机械原理课程设计牛头刨床

1、课程设计说明书一、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，即要有急回运动，行程速比系数在1.4 左右。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72r/min, 刨刀的行程H 在300mm 左右为好，切削阻力约为8000N ，其变化规律如图所示。二、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 4-1。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 2-3-4-5-6 带动刨头 6 和刨刀 7 作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称

2、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 1-9-10-11 与棘轮带动螺旋机构 （图中未画） ，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 5H 的空刀距离，见图 4-1，b），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

3、容量。3.1 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2-3-4-5-6 带动刨头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1-9-10-11 与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

4、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。3.2设计数据导杆机构的运动分析导杆机构的动静态分析n2lo2o4l o2Alo4BlBClo4s4xs6ys6G4G6PypJs4r/minmm11081000.36o4BNmmkg m272430o4B1804022062080001001.20.5飞轮转动惯量的确定齿轮机构的设计no zzzJJJJddmm无凸1o”1”o2o1o”ooo 12o 1。 轮r/kg m2mmmin任0.1411500001363.2务1640590.5.3.

5、2.2000050四、设计内容4.1导杆机构的运动分析已知 曲柄每分钟转数 n2，各构件尺寸及重心位置，且刨头导路 x-x 位于导杆端点 B 所作的圆弧高的平分线上。要求 做机构的运 ，并作机构两位置的速度、加速度多 形以及刨 的运 。以上内容与后面的 静力分析一起画在1 号 上。曲柄位置 的作法 取1 和 8 工作形成起点和 点 的曲柄位置，1 和 7 切削起点和 点所 的位置，其余2， 3 12 等，是由位置1 起 2 方向将曲柄 周作12 等分的位置。步骤：1） 杆机构。按已知条件确定 杆机构的未知参数。其中滑 6 的 路 x-x 的位置可根据 杆5 力 滑 6 的最有利条件来确定，即x

6、-x 位于 B 点所画 弧高的平分 上（ 例1）。2）作机构运 。的两个曲柄位置(2 和 8)作出机构的运 ，其中2 位置用粗 画出。曲柄位置的做法如 4 2；取滑 6 在上极限 所 的曲柄位置 起始位置1，按 向将曲柄 周十二等分，得十二个曲柄位置， 然位置8 于滑 6 于下极限的位置。 再作出开始切削和中止切削所 的1和 8两位置。共 14 个机构位置。v =0.0168（ m / s ）和加速度比例尺m / s2），3）作速度，加速度多 形。 取速度比例尺a=0.0168（mmmm用相 运 解法作 两个位置的速度多 形和加速度多 形，并将起 果列入表。 杆机构的速度加速度 作 程1. 取

7、 度比例尺 l，作出机构在位置2的运 。如一号 所示， 取l =l OA /O 2A （ m/mm) 行作 ， l O A 表示构件的 度， O 2 A 表示22构件在 上的尺寸。作 ，必 注意l的大小 得适当，以保 机构运 完整、准确、清楚的表达，另外 在 面上留下速度多 形、加速度多 形等其他相关分析 形的位置。2.求原 件上运 副中心A 的 v A 和 a Av A 2 = 1l O2 A 0.603m/s式中 v A2 B 点速度（ m/s） 方向丄 AO 222a A = 1l O2 A =4.04m/s式中 a A A 点加速度（ m/s 2 ） ,方向 AO 23.解待求点的速度

8、及其相关构件的角速度由原 件出 向 离原 件方向依次取各构件 分离体，利用 运 与 运 和相 运 关系矢量方程式，作 求解。（ 1）列出 OB 杆 A 点的速度矢量方程根据平面运 的构件两点 速度的关系 速度 = 速度 +相 速度先列出构件、上瞬 重合点（2， 4 ）的方程，未知数 两个，其速度方程： A4v A +v A A242方向：丄4丄 AO 2 4大小：？ 1 l O2 A？（）定出速度比例尺在 中，取 p 速度极点，取矢量 pa 代表 v, 速度比例尺（ m? s1/mm）Av2 =v A 21/mm=0.00773 m ?svpa（）作速度多 形，求出 2 、 4 根据矢量方程式

9、作出速度多 形的pd 1 部分， v A(m/s) 为2v A2 =v pa=0.603m/s 4 = v A2 / l AO4 =0.74rad/s其 向 方向。 B4= 4 l bO=0.429 m/s4B 点速度 B4，方向与 v A同向 .22（）列出 C 点速度矢量方程，作图求解V C、 V C B664V C6 = B4 +V C6 B4方向：水平丄 B 4丄 BC大小：？ 4l bO4？通过作图，确定点速度为V CB=v bc=0.0086m/sV C v pc=0.421m/s式中 V CB ，方向丄BC式中 V C 点速度，方向为p c。解待求点的加速度及其相关构件的角加速度

