牛头刨床机构设计

机械原理设计说明书设计题目:牛头刨床机构设计学生：汪在福班级:铁车二班学号:指导老师：

机械原理设计说明书设计题目：牛头刨床机构设计学生姓名汪在福班级铁车二班学号20116473一、设计题目简介牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件一刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加E执行Bl枷5E执行Bl枷5动茴圈二、设计数据与要求电动机轴与曲柄轴2平行，刨刀刀刃D点与铰链点C的垂直距离为50mm，使用寿命10年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄2转速偏差为±5%。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值［a之内，摆动从动件9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按0.95计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计题号导杆机构运动分析导杆机构动态静力分析凸轮机构设计速转架机作行程工：程速比系数亍连杆与导杆之比作阻力杆质量导块质量滑杆转动惯量导动件最大摆角从动杆杆长从用压力角许程运动角推休止角远程运动角C05304004:.40.3638002208.21513012456015三、设计任务1、根据牛头刨床的工作原理，拟定2〜3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3、用软件（VB、MATLAB、ADAMS或SOLIDWORKS等均可）对执行机构进行运动仿真，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力，写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。5、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径ro、机架1O2O9和滚子半径rr），并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，在软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。6、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。.设计过程（一）方案选择与确定方案一：如图（1）采用双曲柄六杆机构ABCD，曲柄AB和CD不等长。方案特点:(1)主动曲柄AB等速转动时，从动曲柄DC做变速运动，并有急回特性。(2)在双曲柄机构ABCD上串联偏置式曲柄滑块机构DCE，并在滑块上固结刨头，两个连杆机构串联，使急回作用更加显著。同时回程有较大的加速度，提高了刨床的效率。图一方案二：方案为偏置曲柄滑块机构。如图二方案特点：结构简单，能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大；二是机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。

方案三：由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的速度变化方面比方案（二）有所改进，但在曲柄摇杆机构ABCD中，随着行程速比系数K的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所占空间比方案（二）更大。如图三图三方案四：由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。该方案克服了方案（三）的缺点，传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。如图四（二）传动机构尺寸的确定令。4点为基点用以确定尺寸，滑块6导程回路距基点。4距离L；摆动导杆运动所绕圆心0距基点O距离l；导杆OA的长度l；导杆OB的长度l；连杆BC长24O2O420Q4O4B度l厂。BC由题目已知尺寸及相互关系:机架I。。=430mm；工作行程H=400mm；连杆与导杆之比—Be=0.36；lob行程速比系数K=1.4。.根据所给数据确定机构尺寸k—114—1极位夹角：0=180。——=180。——=30。k+11.4+1导杆长度l=H^—=4001=773mmBO42sin02sin15。sin^连杆长度：1/0.36lo4=278mm曲柄长度:l=lsin-=430*sin15=111mmAO2O2O42为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性；即要求设计时使得机构的最大压力角具有最小，，应此分析得出:只有将构件5即B点移到两极限位置连线的中垂线上,才能保证机构运动过程的最大压力角具有最小值。分析如下：解：当导杆摆到左边最大位置时，最大压力角为a3,刨头可能的最大压力角位置是导杆B和B'，设压力角为a，a（见下图五）。根据几何关系a=0+a。由于a与TOC\o"1-5"\h\z123212a，a呈背离关系，即a增加则a，a减小且a>a。则要使机构整体压力最小，1321331只要有a=a，当刨头处于导杆摆孤平均置处a=a，贝Varcsina=2BO4—23122lBC所以1,,0-1,……小%4=Lbo4—2lO4（1—cos2）=773--*773（1—cos15）=773-13=760mmB（图六）02（三）机构运动简图的绘制选取一长度比例尺，机构运动简图的绘图如图六所示通过上面的计算，确定数据汇总如下:极位夹角：30度连杆:278mm导杆:778mm曲柄:111mm高度:760mm连杆:278mm导杆:778mm曲柄:111mm高度:760mm（四）静力分析1）对曲柄，由平衡条件有:以=°,Fx+F2x=0；以=0,F+f=0；Vm=0；O2Fl]SinO2-f11COS92-Tn=02）对导杆，又平衡条件有:亭=0,以=0,Vm=0,Jo4F°4x+F43x-F23sin94=0；Fo4+F43+F23COS04-m2g=0；-F1sin。+F1cos。-1/2mg1cos。+Fs=0

43x3443y342342333212X以=0以=0,卒=°，由平衡条件有F32sin94-F12x=0-F32COS04-F12=04）对连杆，£F=0,-F34"LU0；x*，FUF34y=0；\^m=0，Flcos。+Flsin。=0/」cy45max45o4综上所述联立方程求得F=-F34xmaxFcy=-Fmaxtan95F34y=Laxtan%F=（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）/s23max34max5342°343F=-FO4尤max+（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）sin。/smax34max53423433Fo4=m2g-Ftan。5-（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mmax34max5342gl3cos04）cos。4/s3F=-（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）sin。/s12工max34max5342°3443F=（Flsin。-Ftan。lcos。+1/2mglcos。）cos。/s12ymax34max5342°3443Tn=（Fl3sin。4-Ftan。5lcos。+1/2mglcos。）lcos（。-。）/s342°341243（五）凸轮设计1.凸轮机构的设计要求概述：1）已知摆杆9作等加速等减速运动，要求确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子符号项max〔O9D‘O9O2rorr少饥少’a单位O__mm°o数据；15.130150611565106542半径，有题目可以知道该凸轮机构的从动件运动规律为等加速等减速运动。各数据如表：2）由以上给定的各参数值及运动规律可得其运动方程如下表:推程0<2^<Oo/2回程0o+0sW6W0o+0s+0'o/2^=24*0*0/(25*n)W=n/12-24(6-17n/36)2/25n3=966/253=-96(6-17n/36)2/25B=192n/25B=-192n/25推程①。/2W6W0o回程0o+0s+0’o/2W6W0o+0s+<W=n/12-24(5n/12-6)4=24(8n/9-6)2/25n3=96(5n/12-6)2/123=-96(8n/9-6)2/25B=-192n/25B=192n/253）依据上述运动方程绘制角位移巾、角速度3、及角加速度B的曲线:（1）、角位移曲线：、取凸轮转角比例尺七二1.25°/mn和螺杆摆角的比例尺u^=0.5/mn在轴上截取线段代表，过3点做横轴的垂线，并在该垂线上截取33’代表（先做前半部分抛物线）.做03的等分点1、2两点，分别过这两点做巾轴的平行线。、将左方矩形边等分成相同的分数，得到点1’和2，。、将坐标原点分别与点1’，2’，3’相连,得线段01’，02’和03’，分别超过1,2,3点且平行与甲轴的直线交与1”，2”和3”.、将点0,1”，2”，3”连成光滑的曲线，即为等加速运动的位移曲线的部分，后半段等减速运动的位移曲线的画法与之相似.（2）角速度3曲线：

、选凸轮转角比例尺u「1.25°/mm和角速度比例尺u=0.0837(rad/s)/mm，在轴上截取线段代表。10’祖(°)图⑵10’祖(°)图⑵由角速度方程可得6=6/2,3=3max，求得v换算到图示长度,3点处6二①0/2,故3max位于过3点且平行与3轴的直线.由于运