機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)之牛頭刨床

目錄

1、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求--------------------------------3

1.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容----------------------------------3

1.2.機(jī)構(gòu)的工藝功能要求------------------------3

2、機(jī)器運(yùn)動方案初步擬定-------------------------3

2.1、機(jī)器工藝動作分解及要求-------------------3

2.2、機(jī)器運(yùn)動循環(huán)圖---------------------------3

2.3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型---------------------------4

2.3.K刨刀的刨削運(yùn)動---------------------4

2.3.2、橫向進(jìn)給運(yùn)動-----------------------6

2.3.3.垂直進(jìn)給運(yùn)動-----------------------9

2.3.4.運(yùn)動方案確實(shí)定----------------------9

3、主機(jī)構(gòu)尺度綜合及運(yùn)動分析--------------------10

3.1、原始數(shù)據(jù)----------------------------------10

3.2、主機(jī)構(gòu)的尺度綜合--------------------------10

3.3、主機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析--------------------------10

3.3.k位置1的運(yùn)動分析--------------------10

3.3.2,位置10的運(yùn)動分析------------------14

3.3.3.速度加速度線圖---------------------16

4、電動機(jī)功率與型號確實(shí)定----------------------17

4.1、等效阻力矩的計(jì)算--------------------------17

4.2、等效驅(qū)動力矩的計(jì)算------------------------19

4.3、電動機(jī)型號確實(shí)定--------------------------19

5、飛輪的轉(zhuǎn)動慣量------------------------------20

5.1、等效力矩的計(jì)算-------------------------20

5.2、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算---------------------21

6、主機(jī)構(gòu)受力分析------------------------------21

6.1、位置1的力分析-------------------------21

6.2、位置10的力分析------------------------22

7、傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)--------------------------------23

7.1、減速比及分配-----------------------------23

7.2、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-----------------------------23

8、進(jìn)給運(yùn)動------------------------------------24

8.1、橫向進(jìn)給運(yùn)動---------------------------24

8.2、垂直進(jìn)給運(yùn)動---------------------------25總結(jié)

與體會-------------------------------------26參考文獻(xiàn)

27

1、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求

1.1＞設(shè)計(jì)內(nèi)容

平面刨削機(jī)床運(yùn)動簡圖設(shè)計(jì)及分析?，計(jì)算刨削機(jī)構(gòu)在指定位置的速度、加

速度、受力，繪制位移、速度、加速度曲線、平衡力矩曲線、等效阻力矩曲線

以及等效驅(qū)動力矩曲線。根據(jù)上述得到的數(shù)據(jù)，確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF。

L2、機(jī)器的工藝功能要求

①刨削盡可能為勻速，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)給量很小并且隨工件的不同可調(diào)。

③工件加工面被拋去一層后，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)給量仍然要求相同。

④原動機(jī)采用電動機(jī)。

2、機(jī)器運(yùn)動方案簡圖的擬定

2.1、機(jī)器工藝動作分解及要求

根據(jù)機(jī)器的工藝功能要求，其工藝動作分解如下：

1、刨刀的切削運(yùn)動：往復(fù)移動，近似均勻，具有急回特性。

2、工件的橫向進(jìn)給運(yùn)功：間歇運(yùn)動，每次移動量相同，在刨刀空回程后期

完成移動，要求移動量小且調(diào)整容易。工件刨去一層之后能方便地作反向間歇

橫向移動進(jìn)給，同樣要求反向進(jìn)給量每次相同且易調(diào)整。

3、刨刀的垂直進(jìn)給運(yùn)動：間歇移動，工件刨去一層之后刨刀下移一次，移

動量調(diào)整方便。

2.2、機(jī)器運(yùn)動循環(huán)圖

圖2T直線式工作循環(huán)圖

進(jìn)給

圖2-2圓周式工作循環(huán)圖

2.3、三個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型：

2.3.1、刨刀的切削運(yùn)動按照原始條件，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)，所以它應(yīng)

具備回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成雙向移動的功能，常用丁?實(shí)現(xiàn)這功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有以下

幾種：

1、移動從動件凸輪機(jī)構(gòu)：一般凸輪作為主動件，做連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動或平移運(yùn)

動，其輪廓曲線的形狀取決于從動件的運(yùn)動規(guī)律。

圖2-3凸輪機(jī)構(gòu)示意圖

凸輪機(jī)構(gòu)易實(shí)現(xiàn)工作行程勻速及具有急回特性要求，但是受力差，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):

