牛头刨床课程设计说明书

1、牛头刨床课程设计说明书中南大学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY课程设计题目：牛头刨床的设计学生姓名：+ + +学院：机电工程学院专业班级：机械+班完成时间：7 月10日指导老师：+ + +目录1、 设计步骤-2 -2、 课程设计的性质、目的和任务 -2 -3、 机械原理课程设计的内容和方法 -2 -4、 设计任务分配 -3 -5、 设计原始数据 -3 -6、 设计内容-4 -7、 机构工艺动作分解及运动循环图 -5 -8、 杆件机构的分析-6 -1. 速度分析：-6 -2. 加速度分析：-8 -3. 导杆结构的力分析-9 -9、 小组成员数据及其绘制的曲线 -11 -十、飞轮转

2、动惯量的计算 -12 -十一、电动机的选择与确定 -14 -十二、凸轮机构的设计 -17 -十三、参考文献-21 -十四、心得体会-21 -设计步骤(1) 确定扭头刨床工作原理。(2) 设计刨床各部件尺寸。(3) 分配设计任务，确定分析点位。(4) 分析刨床杆组机构各构件速度，刨刀的速度。(5) 分析刨床杆组机构各构件加速度，刨刀的加速度。(6) 分析刨床杆组机构个构件力，确定曲柄的理论驱动力矩。(7) 收集、整理、矫正各点数据，在同一坐标系中进行绘制。(8) 设计飞轮转动惯量(9) 设计凸轮轮廓。(10) 选用合理电机装置课程设计的性质、目的和任务1 .课程设计的目的：机械原理课程设计是高等

3、工业学校机械类专业学生第一 次较全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环 节。其意义和目的在于：以机械系统运动方案设计为结合点，把机械原理课程设计的各章理论和方法融会 贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识；培养学生独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学 的分析和设计有一个较完整的概念，具备计算、制图和使用技术资料的能力。2 .课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动 分析。动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对各 个机构进行运动设计。要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编写说明书等。三、 机

4、械原理课程设计的内容和方法a)本次设计主要内容有牛头刨床的原理学习b)牛头刨床中曲柄滑块，曲柄导杆机构的尺寸设计c)牛头刨床中刨刀的速度，加速度以及曲杆驱动力的分析d)根据最大盈亏功进行飞轮的设计e)凸轮机构的设计以及绘制凸轮理论实际轮廓曲线f)了解电机的相关知识，为机构选择合理电机本次设计主要采用矢量图解法作为最主要的设计和分析方法，借用AutoCAD2012 Excel2010、Origin PRO 8.0 等软件进行说明书的编写。无论是 采用作图法还是解析法设计凸轮廓线，所依据的基本原理都是反转法原理。在设计凸轮廓线时，可假设凸轮静止不动，而其推杆相对凸轮作反转运动， 同时又在其导轨内作

5、预期运动，作出推杆在这种复合运动中的一系列位置，则其 尖顶的轨迹就是所要求的凸轮廓线。这就是凸轮廓线设计方法的反转法原理。四、设计任务分配本小组一共有机械1113班某某某、某某某、某某某、某某某、某某某、某某、 某某某七名成员，在课程设计的开始进行了任务分配。主要是对于扭头刨床的曲 柄导杆，曲柄滑块，凸轮的设计上进行了任务的分配。在曲柄滑块，曲柄导轨的设计中，我们组以曲柄竖直向下的位置作为分析的始 点，每隔60度进行一次分析，分析内容包括了速度矢量图解法分析，加速度矢 量图解法分析，力的矢量图解分析，这些点位分别由1 （某某某），2（某某）,5 （某 某某），6 （某某某）,7 （某某某），1

