牛頭刨床課程設計說明書

1、牛頭刨床課程設計說明書中南大學CENTRAL SOUTH UNIVERSITY課程設計題目：牛頭刨床的設計學生姓名：+ + +學院：機電工程學院專業(yè)班級：機械+班完成時間：7 月10日指導老師：+ + +目錄1、 設計步驟-2 -2、 課程設計的性質、目的和任務 -2 -3、 機械原理課程設計的內容和方法 -2 -4、 設計任務分配 -3 -5、 設計原始數(shù)據(jù) -3 -6、 設計內容-4 -7、 機構工藝動作分解及運動循環(huán)圖 -5 -8、 桿件機構的分析-6 -1. 速度分析：-6 -2. 加速度分析：-8 -3. 導桿結構的力分析-9 -9、 小組成員數(shù)據(jù)及其繪制的曲線 -11 -十、飛輪轉

2、動慣量的計算 -12 -十一、電動機的選擇與確定 -14 -十二、凸輪機構的設計 -17 -十三、參考文獻-21 -十四、心得體會-21 -設計步驟(1) 確定扭頭刨床工作原理。(2) 設計刨床各部件尺寸。(3) 分配設計任務，確定分析點位。(4) 分析刨床桿組機構各構件速度，刨刀的速度。(5) 分析刨床桿組機構各構件加速度，刨刀的加速度。(6) 分析刨床桿組機構個構件力，確定曲柄的理論驅動力矩。(7) 收集、整理、矯正各點數(shù)據(jù)，在同一坐標系中進行繪制。(8) 設計飛輪轉動慣量(9) 設計凸輪輪廓。(10) 選用合理電機裝置課程設計的性質、目的和任務1 .課程設計的目的：機械原理課程設計是高等

3、工業(yè)學校機械類專業(yè)學生第一 次較全面的機械運動學和動力學分析與設計的訓練，是本課程的一個重要教學環(huán) 節(jié)。其意義和目的在于：以機械系統(tǒng)運動方案設計為結合點，把機械原理課程設計的各章理論和方法融會 貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識；培養(yǎng)學生獨立解決有關本課程實際問題的能力，使學生對于機械運動學和動力學 的分析和設計有一個較完整的概念，具備計算、制圖和使用技術資料的能力。2 .課程設計的任務：機械原理課程設計的任務是對機器的主題機構進行運動 分析。動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定的機器的工作要求，在次基礎上設計；或對各 個機構進行運動設計。要求根據(jù)設計任務，繪制必要的圖紙，編寫說明書等。三、 機

4、械原理課程設計的內容和方法a)本次設計主要內容有牛頭刨床的原理學習b)牛頭刨床中曲柄滑塊，曲柄導桿機構的尺寸設計c)牛頭刨床中刨刀的速度，加速度以及曲桿驅動力的分析d)根據(jù)最大盈虧功進行飛輪的設計e)凸輪機構的設計以及繪制凸輪理論實際輪廓曲線f)了解電機的相關知識，為機構選擇合理電機本次設計主要采用矢量圖解法作為最主要的設計和分析方法，借用AutoCAD2012 Excel2010、Origin PRO 8.0 等軟件進行說明書的編寫。無論是 采用作圖法還是解析法設計凸輪廓線，所依據(jù)的基本原理都是反轉法原理。在設計凸輪廓線時，可假設凸輪靜止不動，而其推桿相對凸輪作反轉運動， 同時又在其導軌內作

5、預期運動，作出推桿在這種復合運動中的一系列位置，則其 尖頂?shù)能壽E就是所要求的凸輪廓線。這就是凸輪廓線設計方法的反轉法原理。四、設計任務分配本小組一共有機械1113班某某某、某某某、某某某、某某某、某某某、某某、 某某某七名成員，在課程設計的開始進行了任務分配。主要是對于扭頭刨床的曲 柄導桿，曲柄滑塊，凸輪的設計上進行了任務的分配。在曲柄滑塊，曲柄導軌的設計中，我們組以曲柄豎直向下的位置作為分析的始 點，每隔60度進行一次分析，分析內容包括了速度矢量圖解法分析，加速度矢 量圖解法分析，力的矢量圖解分析，這些點位分別由1 （某某某），2（某某）,5 （某 某某），6 （某某某）,7 （某某某），1

