牛頭刨床機(jī)械原理課程設(shè)計模板

牛頭刨床機(jī)械原理課程設(shè)計資料內(nèi)容僅供參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。目錄第一章設(shè)計的任務(wù)與原始參數(shù) -3-1.1設(shè)計任務(wù) -3-1.2原始參數(shù) -4-第二章運(yùn)動方案設(shè)計· -5-2.1減速裝置的選擇 -5-2.2刨刀切削運(yùn)動的實現(xiàn)結(jié)構(gòu) -5-第三章電動機(jī)的選擇 -6-3.1確定電機(jī)功率Pd -6-3.2根據(jù)Pd查得電動機(jī)部分型號表選擇電動機(jī) -7-第四章傳動比分配 -8-4.1計算傳動比i和選定減速裝置 -8-第五章減速機(jī)構(gòu)設(shè)計 -9-5.1總體方案圖 -9-5.2減速零件參數(shù) -10-第六章主機(jī)構(gòu)設(shè)計 -12-1.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及標(biāo)號 -12-1.2極位夾角、曲柄1（桿AB）角速度及各桿件長度計算 -12-第七章主機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 -14-7.1.位置分析 -14-7.2.速度分析 -15-7.3.加速度分析 -15-7.4矩陣計算及繪圖 -15-7.5輸出圖像及數(shù)據(jù)表格 -19-第八章主機(jī)構(gòu)受力分析 -21-8.1位置1：θ1=0? -21-8.2位置2：θ1=90? -24-8.3位置3：θ1=270? -26-第九章主機(jī)構(gòu)的速度波動調(diào)節(jié) -29-9.1等效驅(qū)動力矩及飛輪質(zhì)量的計算 -29-9.2運(yùn)用excel函數(shù)及繪圖處理matlab輸出的數(shù)據(jù) -30-第十章小結(jié) -32-10.1心得體會 -32-10.2參考文獻(xiàn) -32-10.3致謝 -32-

第一章設(shè)計的任務(wù)與原始參數(shù)1.1設(shè)計任務(wù)題目:牛頭刨床工作原理:牛頭刨床是一種常見的平面切削加工機(jī)床,電動機(jī)經(jīng)帶傳動、齒輪傳動(圖中未畫出)最后帶動曲柄1(見圖1)轉(zhuǎn)動,刨床工作時,是由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)1-2-3-4-5帶動刨頭和刨刀作往復(fù)運(yùn)動,刨頭5右行時,刨刀切削,稱工作行程,此時要求速度較低而且均勻;刨頭左行時,不進(jìn)行切削,稱空回行程,此時速度較高,以節(jié)省時間提高生產(chǎn)率,為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。圖1牛頭刨床的工藝功能要求如下:1)刨削速度盡可能為勻速,并要求刨刀有急回特性。2)刨削時工件靜止不動,刨刀空回程后期工件作橫向進(jìn)給,且每次橫向進(jìn)給量要求相同,橫向進(jìn)給量很小并可隨工件的不同可調(diào)。3)工件加工面被拋去一層之后,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(jìn)給,且每次進(jìn)給量依然要求相同。4)原動機(jī)采用電動機(jī)。設(shè)計步驟:運(yùn)動方案設(shè)計電動機(jī)的選擇齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(m=4~7)主機(jī)構(gòu)設(shè)計主機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析(矩陣解析法)主機(jī)構(gòu)受力分析(可用圖解法)主機(jī)構(gòu)的速度波動調(diào)節(jié)小結(jié)編制說明書1.2原始參數(shù)刨削平均速度Vm=530mm/s行程速度變化系數(shù)K=1.46刨刀沖程H=320mm切削阻力Fr=3500N空行程摩擦阻力175N刨刀越程量ΔS=16mm刨刀重量550N 桿件線密度220kg/m機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度許用不均勻系數(shù)δ=0.05圖2第二章運(yùn)動方案設(shè)計·2.1減速裝置的選擇原動機(jī)采用電動機(jī),轉(zhuǎn)速較快,故電機(jī)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)運(yùn)動需要經(jīng)過減速裝置再傳給刨刀切削運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu),來使動力速度達(dá)到設(shè)定值,定軸輪系結(jié)構(gòu)簡單緊湊,決定選用定軸輪系作為減速裝置。