牛头刨床课程设计说明书.

1、键入文字目录1:机械原理课程设计内容及要求12:牛头刨床机构简介及原始数据12-1:牛头刨床简介12- 2机构的要求12-3:牛头刨床设计原始数据23 :机构方案的初步确定23- 1 :曲柄滑块机构与摆动导杆机构23-2 :曲柄滑块机构与扇形齿轮齿条机构43-3 :综合评定确定方案64 :机构工艺动作分解及运动循环图75 :主机构尺度综合及运动特性评定85-1: 2号位置动态静力学分析85-2 7号位置动态静力学分析116 :电动机功率与型号的确定137 :主机构受力分析147-1 : 2号受力分析147-2 7号受力分析158 :飞轮转动惯量的计算169 :减速机构以及工作台进给机构的确定1

2、9209-1 :减速机构的确定39-2:工作台进给方案的确定2010 :设计心得与体会2211 ：参考文献24键入文字二课程设计题目、内容及其目的题目：牛头刨床内容： 平面刨削机床运动简图设计及分析，计算刨削机构在指定位置 的速度、加速度、受力、绘制位移、速度、加速度曲线、平衡力 矩曲线、等效阻力矩曲线以及等效驱动力曲线。根据上述得到的 数据，确定飞轮转动惯量。目的：1:学会机械运动见图设计的步骤和方法；2:巩固所学的理论知识，掌握机构分析与综合的基本方法；3培养学生使用技术资料，计算作图及分析与综和能力；4培养学生进行机械创新设计的能力。二：牛头刨床简介，机构的要求及原始数据1:牛头刨床简介

3、牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图 1。电动机经皮带和齿 轮传动，经过减速机构减速从而带动曲柄 1。刨床工作时，由导杆3 经过连杆4带动刨刀5作往复运动。刨头左行时，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，刨头右行时，刨刀不切削，称空行程，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 0.05

4、H的空刀距离，见图2，b），而空 回行程中只有摩擦阻力。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。2:机构的要求牛头刨床的主传动的从动机构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计的机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的 行程要有急回运动的特性，刨削速度尽可能为匀速运动，以及很好 的动力特性。尽量是设计的结构简单，实用，能很好的实现传动功3:牛头刨床设计原始数据表2-3原始数据2刨削平均速度Vm （mm/s）580行程速度变化系数K150r刨f刀冲程H （mm）400切J削阻力Fr（

5、N）4000空行程摩擦阻力（N）200包J刀越程量AS ( mm)20包J头重量（N）620杆:件比重（N/m)300机005H转速度许用不均匀系数0.()5H0.J35HFx(b)三：机构方案的初步确定1 :曲柄滑块机构与摆动导杆机构（1）机构简图如下图图3-1(2) 机械功能分析该构件中完成主运动的是由杆1、2、3、6组成的四连杆机构，杆4带 动该构件中与其铰接的5杆完成刨床的刨削运动。在由杆1、2、3、6所组成的曲柄摇杆机构中，曲柄1在原动机的带动下做 周期性往复运动，从而连杆4带动滑块5作周期性往复运动实现 切削运动的不断进行。(3) 工作性能分析从机构简图中可以看出，该机构得主动件

6、1和连杆4的长度 相差很大，这就是的机构在刨削的过程中刨刀的速度相对较低， 刨削质量比较好。杆1和杆4在长度上的差别还是的刨刀在空 行程的急回中，有较快的急回速度，缩短了机械的运转周期， 提高了机械的效率。(4) 传递性能和动力性能分析杆1、2、3、6所组成的曲柄摇杆机构中其传动角是不断变 化 传动性能最好的时候出现在 A， B，C, D四点共线与机构处 于极位时两者传动角相等该机构中不存在高副，只有回转副和滑 动副，故能承受较大的载荷，有较强的承载能力，可以传动较大 的载荷。当其最小传动角和最大传动角相差不大时，该机构的运 转就很平稳，不论是震动还是冲击都不会很大。从而使机械又一 定的稳定性

