牛頭刨床機械設(shè)計

1、太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院機械原理課程設(shè)計說明書設(shè)計題目： 牛頭刨床設(shè)計 班 級： 13級機制專升本 姓 名： 原朝 學(xué) 號： 130531027 指導(dǎo)教師： 張立仁 成績簽字日期2014年 1 月 10 日前言機械原理課程設(shè)計是高等工業(yè)學(xué)校機械類專業(yè)學(xué)生第一次較全面的機械運動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計的訓(xùn)練，是本課程的一個重要實踐環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學(xué)生機械運動方案設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機對工程實際中各種機構(gòu)進行分析和設(shè)計能力的一門課程。其基本目的在于： （）進一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨立解決有關(guān)本課程實際問題的能力。 （）使學(xué)生對于機械運動學(xué)和動力學(xué)的分析設(shè)計有一較完整的概念。 （）使學(xué)生得到

2、擬定運動方案的訓(xùn)練，并具有初步設(shè)計選型與組合以及確定傳動方案的能力。 （）通過課程設(shè)計，進一步提高學(xué)生運算、繪圖、表達、運用計算機和查閱技術(shù)資料的能力。 （5）培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題能力和創(chuàng)新能力。 機械原理課程設(shè)計的任務(wù)是對機械的主體機構(gòu)（連桿機構(gòu)、飛輪機構(gòu)凸輪機構(gòu)）進行設(shè)計和運動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機器的工作要求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計凸輪；或?qū)Ω鳈C構(gòu)進行運動分析。目錄一、工作原理4二、設(shè)計要求4三、設(shè)計數(shù)據(jù)5四、設(shè)計內(nèi)容51.連桿機構(gòu)的分析對比52.機構(gòu)的運動尺寸63.機構(gòu)的運動分析73.1導(dǎo)桿的速度、加速度分析83.2刨頭的速度、加速度分析104.

3、凸輪的機構(gòu)設(shè)計124.1凸輪基圓半徑、行程的確定124.2從動件運動規(guī)律位移圖的確定134.3凸輪輪廓曲線的設(shè)計14五、心得體會15參考文獻1614一、工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖，電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，經(jīng)過減速機構(gòu)減速從而帶動曲柄2。刨床工作時，由導(dǎo)桿4經(jīng)過連桿5帶動刨刀6作往復(fù)運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(zhì)量，刨頭左行時，刨刀不切削，稱空行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪通過四桿機構(gòu)帶動棘輪機構(gòu)，棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)使工

4、作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。二、 設(shè)計要求電動機軸與曲柄軸2平行，刨刀刀刃點與鉸鏈點的垂直距離為50，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)桿機構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值；凸輪機構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值之內(nèi)，擺動從動件9的升、回程運動規(guī)律均為等加速、等減速運動。執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按0.95計算，系統(tǒng)有過載保護。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計。三、設(shè)計數(shù)據(jù)其設(shè)計數(shù)據(jù)如表1所示。本組選擇第三組數(shù)據(jù)題號123456789導(dǎo)桿機構(gòu)運動分析轉(zhuǎn)速n2（r/min）484950525048475560機架lO2O4(mm)38035043036037040039

5、0410380工作行程H(mm)310300400330380250390310310行程速比系數(shù)K1.461.401.401.441.531.341.501.371.46連桿與導(dǎo)桿之比l BC/ lO4B0.250.30.360.330.30.320.330.250.28四、設(shè)計內(nèi)容1.機構(gòu)的運動尺寸已知擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的行程速比系數(shù)K為1.40，根據(jù)公式K=，可求出極位夾角=30°，由極位夾角可知導(dǎo)桿的擺角為30°。圖1由機架長度和擺角可求出曲柄的長度，曲柄的長度=430mm×sin15°=111mm。由于BC平行且等于B1C1，可得四邊形BCC1B1是

