機(jī)械原理課程設(shè)計之牛頭刨床

1、牛頭刨床課程設(shè)計說明書 李江目錄 1、設(shè)計內(nèi)容及要求 -3 1.1、設(shè)計內(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 -32.2、機(jī)器運(yùn)動循環(huán)圖 -32.3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型 -4 2.3.1、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)動方案的確定 -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 3.3.1、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

2、加速度線圖 -16 4、電動機(jī)功率與型號的確定 -17 4.1、等效阻力矩的計算 -17 4.2、等效驅(qū)動力矩的計算 -19 4.3、電動機(jī)型號的確定 -19 5、飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 -20 5.1、等效力矩的計算 -20 5.2、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算 -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 -23 7.1、減速比及分配 -23 7.2、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 -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)計內(nèi)容及要求 1.1、設(shè)計內(nèi)容 平面刨削

3、機(jī)床運(yùn)動簡圖設(shè)計及分析，計算刨削機(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。 1.2、機(jī)器的工藝功能要求 刨削盡可能為勻速，并要求刨刀有急回特性。 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)。 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。 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

4、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2-1 直線式工作循環(huán)圖圖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

5、回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成雙向移動的功能，常用于實現(xiàn)這一功能的執(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)：圖2-4 平面連桿機(jī)構(gòu) 平面連桿機(jī)構(gòu)受力好，磨損小，工作可靠，具有急回特性，但是只能實現(xiàn)近似的勻速運(yùn)動。3、齒輪齒條機(jī)構(gòu)： 圖2-5 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 輪齒條機(jī)構(gòu)可實現(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)

6、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，但行程開始和終止時有沖擊，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，且設(shè)計制造比較復(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，又因為必須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

7、，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)：圖2-9 曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)曲柄搖桿棘輪機(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現(xiàn)棘輪反轉(zhuǎn)。

8、 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，可以實現(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)

9、。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。 2.3.4、運(yùn)動方案的確定 根據(jù)以上的分析可知，能實現(xiàn)機(jī)器總體工藝功能的方案有許許多多，通過分析比較確定實現(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)平面連桿機(jī)構(gòu)，應(yīng)該采用平面六桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。圖2-13 方案一示意圖采用上述結(jié)構(gòu)最為

10、簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點。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2-14 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有所改進(jìn)，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 方案三示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：選用方三作為機(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vm

11、(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fr(n)5500空行程摩擦阻力（n）275刨刀越程量s(mm)21刨頭重量（n）650桿件比重（n/m）340許用不均勻系數(shù)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 = =53.7r/min o4b=701.46mm o2o4=o4b=420.88mm ao2=o2o4=126mm bc=bo4=175.37mm 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)動簡圖如下圖所示：圖3-1 主機(jī)構(gòu)簡圖 3.3.1、位置1的運(yùn)動分析 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）

12、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a進(jìn)行速度分析， 取速度極點p，速度比例尺v=0.1(m/s)/mm， 作速度多邊形如圖3-1，列速度矢量方程： 式（3-1）大小 ? ?方向 式中： =0.71m/s方向:圖3-2 速度多邊形 取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程 c =b + cb 式（3-2）大小 ? ?方向 導(dǎo)路 bc式中： =0.32m/s 2、取曲柄位置“1”進(jìn)行加速度分析， 取曲柄構(gòu)件3和4的重合點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 a=0.1（m/）/mm。 列加速度矢量方程： aa4 = a a4n+a a4t= aa3+aa4a3k+a

13、 a4a3r 式（3-2）大小 ? ? ?方向 ? ao2 o2b ao1 o2b o2b式中：a a3 =22lo2al ，a a3=3.98m/s2 aa4n=lo4al ，aa4n =0.09m/s2 aa4a3k=2a4a3 aa4a3k=0.64m/s2，方向k 取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程： ac= ab n + ab + acbn + acb 式（3-3）大小 ? ?方向?qū)?ba ab cb bc式中：abn=2lo4bl ，abn =0.14m/s2 ，方向b ab=aa4tlo4b/lo2a ，ab=5.12m/s2，方向p acbn=cb2/lbcl ，acbn