7、和精确度。(5) 结构的合理性和经济性分析该机构多以杆件为主，抗破坏能力较差，对于较大载荷时对 杆件的刚度和强度要求较高。 会使的机构的有效空间白白浪 费。并且由于四连杆机构的运动规律并不能按照所要求的运动精 确的运行只能以近似的规律进行运动。2:曲柄滑块机构与扇形齿轮齿条机构(1) 机构简图如下图图3-2(2) 机械功能分析根据机构图可知，整个机构的运转是由原动件 1带动的。杆1通过滑 块2带动扇形齿轮3的运动。扇形齿轮3和与刨头连接的齿条 啮合。从而实现刨刀的往复运动。(3) 工作性能分析该机构中原动件1对滑块2的压力角一直在改变。但是原动件 1的长 度较小，扇形齿轮的半径较大，即原动件1

8、的变化速度对于 扇形齿轮3的影响不是很大，同时机构是在转速不大的情况下运转 的，也就是说，在扇形齿轮作用下的齿条的速度在切削过程中变 化不大，趋于匀速运行。原动件1在滑块2上的速度始终不变，但是随着原动件 1的运转，在 一个周期里，BC的长度由小到大，再变小。而 BC的长度是扇形 齿轮3的回转半径，也就是说，在机构的运行过程中，推程的速 度趋于稳定，在刨头回程时，由于扇形齿轮受到齿条的反作用力 减小。还有扇形齿轮3的回转半径减小，使扇形齿轮的回程速 度远大于推程时的速度。即可以达到刨床在切削时速度较低，但 是在回程时有速度较高的急回运动的要求。在刨头往返运动的过 程中，避免加减速度的突变的产生

9、。(4) 机构的传递性能动力性能分析该机构中除了有扇形齿轮和齿条接触的两个高副外，所有的运动副都 是低副，齿轮接触的运动副对于载荷的承受能力较强，所以，该 机构对于载荷的承受能力较强，适于加工一定硬度的工件。同 时。扇形齿轮是比较大的工件，强度比较高，不需要担心因为载 荷的过大而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中，原动件 1是一个曲柄，扇形齿轮 3只是在 一定的范围内活动，对于杆的活动影响不大，机构的是设计上不 存在运转的死角，机构可以正常的往复运行。该机构的主传动机构采用导杆机构和扇形齿轮，齿条机构。齿条固结于刨头的下方。扇形齿轮的重量较大，运转时产生的惯 量也比较大，会对机构产生一定的

10、冲击，使机构产生震动。(5) 机构的合理性与经济性能分析该机构的设计简单，尺寸可以根据机器的需要而进行选择，不宜过高 或过低。同时，扇形齿轮的重量有助于保持整个机构的平衡。使 其重心稳定。由于该机构的设计较为简单。所以维修方便。，除了齿轮的啮合需要很高的精确度外没有什么需要特别设计的工 件，具有较好的合理性。该机构中扇形齿轮与齿条的加工的精度要求很高，在工艺上需要比较麻烦的工艺过程，制作起来不是很容易。此方案经济成 本较咼。3:综合评定确定方案1机构功能的实现两种机构均可以很好的实现切削功能。2工作性能第一种方案在刨削的过程中刨刀的速度相对较低，刨削质量 比较好，可以很好的满足急回特性；第二种

11、方案切削速度近似 均匀且变化缓和平稳，摆动导杆机构也可使其满足急回特性。3传递性能第一种方案适合于低速轻载的工作情况；第二情况由于滑块 和导杆压力角恒为90度，齿轮和齿条传动时压力角不变，且可承 受较大载荷，所以重载情况也适用。4动力性能第一种方案冲击震动较大；第二种方案齿轮和齿条传动平 稳，冲击震动较小。5结构合理性第一种方案均由杆件构成尺寸比较大，重量轻，制造简单，维修方便；第二种方案扇形齿轮尺寸和重量大 ，齿轮和齿 条制造复杂，磨损后不宜维修。6经济性根据实际工况中刨刀一般为低速轻载。所以第一种方案比较 适合于量产，经济效益比较好；而第二种方案扇形齿轮要求一 定的精度，工艺难度大，且扇形