6、平行四邊形，根據(jù)平行四邊形法則，得出BB1=CC1=H=400mm，導(dǎo)桿O4B=200mmsin15°=772.7mm。連桿與導(dǎo)桿之比l BC/ lO4B =0.36，連桿的長度=772.7×0.36=278mm。導(dǎo)桿機構(gòu)的最大壓力角要求應(yīng)為最小值，取圖中所示位置的壓力角為45°，可求得C點到O4點的垂直距離為885mm。2.機構(gòu)的運動分析圖22.1導(dǎo)桿的速度、加速度分析解題時應(yīng)從構(gòu)件2開始，構(gòu)件2和構(gòu)件3的運動關(guān)系符合兩構(gòu)件重合點的關(guān)系，適當(dāng)選擇重合點是解題的關(guān)鍵。因為構(gòu)件2上各點的速度、加速度均已知，重合點的選擇取決于構(gòu)件3，在構(gòu)件3上應(yīng)選擇速度方向和加速度方

7、向已知的點作為重合點。本題中重合點應(yīng)選擇A點，因構(gòu)件3上A點的速度方向垂直于O4B,向心加速度方向由A指向O4，且速度分析后大小可求，切向加速度方向垂直于O4B，滿足上述要求。解 首先按長度比例尺繪出機構(gòu)運動簡圖，如圖2所示。（1）速度分析VA3=LO2A· ms=0.5809msVA4 = VA3 + VA4A3方向：O4B O2A O4B大?。?？ ？式中，僅V A4和VA4A3大小未知，可以求解。選擇速度比例尺µv=0.05（m/s）/mm任選速度極點P，過P作PC1代表VA3，然后過C1點作平行于O4B的方向線C1C2，再過P點作PC2垂直于O4A，交C1C2于C2

8、點，則PC2代表VA4，C1C2代表VA4A3，VA4和VA4A3的大小分別為VA4=µv·PA4=9×0.05 m/s =0.45m/s4= VA4lO4A=1.36rad/s(2) 加速度分析加速度的分析步驟與速度分析的步驟基本相同。 aA4 = aA4n + aA4 = aA3 + aA4A3K + aA4A3r方向： AO4 O4B AO2 O4B O4B大小: lO2A42 ? 24VA4A3 ?式中，aA4A3K的方向是將VA4A3 的方向沿4 的方向轉(zhuǎn)90°，于O4B指向右下方。選擇加速度比例尺µa= 0.1（ms2)/mm任選加

9、速度極點p ，pA3的長度代表A3的加速度,長度為30mm, 、再作aA4A3K長度8mm 方向O4B ，再作aA4A3r方向O4B。再過p點作aA4n長度為7.8mm方向O4B，再作aA4方向 O4B，aA4與aA4A3r交點即為A4點。aA4=µa·PA4=0.1×27=2.7ms2aA4=µa·aA4=0.1×25= 0.25ms24= aA4lO4A=0.76rads22.2刨頭的速度、加速度分析（1）速度分析VB= lO4B·4=1.36×0.772 ms =1.05msVC = VB + VCB方向：水

10、平 O4B BC大小： ？ lO4B·4 ？式中，僅V C和VCB大小未知，可以求解。選擇速度比例尺µv =0.05 (m/s)/mmVC=µv·pC= 0.05×23=1.15 msW5= VCB/LCB=4×0.05/0.278=0.72rads(2)加速度分析CBn= lCB·52=0.144ms2 B=A·(lO4BlO4A) =6.3 ms2 C = B + CBn + CB 方向：水平 CB BC大小： ？ ？選擇加速度比例尺µa=0.1（ms2）mm任選加速度極點P1，作P1B代表B，過B點

11、作CBn，其長度等于CBnµa。再作垂直于BC的方向線CB。然后過P1點作水平線，交于CB的點C，則P1C代表C。C=µa·P1B=0.1×54=5.4ms24.凸輪的機構(gòu)設(shè)計該凸輪機構(gòu)從動件的運動規(guī)律為等加速、等減速運動。各數(shù)據(jù)如下，本組選擇第三組數(shù)據(jù)。凸輪機構(gòu)設(shè)計從動件最大擺角15º15º15º15º15º15º15º15º15º從動件桿長125135130122123124126128130許用壓力角40°38°42°45

12、6;43°44°41°40°42°推程運動角75°70°65°60°70°75°65°60°72°遠(yuǎn)休止角10°10°10°10°10°10°10°10°10°回程運動角75°70°65°60°70°75°65°60°72°4.1凸輪基圓半徑、行程的確定已知從動件lO9D的長度為

