牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述

機(jī)械原理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生：汪在福班級(jí)：鐵車(chē)二班學(xué)號(hào)：20116473指導(dǎo)老師：何俊機(jī)械原理設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名汪在福班級(jí)鐵車(chē)二班學(xué)號(hào)20116473一、設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介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(jī)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(gòu)件—刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)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(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)二、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與要求電動(dòng)機(jī)軸與曲柄軸2平行，刨刀刀刃D點(diǎn)與鉸鏈點(diǎn)C的垂直距離為50mm，使用壽命10年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2轉(zhuǎn)速偏差為±5％。要求導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值；凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值［a之內(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)件的傳動(dòng)效率按0.95計(jì)算，系統(tǒng)有過(guò)載保護(hù)。按小批量生產(chǎn)題號(hào)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜力分析凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)速轉(zhuǎn)架機(jī)作行程工彳程速比系數(shù)行連桿與導(dǎo)桿之比作阻力桿質(zhì)量導(dǎo)塊質(zhì)量滑桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量導(dǎo)動(dòng)件最大擺角從動(dòng)桿桿長(zhǎng)從用壓力角許程、 運(yùn)動(dòng)角推休止角遠(yuǎn)程、 運(yùn)動(dòng)角C05304004.40.3638002208.21513012456015規(guī)模設(shè)計(jì)回6三、 設(shè)計(jì)任務(wù)1、根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定2一3個(gè)其他形式的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)），并對(duì)這些機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析對(duì)比。2、 根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸。并將設(shè)計(jì)結(jié)果和步驟寫(xiě)在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)中。3、 用軟件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，并畫(huà)出輸出機(jī)構(gòu)的位移、速度、和加速度線圖。。4、 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析。通過(guò)參數(shù)化的建模，細(xì)化機(jī)構(gòu)仿真模型，并給系統(tǒng)加力，寫(xiě)出外加力的參數(shù)化函數(shù)語(yǔ)句，打印外加力的曲線，并求出最大平衡力矩和功率。5、 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪的基本尺寸（基圓半徑ro、機(jī)架10209和滾子半徑rr）,并將運(yùn)算結(jié)果寫(xiě)在說(shuō)明書(shū)中。將凸輪機(jī)構(gòu)放在直角坐標(biāo)系下，在軟件中建模，畫(huà)出凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)際廓線，打印出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和凸輪機(jī)構(gòu)仿真模型。6、 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。應(yīng)包括設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程等。四.設(shè)計(jì)過(guò)程（一）方案選擇與確定方案一：如圖（1）采用雙曲柄六桿機(jī)構(gòu)ABCD，曲柄AB和CD不等長(zhǎng)。方案特點(diǎn)：（1）主動(dòng)曲柄AB等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄DC做變速運(yùn)動(dòng)，并有急回特性。（2）在雙曲柄機(jī)構(gòu)ABCD上串聯(lián)偏置式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)DCE，并在滑塊上固結(jié)刨頭，兩個(gè)連桿機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使急回作用更加顯著。同時(shí)回程有較大方案二：方案為偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。如圖二圖二方案特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點(diǎn)。一是由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長(zhǎng)的曲柄，從而帶來(lái)機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)空間較大；二是機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。

方案三：由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案（二）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD中，隨著行程速比系數(shù)K的增大，機(jī)構(gòu)的最大壓力角仍然較大，而且整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（二）更大。如圖三圖三方案四：由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案克服了方案（三）的缺點(diǎn)，傳力特性好，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較緩慢。如圖四圖四方案確定：綜上，方案四較為合理圖四方案確定：綜上，方案四較為合理二）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸的確定令O點(diǎn)為基點(diǎn)用以確定尺寸，滑塊6導(dǎo)程回路距基點(diǎn)O距離L;擺動(dòng)導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)所44繞圓心O距基點(diǎn)O距離l;導(dǎo)桿OA的長(zhǎng)度l;導(dǎo)桿OB的長(zhǎng)度l;連桿bc長(zhǎng)2 4 O2O4 2 O2A 4 O4B度】BC。

工作行程H=400mm；由題目已知尺寸及相互關(guān)系：工作行程H=400mm；機(jī)架l430mm；O2O4連桿與導(dǎo)桿之比卜0.36; 行程速比系數(shù)K1.4。O4B.根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)尺寸極位夾角：k180。1 1.4180。?1=30ok11.41導(dǎo)桿長(zhǎng)度1H1400 1773mmBO42?2sin15連桿長(zhǎng)度：1=0.361=278mmBC BO4曲柄長(zhǎng)度：1 lsin430*sin15111mmAO2O2O42為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有良好的傳動(dòng)力特性；即要求設(shè)計(jì)時(shí)使得機(jī)構(gòu)的最大壓力角具有最小，,應(yīng)此分析得出：只有將構(gòu)件5即B點(diǎn)移到兩極限位置連線的中垂線上,才能保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的最大壓力角具有最小值。分析如下：解：當(dāng)導(dǎo)桿擺到左邊最大位置時(shí)，最大壓力角為，刨頭可能的最大壓力角位置是3導(dǎo)桿B和B',設(shè)壓力角為 ， (見(jiàn)下圖五)。根據(jù)幾何關(guān)系二石［。由于與2 3 2 1 2, 呈背離關(guān)系，即增加則，減小且>。則要使機(jī)構(gòu)整體壓力最小，1 3 2 1 3 3 1