6、0 （某某某）计算。在这些点位的基础上做 出两个极位（曲柄顺时75度和逆时针75度）（某某某）以及切削始点（顺时98 度）（某某某）切削末点（逆时103度）（某某某）。普通分割点以及极位的选取 可通过直接作图得到。切削始点的得来是在左极位中C点的位置向刨刀导轨右向 皮平移0.05H,后以就作为半径以点C为圆心作圆与点。为圆心Irb相交取两个 U交点中右侧交点即可。切削终点位置的选取亦可由此方案得到。五、设计原始数据刨床参数参数项目刨削平均速度%!（mm/s）550行程速度变化系数K1.40刨刀行程H（mm）300切削阻力4500空行程摩擦阻力。（叫225刨刀越程量AS （mm）15刨头重量gm

7、520杆件比重（N/m）200机器运转速度许用不均匀系数【5】0.05导杆机构设计原始数据参数项目数值方案II% (mm)90/(mm)117凸轮原始数据数据项目甲。口15；6na油坨推杆运动规律单位mmmm口计口口mmmm2组15014018751070205458515等加速等减速六、设计内容（1）确定导杆和机架的长度由K如得匚3=30。0+11.40+1由此可得一一一 -导杆设计数据数据项目%*%工5到刨刀平台的距离数值（mrm579.6347.7569.7确定好了导杆部分的参数后我们定以曲柄为最低点作为整个曲柄运动的起始点（即 3 = Oc）,以60度为 分位的角度顺时开始记点分别为1

8、、2、5、6、7、10再加上两个极位点3和 9,以及切削始点4,切削末点8。七、 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一滑枕往复运动；牛头刨床的进给运动为电动机一变速机构一棘轮进给机构一工作台横向进给运 动。(2)机构运动循环图八、杆件机构的分析选取点位71.速度分析：如图所示曲柄角速度曲柄的角速度为22：n2606. 72rad / s当曲柄位于7位置时第一个点A :LO3A.2.2.一:,LO2O3LO2A 一 2LO2O3 ' LO2A cos 120=40。36mmLO3B =包9£ =1.45LO3A400.

9、36VA4=VA3' VA4A3-19 -2L O2A大小：方向： _LO3A_LO2A 03AVA2 -2L02A = 6. 7290mm/ s = 604. 8mm/ s取 =8mm /s/mm .做速度矢量图.由速度影像法得VA = 49.828 = 398.56 mm/ sVB = 398.56579.6/400. 36 = 576.99mmf sV = V = V VV C 5 V C4 V B V C4B大小：？，？方向：/ 导杆 _L O3B _L BCVC = pc = 8 70.76mmf s = 566.08mm/ s2 .加速度分析:- -4a A3大小：方向Vb

10、LO3BVC5Ba naA3576.99579. 6v cbrad / s = 0. 9955rad . s814.43117rad/ s2 = 0. 9867rad / s2naA3223 L03A = 396. 76mm/ saA3a A2co2LO2A-O3AA > O2 LO2AaA3A22 13VA3A24064. 26mmf+ ar aA3A2/ABaA3A2= 2.3VA3A2= 2.3Jva2a3= 2 0. 9955 856. 86mm/s2= 905.67mmfs2取Na =40mm/s/mm .做加速度矢量图.aKA3A2由加速度影像法得：2aA3 = 54. 7

11、40 = 2188mm/ s2aB = 2188579.6/400. 36 = 3167.56 mm/ s2aC6= aB aC5B aC5B大小：？，?方向：/DE VCt B ±CBaC5B = ©2LBC = 0. 98672 m 117mmf s2 = 113.91 mm/ s2aKA3A2aC6 : 82.7040 二 3308.mm/ s3 .导杆结构的力分析：对杆件5和6,受力分析如下G5FR45Fr45G6FR16Fr R 5 R 6 = 0其中：FI6 = -n6a6 = -G6a6 = 520 父 2. 9028/ 10 = 151.89N （向右） g

12、F15 = mA = 0. 117 M 200 M 81.20 M 40 M 0.001 / 10 = 7. 6N （方向与 a§ 相反）M5 J 505 （可以忽略） 而对于杆件5,有:- FR45 = 0Fr45 = 11.7（与 CB垂直）F£ FR45G6FR16Fr Fl6Fl5 = 023.411.485204500151.89 8.695/CB1 CB 向向上 向左 向右与a5相反以此做矢量方程由力的影像法，可得到：FR45 : 4323. 01N对杆件3和4,有惯性力矩：5796.、Mi 4 =41 4 = 54.740 / 400. 36° x