6、0 （某某某）計算。在這些點位的基礎上做 出兩個極位（曲柄順時75度和逆時針75度）（某某某）以及切削始點（順時98 度）（某某某）切削末點（逆時103度）（某某某）。普通分割點以及極位的選取 可通過直接作圖得到。切削始點的得來是在左極位中C點的位置向刨刀導軌右向 皮平移0.05H,后以就作為半徑以點C為圓心作圓與點。為圓心Irb相交取兩個 U交點中右側交點即可。切削終點位置的選取亦可由此方案得到。五、設計原始數(shù)據(jù)刨床參數(shù)參數(shù)項目刨削平均速度%!（mm/s）550行程速度變化系數(shù)K1.40刨刀行程H（mm）300切削阻力4500空行程摩擦阻力。（叫225刨刀越程量AS （mm）15刨頭重量gm

7、520桿件比重（N/m）200機器運轉速度許用不均勻系數(shù)【5】0.05導桿機構設計原始數(shù)據(jù)參數(shù)項目數(shù)值方案II% (mm)90/(mm)117凸輪原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項目甲?？?5；6na油坨推桿運動規(guī)律單位mmmm口計口口mmmm2組15014018751070205458515等加速等減速六、設計內容（1）確定導桿和機架的長度由K如得匚3=30。0+11.40+1由此可得一一一 -導桿設計數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)項目%*%工5到刨刀平臺的距離數(shù)值（mrm579.6347.7569.7確定好了導桿部分的參數(shù)后我們定以曲柄為最低點作為整個曲柄運動的起始點（即 3 = Oc）,以60度為 分位的角度順時開始記點分別為1

8、、2、5、6、7、10再加上兩個極位點3和 9,以及切削始點4,切削末點8。七、 機構工藝動作分解及運動循環(huán)圖(1)機構工藝工作：牛頭刨床的主運動為電動機一變速機構一搖桿機構一滑枕往復運動；牛頭刨床的進給運動為電動機一變速機構一棘輪進給機構一工作臺橫向進給運 動。(2)機構運動循環(huán)圖八、桿件機構的分析選取點位71.速度分析：如圖所示曲柄角速度曲柄的角速度為22：n2606. 72rad / s當曲柄位于7位置時第一個點A :LO3A.2.2.一:,LO2O3LO2A 一 2LO2O3 ' LO2A cos 120=40。36mmLO3B =包9£ =1.45LO3A400.

9、36VA4=VA3' VA4A3-19 -2L O2A大?。悍较颍?_LO3A_LO2A 03AVA2 -2L02A = 6. 7290mm/ s = 604. 8mm/ s取 =8mm /s/mm .做速度矢量圖.由速度影像法得VA = 49.828 = 398.56 mm/ sVB = 398.56579.6/400. 36 = 576.99mmf sV = V = V VV C 5 V C4 V B V C4B大?。海浚?？方向：/ 導桿 _L O3B _L BCVC = pc = 8 70.76mmf s = 566.08mm/ s2 .加速度分析:- -4a A3大?。悍较騐b

10、LO3BVC5Ba naA3576.99579. 6v cbrad / s = 0. 9955rad . s814.43117rad/ s2 = 0. 9867rad / s2naA3223 L03A = 396. 76mm/ saA3a A2co2LO2A-O3AA > O2 LO2AaA3A22 13VA3A24064. 26mmf+ ar aA3A2/ABaA3A2= 2.3VA3A2= 2.3Jva2a3= 2 0. 9955 856. 86mm/s2= 905.67mmfs2取Na =40mm/s/mm .做加速度矢量圖.aKA3A2由加速度影像法得：2aA3 = 54. 7

11、40 = 2188mm/ s2aB = 2188579.6/400. 36 = 3167.56 mm/ s2aC6= aB aC5B aC5B大?。海?，?方向：/DE VCt B ±CBaC5B = ©2LBC = 0. 98672 m 117mmf s2 = 113.91 mm/ s2aKA3A2aC6 : 82.7040 二 3308.mm/ s3 .導桿結構的力分析：對桿件5和6,受力分析如下G5FR45Fr45G6FR16Fr R 5 R 6 = 0其中：FI6 = -n6a6 = -G6a6 = 520 父 2. 9028/ 10 = 151.89N （向右） g

