機械原理課程設(shè)計--牛頭刨床

1、<p>　　1設(shè)計題目：牛頭刨床</p><p>　?。榱颂岣吖ぷ餍剩诳栈爻虝r刨刀快速退回，即要有急會運動，行程速比系數(shù)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(zhì)量，在工作行程時，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運動。</p><p>　?。┣D(zhuǎn)速在60r/min,刨刀的行程H在300mm左右為好，切削阻力

2、約為7000N，其變化規(guī)律如圖所示。</p><p>　　2、牛頭刨床機構(gòu)簡介</p><p>　　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(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機構(gòu)2-3-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)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(zhì)量，刨頭左行時，刨刀不切

3、削，稱空回行程，此時要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪帶動螺旋機構(gòu)（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(zhuǎn)，故需安裝飛

4、輪來減小主軸的速度波動，以提高切削質(zhì)量和減小電動機容量。</p><p>　　3、機構(gòu)簡介與設(shè)計數(shù)據(jù) </p><p><b>　　3.1.機構(gòu)簡介</b></p><p>　　牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機床。電動機經(jīng)皮帶和齒輪傳動，帶動曲柄2和固</p><p>　　結(jié)在其上的凸輪8。刨床工作時，由導(dǎo)桿機構(gòu)2-3

5、-4-5-6帶動刨頭6和刨刀7作往復(fù)運動。</p><p>　　刨頭右行時，刨刀進行切削，稱工作切削。此時要求速度較低且均勻，以減少電動機容</p><p>　　量和提高切削質(zhì)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</p><p>　　高生產(chǎn)效率。為此刨床采用急回作用得導(dǎo)桿機構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的</p><

6、p>　　時間，凸輪8通過四桿機構(gòu)1-9-10-11與棘輪機構(gòu)帶動螺旋機構(gòu)，使工作臺連同工件作</p><p>　　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，而空回</p><p>　　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</p><p>　　主軸的勻速運轉(zhuǎn)，故需裝飛輪來減小株洲的速度波動，以減

7、少切削質(zhì)量和電動機容量。</p><p><b>　　3.2設(shè)計數(shù)據(jù)</b></p><p>　　表3-3 牛頭刨床刨刀的往復(fù)運動機構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)</p><p><b>　　4、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　4.1. 導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析（見圖例1）</p><p>

8、　　已知 曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)n2，各構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路x-x位于導(dǎo)桿端點B</p><p>　　所作的圓弧高的平分線上。</p><p>　　要求 做機構(gòu)的運動簡圖，并作機構(gòu)兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運動線圖。以上內(nèi)容與后面的動靜力分析一起畫在1號圖紙上。</p><p>　　曲柄位置圖的作法為取2和6為擺桿兩個極限位置對應(yīng)的曲柄位置，1和7為

9、切削起點和終點所對應(yīng)的位置，其余2，3…12等，是由位置1起順2方向?qū)⑶鷪A周作12等分的位置。</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　　1）設(shè)計導(dǎo)桿機構(gòu)。 按已知條件確定導(dǎo)桿機構(gòu)的未知參數(shù)。其中滑塊6的導(dǎo)路x-x的位置可根據(jù)連桿5傳力給滑塊6的最有利條件來確定，即x-x應(yīng)位于B點所畫圓弧高的平分線上（見圖例1）。</p><

10、;p>　　2）作機構(gòu)運動簡圖。選取比例尺=3mm/mm按要求所分配的兩個曲柄位置作出機構(gòu)的運動簡圖，其中一個位置用粗線畫出。取曲柄水平時為起始位置1，按轉(zhuǎn)向?qū)⑶鷪A周十二等分，得十二個曲柄位置。再作出開始切削和中止切削所對應(yīng)的1’和7’兩位置。共計16個機構(gòu)位置。</p><p>　　3）作速度，加速度多邊形。選取速度比例尺=0.02（）和加速度比例尺=0.6（），用相對運動圖解法作該兩個位置的速度多邊形和

11、加速度多邊形，并將起結(jié)果列入表。</p><p>　　4)作滑塊的運動線圖。根據(jù)機構(gòu)的各個位置，找出滑塊6上C點的各對應(yīng)位置，以位置1為起始點，量取滑塊的相應(yīng)位移，取位移比例尺=0.006（），作（t）線圖。為了能直接從機構(gòu)運動簡圖上量取滑塊位移。然后根據(jù)（t）線圖用圖解微風(fēng)法（弦線法）作出滑塊的速度（t）線圖，并將結(jié)果與其相對運動圖解法的結(jié)果比較。</p><p>　　5）繪制滑塊的加速

