牛頭刨床課程設計

1、<p><b>　　機械原理</b></p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p><b>　　設計題目：牛頭刨床</b></p><p><b>　　學院：機械工程學院</b></p><p><b>　　班級：

2、機英104班</b></p><p><b>　　設計者： </b></p><p><b>　　同組人： </b></p><p><b>　　指導老師： </b></p><p><b>　　目 錄</b></p>

3、<p>　　1.設計題目…………………………….……………………3</p><p>　　2. 牛頭刨床機構簡介……………………………….………3</p><p>　　3.機構簡介與設計數據…………………………………….…..4</p><p>　　4. 設計內容…………….………………………….………….8</p><p>　　5.

4、 傳動比分析…………….………………………….………….15</p><p>　　6. 體會心得……………………………………..………….....16 </p><p>　　7. 參考資料……………………………………..………….....17 </p><p>　　1設計題目：牛頭刨床</p><p>　?。榱颂岣吖ぷ餍?，在空回程時刨刀

5、快速退回，即要有急會運動，行程速比系數在1.4左右。</p><p>　　）為了提高刨刀的使用壽命和工件的表面加工質量，在工作行程時，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應近似勻速運動。</p><p>　　3）曲柄轉速在50,刨刀的行程H在300mm左右為好，切削阻力約為41100N，其變化規(guī)律如圖所示。</p><p>　　2 機構簡介與設計數據</p>

6、<p>　　2.1牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床，如圖4-1。電動機經皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結在其上的凸輪8。刨床工作時，由導桿機構2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復運動。刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作行程，此時要求速度較低并且均勻，以減少電動機容量和提高切削質量，刨頭左行時，刨刀不切削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產率。為此刨床采用有急回作用的導桿機構。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，

7、凸輪8通過四桿機構1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構（圖中未畫），使工作臺連同工件作一次進給運動，以便刨刀繼續(xù)切削。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段約5H的空刀距離，見圖4-1，b），而空回行程中則沒有切削阻力。因此刨頭在整個運動循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運轉，故需安裝飛輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質量和減小電動機容量。</p><p><b>　　

8、2.2設計數據</b></p><p><b>　　設計數據設計數據</b></p><p>　　3 執(zhí)行機構的選擇與比較</p><p>　　機構一：曲柄滑塊機構</p><p><b>　?。?）機構簡圖：</b></p><p><b>　?。?）

9、機械功能分析</b></p><p>　　該構件中完成主運動的是由桿1、2、3、6組成的四連桿機構，桿4帶動該構件中與其鉸接的5桿完成刨床的刨削運動。在由桿1、2、3、6所組成的曲柄搖桿機構中，曲柄1在原動機的帶動下做周期性往復運動，從而連桿4帶動滑塊5作周期性往復運動實現(xiàn)切削運動的不斷進行。</p><p><b>　?。?）工作性能分析</b><

10、/p><p>　　從機構簡圖中可以看出，該機構得主動件1和連桿4的長度相差很大，這就是的機構在刨削的過程中刨刀的速度相對較低，刨削質量比較好。桿1和桿4 在長度上的差別還是的刨刀在空行程的急回中 ，有較快的急回速度，縮短了機 門口械的運轉周期，提高了機械的效率。</p><p>　?。?）傳遞性能和動力性能分析</p><p>　　桿1、2、3、6所組成的曲柄搖桿機

11、構中 其傳動角是不斷變化 傳動性能最好的時候出現(xiàn)在A，B，C，D四點共線與機構處于極位時兩者傳動角相等該機構中不存在高副，只有回轉副和滑動副，故能承受較大的載荷，有較強的承載能力，可以傳動較大的載荷。當其最小傳動角和最大傳動角相差不大時，該機構的運轉就很平穩(wěn)，不論是震動還是沖擊都不會很大。從而使機械又一定的穩(wěn)定性和精確度。</p><p>　　機構二： 凸輪機構與搖桿滑塊機構串聯(lián)</p><

12、;p><b>　　機構簡圖：</b></p><p>　　(1)運動是否具有確定的運動</p><p>　　該機構中構件n=5，在各個構件構成的的運動副中Pl=6，即配合 ph=1。 構中存在虛約束、高副。由以上條件可知:機構的自由度F=3n-2p1=1</p><p>　　機構的原動件是凸輪機構，原動件的個數等于機構的自由度，所以機構具

