哈工大机械原理课程设计-牛头刨床(方案三)

1、Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 牛头刨床（方案3 ） 院 系： 机电工程学院 班 级： 1208103班 设 计 者： 学 号： 指导教师： 王黎钦 设计时间： 2014年6月23日-6月29日目 录1、 题目要求························

2、83;·······························32、 机械系统工艺动作分析················&

3、#183;···························33、 机械系统运动功能分析····················

4、;························54、 系统运动方案拟定························

5、;························115、 系统运动方案设计·······················

6、3;·······················141、牛头刨床刨刀运动执行机构运动尺寸的确定······················142、牛

7、头刨床主传动机构运动尺寸的确定. .163、牛头刨床辅传机构运动尺寸的确定····························· 22六、系统运动简图·············

8、·······································24七、系统实际运动循环图·········

9、;·····································2425牛头刨床（方案三）一、题目要求刨刀水平作往复直线运动，切削安装在工作台上的工件。刨刀每次切削一次，工作台 沿着刨刀运动的水平垂直方向进给0.3、0

10、.4、0.5mm/次，分3档可以调节 。刨刀每次切削一次，工作台沿着刨刀运动的上下垂直方向进给0.2、0.3、0.4mm/次，分3档可以调节。工作台的水平与垂直进给不能同时进行。刨刀最大行程520mm，每分钟刨刀切削102,126,158次，分3档可以调节。电机功率约4KW，额定转速1420转/分。二、工艺动作分析 由设计题中牛头刨床的功能可得，牛头刨床加工平面时由两个工艺动作协调完成。即刨刀每刨削一次，工作台沿着刨刀运动水平垂直方向（上下垂直方向）进给一定的距离。为了避免两个动作发生干涉，工作台沿着刨刀运动的水平垂直方向（上下垂直方向）移动，必须在刨刀切削运动完成后在退刀运动时进行。为了避免

11、工作台的进给与退刀时刀具产生干涉，刀具装有自动弹起装置。据此，可以画出牛头刨床的运动循环图。刨刀工作行程（切削）空回行程（退刀）工作台（水平）停止进给停止工作台（垂直）停止进给停止图1、牛头刨床运动循环图三、运动功能分析及运动功能系统图电动机及其运动形式分析一般情况下，牛头刨床是在工厂车间使用。在工厂车间里的设备大多是电动机，具有连续回转的运动特点。由题知电动机转速n=1420r/min，因此牛头刨床原动机的运动功能单元符号表达如图。 图2牛头刨床原动机的运动功能单元符号机械传动部分及其运动形式分析根据牛头刨床使用功能描述，牛头刨床每分钟切削102,126,158次，一般原动机转速要远大于这个

12、值。因此需要减速，即传动比i>1，也就是说，机械传动部分应具有传动缩小功能，把一个转速较大的输入传动转换为转速较小的输出运动，其运动功能单元符号如图。 图3机械传动部分功能单元过载保护及其分析金属加工机床的原动机与传动部分之间通常会加载一个过载保护单元，以便在过载时保护机床免于损坏。多数情况下，这一过载保护单元同时还有减速功能，表达符号如图。图4过载保护部分运动功能单元滑移齿轮变速机构及其分析在过载保护与机械传动输出之间，要实现牛头刨床每分钟切削102，126，158次要采用有级变速。由于电机转速为1420r/min。为了输出转速达到要求的值则传动比为iz1=1420102=13.92i

13、z2=1420126=11.27iz3=1420158=8.99过载保护系统的传动比为3.21让传动比为 i总=1420102=13.92，经过过载保护后，i'=13.923.21=4.33机械传动部分采用两个变速齿轮使其转速降至102r/min。得：i传动=4.33=2.08综上，1420r/min的转速经过带传动和和机械传动部分降至102r/min。而之前采用齿轮变速的传动比为i1=4.332.08=2.08i2=11.273.21×2.08=1.69i1=8.993.21×2.08=1.35于是，传动的有级变速如图所示。图5有级变速运动功能单元刨刀的执行机构及

