速比系數(shù)K連桿與導(dǎo)桿之比工作阻力/N導(dǎo)桿質(zhì)量滑塊質(zhì)量導(dǎo)桿4質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量483803101.460.25450020701.14.3.1 導(dǎo)桿的機(jī)構(gòu)尺寸根據(jù)行程速比系數(shù)K與極位夾角的關(guān)系公式： （4-1）由原始數(shù)據(jù)知，行程速比系數(shù)K=1.46，機(jī)架，工作行程則代入數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算得，原動(dòng)件桿4的極位夾角： 由三角形的正弦函數(shù)定理得曲柄2的長(zhǎng)度： （4-2）導(dǎo)桿4的長(zhǎng)度是： （4-3）連桿5的長(zhǎng)度： （4-4）最終算出各尺寸， 運(yùn)用AutoCAD畫(huà)出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖4-3 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖4.4 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析4.4.1 速度分析圖4-4 機(jī)構(gòu)左右極

31、限簡(jiǎn)圖機(jī)構(gòu)的左右極限位置用紅色實(shí)線表示，一般位置用黑實(shí)線表示，A點(diǎn)是速度分析開(kāi)始點(diǎn)，取為重合點(diǎn)進(jìn)行求解。已知曲柄的轉(zhuǎn)速，所以點(diǎn)的速度為： （4-5）其方向垂直于,指向與的轉(zhuǎn)向一致。由運(yùn)動(dòng)合成原理可知，重合點(diǎn)有 （4-6）方向： 大?。?? ?取極點(diǎn)，按比例尺作與機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖繪在同一圖樣上的速度圖，如圖3-2所示：圖4-5 速度圖利用公式和各個(gè)值之間的關(guān)系可以求出構(gòu)件4（3）的角速度和構(gòu)件4上B點(diǎn)的速度以及構(gòu)件4與構(gòu)件3上重合點(diǎn)A的相對(duì)速度。由于 （4-7）可以求出導(dǎo)桿4角速度 （4-8） 所以可以得出，構(gòu)件4與構(gòu)件3上重合點(diǎn)A的相對(duì)速度的值是： （4-9）對(duì)構(gòu)件5上B、C點(diǎn)，列同一構(gòu)件兩點(diǎn)間的速度

32、矢量方程： （4-10）方向： 大?。?? ?（3-8）即也就是滑塊6的速度 （4-11）滑塊6位移的值是： （4-12）4.4.2 加速度分析我們從已知的點(diǎn)一次進(jìn)行計(jì)算得出以下結(jié)果：所以 （4-13）大?。?? ?方向： A A /取極點(diǎn)，如圖4-6所示：圖4-6 加速度圖根據(jù)已知條件可以求出：所以可以求出構(gòu)件4的角加速度為： （4-14）大?。?？ ？方向：/水平軸 CB 刨頭6的加速度 （4-15） （4-16）4.5 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 （4-17）4.5.1 取構(gòu)件5、6基本桿組為示力體因構(gòu)件5為二力桿，只對(duì)構(gòu)件6作受力分析即可，首先列力平衡方程： 大?。?？ ？方向： /水平軸

33、 /水平軸 /BC按比例尺作力多邊形，如圖4-7，求出運(yùn)動(dòng)副反力和。 （4-18） （4-19） a) b)c)圖4-7 力的多邊形示意圖4.5.2 取構(gòu)件3、4基本桿組為示力體已知，則我們可以求出反力： （4-20）圖4-8然后我們可以再對(duì)構(gòu)件4列力平衡方程，求出機(jī)架對(duì)構(gòu)件4的反力：大?。?？方向： /BC ？ （4-21）4.5.3 取構(gòu)件2為示力體圖4-9 （4-22）5 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)原始數(shù)據(jù)如下表所示表5-1 凸輪機(jī)構(gòu)的原始數(shù)據(jù)5.1 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的設(shè)計(jì)已知表5-1的基本數(shù)據(jù)，根據(jù)公式 （5-1）可以算出近休止角：，而擺動(dòng)推桿，所以牛頭刨床的的凸輪機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如下圖5-1簡(jiǎn)圖

34、所示圖5-1 擺動(dòng)從動(dòng)件盤形的凸輪機(jī)構(gòu)凸輪與從動(dòng)件的接觸點(diǎn)D的速度方向垂直于,而D點(diǎn)的受力方向垂直于平底。因此其壓力角的計(jì)算公式為： (5-2) （5-3）由此可得壓力角和基圓半徑大小的關(guān)系，壓力角越大，則基圓半徑越小。在其他參數(shù)不變的情況下，當(dāng)壓力角為許用壓力角時(shí)，并且選擇正確的從動(dòng)件偏置方向后，可以得到最小的基圓半徑，此時(shí)5.2 計(jì)算各分點(diǎn)的角位移值5.2.1 推程運(yùn)動(dòng)階段從動(dòng)件的的最大擺角，所以擺桿按等加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上擺的角度范圍是。 （5-4）其中推程運(yùn)動(dòng)角，所以在推程運(yùn)動(dòng)階段，取為一個(gè)分度值，則 0 7.51522.53037.5 00.31.22.74.87.5從動(dòng)件的的最大擺角，

35、所以擺桿按等減速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律上擺的角度范圍是。 （5-5）其中推程運(yùn)動(dòng)角，所以在推程運(yùn)動(dòng)階段，取為一個(gè)分度值，則 37.54552.56067.575 7.510.212.313.814.7155.2.2 回程運(yùn)動(dòng)階段從動(dòng)件的的最大擺角，所以擺桿按等加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下擺的角度范圍是。 （5-6）其中推程運(yùn)動(dòng)角，所以在推程運(yùn)動(dòng)階段，取為一個(gè)分度值，則 0 7.51522.53037.5 1514.713.812.310.27.5從動(dòng)件的的最大擺角，所以擺桿按等減速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律下擺的角度范圍是。 （5-7）其中推程運(yùn)動(dòng)角，所以在推程運(yùn)動(dòng)階段，取為一個(gè)分度值，則 37.54552.56067.575 7.54.82.71.20.305.3 用解析法計(jì)算凸輪理論輪廓和實(shí)際輪廓擺桿的初始位置角 滾子中心處D點(diǎn)的