牛頭刨床機(jī)械設(shè)計(jì)

1、太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床設(shè)計(jì)班級： 13級機(jī)制專升本姓名：原朝學(xué)號：指導(dǎo)教師：張立仁2014年 1 月 10 日前言成績機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是高等工業(yè)學(xué)校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生第簽字一 次較全面的機(jī)械運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析與設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，是本課日期程 的一個重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè) 計(jì)以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)對工程實(shí)際中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)能力的一門課程。其基本目的在于：（）進(jìn)一步加深學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決有關(guān)本課程實(shí)際問題的能力。（）使學(xué)生對于機(jī)械運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)的分析設(shè)計(jì)有一較完整的概念。（）使學(xué)生得到擬定運(yùn)動方案的訓(xùn)練，并具有初步設(shè)計(jì)選型與組

2、合以及確定傳動方案的能力。（）通過課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高學(xué)生運(yùn)算、繪圖、表達(dá)、運(yùn)用計(jì)算機(jī)和查閱技術(shù)資料的能力。（5）培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立思考與分析問題能力和創(chuàng)新能力。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對機(jī)械的主體機(jī)構(gòu)（連桿機(jī)構(gòu)、飛輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)）進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)動分析、動態(tài)靜力分析，并根據(jù)給定機(jī)器的工作要求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)凸輪；或?qū)Ω鳈C(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。目錄一、工作原理.二、設(shè)計(jì)要求.錯誤! 未定義書簽。三、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù).四、設(shè)計(jì)內(nèi)容.1. 連桿機(jī)構(gòu)的分析對比2. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸 .3. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 .3.1 導(dǎo)桿的速度、加速度分析.3.2 刨頭的速度、加速度分析.4. 凸輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3、.4.1 凸輪基圓半徑、行程的確定.4.2 從動件運(yùn)動規(guī)律位移圖的確定.4.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì).五、心得體會.參考文獻(xiàn) .一、工作原理牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床， 如圖，電動機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動，經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)減速從而帶動曲柄 2。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿 4 經(jīng)過連桿 5 帶動刨刀6 作往復(fù)運(yùn)動。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻，以減少電動機(jī)容量和提高切削質(zhì)量，刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次， 利用空回行程的時(shí)間， 凸輪通過四桿機(jī)構(gòu)帶動棘輪機(jī)構(gòu)， 棘輪機(jī)構(gòu)帶動螺旋機(jī)構(gòu)使工作

4、臺連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動，以便刨刀繼續(xù)切削。二、設(shè)計(jì)要求電動機(jī)軸與曲柄軸2 平行，刨刀刀刃點(diǎn)與鉸鏈點(diǎn)的垂直距離為50，使用壽命 10 年，每日一班制工作，載荷有輕微沖擊。允許曲柄2 轉(zhuǎn)速偏差為 5。要求導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)為最小值； 凸輪機(jī)構(gòu)的最大壓力角應(yīng)在許用值之內(nèi)， 擺動從動件 9 的升、回程運(yùn)動規(guī)律均為等加速、 等減速運(yùn)動。 執(zhí)行構(gòu)件的傳動效率按 0.95 計(jì)算，系統(tǒng)有過載保護(hù)。按小批量生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)。三、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)其設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如表 1 所示。本組選擇第三組數(shù)據(jù)題號123456789轉(zhuǎn)速 n484950525048475560導(dǎo)2桿（r/min ）機(jī)機(jī)架 l O2O4380350430360

5、370400390410380(mm)構(gòu)運(yùn)工作行程310300400330380250390310310動H(mm)分析行程速比系1.461.401.401.441.531.341.501.371.46數(shù) K連桿與導(dǎo)桿之比0.250.30.360.330.30.320.330.250.28l BC lO4B/四、設(shè)計(jì)內(nèi)容1. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動尺寸已知擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K為 1.40 ，根據(jù)公式 K=，可求出極位夾角=30°，由極位夾角可知導(dǎo)桿的擺角為30°。圖 1由機(jī)架長度和擺角可求出曲柄的長度，曲柄的長度 =430mm× sin15 °=111mm。

6、由于 BC 平行且等于 B1C1 ，可得四邊形 BCC1B1 是平行四邊形，根據(jù)平行四邊形法則，得出 BB1=CC1=H=400mm，導(dǎo)桿 O4B=200mm sin15 °=772.7mm。連桿與導(dǎo)桿之比 l BC/ l O4B =0.36 ，連桿的長度 =772.7 ×0.36=278mm。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的最大壓力角要求應(yīng)為最小值， 取圖中所示位置的壓力角為 45°，可求得 C 點(diǎn)到 O4點(diǎn)的垂直距離為 885mm。2. 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析圖 22.1 導(dǎo)桿的速度、加速度分析解題時(shí)應(yīng)從構(gòu)件 2 開始，構(gòu)件 2 和構(gòu)件 3 的運(yùn)動關(guān)系符合兩構(gòu)件重合點(diǎn)的關(guān)系，適當(dāng)選擇重合點(diǎn)

