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。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1.4 左右。

2、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/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。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 4-1。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 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,此时要求速度回行程的时间,凸轮 8 通过四杆机构 1-9

3、-10-11 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1 / 9.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 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

4、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,而空回行程匀速运转,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导杆机构的动态静力分析容mm kgm2380 110 540 0.25 0.5 240 50 200 700 7000 80 1.1方案580 0.3 0.5 200 50 220 800 9000 80 1.2430 110 810 0.36 0.5 180 40 220 620 8000 100 1.2LL04B04B4、设计容:1 导杆机构的运

5、动分析已知：曲柄每分钟转数 n ,各构件尺寸及重心位置,且刨头导路 x-x 位于导杆端点 B2所作的圆弧高的平分线上。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 v 方向将曲柄圆周作22 / 9.12等分的位置。机构位置2和9的运动简图1、选择表中方案III。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

6、合点A进行速度分析。=272/60=7.5360rad/s有,其转向为顺时针方向。2 l 7.53601100.001=0.8290, A方向:A3=A2=2O2Al =O2 。列速度矢量方程,得 A4A3? ?A4A3大小方向OAOAB442 取速度极点P,速度比例尺,作速度多边形如图。v图1-1则由图1-1知, =pav=200.02=m/s方向paA444 =paa=v360.02m/s=0.7200m/saa3方向A4A33 44=/ l =0.4000/0.4680 =0.8547rad/s4l其转向为顺时针方向。 = =l 0.85478100.001=0.6923m/sp方向B5

7、B44O4Blb5取5构件为研究对象,列速度矢量方程,得=B5CCB5大小? B 4方向其速度多边形如图1-1所示,有=33.40.02v方向C =pb=7.40.02vbc5方向CB553 / 9.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A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得a a a a a aknA4 +tA4=rA4A3A4=A3+A4A3+大小? ?AOOB AO OB向右OB4方向424 4a = =0.8547 4682nA42422O4Ala 7.53601100.001=6.2470m/s222A3=O2Al =a =2 =20.85470.7200=1.2308

8、m/s2kA4A34A4A3a k方向3=0.05m/s/mm取加速度极点为P,加速度比例尺2,作加速度多边形图a图1-2则由图12知,a a a tA42方向4a4a =ka 51.00.05=2.5500m/s a rA4A32方向4a=4a = a = 85.20.05m/s =4.2600m/ s方向p a 224a4a =a =57.00.05=2.8500 a 2方向A4A334a34取5构件的研究对象,列加速度矢量方程,得a a a a annCB5C= B5 + B5 +? ?CB5 +大小方向 BA AB a = l =0.85478100.001=0.5917m/s p 2

9、方向n242la =a l /l =4.2500810/472=7.2934m/st a 2方向a = /l =0.1480/0.2916=0.0751m/sa nn222方向l其加速度多边形如图12所示,有a = a =146.00.05m/s =7.3000m/s22aa =18.20.05m/s t22方向CB5= nCaa= =142.20.05m/s = p 22方向CCaC4 / 9.2、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A进行速度分析。=23.1472/60=7.53602有其转向为顺时针方向。 l 7.5

10、3601100.001=0.8290m/s AO方向:A3=A2=2O2Al =2列速度矢量方程,得 A4A3? ?A4A3大小方向AAB442 取速度极点P,速度比例尺,作速度多边形如图。v图1-3则由图1-3知, =pa=21.00.02v方向paA444 =aa=35.00.02m/s=0.vaa3方向A4A33 44=/l 4A4O4Al其转向为顺时针方向。 = =1.17450.81=0.9513m/s方向pbB4O4Bl取5构件为研究对象,列速度矢量方程,得=+CBCB大小? B 4方向其速度多边形如图1-1所示,有=46.80.02v方向C =10.10.02v方向CB取曲柄位置

