牛頭刨床機構(gòu)設(shè)計

1、西安科技大學(xué)高新學(xué)院課程設(shè)計報告學(xué) 院 機電信息學(xué)院 課 程 機械原理課程設(shè)計 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 機單1101班 姓 名 劉亞娟 學(xué) 號 1102060708 指導(dǎo)教師 程安寧 日 期 2013年7月19日 任務(wù)書姓名劉亞娟 學(xué)號1102060708 專業(yè)班級機單1101班 題目：牛頭刨床的設(shè)計完成時間： 2013年7月19日具體內(nèi)容及進度要求： 具體內(nèi)容：1）根據(jù)牛頭刨床的工作原理，擬定23個其他形式的執(zhí)行機構(gòu)（連桿機構(gòu)），并對這些機構(gòu)進行分析對比。2）根據(jù)給定的數(shù)據(jù)確定機構(gòu)的運動尺寸。要求用圖解法設(shè)計，并將設(shè)計結(jié)果和步驟寫在設(shè)計說明書中。3）導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析。將導(dǎo)桿

2、機構(gòu)放在直角坐標系下，建立參數(shù)化的數(shù)學(xué)模型，編程分析出刨頭6的位移、速度、加速度及導(dǎo)桿4的角速度和角加速度，畫出運動曲線，并打印上述各曲線圖。要求將主程序編制過程詳細地寫在說明書中。4）導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析。通過建立機構(gòu)仿真模型，并給系統(tǒng)加力，編制程序，打印外加力的曲線，并求出最大平衡力矩和功率。5）凸輪機構(gòu)設(shè)計。根據(jù)所給定的已知參數(shù)，確定凸輪的基本尺寸（基圓半徑ro、機架lo2o9和滾子半徑rr），并將運算結(jié)果寫在說明書中。將凸輪機構(gòu)放在直角坐標系下，編制程序，求出凸輪機構(gòu)的實際廓線，打印出從動件運動規(guī)律和凸輪機構(gòu)仿真模型。6）編寫設(shè)計說明書一份。應(yīng)包括設(shè)計任務(wù)、設(shè)計參數(shù)、設(shè)計計算過程等。

3、 進度要求： 7月8日 查閱資料、熟悉題目 7月9,10日 方案分析、比較 7月11,12日 平面機構(gòu)尺度綜合、運動分析 7月15，16日 平面動態(tài)靜力分析 7月17,18日 繪制方案圖、整理設(shè)計說明書 7月19日 答辯 指導(dǎo)教師 程安寧 2013年 7 月 19 日成績教師牛頭刨床機構(gòu)設(shè)計牛頭刨床是平面切削加工機床，如圖1。電動機經(jīng)皮帶和齒輪驅(qū)動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。 切削，要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質(zhì)量，刨頭左行時為空回行程，要求有急回作用以 圖1牛頭刨床結(jié)構(gòu)及阻力線圖 提高生產(chǎn)率?；爻虝r，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶

4、動螺旋機構(gòu)（圖中未畫），使工作臺連同工件作進給，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程H中，受到很大的切削阻力，前后各有一段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)；而空回行程中則沒有切削阻力。如圖2，因此刨頭 圖2牛頭刨床工作阻力線圖在整個運動循環(huán)中，受力變化是 程時很大的，這就影響了主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量。一牛頭刨床執(zhí)行機構(gòu)牛頭刨床的執(zhí)行機構(gòu)由導(dǎo)桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)組成，完成刨刀的往 圖3牛頭刨床執(zhí)行機構(gòu)復(fù)運動和間歇移動。如圖3刨床工作時，刨頭6由曲柄2帶動右行，刨刀切削。刨刀空回行程時，凸輪8通過四桿機構(gòu)帶動棘輪機構(gòu)，棘輪機構(gòu)帶動 螺旋機構(gòu)使