2.2刨刀切削運(yùn)動的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)按照原始條件,原動機(jī)采用電動機(jī),電機(jī)轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過減速傳動裝置后再傳給刨刀切削運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu),因此它應(yīng)具備將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成雙向移動的功能,常見于實現(xiàn)這一功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下幾種:(1)移動從動件凸輪機(jī)構(gòu):易實現(xiàn)工作行程為勻速及具有急回特性的要求,但受力差,易磨損,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(jī)構(gòu):受力好,磨損小,工作可靠,且具有急回特性,但只能實現(xiàn)近似均速運(yùn)動。(3)齒條機(jī)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,適用于大行程而不宜小行程,且必須增加換向變速機(jī)構(gòu)才能得到急回運(yùn)動。(4)螺旋機(jī)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(jī)構(gòu),才能得到急回運(yùn)動。(5)組合機(jī)構(gòu):如凸輪——連桿組合機(jī)構(gòu),能實現(xiàn)給定的運(yùn)動要求,但具有凸輪機(jī)構(gòu)存在的缺點,且設(shè)計制造較復(fù)雜。綜上所述,刨刀切削運(yùn)動采用平面六桿機(jī)構(gòu)。第三章電動機(jī)的選擇3.1確定電機(jī)功率Pd1)根據(jù)機(jī)構(gòu)位置、切削阻力Fr及空程阻力Fr1確定一個運(yùn)動循環(huán)中阻力矩所做的功。Wr=Fr×(H-2ΔS)+Fr1×(H+2ΔS)(3-1)Wr=1069.6J2)計算刨刀切削運(yùn)動所需的功率Pr=Wr×kVm/H(1+k)(3-2)Pr=1051.393W3)考慮到機(jī)械摩擦損失及工件橫向進(jìn)給運(yùn)動所需功率(估算其效率為80%)Pd=1/0.8*Pr(3-3)Pd=1314.2W3.2根據(jù)Pd查得電動機(jī)部分型號表選擇電動機(jī)型號額定

功率額定

電流轉(zhuǎn)速效率功率

因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流最大轉(zhuǎn)矩噪聲振動

速度重量額定轉(zhuǎn)矩額定電流額定轉(zhuǎn)矩1級2級kWAr/min%COSФ倍倍倍dB(A)mm/sKg同步轉(zhuǎn)速3000r/min2級Y80M1-20.751.8283075.00.842.26.52.366711.817Y80M2-21.12.5283077.00.862.27.02.366711.818Y90S-21.53.4284078.00.852.27.02.370751.822Y90L-22.24.8284080.50.862.27.02.370751.825Y100L-236.4288082.00.872.27.02.374791.834Y112M-248.2289085.50.872.27.02.374791.845Y132S1-25.511.1290085.50.882.07.02.378831.867同步轉(zhuǎn)速1500r/min4級Y80M1-40.551.5139073.00.762.46.02.356671.817Y80M2-40.752139074.50.762.36.02.356671.817Y90S-41.12.7140078.00.782.36.52.361671.825Y90L-41.53.7140079.00.792.36.52.362671.826Y100L1-42.25143081.00.822.27.02.365701.834Y100L2-436.8143082.50.812.27.02.365701.835Y112M-448.8144084.50.822.27.02.368741.847Y132S-45.511.6144085.50.842.27.02.370781.868同步轉(zhuǎn)速1000r/min6級Y90S-60.752.391072.50.72.05.52.256651.821Y90L-61.13.291073.50.72.05.52.256651.824Y100L-61.5494077.50.72.06.02.262671.835Y112M-62.25.694080.50.72.06.02.262671.845Y132S-637.296083.00.82.06.52.266711.866Y132M1-649.496084.00.82.06.52.266711.875Y132M2-65.512.696085.30.82.06.52.266711.885Y160M-67.51797086.00.82.06.52.069751.8116Y160L-61124.697087.00.82.06.52.070751.8139綜合選擇Y90L-4 電動機(jī),額定功率1.5KW,轉(zhuǎn)速1400r/min.

