機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)——牛頭刨床

1、<p>　　一：課程設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容及其目的</p><p><b>　　課題： 牛頭刨床</b></p><p><b>　　內(nèi)容</b></p><p>　　1．對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　已知：曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) ,各構(gòu)件尺寸及質(zhì)心位置。</p><p>

2、;　　作機(jī)構(gòu)1~2個(gè)位置的速度多邊形和加速度多邊形，作滑塊的運(yùn)動(dòng)線圖，以上內(nèi)容與后面動(dòng)態(tài)靜力分析一起畫在1號(hào)圖紙上。</p><p>　　2．對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靜力分析</p><p>　　已知：各構(gòu)件的重量G（曲柄1、滑塊2、和連桿5的重量都可以忽略不計(jì)），導(dǎo)桿3的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 及切削力 變化規(guī)律如下圖。</p><p>　　確定構(gòu)件一個(gè)位置的各運(yùn)動(dòng)副反力及應(yīng)加于曲柄上的

3、平衡力矩。</p><p>　　3、用UG進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)仿真校核機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析的結(jié)果</p><p>　　電動(dòng)機(jī)功率的確定與型號(hào)的選擇</p><p><b>　　齒輪減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　目的：</b></p><p>　　1：學(xué)會(huì)機(jī)械

4、運(yùn)動(dòng)見(jiàn)圖設(shè)計(jì)的步驟和方法；</p><p>　　2：鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，掌握機(jī)構(gòu)分析與綜合的基本方法；</p><p>　　3：培養(yǎng)學(xué)生使用技術(shù)資料，計(jì)算作圖及分析與綜合能力；</p><p>　　4：培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行機(jī)械創(chuàng)新的能力。</p><p>　　二：牛頭刨床簡(jiǎn)介和機(jī)構(gòu)的要求</p><p><b>　　

5、1：牛頭刨床簡(jiǎn)介</b></p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖 1。電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng)，經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)減速?gòu)亩鴰?dòng)曲柄 1。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿 3 經(jīng)過(guò)連桿 4 帶動(dòng)刨刀 5 作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭左行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量，刨頭右行時(shí)，刨刀不切削，稱空行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)

6、桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，通過(guò)棘輪帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)（圖中未畫） ，使工作臺(tái)連同工件作一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)， 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 0.05H 的空刀距離） ，而空回行程中只有摩擦阻力。因此刨頭在整個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，受力變化是很大的，這就影響了主軸的勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，故需安裝飛輪來(lái)減小主軸的速度波動(dòng)，以提高切削質(zhì)量和減小電動(dòng)機(jī)容量。</p><p><

7、;b>　　2：機(jī)構(gòu)的要求</b></p><p>　　牛頭刨床的主傳動(dòng)的從動(dòng)機(jī)構(gòu)是刨頭， 在設(shè)計(jì)主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)， 要滿足所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)要能使牛頭刨床正常的運(yùn)轉(zhuǎn)， 同時(shí)設(shè)計(jì)的主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的行程要有急回運(yùn)動(dòng)的特性， 刨削速度盡可能為勻速運(yùn)動(dòng)，以及很好的動(dòng)力特性。盡量是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用，能很好的 實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)功能。</p><p>　　三：機(jī)構(gòu)方案的初步分析確定</p>

8、<p><b>　　1、方案機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</b></p><p>　　方案1：凸輪推桿機(jī)構(gòu)和擺桿滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　方案2：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)導(dǎo)桿滑塊機(jī)構(gòu)</p><p>　　方案3：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)與擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　2、方案分析選擇</b></p>

9、;<p><b>　　綜合評(píng)定確定方案</b></p><p>　　方案二和方案一由擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案的工作性能相當(dāng)好，無(wú)論從傳力性、精確性上都是相對(duì)比較好的。  克服了單一偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)執(zhí)行件行程較大和機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù)K的增大，壓力角也增大，使傳動(dòng)特性變壞的缺點(diǎn)，傳力特性好，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間小，執(zhí)行件的速度在工作行程中變化也較