13、有確定的運動。</p><p>　　(2)機構傳動功能的實現(xiàn)</p><p>　　原動件凸輪帶動桿2在一定的角度范圍內擺動，通過連桿3、桿4推動刨刀， 從而實現(xiàn)滑塊(刨刀)的往復運動。</p><p>　　(3)主傳動機構的工作性能</p><p>　　原動件凸輪的角速度恒定，推動桿2搖擺，在原動件凸輪 1隨著角速度轉動時，連桿3也隨著桿2

14、的搖動不斷的改變角度 ，使滑塊4的速度變化減緩，即滑塊4的速度變化在切削時不是很快，速度趨于勻速；在4的回程時，只有慣性力和摩擦力，兩者的作用都比較小，因此，機構在傳動時可以實現(xiàn)刨頭的工作行程速度較低，而返程的速度較高的急回運動。傳動過程中會出現(xiàn)最小傳動角的位置，設計過程中應注意增大基圓半徑，以增大最小傳動角。機構中存在高副的傳動，降低了傳動的穩(wěn)定性。</p><p>　?。?） 機構的傳力性能</p>

15、;<p>　　要實現(xiàn)機構的往返運動，必須在凸輪1和轉子間增加一個力，使其在回轉時能夠順利的返回，方法可以是幾何封閉或者是力封閉。幾何封閉為在凸輪和轉子設計成齒輪形狀，如共扼齒輪，這樣就可以實現(xiàn)其自由的返回。機構在連桿的作用下可以有效的將凸輪1的作用力作用于滑塊4。但是在切削過程中連桿3和桿2也受到滑塊4的作用反力。桿2會受到彎力，因此對于桿2的彎曲強度有較高的要求。同時，轉子與凸輪1的運動副為高副，受到的壓強較大。所以該機

16、構不適于承受較大的載荷，只適用于切削一些硬度不高的小型工件。該機構在設計上不存在影響機構運轉的死點，機構在運轉過程中不會因為機構本身的問題而突然停下</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　?。?)機構的合理性</b></p><p>　　設計簡單，維修，檢測都很方便。同時，機構的尺寸要把握好，如

17、桿3太長的話，彎曲變形就會很大，使桿3承受不了載荷而壓斷，如果太短的話，就不能有效的傳遞桿2的作用力和速度。 </p><p><b>　?。?)機構的經濟性</b></p><p>　　該機構使用的連桿不是精密的結構，不需要特別的加工工藝，也不需要特別的材料來制作，也不需要滿足特別的工作環(huán)境，所以該機構具有好的經濟效益，制作方便，實用。不過機器的運轉可能會造成一定的

18、噪音污染。但其耐磨性和平面度相對要求高些</p><p><b>　　機構三：扇形機構</b></p><p><b>　?。?）機械功能分析</b></p><p>　　根據機構圖可知，整個機構的運轉是由原動件1帶動的。桿1通過滑塊2帶動扇形齒輪3的運動。扇形齒輪3和與刨頭連接的齒條嚙合。從而實現(xiàn)刨刀的往復運動。<

19、/p><p><b>　?。?）工作性能分析</b></p><p>　　該機構中原動件1對滑塊2的壓力角一直在改變。但是原動件1的長度較小，扇形齒輪的半徑較大，即原動件1的變化速度對于 扇形齒輪3的影響不是很大，同時機構是在轉速不大的情況下運轉的，也就是說，在扇形齒輪作用下的齒條的速度在切削過程中變化不大，趨于勻速運行。</p><p>　　原動

20、件1在滑塊2上的速度始終不變，但是隨著原動件1的運轉，在一個周期里，BC的長度由小到大，再變小。而BC的長度是扇形齒輪3的回轉半徑，也就是說，在機構的運行過程中，推程的速度趨于穩(wěn)定，在刨頭回程時，由于扇形齒輪受到齒條的反作用力減小。`還有扇形齒輪3的回轉半徑減小，使扇形齒輪的回程速度遠大于推程時的速度。即可以達到刨床在切削時速度較低，但是在回程時有速度較高的急回運動的要求。在刨頭往返運動的過程中，避免加減速度的突變的產生。</p&

