牛頭刨床機(jī)構(gòu)的分析與綜合.doc

牛頭刨床機(jī)構(gòu)的分析與綜合 一、課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)1、目的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。2、任務(wù)本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定；對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。并在此基礎(chǔ)上確定飛輪轉(zhuǎn)慣量，設(shè)計(jì)牛頭刨床上的凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。二、工作原理與結(jié)構(gòu)組成牛頭刨床的簡介牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進(jìn)給量的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。圖1為其參考示意圖。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過減速傳動(dòng)裝置（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）完成刨刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。刨床工作時(shí)，刨頭6由曲柄2帶動(dòng)右行，刨刀進(jìn)行切削，稱為工作行程。在切削行程H中，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；刨刀左行時(shí)，即為空回行程，此行程無工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)連同工件在垂直紙面方向上做一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切削。圖1三、設(shè)計(jì)方案的確定方案（a）采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。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，則要求有較長的曲柄，從而帶來機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)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。方案（b）由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度變化方面比方案（a）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD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(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。（C）方案（c）由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案克服了方案（b）的缺點(diǎn)，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。 比較以上三種方案，從全面衡量得失來看，方案(c)作為刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)較為合理。四、減速方案的確定1. 構(gòu)思一個(gè)合理的傳動(dòng)系統(tǒng)。它可將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)（960 轉(zhuǎn)/分）變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)思機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案時(shí)，能較為合理地分配各部分的傳動(dòng)比，最后繪出機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖。皮帶傳動(dòng)比i0=3齒輪傳動(dòng)比i12=i34=2 由電動(dòng)機(jī)傳出的轉(zhuǎn)速為960轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過皮帶輪減速度變?yōu)?40，再經(jīng)過齒輪減速最后輸出的速度為60轉(zhuǎn)/分。Z2Z3Z4Z1 齒輪箱中齒輪的齒數(shù)Z1=10；Z2=20；Z3=10；Z4=20；根據(jù)傳動(dòng)比i14=所有從動(dòng)輪的齒數(shù)積/所有主動(dòng)輪的齒數(shù)積 所以 i14=20x20/10x10=4所以總的傳動(dòng)比 i=4X4=16符合條件要求五、確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸 已知條件：刨刀的行程H=310 mm； 行程速比系數(shù)K=1.46；最大切削阻力 Pr=6000；1）.根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定機(jī)構(gòu)尺寸極位夾角：導(dǎo)桿長度：mm連桿長度：=0.28 =150mm曲柄長度:mm 為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中具有良好的傳動(dòng)力特性；即要求設(shè)計(jì)時(shí)使得機(jī)構(gòu)的最大壓力角具有最小，,應(yīng)此分析得出:只有將構(gòu)件5即B點(diǎn)移到兩極限位置連線的中垂線上,才能保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程的最大壓力角具有最小值。分析如下：解：當(dāng)導(dǎo)桿擺到左邊最大位置時(shí)，最大壓力角為，刨頭可能的最大壓力角位置是導(dǎo)桿B和，設(shè)壓力角為 ， （見下圖）。根據(jù)幾何關(guān)系=。由于與，呈背離關(guān)系，即增加則，減小且。則要使機(jī)構(gòu)整體壓力最小，只要有=，當(dāng)刨頭處于導(dǎo)桿擺弧平均置處 =，則 所以2）.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪制選取一長度比例尺，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖的繪圖工作要求在計(jì)算機(jī)上使用CAD完成。如圖所示六.運(yùn)動(dòng)分析及公式推理1、導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)分析要求：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。