机械设计牛头刨床设计.doc

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1、机械原理课程设计报告目录 工作原理3设计要求3设计内容及工作量4一连杆机构的对比5二. 拟定机械传动方案6三. 机械运动方案示意图6四. 机构运动简图7五. 导杆机构的运动分析8六. 导杆机构的动静力分析12七. 凸轮机构的设计13八. 总结15九.参考文献15工作原理： 牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。 图1是参考示意图。电动机经过减速传动装置带动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇运动。刨床工作时，刨头由曲柄带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距离，工作阻力F为常数；刨刀左行

2、时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，由摆动从动件盘形凸轮机构通过四杆机构驱动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给进给运动，以便刨刀继续切削。设计要求：电动机轴与曲柄轴平行，刨刀刀刃点与铰链点的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄转速偏差为5。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值之内，摆动从动件的升、回程运动规律均为等加速、等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。导杆机构运动分析转速n2(r/min)工作行程H(mm)行程速比系数

3、K503001.38凸轮机构运动分析从动件最大摆角jmax()摆动从动件杆长许用压力角()推程运动角d0 ()远休止角ds ()回程运动角d0 ()1512841621060导杆机构运动动态静力分析工作阻力Fmax(N)导杆质量m4(kg)滑块6质量m6(kg)导杆4质心转动惯量Js4(kgm2)460020801.2设计内容及工作量：1、根据牛头刨床的工作原理，拟定23个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。2、根据选定的电机和执行机构的运动参数拟订机械传动方案。3、 画出机械运动方案示意图。4、根据给定的数据确定机构的运动尺寸，用Autocad软件按1：1绘制所设计的机

4、构运动简图。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。5、导杆机构的运动分析。分析导杆摆到两个极限位置及摆到与机架位于同一直线位置时，滑块的速度和加速度。6（a）、导杆机构动态静力分析，确定机构一个位置（导杆摆到与机架位于同一直线位置）的各运动副反力及应加于曲柄上的平衡力矩。6(b) 、绘制从动件滑块的位移、速度、加速度曲线图。6（a）和6（b）任选一个内容进行分析。7、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮机构的基本尺寸（基圆半径ro、机架和滚子半径），并将运算结果写在说明书中。用图解法画出凸轮机构的实际廓线（用Autocad软件）。8、编写设计说明书一份。应包括设计任务、

5、设计参数、设计计算过程等。一连杆机构的对比第一个方案： 因为其自由度F=3*5-2*7=1，机构具有确定的运动。与原方案相比，结构同样简单，但由于此方案中刨头会受到曲柄转动时向上的力，不利于力的传动。第二个方案： 因为其自由度F=3*5-2*7=1，机构具有确定的运动。此方案以滑块机构替代转动机构，增加了摩擦，以曲柄机构带动的刨刀需加一个较大的力，动力性能较差。第三个方案： 因为其自由度F=3*5-2*7=1，机构具有确定的运动。其冲击振动较大，零件易磨损，维护较难，对设备要求较高，导致成本增加。 二拟定机械传动方案1.电机的选择刨床的执行构件的速度很低，曲柄转速比较小，应选择转速比较小的原动

6、机，综合考虑应选定传动系统电机型号为Y160M2-8，转速720r/min。A、根据要求取步转速 n同=720 r /minB、根据扭头刨床设计数据知有效工作行程 H=0.31 mC、工作机有效功率为P=5.5KW2.执行机构的选择为了减少能耗、减轻振动，易将转换运动形式的机构，如凸轮机构、连杆机构、螺旋机构等布置在执行机构相连的低速级一端。3. 传动方案（1） 刨刀每分钟往复移动的次数可调，最小的每分钟往复移动次数为15次（第一档），最大为80次（第六档），共六档，相邻两档每分钟往复移动次数之比理论上应相等。（2） 刨刀的工作行程H=300mm,可用人工无级调整。（3） 刨刀在一定范围内可随

7、小刀架实现手动无级垂直进给（4） 刨刀往复运动的起始位置，在一定范围内可用（5） 工作台自动实现横向进给，且进给量可由人工无级调整。（6） 刨刀的往复切削运动具有急回特性。当刨刀工作行程为300mm时。其行程速比系数K控制为1.38（7） 刨刀行程为300mm时，刨刀的切削力不超过4600N，导杆4的质心转动惯量为1.2三机械运动方案示意图四机构运动简图：确定机构的运动尺寸：机架，行程速比系数 K=1.38，连杆与导杆之比则原动件杆4的极位夹角 曲柄2 导杆4 连杆5 用Autocad软件按1:1绘制所设计的机构运动简图：注：图中2点8点为机构极限运动位置。五导杆机构的运动分析曲柄位置“1”，