B

平面連桿機(jī)構(gòu)受力好，磨損小，工作可靠，具有急回特性，但是只能實(shí)現(xiàn)

近似的勻速運(yùn)動。

3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)：

輪齒條機(jī)構(gòu)可實(shí)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，適用于大行程而不適宜于小行程，且必須增加變速機(jī)構(gòu)才能得到急回運(yùn)動。

4、螺旋機(jī)構(gòu)：

圖2-6螺旋機(jī)構(gòu)

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

和終亡時有沖擊，安裝和潤滑較困難，且必須增設(shè)換向和變速機(jī)構(gòu)，才能的到

急回運(yùn)動。

5、凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)：

圖2-7凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)

凸輪-連桿組合機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動要求，但是具有凸輪機(jī)構(gòu)存在的缺

點(diǎn)，且設(shè)計(jì)制造比擬復(fù)雜。

2.3.2、橫向進(jìn)給運(yùn)動

工件的橫向進(jìn)給運(yùn)動量是很小的，且每次要求等進(jìn)給量進(jìn)給，乂因?yàn)楸仨?/p>

防止工件在刨削力的作用下沿橫向移動，所以橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)除了能實(shí)現(xiàn)小而且

等量進(jìn)給外，在非進(jìn)給時還應(yīng)具備有自動固定的功能。螺旋機(jī)構(gòu)能滿足這些功

能，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。因此，可選用螺旋機(jī)構(gòu)作為橫向進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)

行機(jī)構(gòu)，其動力仍然來自驅(qū)動刨刀運(yùn)動的電動機(jī)，不必另設(shè)動力源。

工件要能間歇移動，螺旋必須作間歇轉(zhuǎn)動，所以在螺旋機(jī)構(gòu)之前必須串聯(lián)

一個間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，且與刨刀切削運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，這樣可以方便實(shí)現(xiàn)切削

運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動的協(xié)調(diào)配合。能夠?qū)崿F(xiàn)將連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成間歇轉(zhuǎn)動的

機(jī)構(gòu)有：

1、槽輪機(jī)構(gòu):

圖2-8槽輪機(jī)構(gòu)

槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，工作可靠，但每次轉(zhuǎn)角較大且不可調(diào)整,

為了反向回轉(zhuǎn)，必須增加反向機(jī)構(gòu)。

2、曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)：

0)

圖2-9曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)

由柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，每次轉(zhuǎn)角較小，容易調(diào)整且為等

量轉(zhuǎn)動，采用雙向式棘輪還可以方便地實(shí)現(xiàn)棘輪反轉(zhuǎn)。

3、不完全齒輪機(jī)構(gòu)：

圖2-10不完全齒輪機(jī)構(gòu)

不完全齒輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)等速轉(zhuǎn)位和等量轉(zhuǎn)角，但不可調(diào)整，如需反轉(zhuǎn)必

須增加反向機(jī)構(gòu)。

4、凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)：

圖2-11凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)

凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)傳動平穩(wěn)，噪音低，適用于高速場合，但凸輪加工復(fù)雜,

精度要求高，每次轉(zhuǎn)角不可調(diào)，如需反轉(zhuǎn)應(yīng)增設(shè)反向機(jī)構(gòu)。

5、星輪機(jī)構(gòu):

圖2-12行星輪系機(jī)構(gòu)

星輪機(jī)構(gòu)具有槽輪機(jī)構(gòu)的啟動性能，又兼有不完全齒輪機(jī)構(gòu)等速轉(zhuǎn)位的優(yōu)

點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)等量轉(zhuǎn)角，但不可調(diào)，同時星輪加工制造困難。

2.3.3、刨刀垂直進(jìn)給運(yùn)動

為了實(shí)現(xiàn)刨刀的垂直進(jìn)給運(yùn)動，可以在刨刀切削運(yùn)動執(zhí)行件上設(shè)置一個在

垂直于刨削方向上能作間歇移動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與橫向進(jìn)給類似，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)同

樣應(yīng)具有小進(jìn)給量可調(diào)且在非進(jìn)給時具有自動固定的功能，同時考慮到動力源

可以采用手動，因此采用一個簡單螺旋機(jī)構(gòu)作為刨刀垂直進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu),

既簡單又工作可靠。

、運(yùn)動方案確實(shí)定

根據(jù)以上的分析可知，能實(shí)現(xiàn)機(jī)器總體工藝功能的方案有許許多多，通過分

析比擬確定實(shí)現(xiàn)該機(jī)器的三個工藝動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別為：