根據(jù)已定出的尺寸參數(shù)及原動(dòng)件轉(zhuǎn)速n,用解析法求出當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角1從刨頭處于最左側(cè)起，沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向沒隔10度計(jì)算一組運(yùn)動(dòng)參數(shù)，其中包括各構(gòu)件的角位置，角速度，角加速度以及刨頭的位移（以最左側(cè)為零點(diǎn)），速度和加速度；并用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在同一副圖中繪出刨頭的位移曲線，速度曲線和加速度曲線，并分析結(jié)果合理性步驟：分析：解：如圖建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢及其方位角1） 由封閉形O2AO402可得： （為機(jī)架）分別在X，Y軸上投影可得： （1） （2）2）由封閉圖形BCG可得： （為G的距離）分別在X，Y軸上投影得； （3） （4）聯(lián)解（1）（2）（3）（4）得：=arctan 0,/23/2,2=+ arctan /2,3/2=arcsin 0,/23/2,2=- arcsin /2,3/2*C點(diǎn)的位移：= lcos+ lcos= lcos/ cos*C點(diǎn)的速度：=*C點(diǎn)加速度：=七.靜力分析1) 對(duì)曲柄,由平衡條件有：=0, +=0； =0, +=0； =0；lsin2-lcos2-T=02）對(duì)導(dǎo)桿，又平衡條件有：=0, F+F-Fsin=0 ； =0, F+F+ Fcos-mg=0；=0, - Flsin+ Flcos-1/2 mg lcos+ Fs=0 2) 對(duì)滑塊, 由平衡條件有 =0, Fsin-F=0=0, - Fcos-F=04)對(duì)連桿，由平衡條件有=0, -F-F=0；=0, F-F=0；=0， Flcos+ Flsin=0綜上所述聯(lián)立方程求得F=- FF=- FtanF=- FtanF=（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）/ sF=- F+（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）sin/ sF= mg- Ftan-（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）cos/ sF=-（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）sin/ sF=（Flsin- Ftan lcos+1/2 mg lcos）cos/ s= F= FT=（Flsin- Ftanlcos+1/2 mg lcos）lcos(-)/ s*將數(shù)據(jù)和公式輸入Excel 工作表中 分析結(jié)果如下所示：1sEVEAeTn00.298729-0.24545-4.51172237.131038100.290233-0.3631-3.76994350.511561200.278721-0.46299-3.12032446.48377300.264661-0.54675-2.54718526.641623400.248486-0.61542-2.03402592.020781500.230604-0.66971-1.56591643.36697600.211407-0.71026-1.13009681.334402700.191267-0.73768-0.71589706.598142800.170539-0.7527-0.31438719.888218900.149559-0.756030.081998721.9591831000.12864-0.748350.479849713.5092791100.108081-0.730140.885383695.0715671200.088172-0.701591.305135666.8761991300.069202-0.662421.74684628.7259461400.051477-0.611792.22037579.877711500.035333-0.54822.738595518.9572411600.021161-0.469453.317877443.9269561700.009419-0.372723.977598352.1429081800.000651-0.254784.737474240.555985190-0.00451-0.112455.610193106.129839200-0.005350.0566356.585477-53.450385210-0.001110.2528767.601282-238.728982200.0089260.473228.502137-447.078922300.0253280.7093078.999347-670.955872400.0483350.9453998.676895-895.865212500.0776231.1566917.11571-1098.57182600.1120611.3101844.172992-1247.63252700.1495591.3604720.265523-1299.15532800.1872481.322778-3.65222-1266.66192900.2220851.170655-6.63417-1123.87993000.2516450.949724-8.22689-913.843313100.2746040.702124-8.57306-676.861383200.2907140.460738-8.108-444.785413300.3004240.243026-7.25293-234.822273400.3044840.054093-6.28714-52.2872573500.303682-0.10753-5.35452103.936783600.298729-0.24545-4.51172237.130962各線圖如下：平衡力矩的變化曲線如下參考文獻(xiàn)1. 彭文生，李至明，黃華梁主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，20022. 吳克堅(jiān)，于曉紅，錢瑞明主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，20033.龍振宇主編. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：械工業(yè)出版社，20024. 黃茂林，秦偉主編. 機(jī)械原理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20025. 申永勝主編. 機(jī)械原理教程. 北京：清華大學(xué)出版社， 19996. 楊可楨，程光蘊(yùn)主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第四版）. 北京：高等教育出版社，19997. 黃華梁，彭文生主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第二版）. 北京：高等教育出版社 ， 19958. 劉會(huì)英，于春生主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 19979. 談家楨主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（修訂本）. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，199710. 張瑩主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（下冊(cè)）. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 199711. 周立新主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)（機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）. 重慶：重慶大學(xué)出版社， 199612. 朱龍根，黃雨華主編. 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 199013. 黃