21、gt;<p>　?。?）機構的傳遞性能動力性能分析</p><p>　　該機構中除了有扇形齒輪和齒條接觸的兩個高副外，所有的運動副都是低副，齒輪接觸的運動副對于載荷的承受能力較強，所以，該機構對于載荷的承受能力較強，適于加工一定硬度的工件。同時。扇形齒輪是比較大的工件，強度比較高，不需要擔心因為載荷的過大而出現(xiàn)機構的斷裂。</p><p>　　在整個機構的運轉過程中，原動件1

22、是一個曲柄，扇形齒輪3只是在一定的范圍內活動，對于桿的活動影響不大，機構的是設計上不存在運轉的死角，機構可以正常的往復運行。</p><p>　　該機構的主傳動機構采用導桿機構和扇形齒輪，齒條機構。齒條固結于刨頭的下方。扇形齒輪的重量較大，運轉時產生的慣量也比較大，會對機構產生一定的沖擊，使機構產生震動。</p><p>　　機構的合理性與經濟性能分析</p><p&g

23、t;　　該機構的設計簡單，尺寸可以根據機器的需要而進行選擇，不宜過高或過低。同時，扇形齒輪的重量有助于保持整個機構的平衡。使其重心穩(wěn)定。由于該機構的設計較為簡單。所以維修方便。，除了齒輪的嚙合需要很高的精確度外沒有什么需要特別設計的工件，具有較好的合理性。 該機構中扇形齒輪與齒條的加工的精度要求很高，在工藝上需要比較麻煩的工藝過程，制作起來不是很容易。此方案經濟成本較高。</p><p>　　4、設計內容（以方案

24、二數據設計參數）</p><p>　　4.1. 凸輪機構設計 </p><p>　　已知 擺桿9為等加速等減速運動規(guī)律，其推程運動角，遠休止角s，回程運動角</p><p>　　’，擺桿長度lo9D=123mm，最大擺角max=15，許用壓力角[]=20；凸輪與曲柄共軸。</p><p>　　要求 確定凸輪機構的基本尺寸，選取滾子半徑，劃

25、出土輪世紀輪廓線。以上內容做</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　根據從動件運動規(guī)律，按公式分別計算推程和回程的（），然后用幾何作圖法直接繪出（φ）及φ（ψ）線圖。</p><p>　　求基圓半徑r及凸輪回轉中心O至從動件擺動中心O的距離l OO。按φ（ψ）線圖劃分ψ角時，可將其所對的弧近視看成直線，然后根據三角形相

26、似原理，用圖解法按預定比例分割ψ角所對應的弧，自從動件擺動中心O作輻射線與各分割點想連，則ψ角便按預定比例分割。</p><p>　　作圖時，如取μ= l OD*μ，則可直接根據（φ）線圖上各縱坐標值，在O點的相應輻射線上由D點分別向左或右截取各線段，線段所代表的實際長度就等于等于l OD* 。截取方向可根據D點速度方向順著凸輪轉向轉過90后所指的方向來確定。然后按許用壓力角[а]作出凸輪軸心的安全區(qū)，求出凸輪的

27、基圓半徑r和中心距l(xiāng)OO。</p><p>　　3）根據凸輪轉向，擺桿長l OD，角位移線圖ψ=ψ（φ）圖和以上求得的r，l OO，畫出凸輪理論廓線，并找出其外凸輪曲線最小曲率半徑P。然后，再選取滾子半徑r，畫出凸輪的實際廓線。</p><p><b>　　設計過程：</b></p><p>　　1）根據給定的r0和擺桿位置畫出從動件的初始位置

28、O9D0，再根據--線圖畫出從動件的一系位置O9D’1 、O9D’2 、O9D’3 、O9D’4 、O9D’5、、O9D’6 、O9D’7、O9D’8、O9D’9 、O9D’10 、O9D’11 、O9D’12 、O9D’13 、O9D’14，使得∠D0O9D’1 =1、∠D0O9D’2 =2 、∠D0O9D’3 =3、∠D0O9D’4 =4 、∠D0O9D’5 =5、、∠D0O9D’6 =6 、∠D0O9D’7 =7、∠D0O9D’

29、8 =8、∠D0O9D’9 =9 、∠D0O9D’10 =10 、∠D0O9D’11 =11 、∠D0O9D’12 =12、∠D0O9D’13 =13 、∠D0O9D’14 =14。</p><p>　　2）從基圓上任一點C0開始，沿（-）方向將基圓分為與圖--線圖橫軸對應的等份，得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。</p><p&