1、刨刀切削運(yùn)動采用平面連桿機(jī)構(gòu)。

2、工件橫向進(jìn)給運(yùn)動采用曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)與螺旋機(jī)構(gòu)串聯(lián)。

3、刨刀垂直進(jìn)給運(yùn)動采用螺旋機(jī)構(gòu)。

為了實(shí)現(xiàn)刨刀切削速度盡可能為勻速，作為刨刀切削運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)一一

平面連桿機(jī)構(gòu)，應(yīng)該采用平面六桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。

圖2-13方案一示意圖

采用上述結(jié)構(gòu)最為簡單，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，那么要求有較長的曲柄，從而帶來機(jī)構(gòu)所需活動空間較

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。

圖2T4方案二示意圖

該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案1有所改良，但在曲柄

搖桿機(jī)構(gòu)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

整個機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間較大。

圖2-15方案三不意圖

該方案傳力特性好，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。

綜上：選用方二作為機(jī)構(gòu)的主切削機(jī)構(gòu)。

3、刨刀切削運(yùn)動機(jī)構(gòu)的尺度綜合及運(yùn)動特性評定

3.1、原始數(shù)據(jù)

表3-1原始數(shù)據(jù)

刨削平均速度:(mm/s)630

行程速度變化系數(shù)K1.48

刨刀沖程H(mm)420

切削阻力E(N)5500

空行程摩擦阻力(N)275

刨刀越程量AS(mm)21

刨頭重量(N)650

桿件比重(N/m)340

許用不均勻系數(shù)[6]0.05

3.2、主機(jī)構(gòu)的尺度綜合

根據(jù)方案三的機(jī)構(gòu)圖可得

9-180。幺」=34.84。g=J=5.62rad/s

K十1~30

60匕”H

%=I=53.7r/min0,B-------701.46mm

“(1+方)2sinJ

K2

020t=-01B=420.88mmA02=020isin17.40=126mm

5

BC=1B04=175.37mm

4

3.3、主機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析

機(jī)構(gòu)1和10位置的運(yùn)動簡圖如下列圖所示：

=820m/s

^A4

4A3=o.68m/s

圖3-1主機(jī)構(gòu)簡圖04=0.45rad/s

3.3.1、位置1的運(yùn)動分析%=0.32m/s

對曲柄位置1做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加速度

圖）

1、取曲柄位置“1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，

取速度極點(diǎn)P,速度比例尺K=0.l（m/s）/mm,

作速度多邊形如圖3-1,列速度矢量方程：

，么='么+'人為式（3-1）

大小?V?

±04A_L

方向O2A//O4B

式中4,二U4二傷44=671m/s方向：_L02A

Uc=0.31m/s

u=0.093m/s

圖3-2速度多邊形

3A4=3.21m/s2

取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程

□c二八+UCB式［3-2)

叢4A3=1.2m/s2

大??？V?

方向〃導(dǎo)路.LO.B±BC

%—7.30rad/s2

式中:%=0.32m/s

2、取曲柄位置“1”進(jìn)行加速度分析，

aB=5.12m/52

取曲柄構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行加速度分析。

作速度多邊形如圖3-2,加速度比例尺na=0.1(m/$2)/

mmoacBt=l.40m//

列加速度矢量方程：

ntkr

a，A4=aA4+aA4=aA3+&A4A3+@A4A3式(3-2)

ac=4.97m/s2

大?。縅?VV?

方向？A->。？-LO2BA->01_L()2B//O2B

式中：aA3=32,義L()2A,Mi.,aA3—3.98m/s2

2

aA4“=g2XLOLA,Mi.,a,\J=0.09in/s

a.A4A3k=2UA4A3辦4A3『0.61111/S~'方向&fk

取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程:

nnI

0>C=+HCB+HCB式(3-3)

大??？JVJ?

方向〃導(dǎo)路BfA±ABC-B±BC

式中：aBn=6>42LO4B,|-IL，aen=0.14m/s2，方向乙玲b

aBT=3*Lo4B/Lo2A，3BT=5.12m/s~,方向p'玲4

3CBn=UCB2/l-BC*PL，3CBn=0.05m/S2,方向3B94

tl

Ca2

L)A4=0.71m/s

CO4=2.41rad/s

UB=1.69m/s

圖3-3加速度多邊形

UA4A3=0m/s

3.3.2、位置10的運(yùn)動分析

曲柄位置“10”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫速度圖，加

Uc=1.69m/s

速度圖）

1、取曲柄位置“10”進(jìn)行速度分析，UCB=0m/s

取速度極點(diǎn)P,速度比例尺也二0.01（m/s）/mm,

作速度多邊形如圖3T

取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。

，列速度矢量方程：

UA4=U八3+U八4A3式（3-4）

大?。縑?

