机械原理牛头刨床设计方案

1 机械原理牛头刨床设计方案 一、课程设计的目的和任务 1、目的 机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。 2、 任务 本课程设计的任务是对牛头刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和动态静力分析。并在此基础上确定飞轮转惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。 二、设计正文： 1、设计题目：牛头刨床 1）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急会运动，行程速比系数在 2）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。 3）曲柄转速在 60r/刀的行程 00右为好，切削阻力约为 8000N，其变化规律如图所示。 2、牛头刨床机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 4动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄 2和固结在其上的凸轮 8。刨床工作时，由导杆机构 2动刨头 6和刨刀 7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量，刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮 8通过四杆机构 1 2 中未画），使工作台 连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约 5图 4b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需安装飞轮来减小主轴的速度波动，以提高切削质量和减小电动机容量。 3、机构简介与设计数据 1）机构简介 牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄 2和固结在其上的凸轮 8。刨床工作时，由导杆机构 2 和刨刀 7作往复运动。刨 头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量；刨头左行时，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产效率。为此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮 8通过四杆机构 1棘轮机构带动螺旋机构，使工作台连同工件作一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以 减少切削质量和电动机容量。 2）设计数据 设计数据设计数据 设 计 内 容 导 杆 机 构 的 运 动 分 析 导杆机构的动态静力分析 符号 0204 04B 044 位 r/ mm 60 380 110 540 04B 04B 240 50 200 700 7000 80 3 案 64 350 90 580 04B 04B 200 50 220 800 9000 80 72 430 110 810 04B 04B 180 40 220 620 8000 100 、设计内容 : 1）导杆机构的运动分析 已知：曲柄每分钟转数 构件尺寸及重心位置，且刨头导路 于导杆端点 要求：做机构的运动简图，并作机构两位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面的动静力分析一起画在 1号图纸上。 曲柄位置图的作法为取 1和 8为工作形成起点和终点对应的曲柄位 置， 1和 7为切削起点和终点所对应的位置，其余 2， 312 等，是由位置 1起顺 2方向将曲柄圆周作 12等分的位置。 机构 位置 2 和 9 的 运动简图 4 1、选择表中方案 2、曲柄位置“ 2”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 取曲柄位置“ 2”进行速度分析。 取构件 3和 4的重合点 有 2=2 72/60=s ，其转向为顺时针方向。 2l l =10m/s ， 方向 :A 列速度矢量方程，得 小 ? ? 方向 速度极点 P，速度比例尺 v=m/s)/速度多边形如图。 图 1由图 1 A4=v=20m/s = m/s 方向 p v=36s=s 方向 4= l =s 其 转向为顺时针方向。 4l l =10s 方向 p 5 取 5构件为研究对象，列速度矢量方程，得 C = + 小 ? ? 方向 速度多边形如图 1 C=v=m/s =s 方向 p c v=m/s =s 方向 c 取曲柄位置“ 2”进行加速度分析 . 取曲柄构件 3和 4的重合点 列加速度矢量方程 ,得 a a a + a + a 小 ? ? ? 方向 ? A A 右） 42l l=68a 22l l =10s2 4方向 k 取加速度极点为 P ,加速度比例尺 a=m/,作加速度多边形图 6 图 1由图 1 2知， a a =85向 a 4 a a=向 k a 4 a pa = m/p a 4 a a 4a=m/向 a 4 取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 n + 小 ? ? 方向 B A CB BC 42 l=10向 pn l 10/472=向 na l= 向 n 其加速度多边形如图 1 2所示，有 a pa = m/ s2 a =m/向 n c 7 pCa = 向 p C 2、 曲柄位置“ 9”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图） 取曲柄位置“ 9”进行速度分析。 