哈工大機械原理課程設(shè)計-牛頭刨床(方案三)

1、Harbin Institute of Technology課程設(shè)計說明書（論文）課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 牛頭刨床（方案3 ） 院 系： 機電工程學(xué)院 班 級： 1208103班 設(shè) 計 者： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 王黎欽 設(shè)計時間： 2014年6月23日-6月29日目 錄1、 題目要求························

2、83;·······························32、 機械系統(tǒng)工藝動作分析················&

3、#183;···························33、 機械系統(tǒng)運動功能分析····················

4、;························54、 系統(tǒng)運動方案擬定························

5、;························115、 系統(tǒng)運動方案設(shè)計·······················

6、3;·······················141、牛頭刨床刨刀運動執(zhí)行機構(gòu)運動尺寸的確定······················142、牛

7、頭刨床主傳動機構(gòu)運動尺寸的確定. .163、牛頭刨床輔傳機構(gòu)運動尺寸的確定····························· 22六、系統(tǒng)運動簡圖·············

8、·······································24七、系統(tǒng)實際運動循環(huán)圖·········

9、;·····································2425牛頭刨床（方案三）一、題目要求刨刀水平作往復(fù)直線運動，切削安裝在工作臺上的工件。刨刀每次切削一次，工作臺 沿著刨刀運動的水平垂直方向進(jìn)給0.3、0

10、.4、0.5mm/次，分3檔可以調(diào)節(jié) 。刨刀每次切削一次，工作臺沿著刨刀運動的上下垂直方向進(jìn)給0.2、0.3、0.4mm/次，分3檔可以調(diào)節(jié)。工作臺的水平與垂直進(jìn)給不能同時進(jìn)行。刨刀最大行程520mm，每分鐘刨刀切削102,126,158次，分3檔可以調(diào)節(jié)。電機功率約4KW，額定轉(zhuǎn)速1420轉(zhuǎn)/分。二、工藝動作分析 由設(shè)計題中牛頭刨床的功能可得，牛頭刨床加工平面時由兩個工藝動作協(xié)調(diào)完成。即刨刀每刨削一次，工作臺沿著刨刀運動水平垂直方向（上下垂直方向）進(jìn)給一定的距離。為了避免兩個動作發(fā)生干涉，工作臺沿著刨刀運動的水平垂直方向（上下垂直方向）移動，必須在刨刀切削運動完成后在退刀運動時進(jìn)行。為了避免

11、工作臺的進(jìn)給與退刀時刀具產(chǎn)生干涉，刀具裝有自動彈起裝置。據(jù)此，可以畫出牛頭刨床的運動循環(huán)圖。刨刀工作行程（切削）空回行程（退刀）工作臺（水平）停止進(jìn)給停止工作臺（垂直）停止進(jìn)給停止圖1、牛頭刨床運動循環(huán)圖三、運動功能分析及運動功能系統(tǒng)圖電動機及其運動形式分析一般情況下，牛頭刨床是在工廠車間使用。在工廠車間里的設(shè)備大多是電動機，具有連續(xù)回轉(zhuǎn)的運動特點。由題知電動機轉(zhuǎn)速n=1420r/min，因此牛頭刨床原動機的運動功能單元符號表達(dá)如圖。 圖2牛頭刨床原動機的運動功能單元符號機械傳動部分及其運動形式分析根據(jù)牛頭刨床使用功能描述，牛頭刨床每分鐘切削102,126,158次，一般原動機轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)大于這個

12、值。因此需要減速，即傳動比i>1，也就是說，機械傳動部分應(yīng)具有傳動縮小功能，把一個轉(zhuǎn)速較大的輸入傳動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速較小的輸出運動，其運動功能單元符號如圖。 圖3機械傳動部分功能單元過載保護(hù)及其分析金屬加工機床的原動機與傳動部分之間通常會加載一個過載保護(hù)單元，以便在過載時保護(hù)機床免于損壞。多數(shù)情況下，這一過載保護(hù)單元同時還有減速功能，表達(dá)符號如圖。圖4過載保護(hù)部分運動功能單元滑移齒輪變速機構(gòu)及其分析在過載保護(hù)與機械傳動輸出之間，要實現(xiàn)牛頭刨床每分鐘切削102，126，158次要采用有級變速。由于電機轉(zhuǎn)速為1420r/min。為了輸出轉(zhuǎn)速達(dá)到要求的值則傳動比為iz1=1420102=13.92i

