機械原理課程設計——牛頭刨床

1、<p>　　一：課程設計題目、內容及其目的</p><p><b>　　課題： 牛頭刨床</b></p><p><b>　　內容</b></p><p>　　1．對機構進行運動分析</p><p>　　已知：曲柄每分鐘轉數 ,各構件尺寸及質心位置。</p><p>

2、;　　作機構1~2個位置的速度多邊形和加速度多邊形，作滑塊的運動線圖，以上內容與后面動態(tài)靜力分析一起畫在1號圖紙上。</p><p>　　2．對機構進行動態(tài)靜力分析</p><p>　　已知：各構件的重量G（曲柄1、滑塊2、和連桿5的重量都可以忽略不計），導桿3的轉動慣量 及切削力 變化規(guī)律如下圖。</p><p>　　確定構件一個位置的各運動副反力及應加于曲柄上的

3、平衡力矩。</p><p>　　3、用UG進行模擬運動仿真校核機構運動分析和動態(tài)靜力分析的結果</p><p>　　電動機功率的確定與型號的選擇</p><p><b>　　齒輪減速機構設計</b></p><p><b>　　目的：</b></p><p>　　1：學會機械

4、運動見圖設計的步驟和方法；</p><p>　　2：鞏固所學的理論知識，掌握機構分析與綜合的基本方法；</p><p>　　3：培養(yǎng)學生使用技術資料，計算作圖及分析與綜合能力；</p><p>　　4：培養(yǎng)學生進行機械創(chuàng)新的能力。</p><p>　　二：牛頭刨床簡介和機構的要求</p><p><b>　　

5、1：牛頭刨床簡介</b></p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖 1。電動機經皮帶和齒輪傳動，經過減速機構減速從而帶動曲柄 1。刨床工作時，由導桿 3 經過連桿 4 帶動刨刀 5 作往復運動。刨頭左行時，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量，刨頭右行時，刨刀不切削，稱空行程，此時要求速度較高，以提高生產率。為此刨床采用有急回作用的導

6、桿機構。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，通過棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫） ，使工作臺連同工件作一次進給運動， 以便刨刀繼續(xù)切削。 刨頭在工作行程中， 受到很大的切削阻力 （在切削的前后各有一段約 0.05H 的空刀距離） ，而空回行程中只有摩擦阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質量和減小電動機容量。</p><p><

7、;b>　　2：機構的要求</b></p><p>　　牛頭刨床的主傳動的從動機構是刨頭， 在設計主傳動機構時， 要滿足所設計的機構要能使牛頭刨床正常的運轉， 同時設計的主傳動機構的行程要有急回運動的特性， 刨削速度盡可能為勻速運動，以及很好的動力特性。盡量是設計的結構簡單，實用，能很好的 實現傳動功能。</p><p>　　三：機構方案的初步分析確定</p>

8、<p><b>　　1、方案機構簡圖</b></p><p>　　方案1：凸輪推桿機構和擺桿滑塊機構</p><p>　　方案2：曲柄滑塊機構和擺動導桿滑塊機構</p><p>　　方案3：曲柄滑塊機構與擺動導桿機構</p><p><b>　　2、方案分析選擇</b></p>

9、;<p><b>　　綜合評定確定方案</b></p><p>　　方案二和方案一由擺動導桿機構和搖桿滑塊機構串聯而成。該方案的工作性能相當好，無論從傳力性、精確性上都是相對比較好的。  克服了單一偏置曲柄滑塊機構執(zhí)行件行程較大和機構隨著行程速比系數K的增大，壓力角也增大，使傳動特性變壞的缺點，傳力特性好，機構系統所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較

10、緩慢。    功能要求上：    曲柄1的角速度恒定，通過滑塊2帶動擺桿3擺動，擺桿3帶動滑塊4，滑塊4迫使刨刀5往復運動，均能可滿足任意行程比系數K的要求。在機構回程時只有慣性力與摩擦力，兩者作用都很小，因此工作行程中刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求，推動擺桿機構使其具有急回作用 可動性上：  兩種方案均有確定運動，自由

11、度F=3*5-2*7=1，曲柄為機構原動件傳力性能上： 該機構設計上不存在影響機構運轉的死點，機構在運轉過程中不會因為機構本身的問題突然停下動力性能上  原動件曲柄具有運動穩(wěn)定平衡性，運轉過程中不會引起整個機構的震動，保證整個機構的壽命。不同之處在于在于最終帶動刨刀運動時。方案一使用了鉸連接，而方案二是讓擺桿帶動滑塊，再使滑塊帶動刨刀運動，承載力上方案二更優(yōu)若采用方</p><