第四章傳動比分配4.1計算傳動比i和選定減速裝置電機(jī)軸轉(zhuǎn)速nd比執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動件(曲柄AB)的轉(zhuǎn)速n1大得多,其比值,因此其間必須配置減速機(jī)構(gòu),能夠根據(jù)i值選定減速機(jī)構(gòu)的類型組合。i=ndn1i=22.94因傳動比較大,普通輪系傳動比不高,故決定采用電動機(jī)→V帶輪→2K-H型行星齒輪系負(fù)號機(jī)構(gòu)組成第五章減速機(jī)構(gòu)設(shè)計5.1總體方案圖傳動效率:對滾動軸承ηb=0.99聯(lián)軸器ηc=0.99V帶輪ηv=0.942K-H型行星齒輪系η2k-h=0.98η總=ηc·ηb·ηv·ηb·ηc·η2k-h(5-1)η總=0.8855.2減速零件參數(shù)結(jié)合減速方案及查閱機(jī)械設(shè)計手冊得:V帶輪基準(zhǔn)直徑:小輪Dd1=31.5mm,大輪Dd2=125mm滑移系數(shù):ε=0.015傳動比i1=Dd2Dd1×1-ε i考慮到齒數(shù)大于100的齒輪滾切時,會因找不到合適的掛輪而影響加工,查閱NGW型行星齒輪傳動齒數(shù)表得:Z1=20,Z2=37,Z3=94傳動比i13H=ω1Hωi1H=1+Z3Z1 i總=i1×i1H i總=非常接近原先設(shè)計的減速機(jī)構(gòu)傳動比齒輪詳細(xì)參數(shù)如下:齒輪Z1Z2Z3齒數(shù)20 37 94模數(shù)m 4 4 4壓力角α(?) 20 20 20分度圓直徑d(mm)80 148 376齒頂高h(yuǎn)a(mm) 4 4 4齒根高h(yuǎn)f(mm) 5 5 5齒全高h(yuǎn)(mm) 9 9 9齒頂圓直徑da(mm) 88 156 368齒根圓直徑df(mm) 70 138 366基圓直徑db(mm) 75.1754 139.0745 353.3244齒距p(mm) 12.5664 12.5664 12.5664基圓齒距(法向)pb(mm)11.808511.8085 11.8085齒厚s(mm) 6.2832 6.2832 6.2832第六章主機(jī)構(gòu)設(shè)計1.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖及標(biāo)號圖41.2極位夾角、曲柄1(桿AB)角速度及各桿件長度計算極位夾角(6-1)θ=33.65853659?刨刀工作行程的刨削平均速度(6-2)曲柄1角速度ω1=6.17623rad/s轉(zhuǎn)速(6-3)n1=61.03903試定l6=0.3m,其它各桿件長度能夠根據(jù)左右兩極限位置的三角關(guān)系計算,能夠很方便精確地使用matlab計算,而且能夠在修改桿件l6的值時馬上算得其它各桿件的值,源代碼如下:clear;k=1.46;l6=0.3;h1=320;h=0.5*h1;%刨刀沖程theta0=(0.5*pi*(k-1))/(k+1);%極位夾角的一半(弧度)l1=sin(theta0)*l6;l3=h/sin(theta0);l4=(l3-(h/tan(theta0)))/(2*sin(theta0));l61=l3*cos(theta0)+l4*sin(theta0);%計算各桿長度savejisuanl;%寫入到文件中供后面計算矩陣使用結(jié)果如下:(單位:m)l1l3l4l6l610.0868560.55640.0408750.30.5408第七章主機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析7.1.位置分析如圖3所示,由于這里有四個未知量,為了求解需要建立兩個封閉的矢量方程。由封閉圖形ABCA可寫出一個矢量方程l6+l1=S3(7-1)分別在xy軸上投影得方程組1l1cosθ1=s3l6+l1sinθ1=s3sinθ3由上式得s3=(l1cosθθ3=cos-1(l1由封閉圖形CDEGC可寫出一個矢量方程l3+l4=l6'+sE分別在xy軸上投影得方程組2:l3cosθ3+l4cosθ4l3sinθ3+l4sinθ4由上式得θ4=sin-1sE=l3cosθ3+l4cosθ7.2.速度分析將式1和2對時間t求一次導(dǎo)數(shù),得速度關(guān)系,并寫成矩陣形式,cosθ3-s3sin7.3.加速度分析將式1和2對時間t求二次導(dǎo)數(shù),得速度關(guān)系,并寫成矩陣形式,cosθ3-s3sin--ω37.4矩陣計算及繪圖matlab程序如下:(為使結(jié)果更加精確,將前面寫入到文件里的數(shù)據(jù)直接加載過來)clear;w1=6.17623;loadjisuanl;%載入前面保存的數(shù)據(jù)文件,包含參數(shù)l1l3l4l6l61等forn=1:3601;theta1(n)=(n-1)*pi/1800;s3(n)=sqrt((l1*cos(theta1(n))).^2+(l6+l1*sin(theta1(n))).