8、“8”速度分析，加速度分析（列矢量方程，速度图，加速度图）。A、速度分析因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3=其方向垂直于O2A，指向与2的转向一致。取构件3和4的重合点A3，A4进行速度分析。列速度矢量方程，得： 方向 ? ? 大小 取速度极点P，速度比例尺v=0.06（m/s）/mm ，作速度多边形如图2则由图知， ，方向与相反由速度影像定理求得， 又 取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得： 大小 ？ ？ 方向 /xx O4B BC取速度极点P，速度比例尺v=0.01（m/s）/mm ，做速度多边形如图2则由图知， B、加速度分析因构件2和3在A点处的转动副相连，故，其大小

9、等于,方向由A指向O2取3、4构件重合点A为研究对象，列加速度矢量方程得 大小 ？ 0 ？ 0 ？方向 ？ BA O4B AO2 O4B /O4B取构件5为研究对象列加速度矢量方程，得 大小 ？ ？方向 /X /a4 CB BC取加速度极点为,加速度比例尺a=0.2（m/s2）/mm作加速度多边形如图3则有图知， 用加速度影像法求得又 曲柄在“4”位置速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）A、速度分析因构件2和3在A处的转动副相连，故VA2=VA3=其方向垂直于O2A，指向与2的转向一致。取构件3和4的重合点A3，A4进行速度分析。列速度矢量方程，得： 方向 ? ? 大小 取速

10、度极点P，速度比例尺v=0.06（m/s）/mm ，作速度多边形如图4则由图知 导杆4角速度对构件5上B、C点，列速度矢量方程式 方向 /水平轴 BC大小 ？ ？B、加速度分析由运动已知的曲柄上A点开始，列两构件重合点间加速度矢量方程，求构件4上A点的加速度aA4。因为所以 大小 ？ 0 ？方向 AO4 O4A AO2 O4A /O4A取极点p，按比例尺a=0.05（m/s2）/mm作加速度图，如图所示由图求得因为所以构件4的角加速度 大小 ？ 0 ？方向 /水平轴 CB BC由图得六.导杆机构的动态静力分析对位置5点进行动态静力分析：取5点为研究对象，分离5.6构件进行运动静力分析已知,又

11、0.43m/s2 则设与水平导轨的夹角a，可测得a的大小为由，解得=8664N =-1875.4分离3,4构件进行运动静力分析，已知=8664N，由此可得 根据其中h1,h2.h3,h4分别为G4，F14，Fr54,Fr23作用于O4的距离（其大小可以测得），可以求得Fr23=9855N Fr14=5300N对曲柄2进行运动静力分析，做组力体图：作用于O2的距离为h,其大小为0.18m所以曲柄上的平衡力矩为 M=-七确定凸轮机构的基本尺寸：选推杆的运动规律位二次多项式运动规律，即等加速运动规律。其运动规律表达式为：等加速段： （0等减速段： 由以上两个表达式解得： 最大摆角时有：=62由于摆杠

12、和凸轮在瞬心点P的速度相等得： （1）则 （2）将（1）式分子分母同乘整理得： （3）由式（3）求出op代入式（1）右边得： （4）在三角形AP中由正统定理有： （5）将式（4）代入（5）中得： （6）用代入（6）中得： （7）过点O作,则,再由式（2）得，等式（7）正是的正弦定理。将等式（6）中的展开得： （8）由（8）得 （9）将代入（9）得： （10）如果在图中所示位置的接触点处的压力角正好满足a=，比较式（10）和（7）可知，直线便是在此位置时满足（10）以达到式成立的边界。可回程时，压力角a0,传力条件变成-tana,由此可导出满足传力条件性能的条件： （11）将代入式（11）得：

13、（12）同理可得回程时a和的解域，推程与回程的解域的交集便是该凸轮机构保证力性能最好的a和的解域，综上所述，确定去伦机构的基本尺寸：基圆半径 基架长度a=150mm 滚子半径r=5.5mm凸轮轮廓线的绘制1. 选定角度比例尺，摆杠的角位移曲线，如图所示，将其中的推程和回程角位移曲线横坐标分成若干等分。2. 选定长度比例尺，作以O为圆心以OB=为半径的基圆：以O为圆心，以OA=a为半径作反转后机架上摆杠转动中心的圆。3. 自A点开始沿-方向吧机架圆分成与图中横坐标相应的区间与等分，得点.,z再以.为圆心，以AB=L为半径作弧与基圆交与点.得线段.4. 自线段.开始，分别作.使它们分别等于图中对应

14、的角位移，得线段.5. 将.连成光滑曲线，他就是所求的理论轮廓线。6. 实际轮廓线可用前述滚子圆包络线的方法做出，如图所示。总结： 通过一段时间的设计，让我对所学的知识有了更加深刻的认识，特别是能把机械原理课程设计的各章理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深了所学的理论知识。也学会了运用各种资料，软件，特别是CAD和solidworks的熟练运用。这是自己第一次做这种类型的设计，其中肯定有很多的不足，希望在今后的设计中，能得到真正的提升，使自己的设计能力进一步趋向成熟。当然我也会努力学习让自己的专业知识日益深厚。参考文献：1.机械原理/孙恒，陈作模著 第七版 北京：高等教育出版社， 20062.吕仲文主编.机械创新设计M.北京：机械工业出版社，20043.百度文库15