12、齿轮和齿条中心距要求较高，所以 不适合推广。综上所述应选择第一种方案。主机构尺寸确定:0Lbo2LAO2LbcLO1O2H36647mm120mm162mm389mm400mm错误！未找到引用源。=180：=36：、2 也=5.46rad/sK+1230nJ 二_60Vm =52.2r/min1H(y四：机构工艺动作分解及运动循环图(1 )机构工艺工作： 牛头刨床的主运动为电动机一变速机构一 摇杆机构滑枕往复运动； 牛头刨床的进给运动为电动机一变速机构- 棘轮进给机构一工作台横向进给运动。(2)机构运动循环图图4-1五：主机构尺度综合及运动特性评定机构位置划分简图图5-1等分为12等分，取上述

13、方案的第2位置和第7位置进行运动分析（1）曲柄位置“ 2”做速度、加速度分析（列矢量方程、画速度图、加速度 图）取曲柄位置“ 4”进行速度分析。取构件3和4的重合点A进行速度分析。有i=5.62 rad/s 其转向为逆时针方向。（a） 速度分析用速度影像法15对A点:Va4=VA3+VA4A3方向：-BO4-O2A/O4B大小：？V?式中：5 =,VA4pa4 -4=-Io4AVA4A3 =-l 监彳V B4 = 4 Qb对于C点：VC =方向：/ XX大小：？式中：Vc = 7 lpc5= VcUl lbcVb+CBV CB-BC?be（3-1）VA4 =0.6048m/s4=0.887ra

14、d/sVa4A3 =0.3902 m/sVb4 =0.5676 m/s（3-2）Vc =0.4789 m/sVCB =0.1064 m/s5=0.788rad/s图4-2“ 2”位置速度分析(b)加速度分析用加速度影像法对于A点:aA4 =naA4 +taA4=aA3+kaA4A3+aA4A3( 3-3 )方向：Af O4 _ O4 BA f O2_O4B/o4b大小：V?VV?式中：aA3= 2 1 O2AKaA4A3=2 4 VA4AsaA3=4.064m/s2n_ 2 .t|KaA4 =4 Io4Aa l n aaA4A3=0.830 m/s 2raA4A3=A la kaaA4 =0.

15、346 m/s 2c7 lO4Bn2 .t3b =aA4lO4AacB= 5 IbCaA4 =2.190 m/s 2raA4A3 =3.065 m/saB =3.224 m/snaCB =0.084 m/s对于c点：ac =aB +naCB +taCB方向：/ XXB f O4c f B-BC大小：?VV?式中：ac =丨 pcacB =lnc(3-4)aC =3.139 m/s2图4-3(2)对位置7进行速度和加速度分析(a)速度分析用速度影像法对A点：Va4=va3+va4a,（ 35）方向：-B04-02A/04B大小：？V?Va式中：pa44 =代*=0.6048m/sVA4 A3 =

16、 l 1 a3a4V B = Vb4= 4I04B*=o.311rad/sVA*A3=0.064m/sVB5=0.199m/s对于C点：VC =Vb+V CB方向：/ XXO4 B-BC大小：？V?式中：Vc = J lpcVCB =-ll bc(3-6)Vc=0.181m/sVCB =0.064m/sVcb ul1 be5=0.311rad/s图4-4“ 7”位置速度分析对于A点：aA,n产aA4+ =aA3+方向:A f O4-o4bAf O2大小:V?V式中2 .:aA3 = 2 l O2AaA4A3 =2 4VA4A3(b)加速度分析用加速度影像法% +raA4A3( 3-7 )-O4