30、gt;　　過以上各點作徑向射線OC1、OC2、OC3、OC4、OC5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、OC14。</p><p>　　以O為中心及OD’1為半徑畫圓弧，分別交OC0和OC1于E’1和E1，在圓弧上截取E1D1= E’1D’1得點D1。用同樣方法，在以OD’2為半徑的圓弧上截取E2D2= E’2D’2得點D2，在OD3為半徑的圓弧上截取E3D3= E’3D’3

31、得點D3 ，在OD4為半徑的圓弧上截取E4D4= E’4D’4得點D4 ，在OD5為半徑的圓弧上截取E5D5= E’5D’5得點D5 ，在OD6為半徑的圓弧上截取E6D6= E’6D’6得點D6 ，在OD7為半徑的圓弧上截取E7D7= E’7D’7得點D7 ，在OD8為半徑的圓弧上截取E8D8= E’8D’8得點D8 ，在OD9為半徑的圓弧上截取E9D9= E’9D’9得點D9 ，在OD10為半徑的圓弧上截取E10D10= E’10D’

32、10得點D10 ，在OD11為半徑的圓弧上截取E11D11= E’11D’11得點D11 ，在OD12為半徑的圓弧上截取E12D12= E’12D’12得點D12 ，在OD13為半徑的圓弧上截取E13D13= E’13D’13得點D13。將D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9、D10、D11、D</p><p><b>　　導桿位置劃分區(qū)域：</b></p>

33、<p>　　等分為12等分，取上述方案的第2位置和第7位置進行運動分析</p><p>　?。?）曲柄位置“2”做速度、加速度分析（列矢量方程、畫速度圖、加速度圖）</p><p>　?。╝） 速度分析 用速度影像法</p><p>　　對A點： = + </p><p>　　方向：

34、 //</p><p>　　大?。?？ √ ？</p><p>　　式中： = = </p><p>　　= V= </p><p>　　對于C點： = +

35、 </p><p>　　方向： // </p><p>　　大?。?？ √ ？ </p><p>　　式中： = = </p><p>　　=

36、 </p><p><b>　　“2”位置速度分析</b></p><p>　　(b)加速度分析 用加速度影像法</p><p><b>　　對于A點：</b></p><p>　　= + = + + </p><p>　

37、　方向： A→ A→ // </p><p>　　大?。?√ ？ √ √ ?</p><p>　　式中： = =2 </p><p>　　= = </p><p>　　=

38、 </p><p>　　= = </p><p><b>　　對于C點:</b></p><p>　　= + + </p&g

39、t;<p>　　方向：// B→ C→B </p><p>　　大小： ？ √ √ ？ </p><p>　　式中： = = </p><p>　　4.3刨頭位移 ，速度 ，加速度分析曲線圖</p><p>　　由導桿的運動分析，根

40、據相同的方法得出刨頭的運動狀態(tài)，并繪制刨頭位移 ，速度 ，加速度分析曲線圖</p><p>　　4.4原動件功率與型號的確定</p><p>　　1由刨刀刨削運動的功率為1470. 2W，考慮到機械摩擦損失及共建橫向進給運動所需功率，按照=1.7kW，查資料可知轉速應為中等轉速比較好，減速機構齒輪齒數不會太大，根據牛頭刨床的工況為低速輕載，速度比較穩(wěn)定，具有飛輪調速，沖擊較小等特點，初步定

41、為六級三相異步交流電動機</p><p>　　綜上所述得：應選型號為Y2-112M-6的電動機，其額定功率為2,2KW，轉速為940r/s，符合基本要求</p><p>　　2構思一個合理的傳動系統(tǒng)，它可將電機的高速轉動（750 轉/分）變換為執(zhí)行機構的低速轉動。構思機構傳動方案時，能較為合理地分配各部分的傳動比。</p><p>　　傳動裝置的總傳動比及其分配:

42、由電動機的滿載轉速nm和工作機主動軸轉速nw可確定傳動裝置應有的總傳動比為：i＝nm/nw nw＝50 nm=940 i=18.8 （理論值）</p><p>　　皮帶傳動比：i0=3</p><p>　　由電動機傳出的轉速為940轉/分，經過皮帶輪減速度變?yōu)?13，再經過齒輪減速最后輸出的速度為50轉/分。如下圖：</p><p>　　齒輪箱中齒