14、=0.05m/s2，方向ab 圖3-3 加速度多邊形 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，加速度圖） 1、取曲柄位置“10”進(jìn)行速度分析， 取速度極點p，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm， 作速度多邊形如圖3-1 取構(gòu)件3和4的重合點a進(jìn)行速度分析。，列速度矢量方程： a4 =a3 +a4a3 式（3-4）大小 ? ?方向 式中： =0.71m/s，方向:取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程: c =b +cb 式（3-5）大小 ? ?方向 導(dǎo)路o2b bc式中：b = 1.69m/s，方向pb 圖3-4 速度多邊形圖 2、取曲柄位

15、置“10”進(jìn)行加速度分析. 取速度極點p，速度比例尺v=0.05(m/s)/mm， 取曲柄構(gòu)件3和4的重合點a進(jìn)行 加速度分析.列加速度矢量方程： aa4 = aa4n+ aa4t= aa3 + aa4a3k+ a a4a3r 式（3-6）大小 ? 0 0 ?方向 ? a a b式中：aa4n=2lo4al，aa4n =1.71m/s2，方向pn a a3=12lo2al，a a3=3.98m/s2，方向pa3 取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程： ac = ab n + ab + acbn+ acb 式（3-7）大小 ? ?方向?qū)?ba ab cb bc式中：abn=2lo4al ，ab

16、n = 4.07m/s2 4=0rad/s2 ，ab=0m/s2 cb =0m/s ，acbn = 0m/s2 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)功率與型號的確定 4.1、等效阻力矩的計算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fr確定一個運(yùn)動循環(huán)中的等效阻力矩mr（）。 式（4-1）計算所得數(shù)據(jù)如下表： 表4-1 等效力矩計算結(jié)果代號15.620.314.9734.65303.3820.753.15795.30733.9930.811.36868.80790.7040.910.12934.92888.6150.

17、83-2.98837.60814.2360.64-5.80720.08626.3370.35-7.3059.21341.528-0.28-7.9134.2213.709-1.16-9.31226.1056.7610-1.690.4175.9182.70續(xù)表 代號115.62-1.109.5041.0153.8212-0.247.9517.4211.62 以下是等效力矩和平衡力矩的線圖：圖4-1 平衡力矩線圖圖4-2 等效力矩線圖 4.2、等效驅(qū)動力矩的計算根據(jù)mr（）值采用數(shù)值積分中的梯形法計算曲柄處于各個位置時mr（）的功： 式（4-2）因為驅(qū)動力矩可視為常數(shù)，所以按照： 式（4-3）確定等

18、效驅(qū)動力矩md。 4.3、電動機(jī)型號的確定由 式（4-4） 計算刨刀切削運(yùn)動所需的功率，得：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： 式（4-5）確定電機(jī)功率，得： 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圖：圖4-3 電動機(jī)參數(shù)解釋示意圖 5、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的確定 5.1、等效力矩的計算 1、確定等效力矩 式（5-1）2、 確定等效力矩所做的功，等效力矩和等效力矩所做的功的值如下表所示：表5-1 等效力矩及其功的計算結(jié)果曲柄位置號m（f）（nm）（j）11591622-272-673-329-1574-427-198

19、5-352-2046-164-1357120-27844814994052231037920511408206124502253、 求解最大盈虧功 式（5-2）求出最大贏虧功。5.2、飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算由 = 式（5-3）得：。6、 主機(jī)構(gòu)的力分析 已知各構(gòu)件的重量g（滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞重切削力的變化規(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”點為研究對象，分離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： 式（6-1）大小 ？ ?方向 /導(dǎo)路 bc 導(dǎo)路 導(dǎo)路 /bc 式中：、f=275 n，g6=650 n， ,

20、。 對導(dǎo)桿4（力多邊形如圖所示），由平衡條件得： 式（6-2）大小 ？ ？ 方向 /bc 導(dǎo)桿 /導(dǎo)桿 導(dǎo)桿 向下 水平 向下 式中：=543 n，=62.3 n, =2.19 n，=238.5 n。圖6-1 位置1的導(dǎo)桿的力多邊形圖 6.2、位置10的力分析取“10”點為研究對象，分離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： 式（6-3）大小 ？ ? 方向 /導(dǎo)路 bc 導(dǎo)路 導(dǎo)路 /bc 式中：f=275 n，g6=650 n， ,。 對導(dǎo)桿4（力多邊形如圖所示），由平衡條件得： 式（6-4）大小 ？ ？ 方向 /bc 導(dǎo)桿 向下 水平 向下 式中：=255 n，=238.