13、:dx = 70. 94N m惯性力：_579 6FI4 = 54.740 / 400. 360. 0010. 5796200 = 183. 59N一 G4h1 一 Fr34l QAFR54力2Fr54卜3 一 M 4 一 Fl 5 = 0得出:F R34 =5836.73N又£M02 = 0,叫: 5836. 73 h5 ; 350. 20N m九、 小组成员数据及其绘制的曲线点位编号1234567891011备注左极位切削始点切削终点右极位角度0607598120180240257285300360速度-1360-31504806308015684660-308-1360加速度-

14、26981566966.246603450160-3308-3960-6941-8800-269曲柄力矩4813.6020突变到201374.13545.68349.8190突变到2018.3748速度图:加速度图:力矩图600 q600 -400300 -200 -1000 -十、飞轮转动惯量的计算1.环取取曲柄02A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(中)值，采用数值积分中的梯形法，计算曲柄处于各个位置时MK的功10 Mr(*)d*。因为驱动力矩可视为常数，所以按照2 二Md=10 Md)d中/2兀确定等效驱动力矩Mdo利用软件Origin

15、 pro我们可得：Md = 193. 632. Mr(中)及Md的数值和图3.根据最大盈亏功的定义，做(角度)-(Mr-Md)图，如下图所示|一一| M 加 d|400300-/200-/利用软件Origin Pro 8.0算面积可以得到:最大亏功为-16794.3255最大赢功为17789.268875最大盈亏功 W = 17789.29 - 16794.33 = 994. 96J不计算Je ,飞轮的最小转动惯量：J F _ ： W /（ ，L ） = 994 . 96 / 0. 056. 72 2440 . 65 kg m电动机的选择与确定由上面的讨论得出Md = 193. 631) .根

16、据机构位置和切削阻力Fr确定一个运动循环中阻力矩所做的功Wr = Fr X (0.9H) + 0.1FrX (1.1H) =1222.43J2) .计算刨刀切削运动所需的功率Pr = Wr Xk v m/ H (1 +k) =1307.32W3) .考虑到机械摩擦损失及工件横向进给运动所需功率n1P =叫=Md 片=1301. 13W附录II 常用电动机规格一,¥系列三相异步电动机Y系列是一般用途的全封闭自阚冷鼠性理三相异及电动机，它是我国烧一段计的新系列三相异步电动 机口Y系列电动机具有高效、节脑、起动转翅大、性能好、噪声低，振动小，可季性高、功率等虢和安装尺寸符合 1EC标准塔及

17、使用维护方便等优点口Y系列电动机适用于在不含易燃、易爆或匾蚀性气体的一筮场所工作的无特殊塞求的机犍,M金属切削机 床.泵、风机、运输机械、搅拌机、农业机械、食品机械等c由于嫉系列电动机有较好的电动性能1因此也适用于某 些时起动转舱有较高要求的机械，如压爆机等mY系列电动机的型号由四部分蛆成：第一部分双语拼音字号Y直示异步电动机;第二部分数宇表示机座中 心高(机座不带底脚时，与机座带底脚时相同)；第三部分英文字母为机座长度代号(卜一影机座、M中机 座、L一一长机座字母后的敕字为铁心长度ft号：第四部分横甥后的数字为电动机的极数例:使用条件环境温度:随季节而变化，但不超过401co海 拔:不超过1

18、000恤频率：50Hz0电压：380L接法：3kW及以下为Y接,4 kW及以上为接。工作方式:连续(S1K安装结构型式：本系列电机有以下三种基本安装结构型式(表附U -】)：1) B3：机座带底脚,端盖无凸绿&2) B5：机座不带底脚，端盖有凸缘口3) 1335：机座带底脚,端盖有凸缘口 技术数据见表附1-2,衰附1 -1电动机三种基本安会结构型式B3基军防枸 a 式安装结将 制 式.nxj.8031580-160仲心司-2技术数据功率 <w观 号1电 舐A转 速 r/vnin效 率 %功 率因 数cow堵转转矩 驰直塔垂堵特电流驰定电流最大转垢 藕定洁砺同步转速 3 OdO r

