哈工大機(jī)械原理課程設(shè)計-牛頭刨床(方案三)

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 牛頭刨床（方案3 ） 院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 班 級： 1208103班 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 王黎欽 設(shè)計時間： 2014年6月23日-6月29日目 錄1、 題目要求························

2、83;·······························32、 機(jī)械系統(tǒng)工藝動作分析················&

3、#183;···························33、 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動功能分析····················

4、;························54、 系統(tǒng)運(yùn)動方案擬定························

5、;························115、 系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計·······················

6、3;·······················141、牛頭刨床刨刀運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸的確定······················142、牛

7、頭刨床主傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸的確定. .163、牛頭刨床輔傳機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸的確定····························· 22六、系統(tǒng)運(yùn)動簡圖·············

8、·······································24七、系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)動循環(huán)圖·········

9、;·····································2425牛頭刨床（方案三）一、題目要求刨刀水平作往復(fù)直線運(yùn)動，切削安裝在工作臺上的工件。刨刀每次切削一次，工作臺 沿著刨刀運(yùn)動的水平垂直方向進(jìn)給0.3、0

10、.4、0.5mm/次，分3檔可以調(diào)節(jié) 。刨刀每次切削一次，工作臺沿著刨刀運(yùn)動的上下垂直方向進(jìn)給0.2、0.3、0.4mm/次，分3檔可以調(diào)節(jié)。工作臺的水平與垂直進(jìn)給不能同時進(jìn)行。刨刀最大行程520mm，每分鐘刨刀切削102,126,158次，分3檔可以調(diào)節(jié)。電機(jī)功率約4KW，額定轉(zhuǎn)速1420轉(zhuǎn)/分。二、工藝動作分析 由設(shè)計題中牛頭刨床的功能可得，牛頭刨床加工平面時由兩個工藝動作協(xié)調(diào)完成。即刨刀每刨削一次，工作臺沿著刨刀運(yùn)動水平垂直方向（上下垂直方向）進(jìn)給一定的距離。為了避免兩個動作發(fā)生干涉，工作臺沿著刨刀運(yùn)動的水平垂直方向（上下垂直方向）移動，必須在刨刀切削運(yùn)動完成后在退刀運(yùn)動時進(jìn)行。為了避免

11、工作臺的進(jìn)給與退刀時刀具產(chǎn)生干涉，刀具裝有自動彈起裝置。據(jù)此，可以畫出牛頭刨床的運(yùn)動循環(huán)圖。刨刀工作行程（切削）空回行程（退刀）工作臺（水平）停止進(jìn)給停止工作臺（垂直）停止進(jìn)給停止圖1、牛頭刨床運(yùn)動循環(huán)圖三、運(yùn)動功能分析及運(yùn)動功能系統(tǒng)圖電動機(jī)及其運(yùn)動形式分析一般情況下，牛頭刨床是在工廠車間使用。在工廠車間里的設(shè)備大多是電動機(jī)，具有連續(xù)回轉(zhuǎn)的運(yùn)動特點(diǎn)。由題知電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1420r/min，因此牛頭刨床原動機(jī)的運(yùn)動功能單元符號表達(dá)如圖。 圖2牛頭刨床原動機(jī)的運(yùn)動功能單元符號機(jī)械傳動部分及其運(yùn)動形式分析根據(jù)牛頭刨床使用功能描述，牛頭刨床每分鐘切削102,126,158次，一般原動機(jī)轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)大于這個

12、值。因此需要減速，即傳動比i>1，也就是說，機(jī)械傳動部分應(yīng)具有傳動縮小功能，把一個轉(zhuǎn)速較大的輸入傳動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速較小的輸出運(yùn)動，其運(yùn)動功能單元符號如圖。 圖3機(jī)械傳動部分功能單元過載保護(hù)及其分析金屬加工機(jī)床的原動機(jī)與傳動部分之間通常會加載一個過載保護(hù)單元，以便在過載時保護(hù)機(jī)床免于損壞。多數(shù)情況下，這一過載保護(hù)單元同時還有減速功能，表達(dá)符號如圖。圖4過載保護(hù)部分運(yùn)動功能單元滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)及其分析在過載保護(hù)與機(jī)械傳動輸出之間，要實(shí)現(xiàn)牛頭刨床每分鐘切削102，126，158次要采用有級變速。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速為1420r/min。為了輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到要求的值則傳動比為iz1=1420102=13.92i