21、5 n。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 7.1、減速比及其分配 1、總減速比 式（7-1） 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： 皮帶傳動比 齒輪傳動比 7.2齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計 由于齒輪傳動比，采用兩級齒輪傳動，傳動比計算公式為： 式（7-2）齒輪的安裝圖如下：圖7-1 齒輪的安裝圖 采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則 m=4 a=20 齒輪基本參數(shù)如下表 (ha*=1.0 , c*=0.25)表7-1 齒輪基本參數(shù)表齒輪代號分度圓直徑d68

22、mm204mm68mm204mm齒數(shù)z175117518、 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，且每次要求等量進(jìn)給，又因為必須防止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。通過比較分析，工

23、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，

24、感慨機(jī)械工作者的偉大，。然而這種激動就在接近本學(xué)期結(jié)束之時，終于實現(xiàn)了，我們迎來了第一堂機(jī)械課程設(shè)計。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，把學(xué)了一學(xué)期的機(jī)械原理運(yùn)用到實踐中，心中另是一番滋味！在設(shè)計之前，指導(dǎo)老師把設(shè)計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)的兩部分，即主機(jī)構(gòu)和橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，把每一部分分開設(shè)計，最后組合在一起不就完成整體設(shè)計了嗎？這過程似乎有點簡單，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，因為這部分只是課本了

25、解內(nèi)容，但涉及這個導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)對整個課程設(shè)計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)計出了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，即主機(jī)構(gòu)設(shè)計完成。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，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，

26、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，不過這最基本的功夫又是最耗時、最考驗人的耐心和細(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)都算兩道三遍以便答辯時不會出錯，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鐘，下午五點那時肚子實在餓得不行了，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)計報告，完善圖紙。準(zhǔn)備好一切后，

27、等待周五的答辯到來。只希望我們組能夠在答辯中取得好成績，即過程與結(jié)果的雙重完美，當(dāng)然這是本次課程設(shè)計的最完美的結(jié)局。參考文獻(xiàn)1 孫恒，陳作模機(jī)械原理m7版北京：高等教育出版社，200652 鄒慧君機(jī)械原理設(shè)計手冊北京：高等教育出版社，199863 周一峰理論力學(xué)長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，20038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-（2pl+ph）=35-(27+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

28、，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??；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，成本較低。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vm(mm/s)530行程速度變化系數(shù)k1.46刨刀沖程h(mm)320切削阻力fr(n)3500空行程摩擦阻力（n）175刨刀越程量s(mm)16刨頭重量（n）550桿件比重（n/m）220許用不均勻系數(shù)0.05（2）各

29、構(gòu)件尺寸： 尺度綜合 = o4b= = 552.6mm o2o4=o4b= 331.6mm ao2=o2o4 = 96mmbc=bo4 = 138.2mm 垂直高度y= =540mm綜上，機(jī)構(gòu)各尺寸如下表：lo4blo2albco2o4hy33.66552.6mm96mm138.2mm331.6mm570mm540.83、原動件轉(zhuǎn)速n1的計算刨刀的進(jìn)程和回程共640mm，平均速度是530mm/s，根據(jù)運(yùn)動關(guān)系, n1=1/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a64表示6位

30、置點4構(gòu)件的速度，a114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w2lo2a，方向垂直于o2 a線，指向與2一致。2=2n2/60 rad/s=6.173rad/sa63=a62=2lo2a=6.1730.096m/s=0.5926m/s（o2a）取構(gòu)件3和4的重合點a進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得 a64=a63+a64a63大小 ? ?方向 o4a o2a o4b取速度極點p，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm ,作速度多邊形圖1-2則由圖1-2知， a3=v=0.4m/s a64a62=0.438 m/s

