牛头刨床机构设计

《牛头刨床机构设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《牛头刨床机构设计（18页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、西安科技大学高新学院课程设计报告学院机电信息学院课程机械原理课程设计专业机械设计制造及其自动化班级机单1101班姓名刘亚娟学号指导教师程安宁日期2013年7月19日任务书姓名刘亚娟学号1102060708专业班级机单1101班题目：牛头刨床的设计完成时间：2013年7月19日具体内容及进度要求：具体内容：1）根据牛头刨床的工作原理，拟定23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。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。3）导杆机构的运 动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型，编程分析出刨头6 的位移、速

2、度、加速度及导杆4的角速度和角加速度，画出运动曲线，并打印上述 各曲线图。要求将主程序编制过程详细地写在说明书中。4）导杆机构的动态静力分 析。通过建立机构仿真模型，并给系统加力，编制程序，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lo2o9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，编制程序，求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。进度要求：7月8日7月9,10日7月11,12日7月15

3、, 16日7月17,18日7月19日查阅资料、熟悉题目方案分析、比较平面机构尺度综合、运动分析平面动态静力分析绘制方案图、整理设计说明书 答辩指导教师 程安宁2013 年 7 月 19 日成绩教师牛头刨床机构设计图1牛头刨床结构及阻力线图牛头刨床是平面切削加工机 床，如图1。电动机经皮带和齿 轮驱动曲柄2和固结在其上的凸 轮8带动刨头6和刨刀7作往复 运动。 切削，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，刨头左行时为空回 行程，要求有急回作用以 提高生产率。回程时，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ji0.05HH图2牛头刨床工作阻

4、力线图同工件作进给，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程H中，受到很大的 切削阻力，前后各有一段0.05H的空刀 距离，工作阻力F为常数；而空回行程中则没有切削阻力。如图2,因此刨头$屮图3牛头刨床执行机构在整个运动循环中，受力变化是 程时很大的，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。.牛头刨床执行机构牛头刨床的执行机构由导杆机构和凸轮机构组成，完成刨刀的往复运动和间歇移动。如图3刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀切削。 刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘 轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向 上做一次进

5、给运动，其运动循环如图4。图4运动循环图二执行机构方案选择牛头刨床主机构的形态学矩阵功能元局部解标记目标1234567A急回加工摆 动导杆 机构+ 摇杆滑 块机构凸 轮机构 +摇杆 滑块机 构偏 置曲柄 滑块机 构导 杆机构 +对丿心 曲柄滑 块机构曲 柄摇杆 机构+ 摇杆滑 块机构双 曲柄机 构+曲 柄滑块 机构摆 动导杆 机构+ 齿轮齿 条机构B工作台间歇移动曲 柄摇杆 机构+ 棘齿条 机构曲 柄摇杆 机构+ 棘轮机 构+齿 轮齿条不人 I H 完全齿轮机构+齿轮齿条槽 轮机构 +齿轮 齿条凸 轮间歇 运动+ 齿轮齿 条(1/入)。只要正确选择合适的摇杆CD长度，即可满足行程H的要求。导杆

6、机构 有较大的转动角，传动性能良好；机构横向与纵向运动尺寸都不太大，比较合理。 工作行程中，刨刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合要求。万案一:由凸轮机构和摇杆滑块机构组成。虽然该方案中 凸轮机构可使从动件获得任意的运动规律，但是凸轮 制造复杂、表面硬度要求高，因此加工和热处理费用较 大。方案采用了高副接触，只能承受较小载荷，且表面 磨损较快，磨损后凸轮的廓线形状即发生变化。由于滑 块具有急回运动性质，凸轮机构受到的冲击较大。滑块 的行程H比较大，调节比较困难，必然使凸轮机构的压 力角过大；而为了减小压力角，必须增大基圆半径，导 致凸轮和整个机构十分庞大。为保持凸轮和从动件始终接触，需用力封闭或

7、几何 封闭，结构复杂。方案二:为表中A3方案，为偏置曲柄滑块机构，机构的基本 尺寸a，b，e。该方案结构较第一种方案简单，也具有急 回特性，由于 0=arcose/ (a+b) -arccose/ (b-a)，增大 a和e或者减小b均使增大K。但是，增大e或减小b会 使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加， 且会使最小传动角丫聞减小，传动性能变差。方案四：为表中A6方案，有两个四杆机构组成。构件1、2、3、4组成 双曲柄机构，构件3、4、5、6构成曲柄滑块机构。该方案具有急回作用，由于 B 1=arctan(c/d)，而 2卩 1=180-0，因此 K=(180-B 1 )/B 1，