11、9进行加速度分析.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得a a a a a anA4 +tA4=krA4A3A4=A3+A4A3+大小? ?5 / 9.?AOOB AO OB向左OB方向44244a =l =1.17450.3576=0.4933m/s nn2422方向la l 7.53601100.001=6.2470m/sp a2222方向l=3a =2 =21.17450. 7000=1.6443m/ sa kk2方向4v3=0.05m/s/mm取加速度极点为P,加速度比例尺则由图14知,2,作加速度多边形图a图1-4a a =73.00.05=3.6500m/s

12、方向t24a4a = ka =77.00.05=3.8500m/s方向kar24a4a =p a =73.20.05= a 方向3.66002A44a4a a =a a =83.030.05=4.1500 m/sa 2方向34a34取5构件的研究对象,列加速度矢量方程,得a a a anC=? ?B +CB +CB大小方向 4aa= l / l =3.660810/357.6=8.290 m/s2BA4a = /l =0.2020/0.2916=0.1399 m/sn222l其加速度多边形如图14所示,有a = p = 161.20.05m/s =8.075 m/s22CCa2导杆机构机构2位

13、置动态静力分析已知 各构件的重量4和连杆5的重量都可忽略不计及切削力P 运动分析的同一图纸上。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15所示, =4mm/mm =100N/mm选取长度比例尺,选取力比例尺lP图15P=8000N,G=620N,又a=7.1100m/s,c已知2 那么我们可以计算6F =-ma =- G/ga =-620/9.8167.225N=-449.3578N6cc6 / 9.又F=P + G + F + F + F =06yI645RI6BCyxa方向：轴轴 与 反向轴c-ma6 6大小： 8000620? 作力多边行如图1-7

14、所示,选取力比例尺图1-6。N由图1-6力多边形可得：F =CD =84.2100N=8420NR45NF =AD =11.2100N=1120NR16N取构件6为受力平衡体,并对C点取距,有分离3,4构件进行运动静力分析,杆组力体图如图1-7所示。图1-7.F =F = 8420N取构件4为受力平衡体,对A点取矩得：F=F + F + =0FR54R34R14BC OB三力汇交可得4 方向:大小： 。作力的多边形如图1-8所示,选取力比例尺图1-8.NF =R34100N=14058Npr =140.58由图1-8得：34NF R14100N=6254N =62.5414NF =F =FR2

15、3因为曲柄2滑块3的重量可忽略不计,有R34R32对曲柄2进行运动静力分析,作组力体图如图1-9示：图1-9F =FR12由图1-9知,曲柄2为受力平衡体,对O 点取矩得：-F2R32即NMsin28l =0M = Mb。R32Al一已知条件、要求及设计数据,回程运动角s,如图8所示,摆杆长度l ,最大摆角 O9D max2、要求：确定凸轮机构的基本尺寸,选取滚子半径,画出凸轮实际廓线。T3、设计数据：数据15单位凸轮机构max7 / 965l4、以O为圆心,以l / =130mm为基圆交于DD即为摆动从动件推程起始位置,l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

16、段。再以12.5对推程段6等分、10.833对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1用图解法确定凸轮理论廓线上的最小曲率半径的大致位置可记为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；过两点作直线,再过两点作直线,两直线交于O点, OA；此次设计中,凸轮理论min 26.7651mm 。2凸

17、轮滚子半径的选择rT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 15mm。对于凸轮的凸曲线处 r ,CT对于凸轮的凹轮廓线 r 这种情况可以不用考虑,因为它不会发生失真现象；CT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： r 5 r 5 ； 力学因素滚子的尺寸还受到其TT强度、结构的限制,不能做的太小,通常取r (0.10.5)r 及4.5 r 22.5。综合这T0T8 / 9.两方面的考虑,选择滚子半径为 r =5mm。T得到凸轮实际廓线,如图 1-11 所示。图 1-11三.参考资料：机械原理恒,作模,文杰主编七版、高等教育机械原理课程设计指导书罗洪田主编理论力学工业大学理论力学研究室编六版四.总结与体会：本次设计试验我们主