牛頭刨床機(jī)構(gòu)的分析與綜合

1、西南交通大學(xué)本科教學(xué)改革機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)年 級(jí)：2011級(jí)學(xué) 號(hào)：20116315姓 名： 王和平專(zhuān) 業(yè):機(jī)電一體化指導(dǎo)老師：何俊2013年12月機(jī)械原理課程設(shè)汁任務(wù)書(shū)班 級(jí)機(jī)電一班學(xué)生姓名王和平學(xué) 號(hào)20116315發(fā)題日期：2013年9月20日完成日期：12月10日題目牛頭刨床機(jī)構(gòu)的分析與綜合1、本設(shè)計(jì)的目的、意義機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案 設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其 目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概 念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)題的 能力

2、，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，苴中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確泄、 運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提髙計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè) 計(jì)、繪圖以及査閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確 左；對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。并在此基礎(chǔ)上確泄飛輪轉(zhuǎn)慣量，設(shè) 計(jì)牛頭刨床上的凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。摘要牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平而或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小 批疑生產(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)件一刨 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

3、空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。本文根據(jù)牛頭刨床這一特 性，設(shè)訃了三種不同的機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比分析，選擇了酸菜動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī) 構(gòu)串聯(lián)而成的機(jī)構(gòu)。該方案?jìng)髁μ匦院?，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。根據(jù)已給的數(shù)拯算岀符合運(yùn)動(dòng)條件的機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)，凸輪基圓，齒輪傳動(dòng)比，建立 三維模型，用adms建模，得出位移線圖，速度線圖，再根據(jù)位移線圖利用反轉(zhuǎn)法求 出凸輪外形，并用cad畫(huà)出圖形關(guān)鍵字：牛頭創(chuàng)床桿長(zhǎng)凸輪adams線圖AbstractShaper is used for metal cutting machine tool plane machining of small

4、size or straight groove, used for single or small batch production. In order to coarse.fine processing of different materials and different size workpieces, require the main execution component planes to several different speed, differentdistance and different initial positions of horizontal recipro

5、cating linear motion.and the cutting speed is lower than the air speed planing planing took namelythe quick return phenomenon. In this paper, according to the characteristics ofshaper, design three different agencies, through comparative analysis,choose the pickled cabbage moving guide rod mechanism

6、 and the rockerslider mechanismformed by series connection mechanism. The force transmission characteristics, mechanism, small occupied space, the actuatorvrelocity changes in working process is slow.According to the given data calculated in line with the movement condition of the mechanism, the cam

7、 base circle, gear ratio, establish the three-dimensional model, using ADMS modeling, so out of line drawing speed line chart, according to the line graph using the inversion method for cam profile.and the figure painting with CADKeywords:shaperrodcamadamsdiagram目錄 TOC o 1-5 h z 第1章緒論11 . 1問(wèn)題的提出11 .

8、 2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11 .2本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法2第2章設(shè)計(jì)方案的確定32.1備選方案3方案 a3方案 b3方案 c42.2方案確定42.2.1機(jī)構(gòu)方案確定42.2.2減速方案的確定4第3章確定機(jī)構(gòu)尺寸53.1根據(jù)所給數(shù)據(jù)確定桿長(zhǎng)53.2建模63.3凸輪設(shè)計(jì)63.3.1 原理63.3.2基圓半徑6第4章運(yùn)動(dòng)分析及公式推理74.1導(dǎo)桿7第5章靜力分析95. 1曲柄95.2導(dǎo)桿95.3滑塊1 05.4連桿1 0第6章分析結(jié)果126.1位移線圖1 26.2速度線圖1 2加速度線圖1 36.4力矩變化曲線1 36.5根據(jù)反轉(zhuǎn)法畫(huà)凸輪和滾子14結(jié)論15總結(jié)1 5參考文獻(xiàn)1 6第1章緒論1.1問(wèn)

9、題的提出牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平而或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小 批量生產(chǎn)。但現(xiàn)有的牛頭刨床，大都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，笨重且精度不髙，所以本文希望 可以設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合牛頭刨床運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀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)件一刨刀能以 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)創(chuàng)刀的移 動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)彖。創(chuàng)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。圖1-1為其參考示意圖。電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)