7、是解題的關(guān)鍵。因?yàn)闃?gòu)件 2 上各點(diǎn)的速度、加速度均已知，重合點(diǎn)的選擇取決于構(gòu)件 3，在構(gòu)件 3 上應(yīng)選擇速度方向和加速度方向已知的點(diǎn)作為重合點(diǎn)。本題中重合點(diǎn)應(yīng)選擇 A 點(diǎn)，因構(gòu)件 3 上 A 點(diǎn)的速度方向垂直于 O4B, 向心加速度方向由 A 指向 O4，且速度分析后大小可求，切向加速度方向垂直于O4B，滿足上述要求。解首先按長度比例尺繪出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，如圖2 所示。（ 1）速度分析VA3=LO2A· m s=0.5809m sVA4=VA3+VA4A3方向： O4BO2AO4B大?。?？式中，僅 V A4 和 VA4A3大小未知，可以求解。選擇速度比例尺 v=0.05 （m/s） /

8、mm任選速度極點(diǎn) P，過 P 作 PC1 代表 VA3，然后過 C1 點(diǎn)作平行于 O4B 的方向線 C1C2，再過 P 點(diǎn)作 PC2 垂直于 O4A，交 C1C2 于 C2 點(diǎn)，則 PC2 代表 VA4， C1 C2 代表 VA4A3，VA4和VA4A3的大小分別為VA4= v·PA4=9× 0.05 m/s =0.45m/s 4= VA4 l O4A=1.36rad/s(2) 加速度分析加速度的分析步驟與速度分析的步驟基本相同。an+a= aA3 +K+rA4 =aA4A4aA4A3aA4A3方向：AO4O4BA O2O4BO4B大小:l O2A42?4 A4A32 V?

9、K式中， aA4A3 的方向是將 VA4A3 的方向沿 4 的方向轉(zhuǎn) 90°，于 O4B 指向右下方。選擇加速度比例尺a=0.1 （ms2)/mm任選加速度極點(diǎn) p ，pA3的長度代表 A3 的加速度 , 長度為 30mm, 、再作 aK長度A4A3rn方向O4B，方向O4B ，再作 aA4A3方向O4B。再過 p 點(diǎn)作 aA4長度為 7.8mm方向O4B，再作 aA4r交點(diǎn)即為 A4 點(diǎn)。與 aA4A3aA4= a· PA4=0.1× 27=2.7m s2=0.1 ×25= 0.25ms2aA4=a·aA4= a=0.76rads2A44l

10、O4A2.2 刨頭的速度、加速度分析（ 1）速度分析VB= l O4B· 4=1.36 × 0.772 m s =1.05m sVC=VB+VCB方向：水平O4BBC大?。?？l O4B· 4？式中，僅 V C 和 VCB大小未知，可以求解。選擇速度比例尺 v =0.05 (m/s)/mmVC= v· pC= 0.05 ×23=1.15 msW5= VCB/L CB=4× 0.05/0.278=0.72rad s(2) 加速度分析nl CB· 52s2= () =6.3 ms2=0.144mCBB A·l O4B l

11、 O4An+C =B +CBCB方向：水平CBBC大?。?？選擇加速度比例尺 a=0.1 （ms2） mm任選加速度極點(diǎn)nnP1，作 P1B 代表B，過 B 點(diǎn)作 CB，其長度等于 CB a。再作垂。然后過 P1的點(diǎn) C，則 P1C代表 C。直于 BC的方向線 CB點(diǎn)作水平線，交于 CBC= a· P1B=0.1×54=5.4ms24. 凸輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)該凸輪機(jī)構(gòu)從動件的運(yùn)動規(guī)律為等加速、 等減速運(yùn)動。 各數(shù)據(jù)如下， 本組選擇第三組數(shù)據(jù)。從動件最大15o15o15o15o15o15o15o15o15o凸擺角輪從動件桿長125135130122123124126128130機(jī)許用

12、壓力角40°38°42°45°43°44°41°40°42°構(gòu)推程運(yùn)動角75°70°65°60°70°75°65°60°72°設(shè)計(jì)遠(yuǎn)休止角10°10°10°10°10°10°10°10°10°回程運(yùn)動角75°70°65°60°70°75°65°60°

