機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化專業(yè) 牛頭刨床設(shè)計(jì)

1、機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化課題： 牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)姓名： 熊雷學(xué)號(hào)： 20081003730班級(jí)序號(hào)：072081-24指導(dǎo)老師：曾小慧 王玉丹實(shí)習(xí)時(shí)間：2010.7.12-7.24目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)二、牛頭刨床簡(jiǎn)介及工作原理三、原始參數(shù)四、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合五、用解析法作導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析六、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析七、matlab編程并繪圖八、行星輪系設(shè)計(jì)九、變位齒輪設(shè)計(jì)十、課程設(shè)計(jì)總結(jié)十一、參考文獻(xiàn)十二、粉末成型壓機(jī)方案設(shè)想一、設(shè)計(jì)任務(wù)1牛頭刨床刀桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合、運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析；2對(duì)牛頭刨床傳動(dòng)裝置中行星輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合。二、牛頭刨床簡(jiǎn)介及工作原

2、理圖1牛頭刨床外形圖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。牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，電動(dòng)機(jī)經(jīng)行星輪系和齒輪z4、 z5減速帶動(dòng)曲柄2轉(zhuǎn)動(dòng)。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)2-3-4-5-6帶動(dòng)刨頭和刨刀作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭向左時(shí)，刨

3、刀進(jìn)行切削，這個(gè)行程稱工作行程，刨頭受到較大的切削力。刨頭右行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)力。三、原始參數(shù)h：刨頭行程 ； k：行程速比系數(shù)； fc切削阻力 ； m4 m5 m6分別為導(dǎo)桿、連桿及刨頭的質(zhì)量；j4、j5分別分別為導(dǎo)桿4及導(dǎo)桿5繞各自質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；m1、mh分別為行星減速器中心輪及齒輪4、5的模數(shù)；z4，z5為齒輪4及5的齒數(shù)；n1：電機(jī)轉(zhuǎn)速；n2：曲柄2及齒輪5的轉(zhuǎn)速；k：行星輪個(gè)數(shù)。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析和運(yùn)動(dòng)綜合導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力分析hklo2o3lo3o4/lo3blbf/lo3blbs5/lbfm4 m5m6js4js5fc單位mmmmkg kg.

4、m2kgii6001.83700.50.30.5 223520.90.0151400 行星輪設(shè)計(jì)變位齒輪n1n2k類型m1z4z5mh單位rpmmmmm ii10008032k-h 514491620四、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合設(shè)lo3b=l3 lbf=l4 lo3d=l6 lo2a=l1 lo3o2=l6lo3a=s3 lde=se 1、導(dǎo)桿的擺角k=1.82、導(dǎo)桿的長(zhǎng)度l33、連桿的長(zhǎng)度l44、刨頭導(dǎo)路中心線xx至o3點(diǎn)的垂直距離l6根據(jù)已知xx被認(rèn)為通過(guò)圓弧bb的繞度me的中點(diǎn)d知5、曲柄的長(zhǎng)度l16、切削越程長(zhǎng)度0.05h，如圖所示則切削越程長(zhǎng)度為0.05h=0.05600=30mm7、機(jī)構(gòu)

5、運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖8、計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度f(wàn)=3527=1五、用解析法作導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析如圖所示，先建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢量及其方位角。其中共有四個(gè)未知量、。為求解需建立兩個(gè)封閉的矢量方程，為此需利用兩個(gè)封閉的圖形o3ao2o3及o3bfdo3，由此可得：o3o2dbfasel4l3s3l1l6l6x并寫成投影方程為：由上述各式可解得：由以上各式即可求得、四個(gè)運(yùn)動(dòng)變量，而滑塊的方位角=。然后，分別將上式對(duì)時(shí)間取一次、二次導(dǎo)數(shù)，并寫成矩陣形式，及得一下速度和加速度方程式。而=、=根據(jù)以上各式，將已知參數(shù)代入，即可應(yīng)用計(jì)算機(jī)計(jì)算。并根據(jù)所得數(shù)值作出機(jī)構(gòu)的位置線圖、速度線圖、加速度線圖。這些線圖稱為機(jī)構(gòu)

6、的運(yùn)動(dòng)線圖。通過(guò)這些線圖可以一目了然的看出機(jī)構(gòu)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中位移、速度、加速度的變化情況，有利于進(jìn)一步掌握機(jī)構(gòu)的性能。六、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析受力分析時(shí)不計(jì)摩擦，且各約束力和約束反力均設(shè)為正方向（1） 對(duì)刨刀進(jìn)行受力分析fr56yfr16fr56xf6fcg6（2）對(duì)5桿進(jìn)行受力分析bfs5fr65xfr65yf5yf5xg5fr45yfr45xm5聯(lián)立（1）（2）（3）（4）(5)各式可以得到矩陣形式如下：（3） 對(duì)滑塊3進(jìn)行受力分析(不計(jì)重力)fr23xfr23yfr43xxxfr43ya(4)對(duì)4桿進(jìn)行受力分析o3as4fr54xfr54yfr14xfr14yfr34xfr34yf4