31、 用速度影像法求得，b65=b64=0.577 m/s又 4=a64/ lo64a=1.044rad/s取5構(gòu)件作為研究對象，列速度矢量方程，得 c65=b65+c65b65 大小 ? ?方向 xx o4b bc取速度極點p，速度比例尺v=0.01(m/s)/mm, 作速度多邊行則圖知， c5= v=0.56m/s c6b4=0.12m/s cb=0.8683 rad/s 計算結(jié)果的表格表示：a34c6b4cbvc50.4m/s1.044rad/s0.12m/s0.8683 rad/s0.56 m/s2.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點處的轉(zhuǎn)動副相連，故=,其大小

32、等于22lo2a,方向由a指向o2。2=6.173rad/s, =22lo2a=6.17320.096 m/s2=3.658m/s2 取3、4構(gòu)件重合點a為研究對象，列加速度矢量方程得： aa64 = + aa64= aa63n +aa64a63k + aa64a63大小: ? 42lo4a ? 24a4a3 ?方向：? ba o4b ao2 o4b（向左） o4b（沿導(dǎo)路）取加速度極點為p,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多邊形見圖紙. 由圖可得aa64 =pa64a =1.9m/s2用加速度影象法求得ab65 = ab64 =2.725 m/s2取5構(gòu)件為研究對象,列加

33、速度矢量方程,得 ac65= ab65+ ac65b65n+ a c65b65大小 ? ?方向 xx cb bc其加速度多邊形如圖紙所示,有ac6 =p c6a =2.725 m/s2計算結(jié)果的表格表示：ac65ab65ac65b65n+a c65b652.725 m/s22.75 m/s20107700752、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a進(jìn)行速度分析。列速度矢量方程，得a114=a113+a114a113大小 ? ?方向 o4a o2a o4b取速度極點p，速度比例尺v

34、=0.01(m/s)/mm，作速度多邊形如圖 則由圖知a114=pa114v=45.50.01=0.455 m/s a114a113=a113a114v=38.80.01m/s=0.388m/s由速度影像法：b115=b114=a114o4b/ o4a=0.988 m/s取5構(gòu)件為研究對象，列速度矢量方程，得c115=b115+c115b115大小 ? ?方向 xx o4b bc其速度多邊形如圖1-4所示，有c115= v=96.40.01=0.964 m/s計算結(jié)果的表格表a114a114a113b115c1150.455m/s0.388m/s0.98m/s0.964 m/s 取曲柄位置“9

35、”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a進(jìn)行加速度分析.列加速度矢量方程,得aa114=a a114n + a a114= a a113n + a a114a113k + a a114a113大小 ? 42lo4a ? 24a4 a3 ?方向 ? ba o4b ao2 o4b o4b（沿導(dǎo)路）取加速度極點為p,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,作加速度多邊形圖1-5a a114= a114a114a =700.05m/ s2 =3.5m/s2114= a a114lo4a =14.658m/s2a a114 = pa114a =78.50.05 m/s2

36、 =3.925m/s2用加速度影象法求得a b115 = a b114 = a a114 lo4b/lo4a=8.5m/s2 取5構(gòu)件的研究對象，列加速度矢量方程，得ac115= ab115+ ac115b115n+ ac115b115大小 ? ?方向 xx cb bc其加速度多邊形如圖15所示，有ac5b5= c5b5a =30.05 m/s2 =0.15 m/s2ac115 = pc115a =163.50.05m/s2 =8.175 m/s2計算結(jié)果的表格表示：a b115ac5b5ac1158.5m/s20.15 m/s28.175 m/s2計算結(jié)果的表格表示：以上兩種情況分別為曲柄轉(zhuǎn)

37、過150和300時加速度與速度的瞬時分析，這種分析有助于后面的動態(tài)靜力分析。同理可得其他位置的速度，加速度。做成如下曲線： 四、主機(jī)構(gòu)的受力分析已知 各構(gòu)件的重量g（曲柄2、滑塊3和連桿5的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞重切削力p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動態(tài)靜力分析過程：1、取“6”點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動靜力分析，作阻力體如圖15所示，選取力比例尺p=50 (n/m)/mm已知p=3500n，g6=550n，又ac=2.825m/s2,那么我們可以計算fi6=-m6ac =- g6/gac =-550/102.825=-155.375n又f = p