13、z2=1420126=11.27iz3=1420158=8.99過載保護(hù)系統(tǒng)的傳動比為3.21讓傳動比為 i總=1420102=13.92，經(jīng)過過載保護(hù)后，i'=13.923.21=4.33機(jī)械傳動部分采用兩個變速齒輪使其轉(zhuǎn)速降至102r/min。得：i傳動=4.33=2.08綜上，1420r/min的轉(zhuǎn)速經(jīng)過帶傳動和和機(jī)械傳動部分降至102r/min。而之前采用齒輪變速的傳動比為i1=4.332.08=2.08i2=11.273.21×2.08=1.69i1=8.993.21×2.08=1.35于是，傳動的有級變速如圖所示。圖5有級變速運(yùn)動功能單元刨刀的執(zhí)行機(jī)構(gòu)及

14、其運(yùn)動形式分析牛頭刨床刨刀的運(yùn)動形式為連續(xù)往復(fù)直線運(yùn)動，而刨刀運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的主動件運(yùn)動應(yīng)該是前面機(jī)械傳動部分的輸出轉(zhuǎn)動，因此刨刀運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)該是具有將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成往復(fù)連續(xù)直線運(yùn)動的功能。其功能圖如圖。圖6刨刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動功能單元運(yùn)動分支及其分析原動機(jī)只為牛頭刨床提供了一個驅(qū)動運(yùn)動，而牛頭刨床有刨刀和工作臺兩個執(zhí)行運(yùn)動需要驅(qū)動，在機(jī)械傳動功能單元之后加一個分支功能單元，把一個輸入運(yùn)動分成兩個輸出運(yùn)動，其運(yùn)動功能符號如圖所示。圖7運(yùn)動分支功能單元這里分為兩個運(yùn)動，一個指向刨刀，一個指向工作臺。工作臺及其運(yùn)動形式分析首先將運(yùn)動分支輸出的指向工作臺的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為擺動，其功能單元符號如圖所示。圖8轉(zhuǎn)動

15、轉(zhuǎn)換為擺動運(yùn)動單元然后將該功能單元輸出的擺動轉(zhuǎn)換為間歇運(yùn)動，其功能單元如圖。圖9擺動轉(zhuǎn)換為間歇運(yùn)動功能單元工作臺分為水平垂直方向和上下垂直方向進(jìn)給兩個方向的運(yùn)動，因此用運(yùn)動分支將運(yùn)動分為兩個，一個指向水平垂直運(yùn)動，一個指向豎直垂直運(yùn)動。其功能單元如圖。圖10運(yùn)動分支功能單元由牛頭刨床使用功能描述可知，牛頭刨床工作臺運(yùn)動形式為間歇單向直線運(yùn)動。由于牛頭刨床有工作臺水平垂直方向和上下垂直方向進(jìn)給，為避免重復(fù)，以水平垂直運(yùn)動為例。一般情況下，間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)所輸出運(yùn)動每次轉(zhuǎn)動的角度較小。為了得到較大的間歇運(yùn)動角，可通過放大功能單元放大間歇運(yùn)動轉(zhuǎn)角。其運(yùn)動功能單元符號如圖。圖11有級變速功能單元最后，工作

16、臺要實(shí)現(xiàn)單向移動，需要把輸出轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為單向運(yùn)動，其運(yùn)動功能單元符號如圖。圖12轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為單向移動功能單元綜上所述，牛頭刨床的實(shí)際功能系統(tǒng)圖如下。圖13牛頭刨床運(yùn)動功能系統(tǒng)圖四、系統(tǒng)運(yùn)動方案擬定 運(yùn)動功能單元1的實(shí)現(xiàn)1420rpm圖14電動機(jī)替代運(yùn)動功能單元1能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能單元的載體有：三相交流電動機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，交流伺服電機(jī)液壓馬達(dá)等。一般情況下，工廠采用的普通機(jī)床都用三相交流電動機(jī)。因此，牛頭刨床也用三相交流電動機(jī)為原動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1420r/min。運(yùn)動功能單元2的實(shí)現(xiàn)圖15帶傳動替代運(yùn)動功能單元2能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的運(yùn)動單元有：帶傳動，摩擦輪傳動，安全聯(lián)軸節(jié)。帶傳動具有傳動可靠，結(jié)構(gòu)簡單，