13、z2=1420126=11.27iz3=1420158=8.99過載保護(hù)系統(tǒng)的傳動比為3.21讓傳動比為 i總=1420102=13.92，經(jīng)過過載保護(hù)后，i'=13.923.21=4.33機械傳動部分采用兩個變速齒輪使其轉(zhuǎn)速降至102r/min。得：i傳動=4.33=2.08綜上，1420r/min的轉(zhuǎn)速經(jīng)過帶傳動和和機械傳動部分降至102r/min。而之前采用齒輪變速的傳動比為i1=4.332.08=2.08i2=11.273.21×2.08=1.69i1=8.993.21×2.08=1.35于是，傳動的有級變速如圖所示。圖5有級變速運動功能單元刨刀的執(zhí)行機構(gòu)及

14、其運動形式分析牛頭刨床刨刀的運動形式為連續(xù)往復(fù)直線運動，而刨刀運動執(zhí)行機構(gòu)的主動件運動應(yīng)該是前面機械傳動部分的輸出轉(zhuǎn)動，因此刨刀運動執(zhí)行機構(gòu)應(yīng)該是具有將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成往復(fù)連續(xù)直線運動的功能。其功能圖如圖。圖6刨刀執(zhí)行機構(gòu)運動功能單元運動分支及其分析原動機只為牛頭刨床提供了一個驅(qū)動運動，而牛頭刨床有刨刀和工作臺兩個執(zhí)行運動需要驅(qū)動，在機械傳動功能單元之后加一個分支功能單元，把一個輸入運動分成兩個輸出運動，其運動功能符號如圖所示。圖7運動分支功能單元這里分為兩個運動，一個指向刨刀，一個指向工作臺。工作臺及其運動形式分析首先將運動分支輸出的指向工作臺的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為擺動，其功能單元符號如圖所示。圖8轉(zhuǎn)動

15、轉(zhuǎn)換為擺動運動單元然后將該功能單元輸出的擺動轉(zhuǎn)換為間歇運動，其功能單元如圖。圖9擺動轉(zhuǎn)換為間歇運動功能單元工作臺分為水平垂直方向和上下垂直方向進(jìn)給兩個方向的運動，因此用運動分支將運動分為兩個，一個指向水平垂直運動，一個指向豎直垂直運動。其功能單元如圖。圖10運動分支功能單元由牛頭刨床使用功能描述可知，牛頭刨床工作臺運動形式為間歇單向直線運動。由于牛頭刨床有工作臺水平垂直方向和上下垂直方向進(jìn)給，為避免重復(fù)，以水平垂直運動為例。一般情況下，間歇運動機構(gòu)所輸出運動每次轉(zhuǎn)動的角度較小。為了得到較大的間歇運動角，可通過放大功能單元放大間歇運動轉(zhuǎn)角。其運動功能單元符號如圖。圖11有級變速功能單元最后，工作

16、臺要實現(xiàn)單向移動，需要把輸出轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為單向運動，其運動功能單元符號如圖。圖12轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為單向移動功能單元綜上所述，牛頭刨床的實際功能系統(tǒng)圖如下。圖13牛頭刨床運動功能系統(tǒng)圖四、系統(tǒng)運動方案擬定 運動功能單元1的實現(xiàn)1420rpm圖14電動機替代運動功能單元1能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能單元的載體有：三相交流電動機，步進(jìn)電機，交流伺服電機液壓馬達(dá)等。一般情況下，工廠采用的普通機床都用三相交流電動機。因此，牛頭刨床也用三相交流電動機為原動機，額定轉(zhuǎn)速為1420r/min。運動功能單元2的實現(xiàn)圖15帶傳動替代運動功能單元2能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的運動單元有：帶傳動，摩擦輪傳動，安全聯(lián)軸節(jié)。帶傳動具有傳動可靠，結(jié)構(gòu)簡單，