12、p>　　綜合比較，確定選擇方案2</p><p>　　3、對方案2的性能分析</p><p><b>　?。?）機械功能分析</b></p><p>　　桿1、2、3、6為曲柄搖桿，曲柄1為原動件，作周期往復運動，使滑塊同時周期往復運動，帶動導桿擺動，從而使得滑塊4上下往復運動帶動刨刀在水平軌道上來回運動。其中，刨刀向左為工作行程，速度平

13、穩(wěn)，運動行程大；向右為工作回程，速度快，具有快速返回的特性。</p><p>　?。?）傳遞性能和動力性能分析</p><p>　　桿 1、2、3、6 所組成的曲柄搖桿機構中 ，傳動角是不斷變化的，傳動性能最好的時候出現在 A，B，C，D 四點共線的位置，機構處于極位時兩者傳動角相等。該機構中不存在高副，只有回轉副和滑動副，故能承受較大的載荷， 有較強的承載能力， 可以傳動較大的載荷。當其

14、最小傳動角和最大傳動角相差不大時，該機構的運轉就很平穩(wěn)，不論是震動還是沖擊都不會很大。從而使機械又一定的穩(wěn)定性和精確度。</p><p>　?。?）結構的合理性和經濟性分析</p><p>　　若機構全以鉸鏈連接桿件，抗破壞能力較差，易發(fā)生斷折。對于較大載荷時對桿件和強度要求較高，會浪費機構的有效空間，也不能保證刨削所需的力的運動的準確性。本方案該機構原動件曲柄AB帶動滑塊4上下往復運動，

15、從而帶動刨刀在水平軌道上往復運動。且機構主要采用連桿和滑塊，制造簡單方便，經濟性較好。</p><p><b>　　4、設計數據</b></p><p>　　主動件1的轉速 =72r/min</p><p><b>　　各桿尺寸：</b></p><p>　　=430mm =110mm

16、 =810mm</p><p>　　切削阻力 =800N</p><p><b>　　空程阻力</b></p><p><b>　　極位夾角 = </b></p><p>　　行程速比系數 K =1.4</p><p>　　刨刀沖程 H=320mm</p>

17、<p>　　刨刀越程量 =16mm</p><p>　　機器運轉速度許用不均勻系數[ ]=0.05</p><p><b>　　刨削平均速度 </b></p><p>　　四：機構工藝動作分解及運動循環(huán)圖</p><p>　?。?）機構工藝工作：</p><p>　　牛頭刨床的主運動

18、為電動機→變速機構→搖桿機構→滑枕往復運動；</p><p>　　牛頭刨床的進給運動為電動機→變速機構→棘輪進給機構→工作臺橫向進給運動。</p><p>　　（2）機構運動循環(huán)圖：</p><p>　　五：主機構尺度綜合及運動特性評定</p><p><b>　　機構位置劃分簡圖</b></p><

19、p>　　現以 7號和 14 號位置作靜力分析</p><p>　　1：7 號位置動態(tài)靜力學分析</p><p>　　速度分析（速度向右為正，順時針為正） </p><p>　　大小 ？ √ ？</p><p>　　方向 ⊥BC ⊥AB ∥CD </p><p>　　大小 √ ？ ？

20、 </p><p>　　方向 √ √ √</p><p><b>　　7號位置速度分析圖</b></p><p>　　加速度分析（加速度向右為正，順時針為正）</p><p><b>　　對于B點有：</b></p><p>　

21、　大小： ? 2 ?</p><p>　　方向： ∥ </p><p>　　7號位置B點加速度分析圖</p><p><b>　　對于D點有：</b></p><p>　　大小 √ ？ ？ &l

22、t;/p><p>　　方向 √ √</p><p><b>　　得 </b></p><p>　　7號位置D點加速度分析圖</p><p>　　2：14號位置速度分析</p><p>　　大小 ？ √ ？</p><p>　　方向 ⊥CD ⊥AB

23、 ∥CD</p><p>　　大小 √ ？ ？ </p><p>　　方向 ⊥CD √ √ </p><p>　　14號位置速度分析圖</p><p>　　加速度分析（向右為正，順時針為正）</p><p><b>　　對于B點有</b>&