12、F15 = mA = 0. 117 M 200 M 81.20 M 40 M 0.001 / 10 = 7. 6N （方向與 a§ 相反）M5 J 505 （可以忽略） 而對于桿件5,有:- FR45 = 0Fr45 = 11.7（與 CB垂直）F£ FR45G6FR16Fr Fl6Fl5 = 023.411.485204500151.89 8.695/CB1 CB 向向上 向左 向右與a5相反以此做矢量方程由力的影像法，可得到：FR45 : 4323. 01N對桿件3和4,有慣性力矩：5796.、Mi 4 =41 4 = 54.740 / 400. 36° x

13、:dx = 70. 94N m慣性力：_579 6FI4 = 54.740 / 400. 360. 0010. 5796200 = 183. 59N一 G4h1 一 Fr34l QAFR54力2Fr54卜3 一 M 4 一 Fl 5 = 0得出:F R34 =5836.73N又£M02 = 0,叫: 5836. 73 h5 ; 350. 20N m九、 小組成員數(shù)據(jù)及其繪制的曲線點位編號1234567891011備注左極位切削始點切削終點右極位角度0607598120180240257285300360速度-1360-31504806308015684660-308-1360加速度-

14、26981566966.246603450160-3308-3960-6941-8800-269曲柄力矩4813.6020突變到201374.13545.68349.8190突變到2018.3748速度圖:加速度圖:力矩圖600 q600 -400300 -200 -1000 -十、飛輪轉動慣量的計算1.環(huán)取取曲柄02A為等效構件，根據(jù)機構位置和切削阻力 Fr確定一個運動循的等效阻力矩 Mr()根據(jù)Mr(中)值，采用數(shù)值積分中的梯形法，計算曲柄處于各個位置時MK的功10 Mr(*)d*。因為驅動力矩可視為常數(shù)，所以按照2 二Md=10 Md)d中/2兀確定等效驅動力矩Mdo利用軟件Origin

15、 pro我們可得：Md = 193. 632. Mr(中)及Md的數(shù)值和圖3.根據(jù)最大盈虧功的定義，做(角度)-(Mr-Md)圖，如下圖所示|一一| M 加 d|400300-/200-/利用軟件Origin Pro 8.0算面積可以得到:最大虧功為-16794.3255最大贏功為17789.268875最大盈虧功 W = 17789.29 - 16794.33 = 994. 96J不計算Je ,飛輪的最小轉動慣量：J F _ ： W /（ ，L ） = 994 . 96 / 0. 056. 72 2440 . 65 kg m電動機的選擇與確定由上面的討論得出Md = 193. 631) .根

16、據(jù)機構位置和切削阻力Fr確定一個運動循環(huán)中阻力矩所做的功Wr = Fr X (0.9H) + 0.1FrX (1.1H) =1222.43J2) .計算刨刀切削運動所需的功率Pr = Wr Xk v m/ H (1 +k) =1307.32W3) .考慮到機械摩擦損失及工件橫向進給運動所需功率n1P =叫=Md 片=1301. 13W附錄II 常用電動機規(guī)格一,¥系列三相異步電動機Y系列是一般用途的全封閉自闞冷鼠性理三相異及電動機，它是我國燒一段計的新系列三相異步電動 機口Y系列電動機具有高效、節(jié)腦、起動轉翅大、性能好、噪聲低，振動小，可季性高、功率等虢和安裝尺寸符合 1EC標準塔及

17、使用維護方便等優(yōu)點口Y系列電動機適用于在不含易燃、易爆或匾蝕性氣體的一筮場所工作的無特殊塞求的機犍,M金屬切削機 床.泵、風機、運輸機械、攪拌機、農業(yè)機械、食品機械等c由于嫉系列電動機有較好的電動性能1因此也適用于某 些時起動轉艙有較高要求的機械，如壓爆機等mY系列電動機的型號由四部分蛆成：第一部分雙語拼音字號Y直示異步電動機;第二部分數(shù)宇表示機座中 心高(機座不帶底腳時，與機座帶底腳時相同)；第三部分英文字母為機座長度代號(卜一影機座、M中機 座、L一一長機座字母后的敕字為鐵心長度ft號：第四部分橫甥后的數(shù)字為電動機的極數(shù)例:使用條件環(huán)境溫度:隨季節(jié)而變化，但不超過401co海 拔:不超過1