10、緩慢。    功能要求上：    曲柄1的角速度恒定，通過(guò)滑塊2帶動(dòng)擺桿3擺動(dòng)，擺桿3帶動(dòng)滑塊4，滑塊4迫使刨刀5往復(fù)運(yùn)動(dòng)，均能可滿足任意行程比系數(shù)K的要求。在機(jī)構(gòu)回程時(shí)只有慣性力與摩擦力，兩者作用都很小，因此工作行程中刨刀速度較慢，變化平緩符合切削要求，推動(dòng)擺桿機(jī)構(gòu)使其具有急回作用 可動(dòng)性上：  兩種方案均有確定運(yùn)動(dòng)，自由

11、度F=3*5-2*7=1，曲柄為機(jī)構(gòu)原動(dòng)件傳力性能上： 該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上不存在影響機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的死點(diǎn)，機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)因?yàn)闄C(jī)構(gòu)本身的問(wèn)題突然停下動(dòng)力性能上  原動(dòng)件曲柄具有運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定平衡性，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不會(huì)引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，保證整個(gè)機(jī)構(gòu)的壽命。不同之處在于在于最終帶動(dòng)刨刀運(yùn)動(dòng)時(shí)。方案一使用了鉸連接，而方案二是讓擺桿帶動(dòng)滑塊，再使滑塊帶動(dòng)刨刀運(yùn)動(dòng)，承載力上方案二更優(yōu)若采用方</p><

12、p>　　綜合比較，確定選擇方案2</p><p>　　3、對(duì)方案2的性能分析</p><p><b>　?。?）機(jī)械功能分析</b></p><p>　　桿1、2、3、6為曲柄搖桿，曲柄1為原動(dòng)件，作周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使滑塊同時(shí)周期往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)桿擺動(dòng)，從而使得滑塊4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)刨刀在水平軌道上來(lái)回運(yùn)動(dòng)。其中，刨刀向左為工作行程，速度平

13、穩(wěn)，運(yùn)動(dòng)行程大；向右為工作回程，速度快，具有快速返回的特性。</p><p>　?。?）傳遞性能和動(dòng)力性能分析</p><p>　　桿 1、2、3、6 所組成的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中 ，傳動(dòng)角是不斷變化的，傳動(dòng)性能最好的時(shí)候出現(xiàn)在 A，B，C，D 四點(diǎn)共線的位置，機(jī)構(gòu)處于極位時(shí)兩者傳動(dòng)角相等。該機(jī)構(gòu)中不存在高副，只有回轉(zhuǎn)副和滑動(dòng)副，故能承受較大的載荷， 有較強(qiáng)的承載能力， 可以傳動(dòng)較大的載荷。當(dāng)其

14、最小傳動(dòng)角和最大傳動(dòng)角相差不大時(shí)，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)就很平穩(wěn)，不論是震動(dòng)還是沖擊都不會(huì)很大。從而使機(jī)械又一定的穩(wěn)定性和精確度。</p><p>　　（3）結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟(jì)性分析</p><p>　　若機(jī)構(gòu)全以鉸鏈連接桿件，抗破壞能力較差，易發(fā)生斷折。對(duì)于較大載荷時(shí)對(duì)桿件和強(qiáng)度要求較高，會(huì)浪費(fèi)機(jī)構(gòu)的有效空間，也不能保證刨削所需的力的運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。本方案該機(jī)構(gòu)原動(dòng)件曲柄AB帶動(dòng)滑塊4上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，

15、從而帶動(dòng)刨刀在水平軌道上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。且機(jī)構(gòu)主要采用連桿和滑塊，制造簡(jiǎn)單方便，經(jīng)濟(jì)性較好。</p><p><b>　　4、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　主動(dòng)件1的轉(zhuǎn)速 =72r/min</p><p><b>　　各桿尺寸：</b></p><p>　　=430mm =110mm

16、 =810mm</p><p>　　切削阻力 =800N</p><p><b>　　空程阻力</b></p><p><b>　　極位夾角 = </b></p><p>　　行程速比系數(shù) K =1.4</p><p>　　刨刀沖程 H=320mm</p>