24、lt;/p><p>　　大小 </p><p>　　方向 ∥ </p><p>　　14號位置B點加速度分析圖</p><p>　　對于D點有：（方向同上）

25、</p><p>　　大小 ？ ？</p><p>　　方向 ⊥DC √ √</p><p>　　14號位置D點加速度分析圖</p><p>　　滑枕切削運動方向速度曲線</p><p>　　滑枕切削運動方向加速度曲線</p><

26、;p>　　六：電動機功率與型號的確定</p><p><b>　　1:電動機的選擇</b></p><p><b>　　確定電動機的功率 </b></p><p>　　(1)根據機構位置、切削阻力 及空程阻力確定一個運動循環(huán)中阻力矩所做的功。</p><p>　　(2)計算刨刀切削運動所需的功

27、率</p><p>　?。?）考慮到機械摩擦損失及工件橫向進給運動所需功率（估算其效率為80%）</p><p>　　得 =6.75 kw</p><p>　　由上表格中電動機數據，綜合選擇型號為Y132M-4的電動機，其額定功率為7.5kw,轉速為1440r/min。</p><p>　　2：傳動比分配與減速機構設計</p>

28、<p>　　計算傳動比i和選定減速裝置</p><p><b>　?。?）總傳動比</b></p><p>　　:電動機的滿載轉速（r/min）</p><p>　　(2) 減速裝置設計</p><p>　　采用展開式二級圓柱齒輪減速器</p><p><b>　　傳動簡圖如

29、圖：</b></p><p><b>　　齒輪參數如下：</b></p><p>　?。?）工作臺進給方案的確定</p><p>　?、俟ぷ髋_橫向進給運動：間歇運動</p><p>　　工件的橫向進給運動量是很小的，且每次要求等量進給，又因</p><p>　　為必須防止工件在刨削力的

30、作用下沿橫向移動， 所以橫向進給執(zhí)行</p><p>　　機構除了能實現小而且等量進給外， 在非進給時還應具備有自動固</p><p>　　定的功能。螺旋機構能滿足這些功能，而且結構簡單，容易制造。因此，可選用螺旋機構作為橫向進給運動的執(zhí)行機構， 其動力仍然來自驅動刨刀運動的電動機，不必另設動力源。工件要能間歇移動， 螺旋必須作間歇轉動， 所以在螺旋機構之前必須串聯一個間歇轉動機構，且與刨

31、刀切削運動執(zhí)行機構相聯，這樣可以方便實現切削運動和橫向進給運動的協調配合。曲柄搖桿棘輪機構：結構簡單，制造容易，每次轉角較小，容易調整且為等量轉動， 采用雙向式棘輪還可以方便地實現棘輪反轉。適用場合：低速輕載，運動精度要求不高的工作狀況初步擬定為曲柄搖桿棘輪機構作為牛頭刨床工作臺橫向進給的執(zhí)行機構</p><p>　?、诠ぷ髋_垂直進給運動</p><p>　　為了實現刨刀的垂直進給運動，

32、可以在刨刀切削運動執(zhí)行件上</p><p>　　設置一個在垂直于刨削方向上能作間歇移動的執(zhí)行機構。與橫向</p><p>　　進給類似，該執(zhí)行機構同樣應具有小進給量可調且在非進給時具</p><p>　　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</p><p>　　一個簡單螺旋機構作為刨刀垂直進給運動的執(zhí)行機構，既簡單又<

33、;/p><p><b>　　工作可靠。</b></p><p>　　七: 主機構受力分析</p><p><b>　　對7號位置受力分析</b></p><p>　　對于滑塊中心D點分析</p><p><b>　　投影到水平方向</b></p>

34、<p><b>　　對搖桿進行分析</b></p><p><b>　　在搖桿中點O</b></p><p><b>　　對曲柄進行分析</b></p><p><b>　　對求力矩和為零</b></p><p>　　七：飛輪轉動慣量的計算&

35、lt;/p><p>　　（1）取曲柄AB為等效構件，根據機構位置和切削力確定一個運動循環(huán)的等效阻力矩根據值，采用數值積分法中的梯形法，計算曲柄處于各個位置時的功因為驅動力矩可視為常數，所以按照確定等效驅動力矩</p><p>　　（2）的數值和曲線如下圖表</p><p>　?。?）估算飛輪轉動慣量</p><p><b>　　由的下表

36、</b></p><p><b>　　忽略不計，得：</b></p><p><b>　　飛輪安裝在曲柄軸上</b></p><p><b>　　八：參考資料</b></p><p>　　[1]: 孫桓、陳作模、葛文杰.機械原理（第八版）.北京：高等教育出版社、20