方向_LQA±O2A//O4B

式中：q,二U&二電斜陽=0.71m/s,方向：JLo2A

取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程：

UC=UB+UCB式(3-5)

大?。縑?

方向〃導(dǎo)路，O2B±BC氣，=5.69m/s

2

式中：UB=1.69m/s,方向pfb

aA4=1.71m/s2

p的（4）b(c)

圖3-4速度多邊形圖

J

aB=4.07m/s

2、取曲柄位置“10”進(jìn)行加速度分析.

取速度極點(diǎn)P，速度比例尺Nv=o.05（m/s）/mm,

取曲柄構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行t=2

aCB4.09m/s

加速度分析.列加速度矢量方程：

ntkr

@A4=&A4+a，A4=8,43+@A4A3+HA4A3式（3-6）

a=0.41m/s2

大??？JOJO?c

方向？A-*O4A—。？〃O』B

式中：泳丁=。42|_04A.m,9A4n=i.7im/s2,方向p'fn

22

aA3=u）ixLO2A-|iL，aA3=3.98m/s,方向p'玲a3'

取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程：

nTnT

&C=HB++&CB+&CB式（3-7）

大?。縅JJ?

方向〃導(dǎo)路BfA±ABCfB±BC

n2n2

式中：aB=^4LO4A,|1L，aB=4.07m/s

2T2

a4=orad/s，aB=om/s

n2

UCB=om/s，aCB=om/s

3.3.3、速度加速度線圖

1、速度線圖

圖3-5速度線圖

2、加速度線圖

圖3-6加速度線圖

4、電動機(jī)功率與型號確實(shí)定

4.1、等效阻力矩的計(jì)算

1.取曲柄AB為等效構(gòu)件，根據(jù)機(jī)構(gòu)位置和切削阻力R確定一個運(yùn)動循環(huán)

中的等效阻力矩做（4）。

%（。）=乙2式（4-1）

g

計(jì)算所得數(shù)據(jù)如下表：

表4T等效力矩計(jì)算結(jié)果

代號2

co(rad/s)vc(mls)a(.(mls)何平衡（/）（M〃）)

10.314.9734.65303.38

20.753.15795.30733.99

30.811.36868.80790.70

40.910.12934.92888.61

50.83-2.98837.60814.23

65.620.64-5.80720.08626.33

70.35-7.3059.21341.52

8-0.28-7.9134.2213.70

9-1.16-9.31226.1056.76

10-1.690.4175.9182.70

續(xù)表

2

代號co{rad/s)vc(tnls)ac(mls)M平衡(/)(N〃z)M人f)(Nm

115.62-1.109.5041.0153.82

12-0.247.9517.42IL62

以下是等效力矩和平衡力矩的線圖：

平衡力矩線圖

圖4-1平衡力矩線圖

等效力矩線圖

圖4-2等效力矩線圖

4.2、等效驅(qū)動力矩的計(jì)算

根據(jù)Mr（（I））值采用數(shù)值積分中的梯形法計(jì)算曲柄處于各個位置時Mr（4））

的功：

["「（9）6/。=叱（夕）

0式（4-2）

因?yàn)轵?qū)動力矩可視為常數(shù)，所以按照：

1V

Md=—\Mr（（p）d（p

2"°式（4-3）

確定等效驅(qū)動力矩Md。

Md=462.06

4.3、電動機(jī)型號確實(shí)定

由

P=Md0）\=Md常式（4-4）

計(jì)算刨刀切削運(yùn)動所需的功率，得：

P=2596.77/

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，所以：

Pd=1.2P式（4-5）

確定電機(jī)功率，得：

=3116.12

選定電機(jī)型號

由參數(shù)表可知，該牛頭刨床的驅(qū)動電動機(jī)應(yīng)選用Y200L2-2型號的。其中各

個符號的意義說明如下列圖：

Y2L2

-0-0-I2

-L極致

--鐵心長度代號

-機(jī)座長度代號

機(jī)座中心高

異步電動機(jī)