17、<p>　　刨刀越程量 =16mm</p><p>　　機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度許用不均勻系數(shù)[ ]=0.05</p><p><b>　　刨削平均速度 </b></p><p>　　四：機(jī)構(gòu)工藝動(dòng)作分解及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖</p><p>　?。?）機(jī)構(gòu)工藝工作：</p><p>　　牛頭刨床的主運(yùn)動(dòng)

18、為電動(dòng)機(jī)→變速機(jī)構(gòu)→搖桿機(jī)構(gòu)→滑枕往復(fù)運(yùn)動(dòng)；</p><p>　　牛頭刨床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為電動(dòng)機(jī)→變速機(jī)構(gòu)→棘輪進(jìn)給機(jī)構(gòu)→工作臺(tái)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　?。?）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：</p><p>　　五：主機(jī)構(gòu)尺度綜合及運(yùn)動(dòng)特性評(píng)定</p><p><b>　　機(jī)構(gòu)位置劃分簡(jiǎn)圖</b></p><

19、p>　　現(xiàn)以 7號(hào)和 14 號(hào)位置作靜力分析</p><p>　　1：7 號(hào)位置動(dòng)態(tài)靜力學(xué)分析</p><p>　　速度分析（速度向右為正，順時(shí)針為正） </p><p>　　大小 ？ √ ？</p><p>　　方向 ⊥BC ⊥AB ∥CD </p><p>　　大小 √ ？ ？

20、 </p><p>　　方向 √ √ √</p><p><b>　　7號(hào)位置速度分析圖</b></p><p>　　加速度分析（加速度向右為正，順時(shí)針為正）</p><p><b>　　對(duì)于B點(diǎn)有：</b></p><p>　

21、　大?。?? 2 ?</p><p>　　方向： ∥ </p><p>　　7號(hào)位置B點(diǎn)加速度分析圖</p><p><b>　　對(duì)于D點(diǎn)有：</b></p><p>　　大小 √ ？ ？ &l

22、t;/p><p>　　方向 √ √</p><p><b>　　得 </b></p><p>　　7號(hào)位置D點(diǎn)加速度分析圖</p><p>　　2：14號(hào)位置速度分析</p><p>　　大小 ？ √ ？</p><p>　　方向 ⊥CD ⊥AB

23、 ∥CD</p><p>　　大小 √ ？ ？ </p><p>　　方向 ⊥CD √ √ </p><p>　　14號(hào)位置速度分析圖</p><p>　　加速度分析（向右為正，順時(shí)針為正）</p><p><b>　　對(duì)于B點(diǎn)有</b>&

24、lt;/p><p>　　大小 </p><p>　　方向 ∥ </p><p>　　14號(hào)位置B點(diǎn)加速度分析圖</p><p>　　對(duì)于D點(diǎn)有：（方向同上）

25、</p><p>　　大小 ？ ？</p><p>　　方向 ⊥DC √ √</p><p>　　14號(hào)位置D點(diǎn)加速度分析圖</p><p>　　滑枕切削運(yùn)動(dòng)方向速度曲線</p><p>　　滑枕切削運(yùn)動(dòng)方向加速度曲線</p><

26、;p>　　六：電動(dòng)機(jī)功率與型號(hào)的確定</p><p><b>　　1:電動(dòng)機(jī)的選擇</b></p><p><b>　　確定電動(dòng)機(jī)的功率 </b></p><p>　　(1)根據(jù)機(jī)構(gòu)位置、切削阻力 及空程阻力確定一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中阻力矩所做的功。</p><p>　　(2)計(jì)算刨刀切削運(yùn)動(dòng)所需的功

27、率</p><p>　?。?）考慮到機(jī)械摩擦損失及工件橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)所需功率（估算其效率為80%）</p><p>　　得 =6.75 kw</p><p>　　由上表格中電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)，綜合選擇型號(hào)為Y132M-4的電動(dòng)機(jī)，其額定功率為7.5kw,轉(zhuǎn)速為1440r/min。</p><p>　　2：傳動(dòng)比分配與減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>

28、<p>　　計(jì)算傳動(dòng)比i和選定減速裝置</p><p><b>　?。?）總傳動(dòng)比</b></p><p>　　:電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速（r/min）</p><p>　　(2) 減速裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　采用展開(kāi)式二級(jí)圓柱齒輪減速器</p><p><b>　　傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如