14、其运动形式分析牛头刨床刨刀的运动形式为连续往复直线运动，而刨刀运动执行机构的主动件运动应该是前面机械传动部分的输出转动，因此刨刀运动执行机构应该是具有将连续转动转换成往复连续直线运动的功能。其功能图如图。图6刨刀执行机构运动功能单元运动分支及其分析原动机只为牛头刨床提供了一个驱动运动，而牛头刨床有刨刀和工作台两个执行运动需要驱动，在机械传动功能单元之后加一个分支功能单元，把一个输入运动分成两个输出运动，其运动功能符号如图所示。图7运动分支功能单元这里分为两个运动，一个指向刨刀，一个指向工作台。工作台及其运动形式分析首先将运动分支输出的指向工作台的转动转换为摆动，其功能单元符号如图所示。图8转动

15、转换为摆动运动单元然后将该功能单元输出的摆动转换为间歇运动，其功能单元如图。图9摆动转换为间歇运动功能单元工作台分为水平垂直方向和上下垂直方向进给两个方向的运动，因此用运动分支将运动分为两个，一个指向水平垂直运动，一个指向竖直垂直运动。其功能单元如图。图10运动分支功能单元由牛头刨床使用功能描述可知，牛头刨床工作台运动形式为间歇单向直线运动。由于牛头刨床有工作台水平垂直方向和上下垂直方向进给，为避免重复，以水平垂直运动为例。一般情况下，间歇运动机构所输出运动每次转动的角度较小。为了得到较大的间歇运动角，可通过放大功能单元放大间歇运动转角。其运动功能单元符号如图。图11有级变速功能单元最后，工作

16、台要实现单向移动，需要把输出转动转化为单向运动，其运动功能单元符号如图。图12转动转换为单向移动功能单元综上所述，牛头刨床的实际功能系统图如下。图13牛头刨床运动功能系统图四、系统运动方案拟定 运动功能单元1的实现1420rpm图14电动机替代运动功能单元1能够实现这一功能单元的载体有：三相交流电动机，步进电机，交流伺服电机液压马达等。一般情况下，工厂采用的普通机床都用三相交流电动机。因此，牛头刨床也用三相交流电动机为原动机，额定转速为1420r/min。运动功能单元2的实现图15带传动替代运动功能单元2能够实现该功能的运动单元有：带传动，摩擦轮传动，安全联轴节。带传动具有传动可靠，结构简单，

17、安装方便，成本低等优点。但也有尺寸大精度低等缺点，但对于要求不严格，精度不高的牛头刨床中，可以用带传动满足过载保护的功能。运动功能单元3、11和13的实现i=13.92，11.27，8.99图16滑移齿轮机构替代运动功能单元3、10和12能够实现该功能的运动单元有：塔轮变速机构，配换挂轮变速机构，滑移齿轮变速机构等，利用滑移齿轮变速机构来实现机构的有级变速。运动功能单元4的实现i=2.08图17齿轮传动机构替代运动功能单元4满足该传动机构的结构单元有：齿轮传动，带传动，行星传动机构，连杆机构等。但由于圆柱齿轮传动具有传动可靠，结构简单，强度高，尺寸小等优点。因此选用齿轮传动机构用于满足变速降低

18、转速的功能。运动功能单元5和10的实现图18运动分支机构替代运动功能单元5和9可以将一个运动分支为两个或多个运动，分支出的运动与原运动特性完全相同。运动功能单元6的实现图19 六连杆滑块机构代替运动单元6能够实现该功能的机构有：曲柄滑块机构，六连杆滑块机构，移动从动件凸轮机构等。由于该结构用于牛头刨床的切削，刨削金属时，其切削力较大，因此采用低副机构，由于运动有急回特性，故采用六连杆滑块机构。 运动功能单元7的实现图20铰链四杆机构与摆动从动件替代运动单元7能满足该结构的机构有：平面曲柄摇杆结构，摆动从动件盘型凸轮结构，摆动导杆结构，曲柄六连杆机构等。可以从中选出摆动从动件盘型凸轮结构和铰链四

19、杆机构组合在一起的结构以满足该功能。运动功能单元8的实现图21棘轮机构代替运动单元能满足该功能的结构有：棘轮机构，组合机构等。可以从中选出棘轮机构满足该功能。 运动功能单元9的实现图22齿轮传动机构代替运动单元9能实现该功能的结构有：齿轮传动机构，带传动机构，链传动机构，行星传动机构，蜗杆机构等。可从中选出齿轮传动机构满足该功能。运动功能单元12和14的实现图23螺旋机构代替运动单元12和14能实现该功能的结构有：齿轮齿条机构，螺旋机构，带传动机构，链传动机构等。从中选出螺旋机构满足该功能。五、系统运动方案设计牛头刨床刨刀运动执行机构运动尺寸的确定A'AB'maxO4O5BCH