圖4-3電動機(jī)參數(shù)解釋示意圖

5、飛輪轉(zhuǎn)動慣量確實(shí)定

5.1、等效力矩的計(jì)算

1、確定等效力矩M（。）

〃（。）=此一M.0）式（5-i）

2、確定等效力矩所做的功AW,等效力矩M（。）和等效力矩所做的功AW

的值如下表所示：

表5T等效力矩及其功的計(jì)算結(jié)果

曲柄位置號M(f)(N*m)(J)

1159162

2-272-67

3-329-157

4-427-198

5-352-204

6-164-135

7120-27

8448149FRAS=543N

9405223

10379205

11408206

12450225

3、求解最大盈萬功

A心皿式（5-2）

求出最大贏虧功[W]=429J。

"23=1066N

52飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算

由

FK]4X=280N

T一

（5-3）

尸二蠕⑸式^I4y=34.8N

得：J尸=272女g/。

6、主機(jī)構(gòu)的力分析

各構(gòu)件的重量G（滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計(jì)），導(dǎo)桿4繞重切削

力6的變化規(guī)律。求各運(yùn)動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。

6.1、位置1的力分析

取“1”點(diǎn)為研究對象，別離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動靜力分析。

對于構(gòu)件5、6由平衡條件得：

/+瑪6+腿+G6+&45=。式（6T）

大小VV?V?

方向〃導(dǎo)路±BC1.導(dǎo)路_L導(dǎo)路〃BC

式中：、f=275N,G6=650N,

=一〃74.,F/6=266.5No

對導(dǎo)桿4（力多邊形如下圖〕，由平衡條件得：

FR54+FR23+%+%+G4+F^X+=0式（6~2）

人小VVVVV??

方向〃BC，導(dǎo)桿〃導(dǎo)桿，導(dǎo)桿向下水平向下

式中：外45=543N,弓;=62.3N,

用=2.19N,G4=238.5N?

&45=255N

玲23=596N

FRMX=335N

圖6-1位置1的導(dǎo)桿的力多邊形圖

F^|=265N

62、位置10的力分析4y

取“10”點(diǎn)為研究對象，別離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動靜力分析。

對于構(gòu)件5、6由平衡條件得：

/+^6+^6+66+^45=0式（6-3）

大小4q?4?

方向〃導(dǎo)路±BC_L導(dǎo)路_L導(dǎo)路〃BC

式中:f=275N,G6=650N,

a=一叫，F(xiàn)/6=97.8/VO

對導(dǎo)桿4（力多邊形如下圖］,由平衡條件得:

++G4+K4X

+品=°式(6-4)

大小VVV??

方向〃BC_L導(dǎo)桿向下水平向下

式中：與5k255N,G”238.5N。

圖6-1位置10的導(dǎo)桿的力多邊形圖

7、傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

7.1、減速比及其分配

1、總減速比

=18式(7-1)

%53.7

2、減速比的分配

減速傳動機(jī)構(gòu)采用V帶傳動和齒輪傳動的配合，V帶作為一級減速機(jī)構(gòu)，

其分配得到的傳動比應(yīng)該不大于終極減速機(jī)構(gòu)齒輪的傳動比，最后綜合各機(jī)構(gòu)

減速比的范圍最終確定減速比分配為：

反帶傳動比&=2

齒輪傳動比乙=9

7.2齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于齒輪傳動比％=9,采用兩級齒輪傳動，傳動比計(jì)算公式為：

■Z1?Z式g)

齒輪的安裝圖如卜.：

Z1

L

圖7-1齒輪的安裝圖

采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，那么

m=4a=20°

齒輪根本參數(shù)如下表(h>1.0,cM.25)

表7-1齒輪根本參數(shù)表

齒輪代號

4z24

分度圓直徑d68mm204mm68min204mm

齒數(shù)Z17511751

8、進(jìn)給運(yùn)動

8.1、橫向進(jìn)給運(yùn)動

工件的橫向進(jìn)給運(yùn)動量是很小的，口每次要求等量進(jìn)給，又因?yàn)楸仨毞乐?/p>

工件在刨削力的作用下沿橫向移動，所以橫向進(jìn)給執(zhí)行機(jī)構(gòu)除了能實(shí)現(xiàn)小而且

等量進(jìn)給外，在非進(jìn)給時還應(yīng)具備有自動固定的功能。螺旋機(jī)構(gòu)能滿足這些功

能，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。因此，可選用螺旋機(jī)構(gòu)作為橫向進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)