43、輪的齒數Z1=12；Z2=40；Z3=20；Z4=30； 根據傳動比i14=所有從動輪的齒數積/所有主動輪的齒數積 所以，齒輪傳動比： i14=40x30/10x20=6（其中，一級傳動比i1=z2/z1=4/1，二級傳動比i2=z4/z3=3/2）所以總的傳動比 i=3X6=18（實際值）</p><p>　　nw=nm/i=940/18=52 r/min</p><p&

44、gt;　　且[（52-50）/50]×100%=4% 在允許轉速偏差±5% 內，所以基本符合要求。</p><p>　　5機械系統(tǒng)運動循環(huán)圖</p><p>　　6，心得體會 機械原理課程設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)教學活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。作為

45、一名機械設計制造及其自動化大二的學生，我覺得有這樣的實訓是十分有意義的。在已經度過的一年半的生活里我們大多數接觸的不是專業(yè)課或幾門專業(yè)基礎課。在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設計？如何把我們所學的專業(yè)理論知識運用到實踐當中呢？我想這樣的實訓為我們提供了良好的實踐平臺。</p><p>　　兩周的機械原理課程設計就這樣結束了，在這次實踐的過程中學到了很多東西，既鞏固了上課時所學的知識，

46、又學到了一些課堂內學不到的東西，還領略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質，更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調合作的機制，最重要的還是自己對一些問題的看法產生了良性的變化。 </p><p>　　其中在創(chuàng)新設計時感覺到自己的思維有一條線發(fā)散出了很多線，想到很多能夠達到要求的執(zhí)行機構，雖然有些設計由于制造工藝要求高等因素難以用于實際，但自己很欣慰能夠想到獨特之處。這個過程也鍛煉了自己運用所學知識對設計的

47、簡單評價的技能；而手工畫圖時認識到了一件事情中的每個環(huán)節(jié)的認真都是重要的，哪怕是一個數的馬虎或粗略那都會給以后的任務帶來更大的誤差甚至錯誤，所以作為一個設計人員來說細心是最重要的，之后才可以談其他； ，為以后的設計打下了基礎；用CAD畫機構運動簡圖、速度圖、加速度圖、力分析圖時不僅要求準確無誤的畫出來，還要根據每步的畫圖來算出下一個結果，雖然這個工程量比較大，花的時間最多，但這對我來說也是一個考驗與檢驗，其中用到了自己課外學習CAD的很

48、多知識，并且對其進行了鞏固，讓自己水平和速度更上一層樓。除了自己的個人提高，團隊的合作是最重要的。</p><p><b>　　7.參考文獻</b></p><p>　　1.《機械原理課程設計手冊》鄒慧君主編，高等教育出版社，1998</p><p>　　2.《機械原理課程設計》曲繼方主編，機械工業(yè)出版社</p><p>

49、;　　3.《機械原理>>黃茂林，秦偉主編.  .  北京：機械工業(yè)出版社，2002  </p><p>　　4.《 機械原理教程.》 申永勝主編.  北京：清華大學出版社，  1999 </p><p>　　5.《機械原理》鄒慧君等主編，高等教育出版社，1999<

50、/p><p>　　6.《連桿機構》伏爾默 J主編，機械工業(yè)出版社</p><p>　　7.《機構分析與設計》華大年等主編，紡織工業(yè)出版社</p><p>　　8.《機械運動方案設計手冊》鄒慧君主編，上海交通大學出版社</p><p>　　9.《 機械設計>>吳克堅，于曉紅，錢瑞明主編. .  北

51、京：高等教育出版社，2003</p><p>　　10.《機械設計>>.龍振宇主編.    北京：械工業(yè)出版社，2002 </p><p>　　11.《 機械設計基礎（下冊）》張瑩主編..  北京：機械工業(yè)出版社，  1997 </p><p>　　12.《機械設計

52、（機械設計基礎Ⅱ）》周立新主編.  .  重慶：重慶大學出版社，  1996 </p><p>　　13.《機械設計學》黃靖遠，龔劍霞，賈延林主編.    北京：機械工業(yè)出版社，  1999 </p><p>　　14.《設計方法學》黃純潁主編，機械工業(yè)出版社</p