17、安裝方便，成本低等優(yōu)點。但也有尺寸大精度低等缺點，但對于要求不嚴(yán)格，精度不高的牛頭刨床中，可以用帶傳動滿足過載保護(hù)的功能。運動功能單元3、11和13的實現(xiàn)i=13.92，11.27，8.99圖16滑移齒輪機構(gòu)替代運動功能單元3、10和12能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的運動單元有：塔輪變速機構(gòu)，配換掛輪變速機構(gòu)，滑移齒輪變速機構(gòu)等，利用滑移齒輪變速機構(gòu)來實現(xiàn)機構(gòu)的有級變速。運動功能單元4的實現(xiàn)i=2.08圖17齒輪傳動機構(gòu)替代運動功能單元4滿足該傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元有：齒輪傳動，帶傳動，行星傳動機構(gòu)，連桿機構(gòu)等。但由于圓柱齒輪傳動具有傳動可靠，結(jié)構(gòu)簡單，強度高，尺寸小等優(yōu)點。因此選用齒輪傳動機構(gòu)用于滿足變速降低

18、轉(zhuǎn)速的功能。運動功能單元5和10的實現(xiàn)圖18運動分支機構(gòu)替代運動功能單元5和9可以將一個運動分支為兩個或多個運動，分支出的運動與原運動特性完全相同。運動功能單元6的實現(xiàn)圖19 六連桿滑塊機構(gòu)代替運動單元6能夠?qū)崿F(xiàn)該功能的機構(gòu)有：曲柄滑塊機構(gòu)，六連桿滑塊機構(gòu)，移動從動件凸輪機構(gòu)等。由于該結(jié)構(gòu)用于牛頭刨床的切削，刨削金屬時，其切削力較大，因此采用低副機構(gòu)，由于運動有急回特性，故采用六連桿滑塊機構(gòu)。 運動功能單元7的實現(xiàn)圖20鉸鏈四桿機構(gòu)與擺動從動件替代運動單元7能滿足該結(jié)構(gòu)的機構(gòu)有：平面曲柄搖桿結(jié)構(gòu)，擺動從動件盤型凸輪結(jié)構(gòu)，擺動導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)，曲柄六連桿機構(gòu)等?？梢詮闹羞x出擺動從動件盤型凸輪結(jié)構(gòu)和鉸鏈四

19、桿機構(gòu)組合在一起的結(jié)構(gòu)以滿足該功能。運動功能單元8的實現(xiàn)圖21棘輪機構(gòu)代替運動單元能滿足該功能的結(jié)構(gòu)有：棘輪機構(gòu)，組合機構(gòu)等?？梢詮闹羞x出棘輪機構(gòu)滿足該功能。 運動功能單元9的實現(xiàn)圖22齒輪傳動機構(gòu)代替運動單元9能實現(xiàn)該功能的結(jié)構(gòu)有：齒輪傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)，行星傳動機構(gòu)，蝸桿機構(gòu)等?？蓮闹羞x出齒輪傳動機構(gòu)滿足該功能。運動功能單元12和14的實現(xiàn)圖23螺旋機構(gòu)代替運動單元12和14能實現(xiàn)該功能的結(jié)構(gòu)有：齒輪齒條機構(gòu)，螺旋機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)等。從中選出螺旋機構(gòu)滿足該功能。五、系統(tǒng)運動方案設(shè)計牛頭刨床刨刀運動執(zhí)行機構(gòu)運動尺寸的確定A'AB'maxO4O5BCH

20、圖24牛頭刨床主運動執(zhí)行機構(gòu)由圖19可以看到，牛頭刨床刨刀運動執(zhí)行機構(gòu)是六桿機構(gòu)。該機構(gòu)的清晰簡圖如圖24所示。根據(jù)上述牛頭刨床的已知條件，滑枕行程為H=520mm并設(shè)連桿BC驅(qū)動滑枕的最大壓力角為max10°該牛頭刨床的行程速比系數(shù)為K=2令點O5到滑枕導(dǎo)路的距離為y,點O5到導(dǎo)桿豎直位置時點B的距離為y1,點O5到BB'連線的距離為y2，則y1=lO5By2=lO5Bcos2當(dāng)y=y1+y22=lO5B（1+cos2）2時，連桿BC驅(qū)動滑枕的最大壓力角最小，即max=sin-1y1-y2lBC=sin-1lO5B(1-cos2)lBC由圖24可知，牛頭刨床的行程為 H=2