20、图24牛头刨床主运动执行机构由图19可以看到，牛头刨床刨刀运动执行机构是六杆机构。该机构的清晰简图如图24所示。根据上述牛头刨床的已知条件，滑枕行程为H=520mm并设连杆BC驱动滑枕的最大压力角为max10°该牛头刨床的行程速比系数为K=2令点O5到滑枕导路的距离为y,点O5到导杆竖直位置时点B的距离为y1,点O5到BB'连线的距离为y2，则y1=lO5By2=lO5Bcos2当y=y1+y22=lO5B（1+cos2）2时，连杆BC驱动滑枕的最大压力角最小，即max=sin-1y1-y2lBC=sin-1lO5B(1-cos2)lBC由图24可知，牛头刨床的行程为 H=2

21、lO5Bsin2图24所示曲柄摆动导杆机构的极位夹角为=根据已知行程速比系数，极位夹角为=K-1K+1×180°=60°于是导杆O5B的长度为lO5B=H2sin2=5202sin30°=520mm连杆BC的长度为lBC=lO5B(1-cos2)sinmax=520×(1-cos30°)sin10°mm = 401.195mm设导杆O5B的长度与曲柄、导杆转动中心距离的比为lO5BlO4O5=85则曲柄、导杆转动中心距离为lO4O5=5lO5B8 = 250.747mm曲柄O4A的长度为lO4A = lO4O5sin2 =

22、250.747×sin30° = 125.374mm牛头刨床主传动机构运动尺寸的确定A、 带传动设计1） 传动带类型和带传动形式按传递功率4kw进行设计。根据表9-1，表9-3选择普通V带开口传动。2） 普通V带传动的设计计算按下表的步骤进行序号计算项目符号单位计算公式和参数选定说明1设计功率PdkWPd=KAP=1.3*4=5.2 kW传递的功率P=4kW工况系数KA=1.3，查表9-132选定带型根据Pd和n1选A型普通V带小带轮转速n1=1420r/min3初定传动比Ii5根据表9-1，表9-34小带轮基准直径dd1Mm按表9-15 dd1=100mm为提高V带的寿命

23、，宜选取较大的直径5大带轮基准直径dd2Mm按表9-15 dd2=400mm6传动比I不计入滑动率i= n1/ n2= dd2/ dd1=4.00计入滑动率（采用）i= n1/ n2= dd2/（1-） dd1=4.08 取=0.02n2大带轮转速（r/min）弹性滑动率，通常=0.01-0.027带速Vm/sv=dd1n1/60*1000=7.44m/s普通V带Vmax=2530m/s一般v不得低于5m/s为充分发挥V带的传动能力，应使v20m/s8初定轴间距a0MmLd0=2a0+(dd1+ dd2)/2+( dd1-dd2)2/4 a0,取9所需基准长度MmLd0=2a0+(dd1+ d

24、d2)/2+( dd1-dd2)2/4 a0Ld0=2217.5mm,取Ld=2240mm由表9-89-10选取相近的Ld，对有效宽度制V带，按带轮有效值径计算所需长度，再由表9-11选相近的带长10实际轴间距AMmaa0+ (Ld0-Ld0)/2a711.25mm安装时所需最小轴间距amin=a-0.015 Ld张紧或补偿伸长所需最大轴间距amax= a+0.03 Ld11小带轮包角1。1=180°- （dd1-dd2）/a*57.31=155.83°若1较小，应增大中心距a或用张紧轮12单根V带传递的额定功率P1kW查成大先主编，机械设计手册机械传动分册，表13-1-1

25、9.P1=1.32kWP1是=180°、载荷平稳时，特定基准长度的单根V带基本额定功率13传动比i1的额定功率增量P1kW查表13-1-19. P1=0.17kW14V带的根数zZ= Pd/( P1+P1) KKL,取P1=0 Z=4K小带轮包角修正系数，查表9-17，K=0.93KL带长修正系数，查表9-17、9-19，KL=1.03B、齿轮机构设计1）牛头刨床齿轮传动机构的传动分配上述带传动设计计算中得到带传动的传动比为 iz1=1420102=13.92iz2=1420126=11.27iz3=1420158=8.99 令过载保护的传动比i=3.21。经过过载保护后，i'