^2);theta3(n)=acos(l1*cos(theta1(n))/s3(n));theta4(n)=pi-asin((l61-l3*sin(theta3(n)))/l4);se(n)=l3*cos(theta3(n))+l4*cos(theta4(n));%位移及角位移表示式A1=[cos(theta3(n)),-s3(n)*sin(theta3(n)),0,0;sin(theta3(n)),s3(n)*cos(theta3(n)),0,0;0,-l3*sin(theta3(n)),-l4*sin(theta4(n)),-1;0,l3*cos(theta3(n)),l4*cos(theta4(n)),0];B1=w1*[-l1*sin(theta1(n));l1*cos(theta1(n));0;0];D1=A1\B1;v23(n)=D1(1);w3(n)=D1(2);w4(n)=D1(3);ve(n)=D1(4);A2=[cos(theta3(n)),-s3(n)*sin(theta3(n)),0,0;sin(theta3(n)),s3(n)*cos(theta3(n)),0,0;0,-l3*sin(theta3(n)),-l4*sin(theta4(n)),-1;0,l3*cos(theta3(n)),l4*cos(theta4(n)),0];B2=-[-w3(n)*sin(theta3(n)),(-v23(n)*sin(theta3(n))-s3(n)*w3(n)*cos(theta3(n))),0,0;w3(n)*cos(theta3(n)),(v23(n)*cos(theta3(n))-s3(n)*w3(n)*sin(theta3(n))),0,0;0,-l3*w3(n)*cos(theta3(n)),-l4*w4(n)*cos(theta4(n)),0;0,-l3*w3(n)*sin(theta3(n)),-l4*w4(n)*sin(theta4(n)),0];C2=w1*[-l1*w1*cos(theta1(n));-l1*w1*sin(theta1(n));0;0];B=B2*D1+C2;D2=A2\B;a23(n)=D2(1);a3(n)=D2(2);a4(n)=D2(3);ae(n)=D2(4);end;theta11=theta1*180/pi;y=[theta3*180/pi;theta4*180/pi];w=[w3;w4];a=[a3;a4];figure(1);subplot(2,1,1);[ax]=plotyy(theta11,y,theta11,se);axisauto;gridon;title('位移線圖');xlabel('\it\theta1');set(get(ax(1),'ylabel'),'string','角位移/(\circ)');set(get(ax(2),'ylabel'),'string','位移/m)');text(22,190,'\theta_4');text(22,140,'S_E');text(22,90,'\theta_3');%標(biāo)注曲線subplot(2,2,3);[ax]=plotyy(theta11,w,theta11,ve);gridon;axisauto;title('速度線圖');xlabel('\it\theta1');set(get(ax(1),'ylabel'),'string','角速度/(rad/s)');set(get(ax(2),'ylabel'),'string','速度/(m/s)')text(22,3.5,'\omega_4');text(22,1.5,'\omega_3');text(22,-1,'V_E');subplot(2,2,4);[ax]=plotyy(theta11,a,theta11,ae);gridon;axisauto;title('加速度線圖');xlabel('\it\theta1');set(get(ax(1),'ylabel'),'string','角加速度/(rad/s^2)');set(get(ax(2),'ylabel'),'string','加速度/(n/s^2)');text(10,25,'\alpha_4');text(10,0,'\alpha_3');text(10,-45,'\alpha_E');F=[theta11;theta3./pi*180;theta4./pi*180;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae]';G=F(1:100:3601,:)7.5輸出圖像及數(shù)據(jù)表格機(jī)構(gòu)的位置線圖、速度線圖和加速度線圖各構(gòu)件的位置、速度和加速度

