牛头刨床主运动机构方案设计.doc

1、机械原理课程设计说明书题 目 牛头刨床主运动机构方案设计 专 业 _ 机械设计制造及其自动化 年 级 学 号 姓 名 指 导 教 师 成 绩 2012年 12月 26 日摘要本次设计主要是根据B6065牛头刨床的零件要求完成对其推动架的工艺综合设计。其中设计包括推动架的工艺规程及其夹具体的简要设计。首先要先了解推动架在牛头刨床中的作用其次是确定设计中的夹具装置。推动架是牛头刨床上进给机构中的零件其主要作用是把从电动机传来的旋转运动通过偏心轮杠杆使推动架绕其轴心线摆动同时拨动棘轮带动丝杠转动从而实现工作台的自动进给。夹具是用来夹紧工件使其在加工过程中保持与机床或者刀具的位置一致不变。夹具的设计是

2、一次复制的过程需要设计者在设计的过程中去了解工件的结构涉及加工工艺及加工环境。工艺综合涉及：推动架；工艺规程；夹具设计。牛头刨床机构简介牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，电动机经过皮带和齿轮传动，带动曲柄和固结在其上的凸轮。刨床工作时，由导杆机构带动刨头和刨刀作往复运动。刨头前行时，刨刀进行切削，称为工作行程，此时要求速度较低并且均匀；刨头后退时，刨刀不切削，称为空回程，此时要求速度较高，以提高生产率。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮通过四杆机构带动棘轮机构和螺旋机构（图中未画出），使工作台连同工件作一次横向间歇移动进给移动，以便刨刀作下一次往复运动继续切削。工件的进给运动与刨刀

3、的主运动应协调。刨头在工作行程中受到很大的切削阻力（在切削前后各有一段0.05H的空刀距离，见图），而空回程中则没有切削阻力，因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需要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。目录1 设计设计任务书1.1工作原理及工艺过程1.2原始数据及设计要求2、课程设计工作内容及说明2.1绘制机构运动简图2.2导杆机构运动分析2.3导杆机构动态静力分析2.4凸轮轮廓曲线设计3 总结参考文献1课程设计计划任务书1.1工作原理及工艺过程工作原理：牛头刨床是一种靠道具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成弓箭平面切削加工的机

4、床。电动机经过减速传动装置（V带及齿轮传动）驱动执行机构（导杆机构和凸轮机构）完成刨刀的往复运动和间歇移动。工艺工程：牛头刨床的主运动：电动机变速机构摇杆机构滑枕往复运动；牛头刨床的进给运动：电动机变速机构棘轮进给机构工作台横向进给运动机构运动循环图如下所示：1.2原始数据及设计要求原始设计数据：设 计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符号 n2L0204L02AL04BLBCL04S4XS6YS6G4G6PYPJS4单位r/minmmNmmKg*m2方案724301108100.360.51804022062080001001.2 设计要求牛头刨床的主传动的从动机

5、构是刨头，在设计主传动机构时，要满足所设计机构要能使牛头刨床正常的运转，同时设计的主传动机构的行程要有急回运的特性，刨削速度尽可能为匀速运动，以及很好的动力特性。尽量是设计的构简单，实用，能很好的 实现传动功能。2课程设计工作内容及说明2.1绘制机构运动简图机构运动简图 机构运动简图1/3处牛头刨床是一个复杂的系统，需要结合课程设计的特点，将设计对象进行简化。如图1所示，课程设计要求对实现刨刀往复运动的主执行机构（由连杆机构组成）和驱动工作台实现间歇移动的执行机构（由凸轮机构组成）进行运动学尺度设计和运动学、动力学性能分析。图中给出了切削力作用点、导杆质心S3、滑块质心S5相对于铰链E的位置。

6、可供选择的主执行机构方案如图1所示。DS5A24B31EC5615050250S3(导杆中点）图1设计对象方案1方案2方案3方案4方案5方案6图1主执行机构参考方案 n=72r/min(w=7.536rad/s) H=300mm k=1.4 lo2o4=430mm=(k-1)/（k+1）*180o =(1.4-1)/(1.4+1)*180o =30olo2A=110mm lo4B=810 1BC =0.36*810=296 .1mm lo4s4 =0.5*810=405mm方案2虽具有急回特性，但由于机构运动时候，导杆带动的滑动机构会受力不均，短时间工作影响不大，对于生产生活机构是不适合的。方

7、案3方案4导杆一端都用的曲柄连接，根据K值得计算是不具有急回特性的，但由于生产的需要，急回特性会在工作是工作时间缩短，所以最佳方案不是3和4.方案5和方案6虽具有急回特性，根据受力分析知道，工作时床身受到的工作阻力大而且多，不利于生产生活。方案1机构具有确定运动，自由度为F=3n-（2Pl+Ph）=35-(27+0)=1，曲柄为机构原动件；通过曲柄带动摆动导杆机构和滑块机构使刨刀往复移动，实现切削功能，能满足功能要求;工作性能，工作行程中，刨刀速度较慢，变化平缓符合切削要求，摆动导杆机构使其具有急回作用，可满足任意行程速比系数K 的要求；传递性能，机构传动角恒为90，传动性能好，能承受较大的载