12、度線圖（見圖1）</p><p>　　.導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析</p><p>　　1).選取長度比例尺µ，作出機構(gòu)在位置8的運動簡圖。</p><p>　　如一號圖紙所示，選取µ=3/OA（m/mm)進行作圖，l表示構(gòu)件的實際長度，OA表示構(gòu)件在圖樣上的尺寸。作圖時，必須注意µ的大小應(yīng)選得適當(dāng)，以保證對機構(gòu)運動完整、準(zhǔn)確、清楚的表達，另外

13、應(yīng)在圖面上留下速度多邊形、加速度多邊形等其他相關(guān)分析圖形的位置。</p><p>　　2.)求原動件上運動副中心A的v＇和a </p><p>　　v=ω l ＝2.16m/s</p><p>　　式中v——B點速度（m/s） 方向丄AO</p><p>　　a=ω l=38.88m/s</p><p>　　式中a—

14、—A點加速度（m/s）,方向A →O</p><p>　　3.解待求點的速度及其相關(guān)構(gòu)件的角速度</p><p>　　由原動件出發(fā)向遠離原動件方向依次取各構(gòu)件為分離體，利用絕對運動與牽連運動和相對運動關(guān)系矢量方程式，作圖求解。</p><p>　?。?）列出OB桿A點的速度矢量方程 根據(jù)平面運動的構(gòu)件兩點間速度的關(guān)系</p><p>　　

15、絕對速度=牽連速度+相對速度</p><p>　　先列出構(gòu)件２、４上瞬時重合點Ａ（Ａ，Ａ）的方程，未知數(shù)為兩個，其速度方程：</p><p>　　v ＝　　v + v</p><p>　　方向：丄ＡＯ 丄AO　　∥ＡＯ</p><p>　　大?。骸?？　　　　　ω l ？</p><p>

16、　?。ǎ玻┒ǔ鏊俣缺壤摺　≡趫D紙中，取p為速度極點，取矢量pa代表v,則速度比例尺µ（m? s/mm）</p><p>　　µ==0.02 m?s/mm</p><p>　　（３）作速度多邊形，求出ω、ω根據(jù)矢量方程式作出速度多邊形的pd部分，則v (m/s)為</p><p>　　v=µpa=2.16m/s</p>&

17、lt;p>　　ω= v/ l=3.239rad/s</p><p>　　其轉(zhuǎn)向為順時針方向。</p><p>　?。帧?ωl=1.94 m/s</p><p>　　B點速度為Ｖ，方向垂直于O4B</p><p>　?。ǎ矗┝谐鯟點速度矢量方程，作圖求解V、V</p><p>　　V= Ｖ+ V&l

18、t;/p><p>　　方向： //xx 丄BＯ //BC</p><p>　　大?。海?ωl ？</p><p>　　通過作圖，確定Ｃ點速度為</p><p>　　VCB =µbc=0.398m/s</p><p>　　V＝µpc=1.9m/s</p>&l

19、t;p>　　式中VCB 方向丄BC</p><p>　　式中V——Ｃ點速度，方向為p→c。</p><p>　　４．解待求點的加速度及其相關(guān)構(gòu)件的角加速度</p><p>　?。ǎ保┝谐觯命c加速度矢量方程式　　牽連速度為移動時</p><p>　　絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度</p><p>　　牽連運動為

20、轉(zhuǎn)動時，（由于牽連運動與相對運動相互影響）</p><p>　　絕對加速度＝牽連加速度＋相對加速度＋柯氏加速度</p><p>　　要求Ｃ點加速度，得先求出Ｂ點加速度，</p><p>　　a= a+ a =　a A2+ ar + a</p><p>　　方向：？　　∥ＡＢ　 丄ＡＢ　A指向O

21、2　　 ∥ＡＢ　 丄ＡＢ　</p><p>　　大?。?？　　ωl　??？　 　ωl ？ 2ω3v</p><p>　　(2)定出加速度比例尺　　在一號圖紙中取p為加速度極點，去矢量pa’代表a，則加速度比例尺µ（m?s/mm）</p><p>　　µ==0.6 m/s/mm</p><p&

22、gt;　　(3)作加速度多邊形，求出a、a、a根據(jù)矢量方程圖的pa’nka部分，則 a=48.5x0.6=29.1 m/s</p><p>　　a=µpn=4.8m/s</p><p>　　a=50.1x0.6=30.06m/s 方向為p指向A4 </p><p>　　aB =64.2x0.6=38.52 m/s

23、 </p><p>　　(4)列出C點加速度矢量方程，作圖求解a 、a、 a</p><p>　　a = a+ a + aB </p><p>　　方向： //xx ∥BC 丄BC 由圖知 </p><p>　　大?。?？ V/l ? ωl </p&

24、gt;<p><b>　　由上式可得：</b></p><p>　　a=21.1x0.6=12.66m/s</p><p>　　a=59.2x0.6=35.52m/s</p><p>　　確定構(gòu)件4的角加速度a4由理論力學(xué)可知，點A4的絕對加速度與其重合點A3的絕對加速度之間的關(guān)系為 </p&

25、gt;<p>　　方向：⊥O4B ∥O4B ∥ O4B ⊥O4A ∥O2A </p><p>　　大?。?？ lo2A ? 24Va4a3 lo2A</p><p>　　其中a法向和切向加速度。a為科氏加速度。</p><p>　　從任意極點O連續(xù)作矢量O和k’代表aA3和科氏加速度，其加速度比例尺1:0.