17、安裝方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)。但也有尺寸大精度低等缺點(diǎn)，但對于要求不嚴(yán)格，精度不高的牛頭刨床中，可以用帶傳動滿足過載保護(hù)的功能。運(yùn)動功能單元3、11和13的實(shí)現(xiàn)i=13.92，11.27，8.99圖16滑移齒輪機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元3、10和12能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的運(yùn)動單元有：塔輪變速機(jī)構(gòu)，配換掛輪變速機(jī)構(gòu)，滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)等，利用滑移齒輪變速機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的有級變速。運(yùn)動功能單元4的實(shí)現(xiàn)i=2.08圖17齒輪傳動機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元4滿足該傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元有：齒輪傳動，帶傳動，行星傳動機(jī)構(gòu)，連桿機(jī)構(gòu)等。但由于圓柱齒輪傳動具有傳動可靠，結(jié)構(gòu)簡單，強(qiáng)度高，尺寸小等優(yōu)點(diǎn)。因此選用齒輪傳動機(jī)構(gòu)用于滿足變速降低

18、轉(zhuǎn)速的功能。運(yùn)動功能單元5和10的實(shí)現(xiàn)圖18運(yùn)動分支機(jī)構(gòu)替代運(yùn)動功能單元5和9可以將一個運(yùn)動分支為兩個或多個運(yùn)動，分支出的運(yùn)動與原運(yùn)動特性完全相同。運(yùn)動功能單元6的實(shí)現(xiàn)圖19 六連桿滑塊機(jī)構(gòu)代替運(yùn)動單元6能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，六連桿滑塊機(jī)構(gòu)，移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)等。由于該結(jié)構(gòu)用于牛頭刨床的切削，刨削金屬時，其切削力較大，因此采用低副機(jī)構(gòu)，由于運(yùn)動有急回特性，故采用六連桿滑塊機(jī)構(gòu)。 運(yùn)動功能單元7的實(shí)現(xiàn)圖20鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)與擺動從動件替代運(yùn)動單元7能滿足該結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)有：平面曲柄搖桿結(jié)構(gòu)，擺動從動件盤型凸輪結(jié)構(gòu)，擺動導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)，曲柄六連桿機(jī)構(gòu)等?？梢詮闹羞x出擺動從動件盤型凸輪結(jié)構(gòu)和鉸鏈四

19、桿機(jī)構(gòu)組合在一起的結(jié)構(gòu)以滿足該功能。運(yùn)動功能單元8的實(shí)現(xiàn)圖21棘輪機(jī)構(gòu)代替運(yùn)動單元能滿足該功能的結(jié)構(gòu)有：棘輪機(jī)構(gòu)，組合機(jī)構(gòu)等。可以從中選出棘輪機(jī)構(gòu)滿足該功能。 運(yùn)動功能單元9的實(shí)現(xiàn)圖22齒輪傳動機(jī)構(gòu)代替運(yùn)動單元9能實(shí)現(xiàn)該功能的結(jié)構(gòu)有：齒輪傳動機(jī)構(gòu)，帶傳動機(jī)構(gòu)，鏈傳動機(jī)構(gòu)，行星傳動機(jī)構(gòu)，蝸桿機(jī)構(gòu)等?？蓮闹羞x出齒輪傳動機(jī)構(gòu)滿足該功能。運(yùn)動功能單元12和14的實(shí)現(xiàn)圖23螺旋機(jī)構(gòu)代替運(yùn)動單元12和14能實(shí)現(xiàn)該功能的結(jié)構(gòu)有：齒輪齒條機(jī)構(gòu)，螺旋機(jī)構(gòu)，帶傳動機(jī)構(gòu)，鏈傳動機(jī)構(gòu)等。從中選出螺旋機(jī)構(gòu)滿足該功能。五、系統(tǒng)運(yùn)動方案設(shè)計牛頭刨床刨刀運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸的確定A'AB'maxO4O5BCH