17、B/ o4bV ?aA3 =4.064 m/s键入文字=-4 lO4AKaA4A3 =0.368 m/sa；4 =ln aaA4A3 _1 ka17naA4 =0.038 m/staA4 =4.109 m/s方向：/ XXB - O4C B _ BC大小：？VV?式中：ac = % lpcaCB = a lncaC=6.311 m/s图4-5“ 7”位置加速度分析_ 2 aA4 = 4 QbO4BaB=a-1o4An2aCB = . 5l BCaB =6.656 m/s2aA4 =4.064naCB=0.064 m/s 2对于C点：ac =aB +naCB +t3cb（3-8）六：电动机功率与

18、型号的确定由P=MdW! -刨刀刨削运动的功率为1470. 2W,考虑到机械摩擦损30失及共建横向进给运动所需功率，按照Pd =1.2P=1.7kW,查资料可知转速应为中等转速比较好，减速机构齿轮齿数不会太大，根据牛头刨床的工况为低速轻载，速度比较稳定，具有飞轮调速，冲击较小等特点，初步定为六级三相异步 交流电动机电机型号功率(Kvy转速(r/s )Y2-100L1-42.21403Y-112M-62.2940Y-132S-8:2.2P710Y2-112M-6E2.2940由以上数据可得应选型号为Y2-112M-6的电动机，其额定功率为2,2KW,转速为940r/s，符合基本要求七：主机构受力

19、分析取上述方案一的第2位置和第7位置进行受力分析 对“2”位置进行受力分析取“ 2”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析:已知：G6=520NFi6=- G6/g x(a(6-1)刀 Fx= F4+Fr- Fr45=02)由此可得：FR45=4891.6N由分离3,4构件进行运动静力分析：已知：Fr54=Fr45由此可得：F4 = - G/g X4 a(6-3)MS4=-Js4 S4=-O.9984X 3.35=21.74 N.m(6-4) MO4 =G4hF14h2Fr54h3Mm -Fr23h4 = 0(6-5)其中h , h , h3 , h4分别为G4,Fi4,Fr54,Fr2

20、3作用于O4的距离(其大小可以测得)，可以求得：Fr23=6983.4N图6-1“2”位置的力的多边形由力的多边形可知：Fox =2169.7N, Fy =1286.06N对曲柄2进行运动静力分析，Fr32作用于。2的距离为h，其大小为0.15m由此可得曲柄上的平衡力矩为：M=Fr32 X h=401.55N.m(6-7 )方向为逆时针对位置“ 7”进行受力分析取“ 7点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析：已知： G6=520NFi6=- Gs/g Xca(6-8)由此可得：Fr45=256.93N由分离3,4构件进行运动静力分析：已知：Fr54=Fr45由此可得： F4 = - G/

21、g X4 a(6-9)M4=-J4 s4=4.456N. m(6-10)方向与a运动方向相反(逆时针)X Mo4 =G4 h1 F|4 h2 Fr54 佗 M 14 - Fr23 h 0 ( 6-11)键入文字其中hi , h2, h3, h4分别为G 4 , F| 4 , Fr54 , Fr23 作用于O4的距离(其大小可以测得)，可以求得：Fr23=281N图6-2“ 7”位置的力的多边形由力的多边形可知：Fox =444.765N, Fy=169.508N对曲柄2进行运动静力分析，Fr32作用于。2的距离为h,其大小为0.08m由此可得曲柄上的平衡力矩为：M=Fr32 X h=7.03N

22、.m(6-12)方向为逆时针八：飞轮转动惯量的计算1环取取曲柄AB为等效构件，根据机构位置和切削阻力 Fr确定一个运 动循的等效阻力矩Mr ()根据Mr ()值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各个位置9时Mr()的功0 Mr严)d。因为驱动力矩可视为常数，所以按照2仃Md= o Mr ( )d 72二确定等效驱动力矩 Me。Md=192.57N*m2 Mr ()及Md的数值和图形如下。注：横坐标采用位置位置123456789101112Mr/(N*m)15.2401.6618.8750.5548.3425.77.187.655.357,211.85.76Md/(N-m)192图8-13估