8、 可见增大c或者减小d都能使K减小，而a与b的尺寸与K无 关。机构的横向与纵向尺寸均较大，且A与D传动轴均应悬臂 安装，否则机构运动时，轴与曲柄将发生干涉。作往复运动的滑 块6以及做平面复杂运动的连杆EF和BC动平衡困难。比较上述刨刀急回加工方案可知，实现给定的刨刀运动要求以采用方案一为宜。工作台间歇移动距离调整采用B1方案，即可调曲柄尺寸的曲柄摇杆机构+棘齿条机构，最后可得到系统解为A1+B1。如图5牛头刨床的原始数据:刨削平均速度V (mm/s)m=580；行程速度变化系数K=1.5；刨刀冲程H (mm) =400；空行程摩擦阻力(N) =200；切削阻力F (N) =4000；r刨刀越程

9、量AS (mm) =20；刨头重量(N) =620；杆件比重(N/m) =300；机器运转速度许用不均匀系数k =0.05.机构的尺寸eL叫L叫LBCLOiO2H36647mm120mm162mm389mm400mm错误味找到引用源。=吨得二36。叮為=546rad/s60vm =52.2r/min1 H (1+)K四主机构尺度综合及运动分析机构位置划分简图等分为12等分，取上述方案的第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）方向：丄BO丄o A42大小：?VV式中： V=U x paA4144 1O4 AA3A4“2”位置速度分析“

10、2”位置加速度分析取曲柄位置“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3=5.62 rad/s其转向为逆时针方向。a）速度分析用速度影像法(41)对A点:/ OB4?Va =0.6048m/s4V=U 1V=x 1A A4 31a3a4B44O4B=0.3902 m/s对于C点:VC=VBVB4=0.5676 m/s+ VCB(42)4 =0.887rad/s方向：/ XX丄 O B4丄BC大小：?V？式中：V =卩 x lClpcV = R x lCBlbcVC=0.4789 m/sVCB-5= ull bcV =0.1064 m/s CB 5=0.788rad/sb） 加

11、速度分析 用加速度影像法 对于A点：a= an +at=a+ak+a r（4-3）A4A4A4A3A4A3A4A3方向：A O丄OBA O丄OB/O B44244大小：V？VV?式中： ai=w 2 lA32 O2 AaK =2w VA4A34 A4 A3aA =4.064m/s23an = w 21atA44 O4 AA4=R la n aaAK A =0.83043m/s2ar =R lA4 A3a k aaAn =0.3464m/s2la = a x -4BB 纽la n = w 2 lCB5 BCatA =2.1904m/s2o4 aaB =3.224 m/s2aCnB=0.084 m

12、/s2aAr A =3.06543m/s2对于C点：a = a + a n+at（4-4）CBCBCB方向：/ XXB O4CB丄 BC大小： ？VV？式中：a =CRla p c at = RCBalncaC=3.139 m/s22）对位置7进行速度和加速度分析“7”位置速度分析“7”位置加速度分析(a)速度分析用速度影像法对A点：VA4V+VA3A4A3方向：丄BO大小：？/ OB4?式中:VV = R x pa=-A4-42VA4l44lO4 AV =A4A3la3a4V = V = x lBB44O4B(45)Va =0.6048m/s4 4 =0.311rad/sVa a =0.06

13、4m/s4 3Vb 5=0.199m/s对于C点:V二CV+BVCB方向：/ XX丄O B4丄BC大小：?V?式中:ix lpcV =卩 x lCB l bc(46)VC =0.181m/sV cB=0.064m/s_ V=CB-5 u ll bc =0.311rad/s5(b)加速度分析用加速度影像法 对于A点：a=A4a n + A4atA4= a+A3a k+ a r （4-7）A4 A3A4A3方向：A O丄OBA O丄 O B/ O B44244大小：V？VV?式中 ：a = w 2 la K =2 w V4A4A3A4A3O2AA32a A =4.064 m/s23an =2lA4

14、4 O4 AatA4naar 二卩A4 A3alkaaAK4A3 =0.368m/s2anA =0.0384m/s2A =4.1094m/s2a =w2 lla = a x -O4BA4 O BBAl4440O4AA4=4.064 m/s2CB =0.064 m/s2对于C点：a =a+ an+at（4-8）CBCBCB方向：/ XXB O4CB丄 BC大小：？VV？式中：a二卩la t =卩 lC a p c CB a ncaC =6.311 m/s2五.主机机构的动力分析 取上述方案一的第2位置和第7位置进行受力分析“2”位置的力的多边形“7”位置的力的多边形1)对“2”位置进行受力分析取

15、“2”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析：已知： G=520N6F =- G/gXa(1-1)I66cEFx= F +Fr- F =0(1-2)I4R45由此可得： F =4891.6NR45由分离3,4构件进行运动静力分析：已知：F =FR54R45由此可得：F = - G/g X a(1-3)I444M =-J a =0.9984X3.35=21.74 N.m (1-4)S4 S4S4工 M 二 G x h + F x h + F x h + M - F x h 二 0(1-5)O 441142 R54314R 234其中h , h , h , h分别为G , F , F , F