20、圖24牛頭刨床主運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)由圖19可以看到，牛頭刨床刨刀運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)是六桿機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的清晰簡圖如圖24所示。根據(jù)上述牛頭刨床的已知條件，滑枕行程為H=520mm并設(shè)連桿BC驅(qū)動滑枕的最大壓力角為max10°該牛頭刨床的行程速比系數(shù)為K=2令點(diǎn)O5到滑枕導(dǎo)路的距離為y,點(diǎn)O5到導(dǎo)桿豎直位置時點(diǎn)B的距離為y1,點(diǎn)O5到BB'連線的距離為y2，則y1=lO5By2=lO5Bcos2當(dāng)y=y1+y22=lO5B（1+cos2）2時，連桿BC驅(qū)動滑枕的最大壓力角最小，即max=sin-1y1-y2lBC=sin-1lO5B(1-cos2)lBC由圖24可知，牛頭刨床的行程為 H=2

21、lO5Bsin2圖24所示曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的極位夾角為=根據(jù)已知行程速比系數(shù)，極位夾角為=K-1K+1×180°=60°于是導(dǎo)桿O5B的長度為lO5B=H2sin2=5202sin30°=520mm連桿BC的長度為lBC=lO5B(1-cos2)sinmax=520×(1-cos30°)sin10°mm = 401.195mm設(shè)導(dǎo)桿O5B的長度與曲柄、導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動中心距離的比為lO5BlO4O5=85則曲柄、導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動中心距離為lO4O5=5lO5B8 = 250.747mm曲柄O4A的長度為lO4A = lO4O5sin2 =

22、250.747×sin30° = 125.374mm牛頭刨床主傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸的確定A、 帶傳動設(shè)計1） 傳動帶類型和帶傳動形式按傳遞功率4kw進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)表9-1，表9-3選擇普通V帶開口傳動。2） 普通V帶傳動的設(shè)計計算按下表的步驟進(jìn)行序號計算項目符號單位計算公式和參數(shù)選定說明1設(shè)計功率PdkWPd=KAP=1.3*4=5.2 kW傳遞的功率P=4kW工況系數(shù)KA=1.3，查表9-132選定帶型根據(jù)Pd和n1選A型普通V帶小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1420r/min3初定傳動比Ii5根據(jù)表9-1，表9-34小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1Mm按表9-15 dd1=100mm為提高V帶的壽命

23、，宜選取較大的直徑5大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2Mm按表9-15 dd2=400mm6傳動比I不計入滑動率i= n1/ n2= dd2/ dd1=4.00計入滑動率（采用）i= n1/ n2= dd2/（1-） dd1=4.08 取=0.02n2大帶輪轉(zhuǎn)速（r/min）彈性滑動率，通常=0.01-0.027帶速Vm/sv=dd1n1/60*1000=7.44m/s普通V帶Vmax=2530m/s一般v不得低于5m/s為充分發(fā)揮V帶的傳動能力，應(yīng)使v20m/s8初定軸間距a0MmLd0=2a0+(dd1+ dd2)/2+( dd1-dd2)2/4 a0,取9所需基準(zhǔn)長度MmLd0=2a0+(dd1+ d

24、d2)/2+( dd1-dd2)2/4 a0Ld0=2217.5mm,取Ld=2240mm由表9-89-10選取相近的Ld，對有效寬度制V帶，按帶輪有效值徑計算所需長度，再由表9-11選相近的帶長10實(shí)際軸間距AMmaa0+ (Ld0-Ld0)/2a711.25mm安裝時所需最小軸間距amin=a-0.015 Ld張緊或補(bǔ)償伸長所需最大軸間距amax= a+0.03 Ld11小帶輪包角1。1=180°- （dd1-dd2）/a*57.31=155.83°若1較小，應(yīng)增大中心距a或用張緊輪12單根V帶傳遞的額定功率P1kW查成大先主編，機(jī)械設(shè)計手冊機(jī)械傳動分冊，表13-1-1

25、9.P1=1.32kWP1是=180°、載荷平穩(wěn)時，特定基準(zhǔn)長度的單根V帶基本額定功率13傳動比i1的額定功率增量P1kW查表13-1-19. P1=0.17kW14V帶的根數(shù)zZ= Pd/( P1+P1) KKL,取P1=0 Z=4K小帶輪包角修正系數(shù)，查表9-17，K=0.93KL帶長修正系數(shù)，查表9-17、9-19，KL=1.03B、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計1）牛頭刨床齒輪傳動機(jī)構(gòu)的傳動分配上述帶傳動設(shè)計計算中得到帶傳動的傳動比為 iz1=1420102=13.92iz2=1420126=11.27iz3=1420158=8.99 令過載保護(hù)的傳動比i=3.21。經(jīng)過過載保護(hù)后，i'