行機(jī)構(gòu)，其動力仍然來自驅(qū)動刨刀運(yùn)動的電動機(jī)，不必另設(shè)動力源。

工件要能間歇移動，螺旋必須作間歇轉(zhuǎn)動，所以在螺旋機(jī)構(gòu)之前必須串聯(lián)

個間歇轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，且與刨刀切削運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，這樣可以方便實(shí)現(xiàn)切削

運(yùn)動和橫向進(jìn)給運(yùn)動的協(xié)調(diào)配合。

通過比擬分析，工件橫向進(jìn)給運(yùn)動采用曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)與螺旋機(jī)構(gòu)串聯(lián)。

圖8-1雙向棘輪機(jī)構(gòu)

8.2、垂直進(jìn)給運(yùn)動

為了實(shí)現(xiàn)刨刀的垂直進(jìn)給運(yùn)動，可以在刨刀切削運(yùn)動執(zhí)行件上設(shè)置一個在垂

直于刨削方向上能作間歇移動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與橫向進(jìn)給類似，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)同樣

應(yīng)具有小進(jìn)給量可調(diào)且在非進(jìn)給時具有自動固定的功能，同時考慮到動力源可

以采用手動，因此采用一個簡單螺旋機(jī)構(gòu)作為刨刀垂直進(jìn)給運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，

既簡單又工作可靠。

圖8-2牛頭刨床總體機(jī)構(gòu)示意圖

總結(jié)與體會

接觸機(jī)械原理這門課程一學(xué)期了，而這學(xué)期才是我真正感受到了一個學(xué)習(xí)

機(jī)械的樂趣以及枯燥，被那些機(jī)械器件、機(jī)件組合而成的機(jī)器所吸引，尤其是

汽車、機(jī)器人、航天飛機(jī)等機(jī)械技術(shù)所震撼，感慨機(jī)械工作者的偉大，。然而

這種沖動就在接近本學(xué)期結(jié)束之時，終于實(shí)現(xiàn)了，我們迎來了第一堂機(jī)械課程

設(shè)計(jì)。

由于第一次做這樣的事情，脫離老師的管束，和同學(xué)們分組探討牛頭刨床

的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，把學(xué)了一學(xué)期的機(jī)械原理運(yùn)用到實(shí)踐中，心中另是一番滋味！

在設(shè)計(jì)之前，指導(dǎo)老師把設(shè)計(jì)過程中的所有要求與條件講解清楚后，腦子

里已經(jīng)構(gòu)思出機(jī)構(gòu)的兩局部，即主機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，把每一局部分開設(shè)計(jì),

最后組合在一起不就完成整體設(shè)計(jì)了嗎？這過程似乎有點(diǎn)簡單，可是萬事開頭

難，沒預(yù)料到這個“難”字幾乎讓我無法逾越，如導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，必須按照規(guī)定的

運(yùn)動規(guī)律即參數(shù)，設(shè)計(jì)一個滿足運(yùn)動條件的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，這是機(jī)械原理課堂上沒

有講過的，因?yàn)檫@局部只是課本了解內(nèi)容，但涉及這個導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對整個課程設(shè)

計(jì)來說又是勢在必行的，所以我跑到圖書館，恨恨地找了一番，終于借到與這

次課程設(shè)計(jì)有關(guān)的幾本參考資料書，拿回來后一本一本地看下去，把有關(guān)的內(nèi)

容一一瀏覽，結(jié)果，令我們欣喜的是這導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的各種參數(shù)都被羅列出來了，

而且還有一道例題，按照例題的思路很快地設(shè)計(jì)出了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，即主機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

完成。

做成了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，之后對機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度加速度分析，我們思考著解析法是

不可能在很短的時間內(nèi)弄懂的，為了爭取時間我們只能選擇圖解法了，我們大

晚上的坐在電腦旁邊，用CAD作圖，用QQ語音進(jìn)行交流，高科技顯然被引進(jìn)了

我們的課程設(shè)計(jì)，幾位“工程師”邊做圖邊把存在的問題說出來，最后在加夜

班的情況下，于第二天早上突破了這個難題。

作圖可以說是學(xué)機(jī)械的家常便飯，不過這最根本的功夫又是最耗時、最考

驗(yàn)人的耐心和細(xì)心的。1張1號圖紙必須在很短的時間內(nèi)完成，將我們設(shè)計(jì)機(jī)

