牛頭刨床刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)

1、目 錄機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè) 計(jì) 題 目：牛頭刨床刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì) 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)：13級(jí) 姓 名： 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 教 師：侍紅巖 2016年 1 月 4 日目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.1 設(shè)計(jì)題目11.2 工作原理及工藝動(dòng)作過程11.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求11.4 設(shè)計(jì)任務(wù)22 系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)32.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)32.2 齒輪和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)42.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的比較52.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的確定53 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及數(shù)據(jù)分析73.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖73.2 牛頭刨床數(shù)據(jù)分析84 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分解105 主機(jī)構(gòu)受力分析115.1 各運(yùn)

2、動(dòng)副反力115.2 曲柄機(jī)構(gòu)平衡力矩14參考文獻(xiàn)1617機(jī)械工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書1 設(shè)計(jì)任務(wù)1.1 設(shè)計(jì)題目牛頭刨床刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)。1.2 工作原理及工藝動(dòng)作過程牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由原動(dòng)件1帶動(dòng)桿2的，通過連桿3推動(dòng)滑塊4運(yùn)動(dòng)；從而實(shí)現(xiàn)刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求圖 1-1已知行程比系數(shù)K=1.4原動(dòng)件曲柄1轉(zhuǎn)速n1=60r/min，刨刀5行程H=400mm，其它參數(shù)為，L4=220mm，L5=18

3、0mm，L6=350mm，L=L3/2，H1=100mm，H2尺寸應(yīng)滿足傳動(dòng)角盡可能大；故刨刀5移動(dòng)導(dǎo)路位于D點(diǎn)圓弧軌跡弦高一半處；構(gòu)件重量分別為G2=200N，G5=700N，質(zhì)心位于S3、S5處；構(gòu)件3繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J S3=1.1kg.m2,回程阻力為零，其它忽略不計(jì)。刨刀工作阻力如圖1-1所示，回程阻力為零，其它條件忽略不計(jì)。表 1已知數(shù)據(jù)n1HKLLLH60r/min400mm1.4220mm180mm350mm100mmG2G5JS3200N700N1.1 kg.m21.4 設(shè)計(jì)任務(wù)（1）繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖。（2）作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析，求出各個(gè)運(yùn)動(dòng)副中的反力。（3）用圖解法作機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)靜分析

4、；并求作用在原動(dòng)件1上的平衡力矩。2 系統(tǒng)傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)2.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（1）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的分析牛頭刨床的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、連桿滑塊機(jī)構(gòu)組成的5桿機(jī)構(gòu)。如圖2-1所示，采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，滑塊與導(dǎo)桿之間的傳動(dòng)角r始終為90o，且適當(dāng)確定構(gòu)件尺寸，圖 2-1可以保證機(jī)構(gòu)工作行程速度較低并且均勻，而空回行程速度較高，滿足急回特性要求。適當(dāng)確定刨頭的導(dǎo)路位置，可以使壓力角盡量小。（2）機(jī)械功能分析該構(gòu)件中完成主運(yùn)動(dòng)的是由桿1、2、3、6組成的四連桿機(jī)構(gòu)，桿4帶該構(gòu)件中與其鉸接的5桿完成刨床的刨削運(yùn)動(dòng)。在由桿1、2、3、6所組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，曲柄1在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下做周

5、期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而連桿4帶動(dòng)滑塊5作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)的不斷進(jìn)行。（3）工作性能分析從機(jī)構(gòu)簡圖中可以看出，該機(jī)構(gòu)得主動(dòng)件1和連桿4的長度相差很大，這就是的機(jī)構(gòu)在刨削的過程中刨刀的速度相對(duì)較低，刨削質(zhì)量比較好。桿1和桿4 在長度上的差別還是的刨刀在空行程的急回中 ，有較快的急回速度，縮短了機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)周期，提高了機(jī)械的效率。（4）傳遞性能和動(dòng)力性能分析桿1、2、3、6所組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，其傳動(dòng)角是不斷變化，傳動(dòng)性能最好的時(shí)候出現(xiàn)在A，B，C，D四點(diǎn)共線與機(jī)構(gòu)處于極位時(shí)兩者傳動(dòng)角相等該機(jī)構(gòu)中不存在高副，只有回轉(zhuǎn)副和滑動(dòng)副，故能承受較大的載荷，有較強(qiáng)的承載能力，可以傳動(dòng)較大的載荷。當(dāng)其最小