第八章主機(jī)構(gòu)受力分析在A1圖紙上面畫出θ1分別為0?90?270?時各個構(gòu)件的受力圖,然后分析各個構(gòu)件的受力并求出各個未知力的大小。先求出各個構(gòu)件的慣性力和慣性力矩并將大小和方向在A1圖紙上面表示出來,對構(gòu)件4運(yùn)用質(zhì)量代換法,將構(gòu)件4的質(zhì)量集中到DE兩點求其慣性力,同時將桿件的相互作用力用FRabxFRabFRabx=FRaby=-F8.1位置1:θ1=0?引用前面的輸出數(shù)據(jù):在A1圖紙上畫出牛頭刨床各桿的受力圖,將每個力分解沿XY坐標(biāo)軸方向:F5=-maE(8-3)F5+Fr1=FR45x(8-4)分析桿4,用質(zhì)量代換法處理,DE兩端各為12m4,其慣性力矩分別為F41、F42m4=ρl·l4(8-5)F41=-12m4·aEF42n=12m4·ω3F42t=-12m4·α3·l3(FR45y+0.5G4)·l4·sin(θ4-90?)=(FR45x+F41)·l4·cos(θ4-90?)(8-9)X方向上有:F41+FR54X=FR34X+F42n·cosθ3+F42tY方向上有:FR34Y+F42t·cosθ3=F42n·sinθ3+FR54Y返回分析桿5:Y方向上有:G5=FR45Y+FF1+FF2(8-12)對E點取矩:ME=FF2·(12H-SE)-FF1(12H+SE)=0繼續(xù)分析桿3:其慣性力分解為F3n、Fm3=ρl·l3(8-14)F3n=12m3·ω3F3t=-12m3·α3·lM3=J·α3=13·ρl·l32MC=F3t·12·l3+FR23·LCB-FR43X·l3·sinθ3-FR43Y·l3·cosθ3-9.8*m3·cosθ3+M3lCB·cosθ3=l1·cosθ1(8-19)X方向上有:FRCX+FR43X=(FR23+F3t)·sinθ3Y方向上有:FRCY+(FR23+F3t)·cosθ3=FR43Y+G3繼續(xù)分析滑塊2:X方向上有:FR23·sinθ3=FR12X(8-22)Y方向上有:FR23·cosθ3=FR12Y(8-23)最后分析曲柄1:其慣性力為F1m1=ρl·l1(8-24)F1=12m1·ω12·lX方向上有:F1+FR61X=FR21X(8-26)Y方向上有:FR61Y=9.8*m1+FR21Y (8-27)帶入數(shù)據(jù)逐次解得:(單位N)F5FR45XF41F42nF42tFR54YFR34XFR34YFF1267.45442.45184.580.572.16117.60628.95205.6978.93353.47F3nF3tFR23FRCXFRCYFR12XFR12YF17.77293.332415.001972.54652.282319.73671.6231.662288.07858.898.2位置2:θ1=90?在A1圖紙上畫出牛頭刨床各桿的受力圖,將每個力分解沿XY坐標(biāo)軸方向:F5=-maE(8-28)F5+Fr=FR45x(8-29)分析桿4,用質(zhì)量代換法處理,DE兩端各為12m4,其慣性力矩分別為F41、F42m4=ρl·l4(8-30)F41=-12m4·aE(8-31F42n=12m4·ω32·l(FR54y-0.5G4)·l4·cos(θ4-180?)=(FR54x+F41)·l4·sin(θ4-180?)(8-33)X方向上有:F41+FR54X=FR34X(8-34)Y方向上有:FR34Y+F42n+G4=FR54Y(8-返回分析桿5:Y方向上有:G5+FR45Y=FF1+FF2(8-36)對E點取矩:ME=FF2·(12H-SE)-FF1(12H+SE)=0(8-繼續(xù)分析桿3:其慣性力分解為F3n、Fm3=ρl·l3(8-38)F3n=12m3·ω32·lMC=FR23·LCB-FR43X·l3=0[8-40]lCB=l6+l1(8-41)X方向上有:FRCX+FR43X=FR2(8-42)Y方向上有:FRCY+FR43Y=F3n+G3(8-繼續(xù)分析滑塊2:X方向上有:FR23=FR12X(8-44)最后分析曲柄1:其慣性力為F1m1=ρl·l1(8-45)F1=12m1·ω12·l1X方向上有:FR61X=FR21X(8-47)Y方向上有:FR61Y=G+F1(8-48)帶入數(shù)據(jù)逐次解得:(單位N)F5FR45XF41F42nFR54YFR34XFR34YFF1F18.043518.041.454.811108.673514.681015.721032.00626.67F3nFR23FRCXFRCYFR12XF1FR61X65.485054.981540.3249.535054.9831.665054.98218.938.3位置3:θ1=270?在A1圖紙上畫出牛頭刨床各桿的受力圖,將每個力分解沿XY坐標(biāo)軸方向:F5=-maE(8-49)F5+FR45x=Fr1(8-50)分析桿4,用質(zhì)量代換法處理,DE兩端各為12m4,其慣性力矩分別為F41、F42m4=ρl·l4(8-51)F41=-12m4·aEF42n=12m4·ω3(FR54y+0.5G4)·l4·cos(θ4-180?)=(FR54x-F41)·l4·sin(θ4-180?)(8-54)X方向上有:F41+FR34X=FR54X(8-55)Y方向上有:FR34Y=FR54Y+F42n+G4返回分析桿5:Y方向上有:G5=FF1+FF2+FR45Y(8-57)對E點取矩:ME=FF2·(12H-SE)-FF1(12H+SE)繼續(xù)分析桿3:其慣性力分解為F3n、Fm3=ρl·l3(8-59)F3n=12m3·ω3lCB=l6-l1(8-66)MC=FR23·lCB-FR43X·l3=0(8-