7、xf4yg4m4b（5）對(duì)原動(dòng)件曲柄2進(jìn)行受力分析曲柄2不計(jì)重力，且轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定，角加速度為零，慣性力矢和慣性力矩都為零fx=0,fr32x+fr12x=0；fy=0,fr32y+fr12y=0;mo2=0,fr32xl2sin+fr32yl2cos=0;七、matlab編程繪圖matlab源程序：clear all;clc;%初始條件theta1=linspace(-20.77,339.23,100);%單位度theta1=theta1*pi/180;%轉(zhuǎn)換為弧度制w1=80*pi/30;%角速度 單位rad/sh=0.6;%行程 單位ml1=0.1605;%o2a的長(zhǎng)度 單位ml3=0

8、.6914;%o3b的長(zhǎng)度 單位ml4=0.2074;%bf的長(zhǎng)度 單位ml6=0.370;%o2o3的長(zhǎng)度 單位ml6u=0.6572;%o3d的長(zhǎng)度 單位mz=pi/180;%角度與弧度之間的轉(zhuǎn)換dt=(theta1(3)-theta1(2)/w1;%時(shí)間間隔for j=1:100 t(j)=dt*(j-1);%時(shí)間因素end%求解s3、theta3、theta4和se四個(gè)變量s3=(l6)2+(l1)2-2*l6*l1*cos(theta1+pi/2).0.5;%求出o3a的值for i=1:100%求解角度theta3、theta4和se的長(zhǎng)度 theta3(i)=acos(l1*co

9、s(theta1(i)/s3(i); theta4(i)=asin(l6u-l3*sin(theta3(i)/l4); se(i)=l3*cos(theta3(i)+l4*cos(theta4(i);end%求解完成%求解完成%求解vs3、w3、w4和ve四個(gè)變量for i=1:100 j= inv(cos(theta3(i),-s3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),s3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-l3*sin(theta3(i),-l4*sin(theta4(i),-1; 0,l3*cos(theta3(i),l4*cos(th

10、eta4(i),0); k=j*w1*-l1*sin(theta1(i);l1*cos(theta1(i);0;0; vs3(i)=k(1); w3(i)=k(2); w4(i)=k(3); ve(i)=k(4);end%求解完成%求解as3、a3、a4、ae四個(gè)變量for i=1:100 j= inv(cos(theta3(i),-s3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),s3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-l3*sin(theta3(i),-l4*sin(theta4(i),-1; 0,l3*cos(theta3(i),l4*cos(

11、theta4(i),0); p=w1*w1*-l1*cos(theta1(i);-l1*sin(theta1(i);0;0; m=-w3(i)*sin(theta3(i),-vs3(i)*sin(theta3(i)-s3(i)*w3(i)*cos(theta3(i),0,0; w3(i)*cos(theta3(i),vs3(i)*cos(theta3(i)-s3(i)*w3(i)*sin(theta3(i),0,0; 0,-l3*w3(i)*cos(theta3(i),-l4*w4(i)*cos(theta4(i),0; 0,-l3*w3(i)*sin(theta3(i),-l4*w4(i)*

12、sin(theta4(i),0; n=vs3(i);w3(i);w4(i);ve(i); k=j*(-m*n+p); as3(i)=k(1); a3(i)=k(2); a4(i)=k(3); ae(i)=k(4);end%求解完成%動(dòng)態(tài)靜力分析%初始條件m4=22;m5=3;m6=52;js4=0.9;js5=0.015;fc=1400;ls4=0.5*l3;ls5=0.5*l4;%給切削阻力賦值for i=1:100 if(abs(se(1)-se(i)0.05*h&abs(se(1)-se(i)0.95*h)&(theta1(i)pi) fc(i)=1400; else fc(i)=0;

13、endend%賦值完成%求解平衡力矩j4=js4+m4*(0.5*l3)*(0.5*l3);%導(dǎo)桿對(duì)點(diǎn)o3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量for i=1:100 ekk(i)=(m6*ve(i)*ve(i)+js5*w4(i)*w4(i)+m5*ve(i)*ve(i)+j4*w3(i)*w3(i)/2;%計(jì)算總動(dòng)能enddekk(1)=ekk(1)-ekk(100);%動(dòng)能的改變量for i=2:100 dekk(i)=ekk(i)-ekk(i-1);%動(dòng)能的改變量endfor i=1:100 mm(i)=(dekk(i)+fc(i)*abs(ve(i)/w1;%求平衡力矩end%畫(huà)圖%畫(huà)運(yùn)動(dòng)圖figure(1);