6、傳動(dòng)角和最大傳動(dòng)角相差不大時(shí)，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)就很平穩(wěn)，不論是震動(dòng)還是沖擊都不會(huì)很大。從而使機(jī)械又一定的穩(wěn)定性和精確度。（5）結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性分析該機(jī)構(gòu)多以桿件為主，抗破壞能力較差，對(duì)于較大載荷時(shí)對(duì)桿件的剛度和強(qiáng)度要求較高。 會(huì)使的機(jī)構(gòu)的有效空間白白浪費(fèi)。并且由于四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律并不能按照所要求的運(yùn)動(dòng)精確的運(yùn)行只能以近似的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。2.2 齒輪和擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)（1）機(jī)構(gòu)功能分析圖 2-2根據(jù)機(jī)構(gòu)圖2-2可知，整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由原動(dòng)件凸輪1帶動(dòng)桿2的。通過連桿3推動(dòng)滑塊4運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。（2）工作性能分析凸輪1的角速度恒定，推動(dòng)桿2搖擺，在凸輪1隨著角速度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿3頁隨著

7、桿2的搖動(dòng)不斷改變角度，使滑塊4的速度變化緩慢，即使滑塊4的速度在切削是不是很快，速度趨近于勻速，在凸輪的回程中，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用的比較小。因此，即可以達(dá)到刨床在切削時(shí)速度較低，但是在回程時(shí)有速度較高的急回運(yùn)動(dòng)的要求。在刨頭往返運(yùn)動(dòng)的過程中，避免加減速度的突變的產(chǎn)生。（3）機(jī)構(gòu)的傳遞性能動(dòng)力性能分析該機(jī)構(gòu)中除了有齒輪和齒齒輪接觸的兩個(gè)高副外，所有的運(yùn)動(dòng)副都是低副，齒輪接觸的運(yùn)動(dòng)副對(duì)于載荷的承受能力較強(qiáng)，所以，該機(jī)構(gòu)對(duì)于載荷的承受能力較強(qiáng)，適于加工一定硬度的工件。同時(shí)。扇形齒輪是比較大的工件，強(qiáng)度比較高，不需要擔(dān)心因?yàn)檩d荷的過大而出現(xiàn)機(jī)構(gòu)的斷裂。在整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，原動(dòng)件是一個(gè)

8、曲柄，齒輪3只是在一定的范圍內(nèi)活動(dòng)，對(duì)于桿的活動(dòng)影響不大，機(jī)構(gòu)的是設(shè)計(jì)上不存在運(yùn)轉(zhuǎn)的死角，機(jī)構(gòu)可以正常的往復(fù)運(yùn)行。 該機(jī)構(gòu)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和扇形齒輪，齒條機(jī)構(gòu)。齒條固結(jié)于刨頭的下方。扇形齒輪的重量較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的慣量也比較大，會(huì)對(duì)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生一定的沖擊，使機(jī)構(gòu)產(chǎn)生震動(dòng)。（4）機(jī)構(gòu)的合理性與經(jīng)濟(jì)性能分析該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡單，尺寸可以根據(jù)機(jī)器的需要而進(jìn)行選擇，不宜過高或過低。同時(shí)，扇形齒輪的重量有助于保持整個(gè)機(jī)構(gòu)的平衡。使其重心穩(wěn)定。由于該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)較為簡單。所以維修方便。，除了齒輪的嚙合需要很高的精確度外沒有什么需要特別設(shè)計(jì)的工件，具有較好的合理性。需要比較麻煩的工藝過程，制作起來不是很容易。

9、此方案經(jīng)濟(jì)成本較高。2.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的比較1） 機(jī)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)兩種機(jī)構(gòu)均可以很好的實(shí)現(xiàn)切削功能。2） 工作性能，第一種方案在刨削的過程中刨刀的速度相對(duì)較低，刨削質(zhì)量比較好，可以很好的滿足急回特性；第二種方案切削速度近似均勻且變化緩和平穩(wěn),擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)也可使其滿足急回特性。2.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的確定1） 傳遞性能第一情況由于滑塊和導(dǎo)桿壓力角恒為90度,齒輪和齒條傳動(dòng)時(shí)壓力角不變,且可承受較大載荷，所以重載情況也適用。第二種方案適合于低速輕載的工作情況。2）動(dòng)力性能 第一種方案沖擊震動(dòng)較大；第二種方案齒輪和齒條傳動(dòng)平穩(wěn),沖擊震動(dòng)較小。3） 結(jié)構(gòu)合理性第一種方案均由桿件構(gòu)成尺寸比較大，重量輕，制