16、 作用于O的距离(其大小可1234414R 54R 234以测得)，可以求得：F =6983.4NR 23由力的多边形可知：F =2169.7N, F =1286.06Noxoy对曲柄2进行运动静力分析，F 作用于O的距离为h,其大小为0.15mR 322由此可得曲柄上的平衡力矩为：M= F Xh=401.55N.m(1-7)R 32方向为逆时针 2)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=520NF =- G/gXa(1-8)I6 6 c 由此可得 ： F =256.93NR45 由分离3,4构件进行运动静力分析：已知： F =FR54 R4

17、5由此可得： F = - G/gX a(1-9)I4 4 4M =-J a =4.456N. m (1-10)S4 S4S4方向与a运动方向相反(逆时针)4工 M 二 G x h + F x h + F x h + M - F x h 二 0(1-11)O441I 42 R543 I 4R234其中h，h，h，h分别为G , F , F , F 作用于O的距离(其大小可1234 4I4R54R23 4以测得)，可以求得：F =281NR23由力的多边形可知：F =444.765N, F =169.508Nox oy对曲柄2进行运动静力分析，F 作用于O的距离为h,其大小为0.08mR 322由

18、此可得曲柄上的平衡力矩为：M= F Xh=7.03N.mR32方向为逆时针六求刨头的位移，速度和加速度曲线位移与时间，速度与时间，加速度与时间曲线由以上三条曲线，位移与时间，速度与施加，加速度与时间曲线，可以看出牛头刨床的运行过程，c点的运动情况。九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

19、 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

20、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 设计时让自己熟悉了一种新的软件，为以后的设计打下了基础； 用 CAD 画机构运动简图、速度图、加速度图、力分析图时不仅要求准确无误的 画出来，还要根据每步的画图来算出下一个结果，虽然这个工程量比较大，花 的时间最多，但这对我来说也是一个考验与检验，其中用到了自己课外学习 CAD 的很多知识，并且对其进行了巩固，让自己水平和速度更上一层楼。除了 自己的个人提高，团队的合作是最重要的。在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的

21、基本，如何协调彼 此的关系值得我们去深思和体会。在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很 大，有些人很有责任感，把这样一种事情当成是自己的重要任务，并为之付出 了很大的努力，不断的思考自己所遇到的问题。而有些人则不以为然，总觉得 自己的弱势其实在生活中这样的事情也是很多的，当我们面对很多问题的 时候所采取的具体行动也是不同的，这当然也会影响我们的结果。很多时候问 题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态，而不是看我们过去的能力到底 有多强，那是一种态度的端正和目的的明确，只有这样把自己身置于具体的问 题之中，我们才能更好的解决问题。在这种相互协调合作的过程中，口角的斗争在所难免，关键是我们如何

22、的处理遇到的分歧，而不是一味的计较和埋怨，当然其中表达能力是最重要的。 这不仅仅是在类似于这样的协调当中，生活中的很多事情都需要我们有这样的 处理能力，面对分歧大家要消除误解、相互理解、增进了解、达到谅解 也 许很多问题没有想象中的那么复杂，关键还是看我们的心态，那种处理和解决 分歧的心态，因为毕竟我们的出发点都是很好的。 通过这次实训，学到的 很多，当然也认识到了自己的不足，比如一些知识并不是太扎实，一些知识还 需要问老师，毕竟以后没有老师在旁边指点你，像pro-e等一些立体制图软件 自己并不熟悉，这些还需要自己在今后的课余生活中强加练习，为以后的发展 铺下道路。十参考文献1. 机械原理课程

23、设计手册邹慧君主编，高等教育出版社，19982. 机械原理课程设计曲继方主编，机械工业出版社3. 机械原理黄茂林，秦伟主编.北京：机械工业出版社，20024. 机械原理教程.申永胜主编.北京：清华大学出版社，19995. 机械原理邹慧君等主编，高等教育出版社，19996. 连杆机构伏尔默J主编，机械工业出版社7. 机构分析与设计华大年等主编，纺织工业出版社8. 机械运动方案设计手册邹慧君主编，上海交通大学出版社9. 机械设计吴克坚，于晓红，钱瑞明主编.北京：高等教育出版社，2003 10机械设计.龙振宇主编.北京：械工业出版社，200211. 机械设计基础（第四版）杨可桢，程光蕴主编.北京：高等教育出社12. 机械设计基础（下册）张莹主编.北京：机械工业出版社，199713. 机械设计（机械设计基础II）周立新主编重庆：重庆大学出版社14. 机械系统设计朱龙根，黄雨华主编.北京：机械工业出版社，199015. 机械设计学黄靖远，龚剑霞，贾延林主编.北京：机械工业出版社16. 机械设计手册徐灏，第二版.北京：机械工业出版社，200017. 设计方法学黄纯颍主编，机械工业出版社