10、裝置（皮帶和齒輪傳動(dòng)）帶動(dòng)執(zhí)行 機(jī)構(gòu)（導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)）完成創(chuàng)刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和間歇移動(dòng)。刨床工作時(shí)，刨頭6 由曲柄2帶動(dòng)右行，刨刀進(jìn)行切削，稱(chēng)為工作行程。在切削行程H中，前后各有一 段0.05H的空刀距離，工作阻力F為常數(shù)：刨刀左行時(shí)，即為空回行程，此行程無(wú) 工作阻力。在刨刀空回行程時(shí)，凸輪8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)，棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 螺旋機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)連同工件在垂直紙而方向上做一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以便刨刀繼續(xù)切 削。圖1-1 （參考示意圖）圖1-2 （切削阻力變化圖）1.3本文研究的主要內(nèi)容、目標(biāo)與方法本文根據(jù)牛頭刨床的特性，為了能設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，符合運(yùn)動(dòng)要求的結(jié)構(gòu)，設(shè) 計(jì)了三種不同的機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比分析

11、，選擇了導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的 機(jī)構(gòu)。該方案?jìng)髁μ匦院?，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。根據(jù)已給的數(shù)據(jù)算出符合運(yùn)動(dòng)條件的機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)，凸輪基圓，齒輪傳動(dòng)比，建立 三維模型，用adams建模，得出位移線圖，速度線圖，再根據(jù)位移線圖利用反轉(zhuǎn)法 求出凸輪外形，并用cad畫(huà)出圖形圖1-3 （牛頭刨床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖）第2章設(shè)訃方案的確龍2.1備選方案2.1方案a如圖2，采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，能承受較大載荷，但其存在 有較大的缺點(diǎn)。一是由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長(zhǎng)的曲柄，從而帶來(lái)機(jī)構(gòu)所 需活動(dòng)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

12、性變壞。2.1.2方案bF圖22 （方案b）如圖23,由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件 的速度變化方而比方案（a）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)ABCD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(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（a）更大。2丄3方案c如圖2-3,由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案克服了方案（b） 的缺點(diǎn)，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。2.2方案確定2.2.1機(jī)構(gòu)方案確定比較第1節(jié)三種方案，從全而衡量得失來(lái)看，方案（0作為刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)較 為合理。2.2.2減速方案的確左構(gòu)思一個(gè)合理的傳

13、動(dòng)系統(tǒng)。它可將電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)（960轉(zhuǎn)/分）變換為執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動(dòng)。構(gòu)思機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案時(shí)，能較為合理地分配各部分的傳動(dòng)比，最后繪出機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖如圖24。圖24 （機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖）因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)的低速轉(zhuǎn)動(dòng)（49轉(zhuǎn)/分）N=49*（23）*（8 12）=784-1764所以取I匸1000,滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為n=960所以總的減速比為960/49=19.59第3章確定機(jī)構(gòu)的尺寸已知條件：刨刀的行程H=300 mm：行程速比系數(shù)K=1.4：最大切削阻力Pr=4600：機(jī)架350mm：連桿與導(dǎo)桿之比為0.3導(dǎo)桿長(zhǎng)度:連桿長(zhǎng)度: 曲柄長(zhǎng)度：為了使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中具有良好的傳動(dòng)力特性；即要求設(shè)計(jì)時(shí)使得機(jī)構(gòu)的最大壓

14、 力角具有最小，應(yīng)此分析得出:只有將構(gòu)件5即B點(diǎn)移到兩極限位這連線的中垂線上, 才能保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的最大壓力角具有最小值。分析如下：當(dāng)導(dǎo)桿擺到左邊最大位置時(shí)，最大壓力角為兇，刨頭可能的最大壓力角位置是導(dǎo)桿B和，設(shè)壓力角為兇（見(jiàn)下圖）。根據(jù)幾何關(guān)系兇二田。由于因與勺，兇列呈背離關(guān)系,即3增加則3 ,列減小且兇兇。則要使機(jī)構(gòu)整體壓力最小，八于導(dǎo)桿擺弧平列均置處=3 ,則113.2建模根據(jù)已知數(shù)拯和求出的數(shù)據(jù)用solidworks建模如圖3-2圖 3-2 （solidworks 建模）3.3凸輪設(shè)計(jì)3.3原理設(shè)汁凸輪輪解依據(jù)反轉(zhuǎn)法原理。即在整個(gè)機(jī)構(gòu)加上公共角速度（一3）（3為原凸 輪旋轉(zhuǎn)角速度）后