13、130mm，在圖中任選一點O9，以130mm為半徑畫一段圓弧，當(dāng)從動件處于靜休止位置，設(shè)此時的壓力角為30°。當(dāng)從動件轉(zhuǎn)過15°，到達遠(yuǎn)休止位置，設(shè)此時的壓力角為35°，兩條力的方向線的交點A即為凸輪的轉(zhuǎn)動中心，因為當(dāng)凸輪處于靜休止、遠(yuǎn)休止位置，凸輪對從動件的力的方向過凸輪轉(zhuǎn)動中心。量出AD的長度即為凸輪的基圓半徑，DD1的長度即為凸輪的行程。AD=92mm，DD1=34mm。滾子半徑=0.2×AD=18.4mm4.2從動件運動規(guī)律位移圖的確定從動件的運動規(guī)律為等加速、等減速運動，根據(jù)凸輪的行程和推程運動角畫出推程的位移圖，如下圖所示。4.3凸輪輪廓曲線

14、的設(shè)計1）設(shè)計原理設(shè)計凸輪輪廓依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個機構(gòu)加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機架將以（）繞凸輪軸心O2逆時針方向反轉(zhuǎn)，與此同時，從動件將按給定的運動規(guī)律繞其軸心O9相對機架擺動，則從動件的尖頂在復(fù)合運動中的軌跡就是要設(shè)計的凸輪輪廓。2）設(shè)計凸輪輪廓的步驟如下（1）將位移曲線s-的推程運動角進行等分，得各等分點的位移線。（2）以O(shè)點為圓心、34mm為半徑作凸輪的基圓，在基圓上從A0點開始逆時針方向量取近休止角、推程運動角、遠(yuǎn)休止角和回程運動角，并作推程運動角和回程運動角的各等分點A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，O點分別與其相連

15、并延長。（3）在O點與各點的連線上，從基圓起向外截取從動件相應(yīng)的位移量，得到滾子中心相對于凸輪的一系列位置B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8，回程的做法與其相同。（4）將各點連成光滑的曲線，即得所求的凸輪理論輪廓曲線，然后在理論輪廓線上取一系列的點為圓心，以滾子半徑為半徑，作一系列的滾子圓，再做此圓族的內(nèi)包絡(luò)線，即為凸輪的實際廓線，如圖所示。五、心得體會經(jīng)過兩周的努力，我們在張老師的指導(dǎo)下做完了我們?nèi)松牡谝粋€課程計，我們感到十分的自豪。在進行課題設(shè)計的過程中，我們克服了各種因素完成了我們的課題設(shè)計。因為課題設(shè)計是在考完試后進行的，看著周圍的同學(xué)都相繼回家了，而我卻要在學(xué)校進行課程

16、設(shè)計，心里不由得對課程設(shè)計產(chǎn)生了一些抵觸。但是開始了課程設(shè)計才發(fā)現(xiàn)，原來這個課程設(shè)計能對以前所學(xué)過的相關(guān)知識進行一次全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。 在設(shè)計過程中，我們首先進行的是方案的選擇。經(jīng)過一番比較，我們從4種機構(gòu)方案中選出了我們認(rèn)為最佳的方案。通過這一過程我們明白了一個合理的機構(gòu)在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中的重要性和節(jié)能環(huán)保方面的效果。選擇完機構(gòu)方案，通過一些計算和分析我們確定了機構(gòu)每個構(gòu)件的尺寸，為下面的機構(gòu)速度及加速度分析做好了鋪墊。然而在進行機構(gòu)速度及加速度分析時遇到了在整個課程設(shè)計過程中所遇到的最大的一個難題，即機構(gòu)的速度及加速度分析和圖解法。由于在學(xué)習(xí)過程中只是把其的皮毛弄懂而已，故在進行分析時才感到書到用時方恨少！后來通過仔細(xì)閱讀機械原理課本關(guān)于速度及加速度分析和圖解法部分的內(nèi)容后，對于機構(gòu)的速度和加速度分析有了更深的理解，從而對用圖解法求桿件的速度和加速