38、+ g6 + fi6 + f45 + fr16 =0方向： x軸 y軸 與ac反向 bc y軸大小： 3500 550 -m6a6 ? ? 作力多邊行如圖1-7所示，選取力比例尺p=50n/mm。由圖1-6力多邊形可得：f r45=cdn=70.550=3525n取構(gòu)件6為受力平衡體，并對c點取距，有分離3,4構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動靜力分析，桿組力體圖如圖1-7所示。已知：f r54=f r45=3525n，g4=220*0.5526=121.572nas4=aa4lo4s4/lo4a=1.475m/s2 s4=4=5.256rad/s2可得構(gòu)件4上的慣性力fi4=-g4/gas4=-121.572/1

39、01.475=-18n方向與as4運(yùn)動方向相反慣性力偶矩ms4=-js4s4=-1.626nm方向與4運(yùn)動方向相反（逆時針）將fi4和ms4將合并成一個總慣性力fs4（=fi4）偏離質(zhì)心s4的距離為hs4= ms4/ fi4，其對s4之矩的方向與4的方向相反（逆時針）取構(gòu)件4為受力平衡體，對a點取矩得：在圖上量取所需要的長度lab=170mm ls4a=107.5 mm lo4a=387.5 mmma=fr54cos15。labl+ms4+ fi4cos4。ls4al+g4sin13。ls4al+fro4lo4al=0代入數(shù)據(jù)， 得fro4 =-1450 n 方向垂直o4b向右f = fr54

40、 + fr34 + fs4 + g4 + fro4 + fro4n=0方向: bc o4b 與as4同向 y軸 o4b（向右）o4b大?。?? ?作力的多邊形如圖1-8所示，選取力比例尺p=50n/mm由圖1-8得：fr34 =4950nfro4n =825n方向：o4b向下因為曲柄2滑塊3的重量可忽略不計，有f r34 = f r23= fr32對曲柄2進(jìn)行運(yùn)動靜力分析，作組力體圖如圖1-9示，2位置受力分析表項目位置f16f1466251668.27單位n項目位置pn56=n65n54=n54n34=n23my大小方向6 3500352535254950322 順時針單位nn.m五、電機(jī)功

41、率與型號的確定代號16.1730.28-6.8812.97.941720.565-2.525294.775320.502430.69-1.2411391.14140.76-0.12456.9431.118350.691.1425391.41160.562.725321.75317.66670.2654.57517.257.51628-0.247.29.256.807139-0.958.44026.94510-1.38-0.00229.6739.14111-0.964-8.175112.2127.34212-0.25-7.329.517.09081、取曲柄ab為等效構(gòu)件，根據(jù)機(jī)構(gòu)位置和切削阻力f

42、r確定一個運(yùn)動循環(huán)中的等效阻力距mr（）根據(jù)計算得如下表所示的mr位置123456789101112m7.94320.5391.4431.1391.4317.77.526.8126.9539.127.3427.092、.根據(jù)mr（）的值，采用數(shù)值積分中的梯形法，計算曲柄中處于各個位置時mr（）的功=wr（）。因為驅(qū)動力矩可視為常數(shù)，所以按照md=確定等效驅(qū)動力矩md計算得md=186 n*m由上得到力矩的曲線圖如下：3、由 計算刨刀切削運(yùn)動所需的功率，考慮到機(jī)械摩擦損失及工件橫向進(jìn)給運(yùn)動所需的功率，按照pd=1.2p確定電機(jī)功率，并選定電機(jī)型號. pd的計算pd=1.2*md*1400w.電動機(jī)型號的確定y100l-6 p=1500w n=940 r/min 六、飛輪轉(zhuǎn)動慣量估算1，由m（）=md-m（）確定等效力矩m（）。2，根據(jù)m（）的值采用數(shù)值積分中的梯形法，計算一個運(yùn)動循環(huán)中曲柄處于計算位置時等效力矩m（）的功w（）。3，將曲柄位置號和對應(yīng)的m（）及w（）值列成表格曲柄位置號m（f）（nm）（j）17.993.22320.523.03391.1-844431.1-212.35391.4-3