26、219；再過點o作矢量oa4”代表a，然后過點k’作直線k’a’4平行于線段oa4”代表相對加速度的方向線，并過點a4’’作直線a4’’a4’垂直與線段k’a’4，代表a的方向線，它們相交于a4’，則矢量oa4’便代表a4。</p><p>　　構(gòu)件3的角加速度為a/lO4A</p><p>　　將代表a的矢量k’a’4平移到機構(gòu)圖上的點A4，可知4的方向為逆時針方向。</p>

27、<p>　　同理，可以做出位置3的運動簡圖，各點速度、加速度分析和位置8相似。</p><p>　　根據(jù)以上方法同樣可以求出位置九的速度和加速度</p><p><b>　　5</b></p><p>　　4..2. 導(dǎo)桿機構(gòu)的動態(tài)靜力分析</p><p>　　已知 各構(gòu)件的重量G（曲柄2、滑塊3和連桿5

28、的重量都可忽略不計），導(dǎo)桿4繞重</p><p>　　心的轉(zhuǎn)動慣量Js4及切削力P的變化規(guī)律。</p><p><b>　　已知數(shù)據(jù)見下表：</b></p><p>　　要求 求各運動副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上內(nèi)容做在運動分析的</p><p><b>　　同一張圖紙上。</b>&

29、lt;/p><p><b>　　步驟 </b></p><p>　　選取阻力比例尺= 50 ，根據(jù)給定的阻力Q和滑塊的沖程H繪制阻力線圖。</p><p>　　根據(jù)各個構(gòu)件的重心的加速度即角加速度，確定各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶</p><p>　　矩 ，并將其合為一力，求出該力至重心的距離。</p><p

30、>　　3）按桿組分解為示力體，用力多邊形法決定各運動副中的反作用力合加于曲柄上的平衡力矩。</p><p>　　將所有位置的機構(gòu)阻力，各運動副中的反作用力和平衡力矩的結(jié)果列入表中：</p><p><b>　　動態(tài)靜力分析過程：</b></p><p>　　在分析動態(tài)靜力的過程中可以分為刨頭，搖桿滑塊，曲柄三個部分。</p>

31、<p>　　首先說明刨頭的力的分析過程：</p><p>　　對于刨頭可以列出以下力的平衡方程式：</p><p>　　∑F=0 P + G6 + Fi6 + F45 + FN =0</p><p>　　方向：∥x軸 ∥y軸 與a6反向 ∥BC ∥y軸</p><p>　　大小

32、：7000 700 -m6a6 ? ?</p><p><b>　　以作圖法求得:</b></p><p>　　位置4 F45 = 4375 N </p><p>　　位置4 R16 = 700 N

33、 </p><p>　　對于搖桿滑塊機構(gòu)可以列出平衡方程式：</p><p>　　∑F=0 F54 + F23 + Fi4 + G4 + F14 =0</p><p>　　方向: ∥BC ⊥O4B ∥a4 ∥y軸 ?</p><p>　　大小：F54

34、 ？ m4a4 422.8 ?</p><p><b>　　力矩平衡方程式：</b></p><p>　　∑M=0 F54*h54-F34*h34-Mi4-Fi4*hi4+G4*h4=0</p><p>　　由此可以求得R34的大?。篎23= 5193.7 N </p>

35、;<p>　　最后可以利用力的平衡方程式做力的多邊形解出 位置4 F14=2345 N</p><p>　　在搖桿上可以得到R23=-R32</p><p>　　最終得出位置8 My=428.5Nm </p><p><b>　　表</b></p><p><b>　　2．凸輪機構(gòu)設(shè)計

36、</b></p><p><b>　　2．1設(shè)計要求</b></p><p>　?。?）取μL=1mm/mm,按給定條件在2號圖紙上繪制從動件運動線圖及凸輪的實際輪廓線。</p><p>　　（2）從動件運動規(guī)律及凸輪每轉(zhuǎn)過5°對應(yīng)從動桿擺動角度均以表格形式在圖上表示出來。</p><p>　　（3