構(gòu)完全呈現(xiàn)出來。由于我們的任務(wù)繁多，所以我們只能抓緊時間畫圖算數(shù)據(jù)，

而且每個數(shù)據(jù)都算兩道三遍以便辯論時不會出錯，這一任務(wù)無疑加大了我們的

工作量，最為讓人印象深刻的就是，有一天晚上到活動室后，為了在晚上離開

前完成圖紙，一直作圖到晚上九點(diǎn)鐘，下午五點(diǎn)那時肚子實(shí)在餓得不行了，就

干脆把快餐叫到活動室，幾個人在一起呼呼呼地吃了一頓特殊的作圖晚餐，這

樣的事情在畢業(yè)后也許將成為同學(xué)之間的一段美好的回憶了。

周三完成課程設(shè)計(jì)報告，完善圖紙。準(zhǔn)備好一切后，等待周五的辯論到來。

只希望我們組能夠在辯論中取得好成績，即過程與結(jié)果的雙重完美，當(dāng)然這是

本次課程設(shè)計(jì)的最完美的結(jié)局。

參考文獻(xiàn)

[1]孫恒，陳作模.機(jī)械原理M.7版.北京：高等教育出版社，2006.5.

[2]鄒慈君.機(jī)械原理設(shè)計(jì)手冊.北京：高等教育出版社，1998.6.

[3]周一峰.理論力學(xué).長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2003.8.

方案分析：對方案一、

1.機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動，自由度為F=3n-(2P1+Ph)=3X5-(2X7+0)=1,

曲柄為機(jī)構(gòu)原動件；

2.通過曲柄帶動擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和滑塊機(jī)構(gòu)使刨刀往復(fù)移動，實(shí)現(xiàn)切

削功能，能滿足功能要求

3.工作性能，工作行程中，刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求,

擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)使其具有急回作用，可滿足任意行程速比系數(shù)K的

要求；

4.傳遞性能，機(jī)構(gòu)傳動角恒為90°,傳動性能好，能承受較大的

載荷，機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈較長，傳動間隙較大；

5.動力性能，傳動平穩(wěn)，沖擊震動較小；

6.結(jié)構(gòu)和理性，結(jié)構(gòu)簡單合理，尺寸和質(zhì)量也較小，制造和維修也

較容易；

7.經(jīng)濟(jì)性，無特殊工藝和設(shè)備要求，本錢較低。

綜上所述，選擇方案一

三、刨刀切削運(yùn)動機(jī)構(gòu)的尺度綜合及運(yùn)動特性評定

(1)原始參數(shù)：

刨削平均速度v.Xmm/s)530

行程速度變化系數(shù)K1.46

刨刀沖程H(mm)320

切削阻力1-；(N)3500

空行程摩擦阻力［N)175

刨刀越程量AS(mm)16

刨頭重量(N)550

桿件比重(N/m)220

許用不均勻系數(shù)［3］0.05

(2)各構(gòu)件尺寸:

尺度綜合

^1800^=33^b)==6.173rad/s

1wU

=H320

、言￡=58.979r/mln年二552.6mm

-X552.6

55

020F01B=331.6mmA02=0201sin16:83。=96mm

104B*04BCO?1

BC—BCh=138.2mm垂直高度Y=，=540mm

綜上，機(jī)構(gòu)各尺寸如下表:

LO4B

9L()2ALK020tHY

33.66°552.6mm96mm138.2mm331.6mm570mm540.8

3、原動件轉(zhuǎn)速J的計(jì)算

刨刀的進(jìn)程和回程共640mm,平均速度是530nlm/s,根據(jù)運(yùn)動關(guān)系

,rh=l/T*60=58.979r/min

機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖

3、主機(jī)構(gòu)尺寸綜合及運(yùn)動分析

1、曲柄位置“6”速度分析，加速度分析（列矢

量方程，畫速度圖，加速度圖）（注意其中的九64

表示6位置點(diǎn)4構(gòu)件的速度，UA114表示11位置4

構(gòu)件的速度）

取曲柄位置“6”進(jìn)行速度分析。因構(gòu)件2和3

在A處的轉(zhuǎn)動副相連，故VA2=VA3,其大小等于W2U,

方向垂直于02A線，指向與以一致。

<02=2Jin2/60rad/s=6.173rad/s

=

uA63=UA62=32.1O2A=6.173x0.096in/s0.5926n/

s

(102

A)

取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。列速度

矢量方程，得

UA64=UA63+UA64A63

大??？J?