5、工作臺連同工件在垂直紙面方向上做一次進給運動，其運動循環(huán)如圖4。 圖4 運動循環(huán)圖二執(zhí)行機構(gòu)方案選擇 牛頭刨床主機構(gòu)的形態(tài)學(xué)矩陣功能元局部解標記目標1234567A急回加工擺動導(dǎo)桿機構(gòu)+搖桿滑塊機構(gòu)凸輪機構(gòu)+搖桿滑塊機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)導(dǎo)桿機構(gòu)+對心曲柄滑塊機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)+搖桿滑塊機構(gòu)雙曲柄機構(gòu)+曲柄滑塊機構(gòu)擺動導(dǎo)桿機構(gòu)+齒輪齒條機構(gòu)B工作臺間歇移動曲柄搖桿機構(gòu)+棘齒條機構(gòu)曲柄搖桿機構(gòu)+棘輪機構(gòu)+齒輪齒條不完全齒輪機構(gòu)+齒輪齒條槽輪機構(gòu)+齒輪齒條凸輪間歇運動+齒輪齒條方案一： 有兩個四桿機構(gòu)組成。使ba，構(gòu)件1,2,3,6，便構(gòu)成擺桿導(dǎo)桿機構(gòu)，基本參數(shù)b/a=。構(gòu)件3,4,5,6，構(gòu)成搖桿滑

6、塊機構(gòu)。該方案結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，能承受較大載荷，且具有急回特性，其形成速比系數(shù)k=（180+）/（180-），其中=2arcsin（1/）。只要正確選擇合適的搖桿CD長度，即可滿足行程H的要求。導(dǎo)桿機構(gòu)有較大的轉(zhuǎn)動角，傳動性能良好；機構(gòu)橫向與縱向運動尺寸都不太大，比較合理。工作行程中，刨刀的速度比較慢，而且變化平緩，符合要求。方案二： 由凸輪機構(gòu)和搖桿滑塊機構(gòu)組成。雖然該方案中凸輪機構(gòu)可使從動件獲得任 意的運動規(guī)律，但是凸輪制造復(fù)雜、表面硬度要求高，因此加工和熱處理費用較大。方案采用了高副接觸，只能承受較小載荷，且表面磨損較快，磨損后凸輪的廓線形狀即發(fā)生變化。由于滑塊具有急回運動性質(zhì)，凸輪機

7、構(gòu)受到的沖擊較大?；瑝K的行程H比較大，調(diào)節(jié)比較困難，必然使凸輪機構(gòu)的壓力角過大；而為了減小壓力角，必須增大基圓半徑，導(dǎo)致凸輪和整個機構(gòu)十分龐大。為保持凸輪和從動件始終接觸，需用力封閉或幾何封閉，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。方案三：為表中A3方案，為偏置曲柄滑塊機構(gòu)，機構(gòu)的基本尺寸a，b，e。該方案結(jié)構(gòu)較第一種方案簡單，也具有急回特性，由于=arcose/（a+b）-arccose/（b-a），增大a和e或者減小b均使增大K。但是，增大e或減小b會使滑塊速度變化劇烈，最大速度、加速度和動載荷增加，且會使最小傳動角減小，傳動性能變差。方案四:為表中A方案，有兩個四桿機構(gòu)組成。構(gòu)件1、2、3、4組成雙曲柄機構(gòu)，構(gòu)件3

8、、4、5、6構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)。該方案具有急回作用，由于=arctan(c/d)，而2=180-,因此K=(180-)/，可見增大c或者減小d都能使K減小，而a與b的尺寸與K無關(guān)。機構(gòu)的橫向與縱向尺寸均較大，且A與D傳動軸均應(yīng)懸臂安裝，否則機構(gòu)運動時，軸與曲柄將發(fā)生干涉。作往復(fù)運動的滑塊6以及做平面復(fù)雜運動的連桿EF和BC動平衡困難。 比較上述刨刀急回加工方案可知，實現(xiàn)給定的刨刀運動要求以采用方案 一為宜。工作臺間歇移動距離調(diào)整采用B1方案，即可調(diào)曲柄尺寸的曲柄搖桿機構(gòu)+棘齒條機構(gòu)，最后可得到系統(tǒng)解為A1+B1。如圖5 圖5 最終選擇方案三尺寸選擇牛頭刨床的原始數(shù)據(jù):刨削平均速度（mm/s）=5