21、lO5Bsin2圖24所示曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)的極位夾角為=根據(jù)已知行程速比系數(shù)，極位夾角為=K-1K+1×180°=60°于是導(dǎo)桿O5B的長度為lO5B=H2sin2=5202sin30°=520mm連桿BC的長度為lBC=lO5B(1-cos2)sinmax=520×(1-cos30°)sin10°mm = 401.195mm設(shè)導(dǎo)桿O5B的長度與曲柄、導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動中心距離的比為lO5BlO4O5=85則曲柄、導(dǎo)桿轉(zhuǎn)動中心距離為lO4O5=5lO5B8 = 250.747mm曲柄O4A的長度為lO4A = lO4O5sin2 =

22、250.747×sin30° = 125.374mm牛頭刨床主傳動機構(gòu)運動尺寸的確定A、 帶傳動設(shè)計1） 傳動帶類型和帶傳動形式按傳遞功率4kw進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)表9-1，表9-3選擇普通V帶開口傳動。2） 普通V帶傳動的設(shè)計計算按下表的步驟進(jìn)行序號計算項目符號單位計算公式和參數(shù)選定說明1設(shè)計功率PdkWPd=KAP=1.3*4=5.2 kW傳遞的功率P=4kW工況系數(shù)KA=1.3，查表9-132選定帶型根據(jù)Pd和n1選A型普通V帶小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1420r/min3初定傳動比Ii5根據(jù)表9-1，表9-34小帶輪基準(zhǔn)直徑dd1Mm按表9-15 dd1=100mm為提高V帶的壽命

23、，宜選取較大的直徑5大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2Mm按表9-15 dd2=400mm6傳動比I不計入滑動率i= n1/ n2= dd2/ dd1=4.00計入滑動率（采用）i= n1/ n2= dd2/（1-） dd1=4.08 取=0.02n2大帶輪轉(zhuǎn)速（r/min）彈性滑動率，通常=0.01-0.027帶速Vm/sv=dd1n1/60*1000=7.44m/s普通V帶Vmax=2530m/s一般v不得低于5m/s為充分發(fā)揮V帶的傳動能力，應(yīng)使v20m/s8初定軸間距a0MmLd0=2a0+(dd1+ dd2)/2+( dd1-dd2)2/4 a0,取9所需基準(zhǔn)長度MmLd0=2a0+(dd1+ d

24、d2)/2+( dd1-dd2)2/4 a0Ld0=2217.5mm,取Ld=2240mm由表9-89-10選取相近的Ld，對有效寬度制V帶，按帶輪有效值徑計算所需長度，再由表9-11選相近的帶長10實際軸間距AMmaa0+ (Ld0-Ld0)/2a711.25mm安裝時所需最小軸間距amin=a-0.015 Ld張緊或補償伸長所需最大軸間距amax= a+0.03 Ld11小帶輪包角1。1=180°- （dd1-dd2）/a*57.31=155.83°若1較小，應(yīng)增大中心距a或用張緊輪12單根V帶傳遞的額定功率P1kW查成大先主編，機械設(shè)計手冊機械傳動分冊，表13-1-1

25、9.P1=1.32kWP1是=180°、載荷平穩(wěn)時，特定基準(zhǔn)長度的單根V帶基本額定功率13傳動比i1的額定功率增量P1kW查表13-1-19. P1=0.17kW14V帶的根數(shù)zZ= Pd/( P1+P1) KKL,取P1=0 Z=4K小帶輪包角修正系數(shù)，查表9-17，K=0.93KL帶長修正系數(shù)，查表9-17、9-19，KL=1.03B、齒輪機構(gòu)設(shè)計1）牛頭刨床齒輪傳動機構(gòu)的傳動分配上述帶傳動設(shè)計計算中得到帶傳動的傳動比為 iz1=1420102=13.92iz2=1420126=11.27iz3=1420158=8.99 令過載保護(hù)的傳動比i=3.21。經(jīng)過過載保護(hù)后，i'