取构件 3和 4的重合点 有 2=22/60=s 其转向为顺时针方向。 2l l =10s 方向 :A 速度矢量方程，得 小 ? ? 方向 速度极点 P，速度比例尺 v=m/s)/速度多边形如图。 图 1由图 1 A4=v=m/s =m/s 方向 p v=s=0. 7000m/s 方向 4= l =s 其转向为顺时针方向。 8 B =4l l =s 方向 p b 取 5构件为研究对象，列速度矢量方程，得 C = B + 小 ? ? 方向 速度多边形如图 1 C=v=m/s =0. 9360m/s 方向 p c CB=v=m/s =s 方向 b c 取曲柄位置“ 9”进行加速度分析 . 取曲柄构件 3和 4的重合点 列加速度矢量方程 ,得 a a a + a + a 小 ? ? ? 方向 ? A A 左） 42l l= 方向 pn a 22l l =10方向 pa 3 4 v=2. 7000=方向 k 取加速度极点为 P ,加速 度比例尺 a=m/,作加速度多边形图 9 图 1由图 1 4知， a a =n a a=k a pa =向 p a a=m/向 取 5 构件的研究对象，列加速度矢量方程 ，得 小 ? ? 方向 B BC a A4l 10/m/s2 m/加速度多边形如图 1 4所示，有 pCa = m/m/10 2）导杆机构机构“ 2”位置动态静力分析 已知 各构件的重量 G（曲柄 2、滑块 3、导杆 4 和连杆 5的重量都可忽略不计）及切削力 求 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。 动态静力分析过程： 取“ 2”点为研究对象，分离 5、 6构件进行运动静力分析，作阻力体如图 1 5所示， 选取长度比例尺 l=4mm/取力比例尺 P=100N/ 1 5 已知 P=8000N， 20N，又 么我们可以计算 m6a c =- G6/g F = P + + + 0 方向： x 轴 y 轴 与 向 y 轴 大小： 8000 620 ? ? 作力多边行如图 1取力比例尺 N=100N/ 11 图 1图 1 F D N=00N=8420N N=00N=1120N 取构件 6为受力平衡体，并对 分离 3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 1 12 图 1已知 ： F 420N 取构件 4为受力平衡体， 对 A 点取矩得： F = + =0 方向 : （三力汇交可得） 大小 ： ? ？ 作力的多边形如图 1选取力比例尺 N=100N/ 13 图 1由图 1 N=00N=14058N N=00N=6254N 因为曲柄 2滑块 3的重量可忽略不计，有 F F 曲柄 2进行运动静力分析，作组力体图如图 1 图 1图 1曲 柄 2为受力平衡体， 对 取矩得： F l l=0 即 M 14 （一） 已知条件、要求及设计数据 1、已知：摆杆为等加速等减速运动规律，其推程运动角，远休止角 s，回程运动角 ，如图 8 所示，摆杆长度 大摆角 用压力角（见下表）；凸轮与曲柄共轴。 2、要求：确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径 T，画出凸轮实际廓线。 3、设计数据： 设计内容 符号 数据 单位 凸轮机构 设计 5 30 42 75 S 10 65 3.5 mm 50 二） 设计过程 选取比例尺，作图 l= 1、取任意一点 圆心，以 45基圆； 2、再以 圆心，以 l 9/ l =150半径作转轴圆； 3、在转轴圆上 上方任取一点 4、以 圆心，以 l=130基圆交于 D 点。 为摆动从动件推程起始位置，再以逆时针方向旋转并在转轴圆上分别画出推程、远休、回程、近休，这四个阶段。再以 对推程段 6 等分、 回程段等分（对应的角位移如下表所示），并用A 进行标记，于是得到了转轴圆山的一系列的点，这些点即为摆杆再反转过程中依次占据的点，然后以各个位置为起始位置，把摆杆的相应位置 画出来，这样就得到了凸轮理论廓线上的一系列点的位置，再用光滑曲线把各个点连接起来即可得到凸轮的外轮廓。 5、凸轮曲 线上最小曲率半径的确定及滚子半径的选择 （ 1）用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径 ：先用目测法估计凸轮理论廓线上的 的大致位置（可记为 A 点）；以 A 点位圆心，任选较小的半径 r 作圆交于廓线上的 B、 C 点；分别以 B、 C 为圆心，以同样的半径 r 画圆，三个小圆分别交于 D、 E、F、 G 四个点处，如下图 9 所示；过 D、 E 两点作直线，再过 F、 G 两点作直线，两直线交于 O 点，则 O 点近似为凸轮廓线上 A 点的曲率中心，曲率半径 OA；此次设计中，凸轮理论廓线的最小曲率半径 。 15 图 1 2）凸轮滚子半径的选择（ 凸轮滚子半径的确定可从两个方向考虑： 几何因素 应保证凸轮在各个点车的实际轮廓曲率半径不小于 15于凸轮的凸曲线处TC r ， 对于凸轮的凹轮廓线TC r （这种情况可以不用考虑，因为它不会发生失真现象）；这次设计的轮廓曲线上，最小的理 论曲率半径所在之处恰为凸轮上的凸曲线，则应用公式： T m i nm i n ； 力学因素 滚子的尺寸还受到其强度、结构的限制，不能做的太小，通常取0)及 。综合这两方面的考虑，选择滚子半径为 得到凸轮实际廓线，如图 1示。 16 图 1 机械原理 孙恒，陈作模，葛文杰主编 七版、 高等教育出版社 机械原理课程设计指导书 罗洪田主编 理论力学 哈尔滨工业大学理论力学研究室编 六版 四 本次设计试验我们主要以牛头刨床的设计为主，囊括个构件在任意两个角度的速度分析，加速度分析，各个构件的受力情况，动态的静力分析，凸轮的设计。将各种常见的机械设计整体复习与整理了一遍。不仅加强了对本学期机械原理基础知识的巩固与运用，还在本次课程设计中学到了查询各种资料，参考各种