19、/inin(2 梗350 H?、3so V0.75Y801-22 825750 842,27.02.2L1Y302-22.523770 862.2工。2.21.53.42 840780 852.27.fl2.22.2Y90L-24.72 840鸵0 B62.27.02.23 YtOOL-26.42晒620.872.27.fi2.24Y112M-28.22 89085.50.S722工03.23.5VU2S-2ILL2 WOB5.50.882.07.02.27.5Y132SS”15.02 900跖22 07.02 2iY16GML-221.82 93087.2'''一2.

20、07.02.2崂Y 60M2-229.42 9308B.2。崩207,02 2境表功率. kW型 号电 流A转 速 r/miTi效 窄 蒋班率因败端转转知颖定转短场转电减 熊显电悔一大大距 幅定转矩同步转速 1 500Hz、湖 V0 55730】-41.51 3如730.762.26.52.20.75Y802-42.01 39074,50.762.26.32.2IIY90S-42.71 4007B0 782,26.52.215Y90L-43.71 400790 792J6 52.22.2Y10DL1-45.01 420810 8222了事2 23Y1WL2-4&.SL 420S2.50

21、 812.27.02.24Y112M-48.81 44084.50 822.27.02.25 5Y132S-41161 44085 5D 842.27.02.27 5Y132M-415.41 440H70.852.2102.2HY160M 422 61 460880.842.27.02.215Y16OL730.31 460阻50 M2.27.02.2I&5Y1S0M-435.91 47091 0.862.07.02.2同步悻速000 r,'miii(6).5UHz.3aUV0.752-391072.50.702.fl6.02,0L1WL-&1291073 50 722.

22、06 0201.5YUXJLT40940T7.50.742.06.02.02.2Y112M-65.6440SC.50.742.06.02.03YB2S-67.2喇830.762.06.52.04Y112M1-59.4960840.772.0632.0$,5Y132 M2-612.6B5.30.782.06.S2,07 sYl6GMi617.097ft860,782.06-52011YJ6OL-424.6Q70P70.7g2.06.52,015YI8AL-631.59708S.50.811.86.S2,0同步转速 7直)dminfH 橄)、50Hz、380V2.2YB2S-«5.B71

23、DBl0.7J2.0152.03YB2M-S7.7710膛0.722 05.52.04Y160ML 39.9720肺0.732.06.0105 5Y16OM2-813.172t>850.742.06.02.07.5Y】MLT17. 7720肥0.752.05.52.011Y18CL-825.1730 MS0.77L 了6.02.015Y2ML-8Ml734)*0.76L8g.O2.018.5Y225S-B41.373081sft, 76k76 02 0查阅资料可以得到，转速应为中等转速较好，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，冲击较小的特

24、点。应该 选用的电机为：Y112M-6型电动机额定功率为2.2KW 转速为940r/min.十二、凸轮机构的设计已知条件设计内容凸 轮 设 计符号L(k(hL 1Mo力国匹务rQ£摆杆运动规律单位minnun*.M,tLiimnnn方案II150130IB1?205751070857.5等加速等减速凸轮的分工安排：由某某某、某某某画完，共计 30个点，并对一些点的进行了 理论轮廓曲线和实际轮廓曲线的解析法验证， 对其误差进行了分析，胡长风对回 程阶段选取了一些点进行分析。设计内容与步骤二次项运动规律：.：_.二：<i)=+ 26仿小当处于推程等加速运动规律上摆阶段：g§

25、;始点： ,.终点：2=因此，=2 二2”0当处于推程等减速运动规律上摆阶段:终点：0二人速二向,(d=1因此，2'、；0 -、 2二2所以可知回程等加速、等减速运动规律下摆阶段的运动方程为:=- 2 2 22 / 202=24>(d0 -dj/d0回程阶段：解析法检验理论轮廓线点 17: 6 =320 二，中=11 .388 ：x17 = L0204 sin 110。一 "L04d sin 70、卜"一中0 一中)二 150 sin 110 - 320 - 130 sin 70320 - 34. 412 - 11.388 = 110 396mm牛头刨床课程设