14、plot(t,theta3,r);hold on;plotyy(t,theta4,t,se);grid on;xlabel(時(shí)間t/s);ylabel(theta3、theta4(rad);title(角度theta3、theta4和位移se);axis( 0 , 0.75,-0.2,2);figure(2);plot(t,w3,r);hold on;grid on;plotyy(t,w4,t,ve);xlabel(時(shí)間t/s);ylabel(w3、w4(rad/s);title(角度速度w3、w4和速度ve);axis(0 , 0.75,-5,3);figure(3);plot(t,a3,r

15、);hold on;plotyy(t,a4,t,ae);grid on;xlabel(時(shí)間t/s);ylabel(a3、a4(rad/s/s);title(角度加速度a3、a4和加速度ae);axis(0 , 0.75,-80,80);%運(yùn)動(dòng)圖畫(huà)完%畫(huà)反力圖figure(4);plotyy(theta1,fc,theta1,se);xlabel(theta1（時(shí)間t）);ylabel(fc);axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,1400);title(切削阻力fc與位移se);grid on;figure(5);plotyy(theta1,mm,theta1,fc)

16、;xlabel(theta1（時(shí)間t）);ylabel(力矩);axis(theta1(1) ,theta1(100),-50,300);title(平衡力矩);grid on;figure(6);plotyy(theta1,ekk,theta1,se);xlabel(theta1（時(shí)間t）);ylabel(fc);title(導(dǎo)桿、連桿和刨頭的總動(dòng)能);grid on;theta1(1)theta1(100)各個(gè)圖像如下所示：八、行星輪系設(shè)計(jì)已知z4=14， z5=49， n1=1000rpm， 行星輪系的設(shè)計(jì)必須滿足四個(gè)條件：（1） 傳動(dòng)比條件固定行星架h（2） 同心條件（3） 均布條件（

17、4） 鄰接條件由以上各式可得配齒公式且z1 z2 z3為整數(shù)，齒輪結(jié)構(gòu)要緊湊則z1=42 z2=33 z3=108 由于各齒輪的齒數(shù)都大于17，故為標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)。行星系齒輪的參數(shù)九、變位齒輪設(shè)計(jì)（1）確定傳動(dòng)類型已知?jiǎng)t為等變位齒輪傳動(dòng)（2） 確定變位系數(shù)對(duì)于變位齒輪，為有利于強(qiáng)度的提高，小齒輪4采用正變位，大齒輪5采用負(fù)變位，使大小齒輪的強(qiáng)度趨于接近，從而使齒輪承載能力提高。（3） 檢驗(yàn)重合度故滿足重合度要求（4） 變位齒輪4、5的幾何尺寸十、課程設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)這次機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)，提高了我們綜合運(yùn)用機(jī)械原理課程理論的能力，培養(yǎng)了分析和解決一般機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)際問(wèn)題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到進(jìn)一步鞏固、

18、深化和擴(kuò)展。掌握了一些常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或簡(jiǎn)單機(jī)器的設(shè)計(jì)方法和過(guò)程 。 這次機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)歷時(shí)了一個(gè)多星期，時(shí)間上雖有些緊張，做設(shè)計(jì)的時(shí)候有些東西也是現(xiàn)學(xué)現(xiàn)賣。但這樣的安排可以讓我們利用一整段時(shí)間鞏固和學(xué)習(xí)新的知識(shí)，把所學(xué)運(yùn)用到實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中。在所學(xué)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上也充分的發(fā)揮了創(chuàng)造性。各類資料的查詢也熟練了很多。自己的計(jì)算機(jī)繪圖水平也有了一定的提高，并對(duì)所學(xué)知識(shí)有了進(jìn)一步的理解。當(dāng)然，作為自己的第一次設(shè)計(jì)，其中肯定有太多的不足，希望在今后的設(shè)計(jì)中，能夠得到改正，使自己日益臻于成熟，專業(yè)知識(shí)日益深厚。“功到自然成.”只有通過(guò)不鍛煉,自己才能迎接更大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇,我相信我自己一定能夠在鍛煉成長(zhǎng).十一、參考文獻(xiàn)機(jī)械原理（第七版）孫恒，陳作模，葛文杰，高等教育出版社，2000機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)鄒慧君主編，高等教育出版社