10、（）列出点加速度矢量方程式牵连速度为移动时绝对加速度牵连加速度相对加速度牵连运动为转动时， （由于牵连运动与相对运动相互影响）绝对加速度牵连加速度相对加速度哥氏加速度要求点加速度，得先求出点加速度，要求出B 点的加速度，则需要求出A 点的加速度，再根据 A点的加速度作图求出：a A= an+a=n+rkAAa o2a A 4 A 3 +a A 4A 3方向：？BA丄AO 2丄大小：？ 42 l AO4？ 2 l AO2?2 4 v A A42(2) 定出加速度比例尺在一号图纸中取 为加速度极点， 去矢量 a代表 a n A ，则加速度比例尺a（m?s 2/mm ）a n B=0.0498 m/

11、s2/mm=aa(3) 作加速度多边形，求出aB 、 aA、 aB ，根据矢量方程图：可求出：a A =aa=2.739m/s2aB = a A ?l bO / lAO=4.02m/s 242a n B = 42 ? l bO4 =1.07m/s 2(4) 列出 C 点加速度矢量方程，作图求解a c、 a n CB 、 a CBa c=n+a+a Ba CBCB方向：水平 BC丄 BC如图大小：？V C6 B42 /l BC?已求出（如图）由上式可得：a c =4.05m/s 2将代表 a t的矢量 ka平移到机构图上的点A ，可知的方向为逆时针方向。a 44442、8 位置的速度分析表项2v

12、AV CBvCV AV4aA3aKan A4atA4anCBa24A 3B 4A4A3c目位大方置小向326.0.0.00.40.50.1.34.00.7072.61.046986038721254296 顺时4813897.05针86.0.0.00.00.50.0.054.00.03.980.00.0669860309230995202784684401130195.2751 顺时针4. 2 导杆机构的动态静力分析已知各构件的重量G（曲柄 2、滑块 3 和连杆 5 的重量都可忽略不计） ，导杆 4 绕重心的转动惯量Js4 及切削力P 的变化规律。要求求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力

13、矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。步骤 :1）选取阻力比例尺Q = 50 ( N ) ，根据给定的阻力Q 和滑块的冲程H 绘制阻力线图。mm2）根据个构件的重心的加速度即角加速度，确定各构件的惯性力Pi 和惯性力偶矩M i ，并将其合为一力，求出该力至重心的距离。3）按杆组分解为示力体，用力多边形法决定各运动副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。将所有位置的机构阻力，各运动副中的反作用力和平衡力矩M y 的结果列入表中：动态静力分析过程：在分析动态静力的过程中可以分为刨头，摇杆滑块，曲柄三个部分。首先说明刨头的力的分析过程：对于刨头可以列出以下力的平衡方程式：F=0P +G6+ Fi6+

14、R 45+ R 16 = 0方向： x 轴y 轴与 a6反向 BC y 轴大小：9000800-m6a6?以作图法求得 :位置 2 R 45 = 9350 NR16 = 1125 N力矩平衡方程式： M=0P*y p+G6*hg+Fi6 *h 6+R16*h 16=0我们还可以得到：R 45=R65对于摇杆滑块机构可以列出平衡方程式：F=0R 54+ R 34+ Fi4 +G 4 +R 14=0方向 : BC OBa y 轴?44大小：R54？m4a4220?力矩平衡方程式： M=0 R54*h 54-R34*h 34-Mi4 -F i4 *h i4 -G4*h 4=0由此可以求得R34 的大

15、小： R34 = 13654.5 N所以：位置 4R 32=13654.5在摇杆上可以得到R34=-R322 位置受力分析表4项Fi6Fi4Mi4l h4目位大小方向置235044.3721.21顺时针0.3091单位NN mm项M yPN 56=N 65N54=N 54N34=N23位目大小方向置2900093505270.06顺时针N935013654.5单位N m4.3. 齿轮机构的设计已知 电动机、曲柄的转速n ,、 n 2 ，皮带轮直径 d,、 d, , ，某些齿轮的齿数z，模数 m。分度圆压ooo力角；齿轮为正常齿制，工作情况为开式传动。要求 计算齿轮 z 2 的齿数，选择齿轮副

16、z1 - z 2 的变位系数，计算这对齿轮的各部分尺寸，用2 号图纸绘制齿轮传动的啮合图。步骤 :(1)首先根据已知的条件求出z2 的齿数。i O 2 = n O / n 2 =z 1 * z 2 /z 1 * z O得出： z 2 =39 。对小齿轮实行正变位，对大齿轮实行负变位，且是等变位，经计算并分析后取变位系数X 1 = X 2 =0.3再根据齿轮各部分尺寸相关计算公式得到齿轮的基本参数如下：d 1= m* Z 1 =6*13 78mmd 2 =m*Z 2 =6*39=234mmrb1 =r 1 * cos 20。=36.64mmr b 2 = r 2 * cos20。=109.9mmha 1=(h a* +x) m 12 =(1+0.3)*6=7.8mmh a2 =(h a* -x) m 12 =(1-0.3)*6=4.2mmhf 1 =( h a* +c * -x)m 12 =(1+0.25