26、计说明书y 17 = L 0204 cos 110 -' L 04 d cos 70'' 0 = 150 cos 110 -320130 cos 70320 -34.412 -0.735=-4.815mm 从图中量得 x17 = 110.4mm , y17 = -5.8mm' .一误差：&X17 =X17 X17 父100%= 110.396110.4 黑 100.004x17110.396/'一 一 ,一 一 一 一 I“17 =匕二ylx100%= -4.815T-5.8 腹 1000.46%y17-4.815点 23: 6=350 二,邛=

27、 0.7 35 °x 23 = L 0204 sin 110 - L 04D sin 70 ，二-,'0 二 150 sin 110 -350 -130 sin 70350 -34.412 -0.735u 75.266mm丫23 = L0204 cos110,二")卜 L04D cos 70。+I一0= 150 cos 110 -350130 cos 70350 -34.412 -0.735 = 42.961mm从图中量得X23 = 76.2mm, 外 =41.2mmx 23 'x 23 x 23义100% =75.266-76.2"00% =1.

28、24%x 2375.266"00%=*/100%=4.11002013年7月12日-25 -回程阶段的检验解析法检验实际轮廓线点 17: 6=320 ：中=11.388 °,邛=巾-2*6 2/602,，一丝d;：;0dxd、一L 0204 cos 110 -、 - L 04D cos 70、. - ；0 一 ：=一150cos(110 二一&L130cos(70 ：+6一 50 51 +'2=L 0204sin 11061 L04D sin(70« + 6 _中0 _中 1 d6Id6.。44 444 帕、= 150sin(110 一一6)130

29、sin(70 一 + 6中0 中 J1 + 一sin 日=(dx./&yj(dx/d6j +(dy dsj =0.309cos 日=(dy/6 yd(dx . d6 f +(dy d6)2 =0.951因为凸轮的工作线为内等距线，所以X17 =X17 rrcos 二-110.396 15 0.951 =96.131mm 'y17 = y17 一 r sin 1-4.815 -15 0.309 = 一9.45mm从图中量得x； =96.4 mm , y 4 =_11 .8 mm冰17x 17 - x 17x 17100 00 =96.131 - 96.496.131100 00

30、= 0.28 00 y；7 = y17 - y17 X 100 % = T. 5 «_18J X 100 % = 19 .9 %y 17-9.45点 23: 6=350 =,中= 0.7 35 °,中=2岭0 才/岔=L 0204 cos110' )-L04D cos 70 -1 -d、, d、=-150cos110=二730cos 70，-00dy = L 0204 sin(110 一一5AL04D sin(70' + 6 中。一中 1* do< do J二 150sin 110,，)730sin 70。+： 0(1 4 "J'0s

31、in 日=(dx/6y J(dx/d6f +(dy dbf =0.621cos u =(dy. &yAdx d6)+(dy d4 =0.784因为凸轮的工作线为内等距线，所以x 23 =x 23 - r cos - 75.266 -15 0.784 = 63.506mm r.Jr.JI _ _ _ _ _ _ _ _y23 = y23 rsin 1-42.961 -15 0.621 = 33.646mm从图中量得 x23 = 64.1mm, y23 = 31.8mm误差：&X 23 = x 23x 23 M 100 % = 63 .506 64.1 M 100 %=0.94。 x 23'63 .506/''''一一 -iAv '-y 23 -y 23 . M 100 0 / -33 .646 _ 31 .8 X 1000/_5 490/y 23 =' X 100 於=义 100y<0 = 5.490)y23'33.646/'十三、参考文献1）孙桓等 机械原理，高等教育出版社，2005.52）邹慧君，机械设计原理，上海交通大学出版社， 1995.73）郑文纬、吴克坚，机械原理（第七版），高等教育出版社，2002.64）,机械设计课程设计指导书，高等教育出版社， 2002.65）