26、;=13.923.21=4.33機(jī)械傳動部分采用兩個變速齒輪使其轉(zhuǎn)速降至102r/min。得：i傳動=4.33=2.08綜上，1420r/min的轉(zhuǎn)速經(jīng)過帶傳動和和機(jī)械傳動部分降至102r/min。而之前采用齒輪變速的傳動比為i1=4.332.08=2.08i2=11.273.21×2.08=1.69i1=8.993.21×2.08=1.33） 牛頭刨床齒輪機(jī)構(gòu)幾何尺寸的計算兩級齒輪傳動采用直齒圓柱齒輪，其模數(shù)均按2mm取值，其幾何尺寸按照下表進(jìn)行。 滑移齒輪變速傳動中每對齒輪幾何尺寸及重合度的計算滑移齒輪5與6序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z513齒輪6Z62

27、72模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距a7實(shí)際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪5 =0.3 齒輪6 10齒頂高齒輪5齒輪6 11齒根高齒輪5齒輪612分度圓直徑齒輪5d5齒輪6d613齒頂圓直徑齒輪5da5 齒輪6da6 14齒根圓直徑齒輪5df5 齒輪6df6 15齒頂圓壓力角齒輪aa5a5=°齒輪2 a6a6=°16重合度滑移齒輪5和6序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z515齒輪6Z6252模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距a2*1/2*

28、(z5+z6)=407實(shí)際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪5 齒輪6 10齒頂高齒輪5齒輪611齒根高齒輪5齒輪612分度圓直徑齒輪5齒輪613齒頂圓直徑齒輪5 齒輪614齒根圓直徑齒輪5 齒輪6 15齒頂圓壓力角齒輪5aa5aa5”=°齒輪6aa6=°16重合度滑移齒輪5與6序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z517齒輪6Z6232模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距A2*1/2*(z11+z12)=407實(shí)際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪5X5” X5”=0齒輪6X6”

29、10齒頂高齒輪5齒輪611齒根高齒輪5齒輪612分度圓直徑齒輪5齒輪613齒頂圓直徑齒輪5 齒輪614齒根圓直徑齒輪5 齒輪6 15齒頂圓壓力角齒輪5aa5”aa11=齒輪6aa6aa6=16重合度圓柱齒輪7和8序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪713齒輪8272模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距aa=m(+)/2=407實(shí)際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪7 0.300齒輪8 -0.30010齒頂高齒輪7齒輪8 11齒根高齒輪7齒輪812分度圓直徑齒輪7齒輪813齒頂圓直徑齒輪7 齒輪8 14齒根圓直徑齒輪7 齒輪

30、8 15齒頂圓壓力角齒輪7 齒輪8 16重合度圓錐齒輪32與33序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪32Z3223齒輪33Z33232模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.26分度圓錐角齒輪3232°齒輪3333°7分度圓直徑齒輪32齒輪338錐距R9齒頂高齒輪32齒輪3310齒根高齒輪32齒輪33 11齒頂圓直徑齒輪32齒輪3312齒根圓直徑齒輪32 齒輪33 13當(dāng)量齒數(shù)齒輪32 齒輪33 14當(dāng)量齒輪齒頂圓壓力角齒輪32°齒輪33°15重合度牛頭刨床輔傳機(jī)構(gòu)運(yùn)動尺寸的確定1）刨床輔傳機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定凸輪運(yùn)動角決定著工作臺與刨刀運(yùn)動協(xié)調(diào)的時序。凸輪與曲柄固聯(lián)。由牛頭刨床運(yùn)動循環(huán)圖看到，當(dāng)牛頭刨床的刨刀在運(yùn)動行程時，其工作臺靜止。當(dāng)牛頭刨床的刨刀空回至行程的一半時，其工作臺開始進(jìn)給運(yùn)動，當(dāng)刨刀空回到行程的四分之三時，其工作臺停止進(jìn)給運(yùn)動。設(shè)牛頭刨床主運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的曲柄順時針轉(zhuǎn)動，如圖所示，曲柄由位置O4A轉(zhuǎn)