B50223404□+B50223404□+圖五）圖六）（三）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制選取一長(zhǎng)度比例尺，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪圖如圖六所示通過(guò)上面的計(jì)算，確定數(shù)據(jù)匯總?cè)缦拢簶O位夾角：30度連桿：278mm導(dǎo)桿：778mm曲柄：111mm高度：760mm四）靜力分析1）對(duì)曲柄,由平衡條件有：O221x21yF=0,yM=0,F=0,yM=0,o4FO4yF=0,x+F43y+F23COS64-m2g=0；2）對(duì)導(dǎo)桿，又平衡條件有：-Flsin。+Flcos。-1/2mglcos。+Fs=043x3 4 43y3 4 2 3 4 23 33）對(duì)滑塊,由平衡條件有4）對(duì)連桿，由平衡條件有F=0,xF=0,y-F-F=0；34xmaxFcy-F34y=0；M=0，o4Flcos。+Flsin。=0cy4 5 max4 5綜上所述聯(lián)立方程求得F=-F34xmaxF二-Ftan。cymax5

F二-Ftan。34ymax5F=（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）/sTOC\o"1-5"\h\z23max3 4max53 4 2 3 4 3F=-F+（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）sin。/sO4xmaxmax3 4max53 4 2 3 4 3 3F=mg-Ftan。-（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）O4y2max5max3 4max53 4 2 3 4cos。/s43F=-（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）sin。/s12x max3 4max53 4 2 3 4 4 3F12y=maxlsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）cos。F12y=maxFo2x=F12xFo2yFo2x=F12xFo2y= F12yT=（FNmaxlsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）lcos（0-。T=（FNmax3 4max53 4 2 3 4 1 2 4 3五）凸輪設(shè)計(jì)1.凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求概述：1）已知擺桿9作等加速等減速運(yùn)動(dòng)，要求確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑，有題目可以知道該凸輪機(jī)構(gòu)的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律為等加速等減速運(yùn)動(dòng)各數(shù)據(jù)如表：符號(hào)丁max?d^902rorr①s?'a單位°moo數(shù)據(jù)515. 130150611565106542

2）由以上給定的各參數(shù)值及運(yùn)動(dòng)規(guī)律可得其運(yùn)動(dòng)方程如下表：推程0<2p〈①o/2回程①o+①s<p〈①o+①s+①'o,〃二24*①*①/(25n)〃二n/12—24(p-17n/36)2/25n①=96p/25①=—96(p-17n/36)2/250=192n/250=-192n/25推程①o/2<p〈①o回程①o+①s+O,o/2sCp〈①o+①s+〃二兀/12-24(5n/12-p) 〃=24(8n/9—p)2/25n①=96(5n/12-p)2/12①=—96(8n/9—p)2/250=-192n/250=192n/253）依據(jù)上述運(yùn)動(dòng)方程繪制角位移〃、角速度①、及角加速度0的曲線:（1）、角位移曲線：、取凸輪轉(zhuǎn)角比例尺U=125°/mn和螺桿擺角的比例尺”=0.°/mn在軸上截?。≒ &線段代表，過(guò)3點(diǎn)做橫軸的垂線，并在該垂線上截取33＇代表（先做前半部分拋物線）.做03的等分點(diǎn)1、2兩點(diǎn)，分別過(guò)這兩點(diǎn)做/軸的平行線。、將左方矩形邊等分成相同的分?jǐn)?shù)，得到點(diǎn)1’和2、將坐標(biāo)原點(diǎn)分別與點(diǎn)1’，2’，3’相連,得線段01’，02’和03’，分別超過(guò)1,2,3點(diǎn)且平行與屮軸的直線交與1",2"和3".、將點(diǎn)0,1",2",3"連成光滑的曲線,即為等加速運(yùn)動(dòng)的位移曲線的部分，后半段等減速運(yùn)動(dòng)的位移曲線的畫(huà)法與之相似.（2）角速度①曲線：

①、選凸輪轉(zhuǎn)角比例尺U=1.25°/mm和角速度比例尺”=0.0837(rad/s)/mm，在軸上(P (0截取線段代表。②由角速度方程可得P=P/2,0=omax，求得v換算到圖示長(zhǎng)度,3點(diǎn)處p=O/2,故o max 0omax位于過(guò)3點(diǎn)且平行與o軸的直線.由于運(yùn)動(dòng)為等加速、等減速,故連接03’即為此max段的角速度圖,下一端為等減速連接3’6即為這段角速度曲線。③其他段與上述畫(huà)法相同,只是與原運(yùn)動(dòng)相反。五．運(yùn)動(dòng)仿真通過(guò)adams進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，仿真圖如圖5.1圖5.1運(yùn)動(dòng)仿真圖

進(jìn)一步分析得到運(yùn)動(dòng)曲線如圖5.2，圖5.3，圖5.4：圖5.2進(jìn)一步分析得到運(yùn)動(dòng)曲線