10、造簡單，維修方便；第二種方案形齒輪尺寸和重量大, 齒輪和齒條制造復(fù)雜,磨損后不宜維修。4）經(jīng)濟(jì)性根據(jù)實(shí)際工況中刨刀一般為低速輕載。所以第一種方案比較適合于量產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益比較好；而第二種方案形齒輪要求一定的精度,工藝難度大,且形齒輪和齒條中心距要求較高，所以不適合推廣。綜上所述應(yīng)選擇第一種方案。3 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖及數(shù)據(jù)分析3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡圖圖 3-13.2 牛頭刨床數(shù)據(jù)分析如圖3-2所示圖 3-2（1）求解K=(180+)/(180-)=1.4 (其中為極位夾角)=30 （2）L1的求解已知L6=350mm。L1轉(zhuǎn)動(dòng)的極限位置如上圖所示此時(shí)L1與L3垂直，且夾角為75 則根據(jù)三角形勾股定理可以求

11、得L1=90.58mm（3）L3的求解已知G2=200N, 構(gòu)件3繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js3=1.1 kg.m2M3=G2/g Js3=M3L3/12可以求解得L3=800mm總數(shù)的據(jù)如表2表 2機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)nHKLLLH60r/min400mm1.4220mm180mm350mm100mm機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)L1L3PJS3G2G590mm800mm307000N1.1 kg.m2200N700N4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分解牛頭刨床的主運(yùn)動(dòng)為：電動(dòng)機(jī)變速機(jī)構(gòu)搖桿機(jī)構(gòu)滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)牛頭刨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為：電動(dòng)機(jī)變速機(jī)構(gòu)棘輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)工作臺(tái)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)5 主機(jī)構(gòu)受力分析圖 5-1 5.1 各運(yùn)動(dòng)副反力對(duì)位置3進(jìn)行加速度和運(yùn)動(dòng)副反力分析

12、如圖5-1所示曲柄位置“3”做速度、加速度分析（列矢量方程、畫速度圖、加速度圖）取曲柄位置“4”進(jìn)行速度分析。取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。有其=n1/30/轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針方向。（1）速度分析 用速度影像法取速度比例尺=0.01（m/s）/mm對(duì)于A點(diǎn)： = + 方向： / 大小： ？ ？式中： = = =0.6048m/s =0.887rad/s= V= =0.3902 m/s V=0.5676 m/s對(duì)于C點(diǎn)： = + 方向： / 大?。?？ ？ 式中： = = =0.4789 m/s = =0.1064 m/s =0.788rad/s圖 5-2 （2）加速度分析 用加速度投影法對(duì)于A

13、、B、O2、O4點(diǎn)：如圖5-3所示圖 5-3取加速度比例尺比=0.01（m/）/mm= + = + + 方向： A A / 大小： ？ ?式中： = =2 =4.064m/s2= = =0.830 m/s2= =0.346 m/s2= = =2.190 m/s2 =3.065 m/s2 = 2.217m/s2 =3.224 m/s2 =0.084 m/s2FA=45.244NFB=98.693NFo2=Fb=98.693NFo4=Fa=45.244N 對(duì)于C點(diǎn): = + + 方向：/ B CB 大小： ？ ？ 式中： = = =3.139 m/s2 Fc=160.089N表 3運(yùn)動(dòng)副FaFbF

14、o2Fo4Fc點(diǎn)245.244N98.693N98.693N45.244N160.089N5.2 曲柄機(jī)構(gòu)平衡力矩對(duì)“2”位置進(jìn)行受力分析圖 5-4取“2”點(diǎn)為研究對(duì)象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析：已知： G5=700N FI6=- G5/gac Fx= FI4+Fr- FR45=0 由此可得： FR45=4891.6N由分離3,4構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析：已知： FR54=FR45由此可得： FI4 = - G 2/g a4 其中，分別為G2、,作用于B的距離（其大小可以測得），可以求得：=6983.4N M14=-J1414=-0.99843.35=21.74N.m 圖 5-5 由圖5-5求