方向10tAJ_02A〃0“B

取速度極點(diǎn)P,速度比例尺Pv=o.01(m/s)/mm,^

速度多邊形

圖1-2

64

那么由圖1-2知，九3二尸〃?uv=0.4m/s

u464A62=0.438m/s

用速度影像法求得，

Dneo=uDM=0.577m/s

又3,尸uA./1()64A=1.044rad/s

取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得

UC65=。B65+。C65B65

大?。縅?

方向〃XX±0,B±BC

取速度極點(diǎn)P,速度比列尺uv=0.01(m/s)/mm,

作速度多邊行

那么圖知,八5二Pc6.nv=o.56m/s

uC6BI=0.12in/s

3cB=0.8683rad/s

計(jì)算結(jié)果的表格表示:

%3UC6B43CB

3Vc5

0.4m/s1.044rad/s0.12m/s0.8683rad/s0.56m/s

2.加速度分析：

取曲柄位置“6”進(jìn)行加速度分析。因構(gòu)件2和

3在A點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動副相連，

故。八62二以63,其大小等于322102A，方向由A指向

0,o

co2=6.173rad/s,

222

CIA63=CIA62=G）/?LO2A=6.173X0.096m/s=3.658m/s

取3、4構(gòu)件重合點(diǎn)A為研究對象，列加速度矢

量方程得：

nxnK

64

3.A64=0人+-a,\63+@A64A63+@A64A63

大?。?？3：］0睛?J234UMA3?

方向：？B-A±0.BA->02LOB（向左）〃。田

（沿導(dǎo)路）

取加速度極點(diǎn)為P',加速度比例尺%=0.05（m/s2）

/mm,

作加速度多邊形見圖紙.

c6‘

由圖可得

，2

a，&i=Pa6/?ua=1.9m/s

2

用加速度影象法求得aB65=aB64=2.725m/s

取5構(gòu)件為研究對象,列加速度矢量方程,得

nT

S-c65=HR65+&C65B65+ac65B65

大小9*J

9?

方向〃xxJC-B±

BC

其加速度多邊形如圖紙所示,有

2

ac6二p'C6'?Pa=2.725m/s

計(jì)算結(jié)果的表格表示：

nT

a65B65+a65B65

ac653R65tC

2.725m/s22.75m/s20.10770.075

2、曲柄位置“11”速度分析，加速度分析(列矢量方

程，畫速度圖，加速度圖)

取曲柄位置“11”進(jìn)行速度分析，其分析過程同曲

柄位置“1”。

取構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行速度分析。列速度矢

量方程，得

uA114=uA113+uA114A113

大??？J?

方向JLOAJ_02A〃。出

取速度極點(diǎn)P,速度比例尺Z0.01(m/s)/nim,作速度多

邊形如圖

==

那么由圖知uAii4po?iu?Uv45.5X0.01—0.455

m/s

=

uAI14Ali3二ai13ali4*Uv-38.8X0.01m/s0.388m/s

由速度影像法：

UB115—UBH4—UAIM?O4B/01A-0.988m/s

取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程，得

UC115=UB115+UC115B115

大??？J?

方向〃XXJ_O1B±BC

其速度多邊形如圖1-4所示，有

Ucil5=Pc115?Uv=96.4X0.01=0.964m/s

計(jì)算結(jié)果的表格表

UA114UA114A1UB115UC115

13

0.455m/s0.388m/s0.980.964m/s

m/s

取曲柄位置“9”進(jìn)行加速度分析，分析過程同曲柄

位置“3”.取曲柄構(gòu)件3和4的重合點(diǎn)A進(jìn)行加速度分

析.列加速度矢量方程,得

nTnk

3^114=^Al14+aAl14=a4113+aAl14Ali3+3,A114A113

Y

大?。?V23,[UA4A3?

方向？BfA_LOiBA->0210.B!/0」B

(沿導(dǎo)路)

2

取加速度極點(diǎn)為P',加速度比例尺ua=0.05(m/s)

/mm,作加速度多邊形

P

T=z

aAH4an4ain?Ua=70X0.05m/s*=3.Sm/s?

2

aii4=aAIM/1O4A14.658m/s

22

aAH4-p'ai/?Ua-78.5X0.05m/s=3.925m/s

用加速度影象法求得

HBII5-aBU4二a.AIMX1OIB/1OIA-8.5m/i

取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得

nT

3d15=3-B115+3C115B115+3cil5B115

大小？JJ?

方向〃xxVC-*BIBC

其加速度多邊形如圖1一5所示，有

=

O-C5B5=csB5*Ua3X0.05m/s~=0.15in/s~

2

Hens