9、80；行程速度變化系數(shù)K=1.5；刨刀沖程H（mm）=400； 切削阻力（N）=4000；空行程摩擦阻力（N）=200； 刨刀越程量（mm）=20；刨頭重量（N）=620； 桿件比重（N/m）=300；機器運轉(zhuǎn)速度許用不均勻系數(shù)=0.05；機構(gòu)的尺寸H36647mm120mm162mm389mm400mm= =52.2r/min 四主機構(gòu)尺度綜合及運動分析機構(gòu)位置劃分簡圖等分為12等分，取上述方案的第2位置和第7位置進行運動分析1）、曲柄位置“2”做速度、加速度分析（列矢量方程、畫速度圖、加速度圖） “2”位置速度分析 “2”位置加速度分析取曲柄位置“4”進行速度分析。 取構(gòu)件3和4的重合點A

10、進行速度分析。 有1=5.62 rad/s 其轉(zhuǎn)向為逆時針方向。a） 速度分析 用速度影像法對A點： = + （4-1） 方向： / 大?。?？ ？式中： = = =0.6048m/s =0.887rad/s= V= =0.3902 m/s V=0.5676 m/s對于C點： = + （4-2）方向： / 大?。?？ ？ 式中： = = =0.4789 m/s = =0.1064 m/s =0.788rad/s b) 加速度分析 用加速度影像法對于A點： = + = + + （4-3） 方向： A A / 大小： ？ ?式中： = =2 =4.064m/s2= = =0.830 m/s2= =

11、0.346 m/s2= = =2.190 m/s2=3.224 m/s2 =0.084 m/s2 =3.065 m/s2 對于C點: = + + （4-4）方向：/ B CB 大?。?？ ？ 式中： = = =3.139 m/s2（2）對位置7進行速度和加速度分析 “7”位置速度分析 “7”位置加速度分析（a） 速度分析 用速度影像法對A點： = + （45） 方向： /大小： ？ ？式中： = = =0.6048m/s =0.311rad/s= V= V= =0.064m/s 5=0.199m/s對于C點： = + （4-6）方向： / 大小： ？ ？式中： = = =0.181m/s =0

12、.064m/s = =0.311rad/s (b)加速度分析 用加速度影像法對于A點：= + = + + （4-7）方向： A A / 大?。?？ ?式中 ：= =2 =4.064 m/s2= = = =0.368 m/s2 =0.038 m/s2 =4.109 m/s2 = = = =4.064 m/s2 =0.064 m/s2 對于C點 ： = + + （4-8）方向：/ B CB 大小： ？ ？ 式中： = = =6.311 m/s2 五.主機機構(gòu)的動力分析 取上述方案一的第2位置和第7位置進行受力分析 “2”位置的力的多邊形 “7”位置的力的多邊形1) 對“2”位置進行受力分析取“2”

13、點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析：已知： G6=520N FI6=- G6/g×ac （1-1）Fx= FI4+Fr- FR45=0 （1-2） 由此可得： FR45=4891.6N由分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析：已知： FR54=FR45由此可得： FI4 = - G4/g × a4 （1-3）MS4=-JS4·S4=-0.9984×3.35=21.74N.m （1-4） （1-5）其中，分別為,作用于的距離（其大小可以測得），可以求得：=6983.4N由力的多邊形可知：Fox =2169.7N, Foy =1286.06N對曲柄2進行運

14、動靜力分析, 作用于的距離為h，其大小為0.15m由此可得曲柄上的平衡力矩為：M=×h=401.55N.m （1-7）方向為逆時針2) 對位置“7”進行受力分析 取“7點為研究對象，分離5、6構(gòu)件進行運動靜力分析：已知： G6=520NFI6=- G6/g×ac （1-8）由此可得 ： FR45=256.93N由分離3,4構(gòu)件進行運動靜力分析：已知： FR54=FR45由此可得： FI4 = - G4/g × a4 （1-9） MS4=-JS4·S4=4.456N.m（1-10）方向與4運動方向相反（逆時針） （1-11） 其中，分別為,作用于的距離（其