26、;=13.923.21=4.33機械傳動部分采用兩個變速齒輪使其轉(zhuǎn)速降至102r/min。得：i傳動=4.33=2.08綜上，1420r/min的轉(zhuǎn)速經(jīng)過帶傳動和和機械傳動部分降至102r/min。而之前采用齒輪變速的傳動比為i1=4.332.08=2.08i2=11.273.21×2.08=1.69i1=8.993.21×2.08=1.33） 牛頭刨床齒輪機構(gòu)幾何尺寸的計算兩級齒輪傳動采用直齒圓柱齒輪，其模數(shù)均按2mm取值，其幾何尺寸按照下表進(jìn)行。 滑移齒輪變速傳動中每對齒輪幾何尺寸及重合度的計算滑移齒輪5與6序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z513齒輪6Z62

27、72模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距a7實際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪5 =0.3 齒輪6 10齒頂高齒輪5齒輪6 11齒根高齒輪5齒輪612分度圓直徑齒輪5d5齒輪6d613齒頂圓直徑齒輪5da5 齒輪6da6 14齒根圓直徑齒輪5df5 齒輪6df6 15齒頂圓壓力角齒輪aa5a5=°齒輪2 a6a6=°16重合度滑移齒輪5和6序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z515齒輪6Z6252模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距a2*1/2*

28、(z5+z6)=407實際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪5 齒輪6 10齒頂高齒輪5齒輪611齒根高齒輪5齒輪612分度圓直徑齒輪5齒輪613齒頂圓直徑齒輪5 齒輪614齒根圓直徑齒輪5 齒輪6 15齒頂圓壓力角齒輪5aa5aa5”=°齒輪6aa6=°16重合度滑移齒輪5與6序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪5Z517齒輪6Z6232模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距A2*1/2*(z11+z12)=407實際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪5X5” X5”=0齒輪6X6”

29、10齒頂高齒輪5齒輪611齒根高齒輪5齒輪612分度圓直徑齒輪5齒輪613齒頂圓直徑齒輪5 齒輪614齒根圓直徑齒輪5 齒輪6 15齒頂圓壓力角齒輪5aa5”aa11=齒輪6aa6aa6=16重合度圓柱齒輪7和8序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪713齒輪8272模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.256標(biāo)準(zhǔn)中心距aa=m(+)/2=407實際中心距 a408嚙合角20°9變位系數(shù)齒輪7 0.300齒輪8 -0.30010齒頂高齒輪7齒輪8 11齒根高齒輪7齒輪812分度圓直徑齒輪7齒輪813齒頂圓直徑齒輪7 齒輪8 14齒根圓直徑齒輪7 齒輪

30、8 15齒頂圓壓力角齒輪7 齒輪8 16重合度圓錐齒輪32與33序號項目代號計算公式及計算結(jié)果1齒數(shù)齒輪32Z3223齒輪33Z33232模數(shù)m23壓力角20°4齒頂高系數(shù)ha*15頂隙系數(shù)C*0.26分度圓錐角齒輪3232°齒輪3333°7分度圓直徑齒輪32齒輪338錐距R9齒頂高齒輪32齒輪3310齒根高齒輪32齒輪33 11齒頂圓直徑齒輪32齒輪3312齒根圓直徑齒輪32 齒輪33 13當(dāng)量齒數(shù)齒輪32 齒輪33 14當(dāng)量齒輪齒頂圓壓力角齒輪32°齒輪33°15重合度牛頭刨床輔傳機構(gòu)運動尺寸的確定1）刨床輔傳機構(gòu)基本參數(shù)的確定凸輪運動角決定著工作臺與刨刀運動協(xié)調(diào)的時序。凸輪與曲柄固聯(lián)。由牛頭刨床運動循環(huán)圖看到，當(dāng)牛頭刨床的刨刀在運動行程時，其工作臺靜止。當(dāng)牛頭刨床的刨刀空回至行程的一半時，其工作臺開始進(jìn)給運動，當(dāng)刨刀空回到行程的四分之三時，其工作臺停止進(jìn)給運動。設(shè)牛頭刨床主運動執(zhí)行機構(gòu)的曲柄順時針轉(zhuǎn)動，如圖所示，曲柄由位置O4A轉(zhuǎn)