23、算飞轮转动惯量(1)由M( )=Md-Mr( )确定等效力矩M (巧。列表如下：位置123456789101112M()-261125.3351.5550.5281.0158.4260.3179.7-212210.3225.2261.5得出AW （巧，作图:位置1-33-77-12AW （申）（J）-34.1873.0-839.0873.0839.034.1图8-3由此最大盈亏功Wmax=873.1J Je不记，J= Wmax/ C - )Jf=585.0kg*m九：减速机构以及工作台进给机构的确定21键入文字图9-1根据电动机的转速n0=94Or/min，曲柄的转速为52,2r/s,则可得传

24、动比为18；根据机械设计手册可知闭式圆柱齿轮机构传动比为3-5，闭式传动与开式传动相比，更为稳定，润滑性能好，所以初步定为带传动以及闭式二级圆柱齿轮传动。带传动比为2，闭式圆柱齿轮减速机构传动比采用“前小后大”。根据机械设计手册确定数据。模数m=4参数齿轮1234齿数z182/1260分度圆直径d7210848240表9-1(2)工作台进给方案的确定工作台横向进给运动：间歇运动工件的横向进给运动量是很小的，且每次要求等量进给，又因为必须防 止工件在刨削力的作用下沿横向移动，所以横向进给执行机构除 了能实现小而且等量进给外，在非进给时还应具备有自动固定的 功能。螺旋机构能满足这些功能，而且结构简

25、单，容易制造。因 此，可选用螺旋机构作为横向进给运动的执行机构，其动力仍然 来自驱动刨刀运动的电动机，不必另设动力源。工件要能间歇移动，螺旋必须作间歇转动，所以在螺旋机构之前必须 串联一个间歇转动机构，且与刨刀切削运动执行机构相联，这样 可以方便实现切削运动和横向进给运动的协调配合。曲柄摇杆棘轮机构：结构简单，制造容易，每次转角较小，容易调整且为等量转动，采用双向式棘轮还可以方便地实现棘轮反转。适用场合：低速轻载，运动精度要求不高的工作状况初步拟定为曲柄摇杆棘轮机构作为牛头刨床工作台横向进给的执行机 构曲柄棘轮机构的机构简图如图所示图9-2附棘轮齿形设计参考尺寸生称符号式mt= Jem)肯顶岡

26、程径Dsm齿爲h0. 75mJf殘或55r齿根虽|增半径FAl5戟爪长度L2m專轮齿橹尺寸僅见图氣IImm图9-3工作台垂直进给运动为了实现刨刀的垂直进给运动，可以在刨刀切削运动执行件 上设置一个在垂直于刨削方向上能作间歇移动的执行机构。与横 向进给类似，该执行机构同样应具有小进给量可调且在非进给时 具有自动固定的功能，同时考虑到动力源可以采用手动，因此采 用一个简单螺旋机构作为刨刀垂直进给运动的执行机构，既简单 又工作可靠。十：设计心得与体会机械原理课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺 的一个重要环节。作为一名机械设计制造及其自动化大二的学生，我觉得有这 样的实训是十分有意

27、义的。在已经度过的一年半的生活里我们大多数接触的不 是专业课或几门专业基础课。在课堂上掌握的仅仅是专业基础理论面，如何去 面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学的专业理论知识运用到实践当中 呢？我想这样的实训为我们提供了良好的实践平台。两周的机械原理课程设计就这样结束了，在这次实践的过程中学到了很 多东西，既巩固了上课时所学的知识，又学到了一些课堂内学不到的东西，还 领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与 人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生 了良性的变化。其中在创新设计时感觉到自己的思维有一条线发散出了很多线，想到很 多能够达到要求的执行机构，虽然有些设计由于制造工艺要求高等因素难以用 于实际，但自己很欣慰能够想到独特之处。这个过程也锻炼了自己运用所学知 识对设计的简单评价的技能；而手工画图时认识到了一件事情中的每个环节的 认真都是重要的，哪怕是一个数的马虎或粗略那都会给以后的任务带来更大的 误差甚至错误，所以作为一个设计人员来说细心是最重要的，之后才可以谈其 他；当用TB设计时让自己