18、000恤頻率：50Hz0電壓：380L接法：3kW及以下為Y接,4 kW及以上為接。工作方式:連續(xù)(S1K安裝結構型式：本系列電機有以下三種基本安裝結構型式(表附U -】)：1) B3：機座帶底腳,端蓋無凸綠&2) B5：機座不帶底腳，端蓋有凸緣口3) 1335：機座帶底腳,端蓋有凸緣口 技術數(shù)據(jù)見表附1-2,衰附1 -1電動機三種基本安會結構型式B3基軍防枸 a 式安裝結將 制 式.nxj.8031580-160仲心司-2技術數(shù)據(jù)功率 <w觀 號1電 舐A轉 速 r/vnin效 率 %功 率因 數(shù)cow堵轉轉矩 馳直塔垂堵特電流馳定電流最大轉垢 藕定潔礪同步轉速 3 OdO r

19、/inin(2 梗350 H?、3so V0.75Y801-22 825750 842,27.02.2L1Y302-22.523770 862.2工。2.21.53.42 840780 852.27.fl2.22.2Y90L-24.72 840鴕0 B62.27.02.23 YtOOL-26.42曬620.872.27.fi2.24Y112M-28.22 89085.50.S722工03.23.5VU2S-2ILL2 WOB5.50.882.07.02.27.5Y132SS”15.02 900跖22 07.02 2iY16GML-221.82 93087.2'''一2.

20、07.02.2嶗Y 60M2-229.42 9308B.2。崩207,02 2境表功率. kW型 號電 流A轉 速 r/miTi效 窄 蔣班率因敗端轉轉知穎定轉短場轉電減 熊顯電悔一大大距 幅定轉矩同步轉速 1 500Hz、湖 V0 55730】-41.51 3如730.762.26.52.20.75Y802-42.01 39074,50.762.26.32.2IIY90S-42.71 4007B0 782,26.52.215Y90L-43.71 400790 792J6 52.22.2Y10DL1-45.01 420810 8222了事2 23Y1WL2-4&.SL 420S2.50

21、 812.27.02.24Y112M-48.81 44084.50 822.27.02.25 5Y132S-41161 44085 5D 842.27.02.27 5Y132M-415.41 440H70.852.2102.2HY160M 422 61 460880.842.27.02.215Y16OL730.31 460阻50 M2.27.02.2I&5Y1S0M-435.91 47091 0.862.07.02.2同步悻速000 r,'miii(6).5UHz.3aUV0.752-391072.50.702.fl6.02,0L1WL-&1291073 50 722.

22、06 0201.5YUXJLT40940T7.50.742.06.02.02.2Y112M-65.6440SC.50.742.06.02.03YB2S-67.2喇830.762.06.52.04Y112M1-59.4960840.772.0632.0$,5Y132 M2-612.6B5.30.782.06.S2,07 sYl6GMi617.097ft860,782.06-52011YJ6OL-424.6Q70P70.7g2.06.52,015YI8AL-631.59708S.50.811.86.S2,0同步轉速 7直)dminfH 橄)、50Hz、380V2.2YB2S-«5.B71

23、DBl0.7J2.0152.03YB2M-S7.7710膛0.722 05.52.04Y160ML 39.9720肺0.732.06.0105 5Y16OM2-813.172t>850.742.06.02.07.5Y】MLT17. 7720肥0.752.05.52.011Y18CL-825.1730 MS0.77L 了6.02.015Y2ML-8Ml734)*0.76L8g.O2.018.5Y225S-B41.373081sft, 76k76 02 0查閱資料可以得到，轉速應為中等轉速較好，減速機構齒輪齒數(shù)不會太大，根據(jù)牛 頭刨床的工況為低速輕載，速度比較穩(wěn)定，具有飛輪調速，沖擊較小的特

24、點。應該 選用的電機為：Y112M-6型電動機額定功率為2.2KW 轉速為940r/min.十二、凸輪機構的設計已知條件設計內容凸 輪 設 計符號L(k(hL 1Mo力國匹務rQ£擺桿運動規(guī)律單位minnun*.M,tLiimnnn方案II150130IB1?205751070857.5等加速等減速凸輪的分工安排：由某某某、某某某畫完，共計 30個點，并對一些點的進行了 理論輪廓曲線和實際輪廓曲線的解析法驗證， 對其誤差進行了分析，胡長風對回 程階段選取了一些點進行分析。設計內容與步驟二次項運動規(guī)律：.：_.二：<i)=+ 26仿小當處于推程等加速運動規(guī)律上擺階段：g§