37、）整理設(shè)計說明書。</p><p>　　2.2根據(jù)已知數(shù)據(jù)，計算結(jié)果如下：</p><p><b>　　設(shè)計過程：</b></p><p>　　1）根據(jù)給定的r0=80mm和擺桿位置畫出從動件的初始位置O9D0，再根據(jù)--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、O9

38、D’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’8 =8、∠D0O9D’9 =9 、∠D0O9D’10 =10 、∠D0O9D’11 =11 、∠D0O9D’12 =12、∠D0O9D’13

39、 =13 、∠D0O9D’14 =14。</p><p>　　2）從基圓上任一點C0開始，沿（-）方向?qū)⒒鶊A分為與圖--線圖橫軸對應(yīng)的等份，得C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13、C14。</p><p>　　過以上各點作徑向射線OC1、OC2、OC3、OC4、OC5、OC6、OC7、OC8、OC9、OC10、OC11、OC12、OC13、O

40、C14。</p><p>　　以O(shè)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O(shè)D’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

41、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’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’12

42、D’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>　　2.3作圖</b></p><p><b>　　2.4檢測壓力角 </b></p><p><b>　　3．齒

43、輪機構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計要求</b></p><p>　　已知：齒輪Z1、Z2，模數(shù)m，分度圓壓力角α，正常齒制，工作情況為開式傳動，齒輪Z2與曲柄共軸。</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　?。?）取比例尺μL=1mm/mm或

44、μL=0.5mm/mm,在 3號圖紙或2號上畫圖；</p><p>　?。?）變位系數(shù)取X1=-X2=0.25；</p><p>　　（3）要求畫三對齒,其中一對齒在節(jié)點嚙合；</p><p>　?。?）畫出理論嚙合線、實際嚙合線、齒廓工作段、計算重合度ε與計算值比較。</p><p><b>　　3.2數(shù)值計算</b>

45、</p><p>　　Z1=15 d1=mz1=90 α=20°</p><p>　　Z2=45 d2=mz2=270 α=20°</p><p>　　△y=x1+x2=0 mm</p><p>　　x1+x2=0 mm 取x1=-x2=0.25</p><p&g

46、t;　　齒頂高 ha1=(ha´+x1)m=7.5mm ha2=( ha´+x2) m=4.5mm</p><p>　　齒根高 hf1=(ha´+c´-x1)m=6 mm hf2=(ha´+c´-x2)m=9mm</p><p>　　節(jié)圓 r1=45 mm r2

47、=135 mm</p><p>　　基圓 rb1=42.3 mm rb2=126.9 mm</p><p>　　分度圓 r1=45 mm r2=135 mm</p><p>　　齒根圓半徑 rf1=39 mm rf2=126 mm&l

48、t;/p><p>　　齒頂圓半徑 ra1=52.5 mm ra2=139.5mm</p><p>　　齒輪厚 s1=10.517 mm s2=8.333mm</p><p>　　齒槽寬 e1=8.333 mme2=10.517mm</p><p>　　重合度：45/37=1。216>1.2</p

49、><p>　　齒輪1漸開線對應(yīng)的尺寸（毫米）</p><p>　　齒輪2漸開線對應(yīng)的尺寸（毫米）</p><p><b>　　3.3作圖</b></p><p>　　圖的比例是0.5mm/mm，故圖上的距離是表中2倍。</p><p>　　三、課程設(shè)計總結(jié)或結(jié)論</p><p>

50、;　　通過此次課程設(shè)計我對速度、加速度、力的分析方法尤其對圖解法有了更深的了解, 培養(yǎng)了我理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想，進一步鞏固和加深所學(xué)的理論知識。為以后學(xué)習(xí)機械相關(guān)方面的知識打下很好基礎(chǔ)，并對機構(gòu)的分析方法有了更加清晰的了解。培養(yǎng)了我綜合運用已經(jīng)學(xué)過的理論知識去分析問題和解決問題的能力，從而對機械的運動分析、動力分析和機構(gòu)設(shè)計有一個完整的、系統(tǒng)的概念。在圖解法求解的時候，尤其在繪圖的時候應(yīng)該認真仔細，保證圖形的準(zhǔn)確性,在手工繪制的時

51、候，要有嚴謹認真的態(tài)度。在學(xué)習(xí)繪制齒輪，凸輪的時候要嚴格按步驟畫圖.理解各個步驟之間的關(guān)系。在老師細心指導(dǎo)下，在同學(xué)之間相互溝通下認真完成畫圖任務(wù)，并仔細填定報告書。增進了知識的理解和應(yīng)用，并增進了班級同學(xué)之間的交流。</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p><p>　　(1)孫桓 陳作模 主編 機械原理教材 北京：高等教育出版社 第六版 2006