13、72°4.1 凸輪基圓半徑、行程的確定已知從動件 l O9D的長度為 130mm，在圖中任選一點(diǎn) O9，以 130mm為半徑畫一段圓弧，當(dāng)從動件處于靜休止位置， 設(shè)此時(shí)的壓力角為 30°。當(dāng)從動件轉(zhuǎn)過 15°，到達(dá)遠(yuǎn)休止位置，設(shè)此時(shí)的壓力角為 35°，兩條力的方向線的交點(diǎn) A 即為凸輪的轉(zhuǎn)動中心， 因?yàn)楫?dāng)凸輪處于靜休止、 遠(yuǎn)休止位置， 凸輪對從動件的力的方向過凸輪轉(zhuǎn)動中心。量出 AD的長度即為凸輪的基圓半徑， DD1 的長度即為凸輪的行程。AD=92mm，DD1=34mm。滾子半徑 =0.2 × AD=18.4mm4.2 從動件運(yùn)動規(guī)律位移圖的

14、確定從動件的運(yùn)動規(guī)律為等加速、 等減速運(yùn)動，根據(jù)凸輪的行程和推程運(yùn)動角畫出推程的位移圖，如下圖所示。4.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)1）設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)凸輪輪廓依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個機(jī)構(gòu)加上公共角速度（）（為原凸輪旋轉(zhuǎn)角速度）后，將凸輪固定不動，而從動件連同機(jī)架將以（）繞凸輪軸心 O2 逆時(shí)針方向反轉(zhuǎn)，與此同時(shí)，從動件將按給定的運(yùn)動規(guī)律繞其軸心 O9 相對機(jī)架擺動，則從動件的尖頂在復(fù)合運(yùn)動中的軌跡就是要設(shè)計(jì)的凸輪輪廓。2）設(shè)計(jì)凸輪輪廓的步驟如下（1）將位移曲線 s- 的推程運(yùn)動角進(jìn)行等分，得各等分點(diǎn)的位移線。（2）以 O 點(diǎn)為圓心、 34mm為半徑作凸輪的基圓，在基圓上從 A0 點(diǎn)開始逆時(shí)針方向量取近

15、休止角、 推程運(yùn)動角、 遠(yuǎn)休止角和回程運(yùn)動角， 并作推程運(yùn)動角和回程運(yùn)動角的各等分點(diǎn) A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8，O點(diǎn)分別與其相連并延長。（3）在 O點(diǎn)與各點(diǎn)的連線上，從基圓起向外截取從動件相應(yīng)的位移量，得到滾子中心相對于凸輪的一系列位置B1、 B2、B3、B4、 B5、B6、 B7、B8，回程的做法與其相同。（4）將各點(diǎn)連成光滑的曲線，即得所求的凸輪理論輪廓曲線，然后在理論輪廓線上取一系列的點(diǎn)為圓心， 以滾子半徑為半徑， 作一系列的滾子圓， 再做此圓族的內(nèi)包絡(luò)線，即為凸輪的實(shí)際廓線，如圖所示。五、心得體會經(jīng)過兩周的努力，我們在張老師的指導(dǎo)下做完了我們?nèi)松牡谝粋€課程計(jì)，我

16、們感到十分的自豪。 在進(jìn)行課題設(shè)計(jì)的過程中， 我們克服了各種因素完成了我們的課題設(shè)計(jì)。 因?yàn)檎n題設(shè)計(jì)是在考完試后進(jìn)行的， 看著周圍的同學(xué)都相繼回家了，而我卻要在學(xué)校進(jìn)行課程設(shè)計(jì)， 心里不由得對課程設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一些抵觸。 但是開始了課程設(shè)計(jì)才發(fā)現(xiàn)， 原來這個課程設(shè)計(jì)能對以前所學(xué)過的相關(guān)知識進(jìn)行一次全面系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。 ?在設(shè)計(jì)過程中，我們首先進(jìn)行的是方案的選擇。經(jīng)過一番比較，我們從4種機(jī)構(gòu)方案中選出了我們認(rèn)為最佳的方案。通過這一過程我們明白了一個合理的機(jī)構(gòu)在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活中的重要性和節(jié)能環(huán)保方面的效果。選擇完機(jī)構(gòu)方案， 通過一些計(jì)算和分析我們確定了機(jī)構(gòu)每個構(gòu)件的尺寸，為下面的機(jī)構(gòu)速度及加速度分析做好了鋪墊。然而在進(jìn)行機(jī)構(gòu)速度及加速度分析時(shí)遇到了在整個課程設(shè)計(jì)過程中所遇到的最大的一個難題， 即機(jī)構(gòu)的速度及加速度分析和圖解法。由于在學(xué)習(xí)過程中只是把其的皮毛弄懂而已，故在進(jìn)行分析時(shí)才感到書到用時(shí)方恨少！后來通過仔細(xì)閱讀機(jī)械原理課本關(guān)于速度及加速度分析和圖解法部分的內(nèi)容后，對于機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析有了更深的理解， 從而對用圖解法求桿件的速度和加速度有了自己的認(rèn)識。