29、圖：</b></p><p><b>　　齒輪參數(shù)如下：</b></p><p>　　（3）工作臺(tái)進(jìn)給方案的確定</p><p>　?、俟ぷ髋_(tái)橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：間歇運(yùn)動(dòng)</p><p>　　工件的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)量是很小的，且每次要求等量進(jìn)給，又因</p><p>　　為必須防止工件在刨削力的

30、作用下沿橫向移動(dòng)， 所以橫向進(jìn)給執(zhí)行</p><p>　　機(jī)構(gòu)除了能實(shí)現(xiàn)小而且等量進(jìn)給外， 在非進(jìn)給時(shí)還應(yīng)具備有自動(dòng)固</p><p>　　定的功能。螺旋機(jī)構(gòu)能滿足這些功能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造。因此，可選用螺旋機(jī)構(gòu)作為橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 其動(dòng)力仍然來(lái)自驅(qū)動(dòng)刨刀運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，不必另設(shè)動(dòng)力源。工件要能間歇移動(dòng)， 螺旋必須作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)， 所以在螺旋機(jī)構(gòu)之前必須串聯(lián)一個(gè)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，且與刨

31、刀切削運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)相聯(lián)，這樣可以方便實(shí)現(xiàn)切削運(yùn)動(dòng)和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)配合。曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，每次轉(zhuǎn)角較小，容易調(diào)整且為等量轉(zhuǎn)動(dòng)， 采用雙向式棘輪還可以方便地實(shí)現(xiàn)棘輪反轉(zhuǎn)。適用場(chǎng)合：低速輕載，運(yùn)動(dòng)精度要求不高的工作狀況初步擬定為曲柄搖桿棘輪機(jī)構(gòu)作為牛頭刨床工作臺(tái)橫向進(jìn)給的執(zhí)行機(jī)構(gòu)</p><p>　?、诠ぷ髋_(tái)垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)刨刀的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，

32、可以在刨刀切削運(yùn)動(dòng)執(zhí)行件上</p><p>　　設(shè)置一個(gè)在垂直于刨削方向上能作間歇移動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。與橫向</p><p>　　進(jìn)給類似，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)同樣應(yīng)具有小進(jìn)給量可調(diào)且在非進(jìn)給時(shí)具</p><p>　　有自動(dòng)固定的功能，同時(shí)考慮到動(dòng)力源可以采用手動(dòng)，因此采用</p><p>　　一個(gè)簡(jiǎn)單螺旋機(jī)構(gòu)作為刨刀垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，既簡(jiǎn)單又<

33、;/p><p><b>　　工作可靠。</b></p><p>　　七: 主機(jī)構(gòu)受力分析</p><p><b>　　對(duì)7號(hào)位置受力分析</b></p><p>　　對(duì)于滑塊中心D點(diǎn)分析</p><p><b>　　投影到水平方向</b></p>

34、<p><b>　　對(duì)搖桿進(jìn)行分析</b></p><p><b>　　在搖桿中點(diǎn)O</b></p><p><b>　　對(duì)曲柄進(jìn)行分析</b></p><p><b>　　對(duì)求力矩和為零</b></p><p>　　七：飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算&

35、lt;/p><p>　　（1）取曲柄AB為等效構(gòu)件，根據(jù)機(jī)構(gòu)位置和切削力確定一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的等效阻力矩根據(jù)值，采用數(shù)值積分法中的梯形法，計(jì)算曲柄處于各個(gè)位置時(shí)的功因?yàn)轵?qū)動(dòng)力矩可視為常數(shù)，所以按照確定等效驅(qū)動(dòng)力矩</p><p>　?。?）的數(shù)值和曲線如下圖表</p><p>　?。?）估算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</p><p><b>　　由的下表

36、</b></p><p><b>　　忽略不計(jì)，得：</b></p><p><b>　　飛輪安裝在曲柄軸上</b></p><p><b>　　八：參考資料</b></p><p>　　[1]: 孫桓、陳作模、葛文杰.機(jī)械原理（第八版）.北京：高等教育出版社、20