25、;始點： ,.終點：2=因此，=2 二2”0當處于推程等減速運動規(guī)律上擺階段:終點：0二人速二向,(d=1因此，2'、；0 -、 2二2所以可知回程等加速、等減速運動規(guī)律下擺階段的運動方程為:=- 2 2 22 / 202=24>(d0 -dj/d0回程階段：解析法檢驗理論輪廓線點 17: 6 =320 二，中=11 .388 ：x17 = L0204 sin 110。一 "L04d sin 70、卜"一中0 一中)二 150 sin 110 - 320 - 130 sin 70320 - 34. 412 - 11.388 = 110 396mm牛頭刨床課程設

26、計說明書y 17 = L 0204 cos 110 -' L 04 d cos 70'' 0 = 150 cos 110 -320130 cos 70320 -34.412 -0.735=-4.815mm 從圖中量得 x17 = 110.4mm , y17 = -5.8mm' .一誤差：&X17 =X17 X17 父100%= 110.396110.4 黑 100.004x17110.396/'一 一 ,一 一 一 一 I“17 =匕二ylx100%= -4.815T-5.8 腹 1000.46%y17-4.815點 23: 6=350 二,邛=

27、 0.7 35 °x 23 = L 0204 sin 110 - L 04D sin 70 ，二-,'0 二 150 sin 110 -350 -130 sin 70350 -34.412 -0.735u 75.266mm丫23 = L0204 cos110,二")卜 L04D cos 70。+I一0= 150 cos 110 -350130 cos 70350 -34.412 -0.735 = 42.961mm從圖中量得X23 = 76.2mm, 外 =41.2mmx 23 'x 23 x 23義100% =75.266-76.2"00% =1.

28、24%x 2375.266"00%=*/100%=4.11002013年7月12日-25 -回程階段的檢驗解析法檢驗實際輪廓線點 17: 6=320 ：中=11.388 °,邛=巾-2*6 2/602,，一絲d;：;0dxd、一L 0204 cos 110 -、 - L 04D cos 70、. - ；0 一 ：=一150cos(110 二一&L130cos(70 ：+6一 50 51 +'2=L 0204sin 11061 L04D sin(70« + 6 _中0 _中 1 d6Id6.。44 444 帕、= 150sin(110 一一6)130

29、sin(70 一 + 6中0 中 J1 + 一sin 日=(dx./&yj(dx/d6j +(dy dsj =0.309cos 日=(dy/6 yd(dx . d6 f +(dy d6)2 =0.951因為凸輪的工作線為內等距線，所以X17 =X17 rrcos 二-110.396 15 0.951 =96.131mm 'y17 = y17 一 r sin 1-4.815 -15 0.309 = 一9.45mm從圖中量得x； =96.4 mm , y 4 =_11 .8 mm冰17x 17 - x 17x 17100 00 =96.131 - 96.496.131100 00

30、= 0.28 00 y；7 = y17 - y17 X 100 % = T. 5 «_18J X 100 % = 19 .9 %y 17-9.45點 23: 6=350 =,中= 0.7 35 °,中=2嶺0 才/岔=L 0204 cos110' )-L04D cos 70 -1 -d、, d、=-150cos110=二730cos 70，-00dy = L 0204 sin(110 一一5AL04D sin(70' + 6 中。一中 1* do< do J二 150sin 110,，)730sin 70。+： 0(1 4 "J'0s

31、in 日=(dx/6y J(dx/d6f +(dy dbf =0.621cos u =(dy. &yAdx d6)+(dy d4 =0.784因為凸輪的工作線為內等距線，所以x 23 =x 23 - r cos - 75.266 -15 0.784 = 63.506mm r.Jr.JI _ _ _ _ _ _ _ _y23 = y23 rsin 1-42.961 -15 0.621 = 33.646mm從圖中量得 x23 = 64.1mm, y23 = 31.8mm誤差：&X 23 = x 23x 23 M 100 % = 63 .506 64.1 M 100 %=0.94。 x 23'63 .506/''''一一 -iAv '-y 23 -y 23 . M 100 0 / -33 .646 _ 31 .8 X 1000/_5 490/y 23 =' X 100 於=義 100y<0 = 5.490)y23'33.646/'十三、參考文獻1）孫桓等 機械原理，高等教育出版社，2005.52）鄒慧君，機械設計原理，上海交通大學出版社， 1995.73）鄭文緯、吳克堅，機械原理（第七版），高等教育出版社，2002.64）,機械設計課程設計指導書，高等教育出版社， 2002.65）