8、荷，机构运动链较长，传动间隙较大；动力性能，传动平稳，冲击震动较小； 结构和理性，结构简单合理，尺寸和质量也较小，制造和维修也较容易； 经济性，无特殊工艺和设备要求，成本较低。方案确定：综上所述，所以选择方案一。2.2导杆机构运动分析2.2.1 速度分析 取曲柄位置“1”进行速度分析。因构件2和3在A处的转动副相连，故VA3=VA2，其大小等于w2lO2A，方向垂直于O2 A线，指向与w2一致。w2=2n2/60 rad/s=23.147260=7.536rad/sVA3=VA2=w2lO2A=7.5360.11m/s=0.603m/s（O2A）lO4A=0.428m曲柄位置“3”速度分析，加

9、速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“3”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“1”。取构件3和4的重合点A进行速度分析。列速度矢量方程，得 VA4 =VA3 + VA4A3大小 ? ?方向 O4A O2A O4BA点的速度分析图：v=0.01(m/s)/mm，图2 A点的速度分析则由图1-4知， VA4=v=0.54m/s VA4A3=a3a4v=360.02m/s=0.268m/s w4=VA4lO4A =1.261rad/s VB=w4lO4B=0.7314 m/s点的速度分析：v=0.0(m/s)/mm，取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得VC= VB + VC-B其速

10、度多边形如图3所示，图3 C点的速度分析有 VC= v=0.729 m/s VCB= Lcbv=0.0835m/s w5=VCBLcb =0.480rad/s2.2.2 加速度分析取曲柄位置“1”进行加速度分析,分析过程同曲柄位置“3”.取曲柄构件3和4的重合点A进行加速度分析.列加速度矢量方程,得 aA4 = a A4n + a A4 = a A3n + a A4A3k + a A4A3大小 w42 lO4A ? w22lO2A 2w4VA4 A3 ?方向 BA O4B AO2 O4B（向左） O4B（沿导路）取加速度极为P,加速度比例尺=0.05（m/s2）/mm,作加速度多边形图图4 A

11、点的加速度分析 a A4= pa =1.118m/s2= a A4lO4A =2.610rad/s2用加速度影象法求得a B5 = a B4 = a A4 lO4B/lO4A=1.518m/s2 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得 aC5= + + aC5B5n + aC5B5大小 ? ?方向 xx O4B CB BC取加速度极点为P,加速度比例尺a=0.05（m/s2）/mm,其加速度多边形如图15图5 C点的加速度分析 故 aC5 = pC5a =1.624m/s22.3导杆机构动态静力分析2.3.1 运动副反作用力分析取“1”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析，作阻力体如

12、图 6所示。图6 5、6构件的静力分析已知G6=800N，又ac=ac5=1.624m/s2,那么我们可以计算FI6=- G6/gac =-800/9.81.624=99.42N 又F=P+G6+FI6+F5c =0，作为多边行如图7所示，N=40N/mm。 图7 5、6构件的静力分析力的矢量图 由图 7力多边形可得： F5c =9104.77N 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图如图 8所示图8 3,4构件运动静力分析已知： F45=- F5c =9104.77N，G4=220N 由此可得： Mis=-JS44=-1.22.61Nm= -3.132Nm 在图1-8中，对A点取矩得：M

13、A=1.2*2.61+220*2.61*0.292/9.8+220*sin6.553*0.29+9104.77* cos1.96*0.29-F3At=0 代入数据， 得F3At=12323.086N 又 F=F45+F3At+FIs+G4+Fo4n+Fo4=0,作力的多边形如图9所示，N=50N/mm。 图9 3,4构件运动静力分析力的矢量图2.3.2曲柄平衡力矩分析 对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图如图10所示，图10 曲柄2进行运动静力分析 M= FR320.09=967.135Nm3总结设计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

14、名机械设计制造及其自动化大二的学生，我觉得有这样的课程设计是十分有意义的。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当中呢？我想课程设计为我们提供了良好的实践平台。通过这次课程设计我有了很多收获。首先，通过这一次的课程设计，我进一步巩固和加深了所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养了自己分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力。对平面连杆机构有了更加深刻的理解，为后续课程的学习奠定了坚实的基础。而且，这次课程设计过程中，与同学激烈讨论，团结合作，

15、最终完美的实现了预期的目的，大家都受益匪浅，也对这次经历难以忘怀。 其次通过这次课程设计，对牛头刨床的工作原理及内部各传动机构及机构选型、运动方案的确定以及对导杆机构运动分析有了初步详细精确的了解，这都将为我以后参加工作实践有了很大的帮助。非常有成就感，培养了很深的学习兴趣。 我在这次设计中感到了合作的力量，增强了自己的团队精神。这将使我受益终生。参考文献1. 彭文生，李至明，黄华梁主编. 机械设计. 北京：高等教育出版社，20022. 吴克坚，于晓红，钱瑞明主编. 机械设计. 北京：高等教育出版社，20033.龙振宇主编. 机械设计. 北京：械工业出版社，20024. 黄茂林，秦伟主编. 机械原理. 北京：机械工业出版社，20025. 申永胜主编. 机械原理教程. 北京：清华大学出版社，19996. 杨可桢，程光蕴主编. 机械设计基础（第四版）. 北京：高等教育出版社，19997. 黄华梁，彭文生主编. 机械设计基础（第二版）. 北京：高等教育出版社，19958. 刘会英，于春生主编. 机械设计基础. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19979. 谈家桢主编. 机械设计基础（修订本）. 北京：中国标准出版社，1997