15、大小可以測得），可以求得：=281N由力的多邊形可知：Fox =444.765N, Foy=169.508N對曲柄2進行運動靜力分析，作用于的距離為h，其大小為0.08m由此可得曲柄上的平衡力矩為：M=×h=7.03N.m 方向為逆時針六求刨頭的位移，速度和加速度曲線位移與時間，速度與時間，加速度與時間曲線 a,位移圖線 由以上三條曲線，位移與時間，速度與施加，加速度與時間曲線，可以看出牛頭刨床的運行過程，c點的運動情況。九心得與體會機械原理課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學(xué)活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。作為 一名機械設(shè)計制造及其自動化大二的學(xué)生，我覺得有這樣的實訓(xùn)是十分有意義

16、的。在已經(jīng)度過的一年半的生活里我們大多數(shù)接觸的不是專業(yè)課或幾門專業(yè)基礎(chǔ)課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設(shè)計？如何把我們所學(xué)的專業(yè)理論知識運用到實踐當(dāng)中呢？我想這樣的實訓(xùn)為我們提供了良好的實踐平臺。兩周的機械原理課程設(shè)計就這樣結(jié)束了，在這次實踐的過程中學(xué)到了很多東西，既鞏固了上課時所學(xué)的知識，又學(xué)到了一些課堂內(nèi)學(xué)不到的東西，還領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì)，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化。 其中在創(chuàng)新設(shè)計時感覺到自己的思維有一條線發(fā)散出了很多線，想到很多能夠達到要求的執(zhí)行機構(gòu)，

17、雖然有些設(shè)計由于制造工藝要求高等因素難以用于實際，但自己很欣慰能夠想到獨特之處。這個過程也鍛煉了自己運用所學(xué)知識對設(shè)計的簡單評價的技能；而手工畫圖時認識到了一件事情中的每個環(huán)節(jié)的認真都是重要的，哪怕是一個數(shù)的馬虎或粗略那都會給以后的任務(wù)帶來更大的誤差甚至錯誤，所以作為一個設(shè)計人員來說細心是最重要的，之后才可以談其他；當(dāng)用TB設(shè)計時讓自己熟悉了一種新的軟件，為以后的設(shè)計打下了基礎(chǔ)；用CAD畫機構(gòu)運動簡圖、速度圖、加速度圖、力分析圖時不僅要求準確無誤的畫出來，還要根據(jù)每步的畫圖來算出下一個結(jié)果，雖然這個工程量比較大，花的時間最多，但這對我來說也是一個考驗與檢驗，其中用到了自己課外學(xué)習(xí)CAD的很多知

18、識，并且對其進行了鞏固，讓自己水平和速度更上一層樓。除了自己的個人提高，團隊的合作是最重要的。在社會這樣一個大群體里面，溝通自然是為人處世的基本，如何協(xié)調(diào)彼此的關(guān)系值得我們?nèi)ド钏己腕w會。在實習(xí)設(shè)計當(dāng)中依靠與被依靠對我的觸及很大，有些人很有責(zé)任感，把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù)，并為之付出了很大的努力，不斷的思考自己所遇到的問題。而有些人則不以為然，總覺得自己的弱勢其實在生活中這樣的事情也是很多的，當(dāng)我們面對很多問題的時候所采取的具體行動也是不同的，這當(dāng)然也會影響我們的結(jié)果。很多時候問題的出現(xiàn)所期待我們的是一種解決問題的心態(tài)，而不是看我們過去的能力到底有多強，那是一種態(tài)度的端正和目的的明確，只有這樣把自己身置于具體的問題之中，我們才能更好的解決問題。 在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中，口角的斗爭在所難免，關(guān)鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制纾皇且晃兜挠嬢^和埋怨，當(dāng)然其中表達能力是最重要的。這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中，生活中的很多事情都需要我們有這樣的處理能力，面對分歧大家要消除誤解、相互理解、增進了解、達到諒解也許很多問題沒有想象中的那么復(fù)雜，關(guān)鍵還是看我們的心態(tài)，那種處理和解決分歧的心態(tài)，因為畢竟我們的出發(fā)點都是很好的。 通過這次實訓(xùn)，學(xué)到的很多，當(dāng)然也認識到了自己