15、，將凸輪固立不動(dòng)，而從動(dòng)件連同機(jī)架將以（一 3）繞凸輪軸心 02逆時(shí)針?lè)较蚍崔D(zhuǎn)，與此同時(shí)，從動(dòng)件將按給左的運(yùn)動(dòng)規(guī)律繞其軸心09相對(duì)機(jī)架 擺動(dòng)，則從動(dòng)件的尖頂在復(fù)合動(dòng)中的軌跡就是要設(shè)計(jì)的凸輪輪廓。3.3.2基圓半徑基圓半徑受到以下三方而的限制：基圓半徑rO應(yīng)大于凸輪軸的半徑rs；應(yīng)使機(jī)構(gòu)的最大壓力角amax小于或等于許用壓力角a；應(yīng)使凸輪實(shí)際廓線的最小曲率半徑大于許用值，即psminp最后得到的數(shù)拯如表1表31符號(hào)gniax單位O數(shù)據(jù)15126SO701070第4章運(yùn)動(dòng)分析及公式推理4.1導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)分析要求：導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。根據(jù)已左岀的尺寸參數(shù)及原動(dòng)件轉(zhuǎn)速幾用解析法求岀 當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角ei從刨頭

16、處于最左側(cè)起，沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向沒(méi)隔10度計(jì)算一組運(yùn)動(dòng)參數(shù).其中 包括各構(gòu)件的角位宜，角速度，角加速度以及刨頭的位移（以最左側(cè)為零點(diǎn)），速 度和加速度；并用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在同一副圖中繪出創(chuàng)頭的位移曲線，速度曲線和加速度曲線，并分析結(jié)果合理性步驟:圖42 （運(yùn)動(dòng)分析簡(jiǎn)圖）如圖4-2,建立一直角坐標(biāo)系，并標(biāo)岀各桿矢及英方位角由封閉形O2AO402可得：CnJ （ 0為機(jī)架）分別在X, Y軸上投影可得:(1)(2)（兇為EG的距離）由封閉圖形QBCG 0可得(3)(4)分別在X, Y軸上投影得：聯(lián)解(1) (2) (3) (4)得:3 =arctan0勺回0,因/2回3/2 3,2 a 3 = 3 + ar

17、ctan s 03 3(B/2,3/2a兇=arcsin s e目回0,/回2回3/2因，200 s ogQa/23/2ac點(diǎn)的位移:0 = i3cosO3+ lgcosegc點(diǎn)的速度：3 =C點(diǎn)加速度：0 =第5章靜力分析5.1曲柄o2x凹5.2導(dǎo)桿圖52 （導(dǎo)桿受力圖）3 =0, F a +F lj -Fj siii0 a =0 : 0 =0, F 0 +F Q + F S cosG3-m3g=0：H =0, F 兇 lasiiiO 3+ F 0 ljcosO3-1/2 m 3g 1 cosO + F S=05.3滑塊圖53 （滑塊受力圖）3 0=0,F 0 sinO 卜F 兇=03 日=

18、0,-F cos0 3F 目=05.4連桿圖54 （連桿受力圖）M 3 =0,-F 兇F 列=0：勺 Q =0, F 0-F 3 =0：J M 0=Ot F 3 lacosG j+ F13siii0弓=0綜上所述聯(lián)立方程求得F0-F0F 旦=(F 凹 ljsinO j- F u tanO jlicosG 勺+ 1/2 m jg lacos0 j ) / saF 回= F 回 + (F a 1 jsinO j- F 回 tanO j1qcos6 j+1/2 mag Iqcos6 -j ) sin0Q/ s jF(zi = ni jg- F a tan0(F a Itisin0 勺 F 閆 tan

19、O j 1 jcosO j + 1/2 mug lgcos0 j /2 mag lacosOd ) sin0 3/ SjF a = (F a lgsinO j- F tan0 j lgcosQ j + 1/2 ni jg lgcosO j ) cosGa/sglr =F aS = F 3T (F mj lsinO j- F uj tanO jlacosO j + 1/2 m jg lacosO j ) 1 jcos(0 j-0 j)/ sa第6章分析結(jié)果6刨頭的位移曲線圖61 （位移曲線）6.2刨頭的速度曲線圖62 （速度曲線）6.3刨頭的加速度曲線圖63 （加速度曲線）64平衡力矩的變化曲線圖64 （平衡力矩曲線）6.5根拯反轉(zhuǎn)法畫(huà)凸輪和滾子圖6-5 （凸輪理論輪屎）圖6-6 （凸輪實(shí)際輪屎）結(jié)論在本設(shè)計(jì)中，我經(jīng)過(guò)多種方案的設(shè)訃，泄性的選擇了一種比較優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，然后 根據(jù)已知數(shù)據(jù)求得了機(jī)構(gòu)的極位夾角和桿長(zhǎng)，還設(shè)計(jì)了相應(yīng)的凸輪，最后，經(jīng)過(guò)解 析法和運(yùn)動(dòng)仿真得出了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)線圖，