26、;=13.923.21=4.33机械传动部分采用两个变速齿轮使其转速降至102r/min。得：i传动=4.33=2.08综上，1420r/min的转速经过带传动和和机械传动部分降至102r/min。而之前采用齿轮变速的传动比为i1=4.332.08=2.08i2=11.273.21×2.08=1.69i1=8.993.21×2.08=1.33） 牛头刨床齿轮机构几何尺寸的计算两级齿轮传动采用直齿圆柱齿轮，其模数均按2mm取值，其几何尺寸按照下表进行。 滑移齿轮变速传动中每对齿轮几何尺寸及重合度的计算滑移齿轮5与6序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮5Z513齿轮6Z62

27、72模数m23压力角20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数C*0.256标准中心距a7实际中心距 a408啮合角20°9变位系数齿轮5 =0.3 齿轮6 10齿顶高齿轮5齿轮6 11齿根高齿轮5齿轮612分度圆直径齿轮5d5齿轮6d613齿顶圆直径齿轮5da5 齿轮6da6 14齿根圆直径齿轮5df5 齿轮6df6 15齿顶圆压力角齿轮aa5a5=°齿轮2 a6a6=°16重合度滑移齿轮5和6序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮5Z515齿轮6Z6252模数m23压力角20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数C*0.256标准中心距a2*1/2*

28、(z5+z6)=407实际中心距 a408啮合角20°9变位系数齿轮5 齿轮6 10齿顶高齿轮5齿轮611齿根高齿轮5齿轮612分度圆直径齿轮5齿轮613齿顶圆直径齿轮5 齿轮614齿根圆直径齿轮5 齿轮6 15齿顶圆压力角齿轮5aa5aa5”=°齿轮6aa6=°16重合度滑移齿轮5与6序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮5Z517齿轮6Z6232模数m23压力角20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数C*0.256标准中心距A2*1/2*(z11+z12)=407实际中心距 a408啮合角20°9变位系数齿轮5X5” X5”=0齿轮6X6”

29、10齿顶高齿轮5齿轮611齿根高齿轮5齿轮612分度圆直径齿轮5齿轮613齿顶圆直径齿轮5 齿轮614齿根圆直径齿轮5 齿轮6 15齿顶圆压力角齿轮5aa5”aa11=齿轮6aa6aa6=16重合度圆柱齿轮7和8序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮713齿轮8272模数m23压力角20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数C*0.256标准中心距aa=m(+)/2=407实际中心距 a408啮合角20°9变位系数齿轮7 0.300齿轮8 -0.30010齿顶高齿轮7齿轮8 11齿根高齿轮7齿轮812分度圆直径齿轮7齿轮813齿顶圆直径齿轮7 齿轮8 14齿根圆直径齿轮7 齿轮

30、8 15齿顶圆压力角齿轮7 齿轮8 16重合度圆锥齿轮32与33序号项目代号计算公式及计算结果1齿数齿轮32Z3223齿轮33Z33232模数m23压力角20°4齿顶高系数ha*15顶隙系数C*0.26分度圆锥角齿轮3232°齿轮3333°7分度圆直径齿轮32齿轮338锥距R9齿顶高齿轮32齿轮3310齿根高齿轮32齿轮33 11齿顶圆直径齿轮32齿轮3312齿根圆直径齿轮32 齿轮33 13当量齿数齿轮32 齿轮33 14当量齿轮齿顶圆压力角齿轮32°齿轮33°15重合度牛头刨床辅传机构运动尺寸的确定1）刨床辅传机构基本参数的确定凸轮运动角决定着工作台与刨刀运动协调的时序。凸轮与曲柄固联。由牛头刨床运动循环图看到，当牛头刨床的刨刀在运动行程时，其工作台静止。当牛头刨床的刨刀空回至行程的一半时，其工作台开始进给运动，当刨刀空回到行程的四分之三时，其工作台停止进给运动。设牛头刨床主运动执行机构的曲柄顺时针转动，如图所示，曲柄由位置O4A转