1 機(jī)械原理牛頭刨床設(shè)計(jì)方案 一、課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 1、目的 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課程，它是機(jī)械原理課程學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是以機(jī)械原理課程的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，進(jìn)一步鞏固和加深所學(xué)的基本理論、基本概念和基本知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決與本課程有關(guān)的具體機(jī)械所涉及的實(shí)際問(wèn)題的能力，使學(xué)生熟悉機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟及方法，其中包括選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析和整體設(shè)計(jì)等，并進(jìn)一步提高計(jì)算、分析，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、繪圖以及查閱和使用文獻(xiàn)的綜合能力。 2、 任務(wù) 本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是對(duì)牛頭刨床的機(jī)構(gòu)選型、運(yùn)動(dòng)方案的確定；對(duì)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)態(tài)靜力分析。并在此基礎(chǔ)上確定飛輪轉(zhuǎn)慣量，設(shè)計(jì)牛頭刨床上的凸輪機(jī)構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)。 二、設(shè)計(jì)正文： 1、設(shè)計(jì)題目：牛頭刨床 1）為了提高工作效率，在空回程時(shí)刨刀快速退回，即要有急會(huì)運(yùn)動(dòng)，行程速比系數(shù)在 2）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(shí)，刨刀要速度平穩(wěn)，切削階段刨刀應(yīng)近似勻速運(yùn)動(dòng)。 3）曲柄轉(zhuǎn)速在 60r/刀的行程 00右為好，切削阻力約為 8000N，其變化規(guī)律如圖所示。 2、牛頭刨床機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，如圖 4動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄 2和固結(jié)在其上的凸輪 8。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 2動(dòng)刨頭 6和刨刀 7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱(chēng)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，刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱(chēng)空回行程，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)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪 8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu) 1 2 中未畫(huà)），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 5圖 4b），而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。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。 3、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶和齒輪傳動(dòng)，帶動(dòng)曲柄 2和固結(jié)在其上的凸輪 8。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 2 和刨刀 7作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。刨 頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱(chēng)工作切削。此時(shí)要求速度較低且均勻，以減少電動(dòng)機(jī)容量和提高切削質(zhì)量；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱(chēng)空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)效率。為此刨床采用急回作用得導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨刀每切削完一次，利用空回行程的時(shí)間，凸輪 8通過(guò)四桿機(jī)構(gòu) 1棘輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)，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，而空回行程中則沒(méi)有切削阻力。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)，故需裝飛輪來(lái)減小株洲的速度波動(dòng)，以 減少切削質(zhì)量和電動(dòng)機(jī)容量。 2）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容 導(dǎo) 桿 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 分 析 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)靜力分析 符號(hào) 0204 04B 044 位 r/ mm 60 380 110 540 04B 04B 240 50 200 700 7000 80 3 案 64 350 90 580 04B 04B 200 50 220 800 9000 80 72 430 110 810 04B 04B 180 40 220 620 8000 100 、設(shè)計(jì)內(nèi)容 : 1）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 已知：曲柄每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 構(gòu)件尺寸及重心位置，且刨頭導(dǎo)路 于導(dǎo)桿端點(diǎn) 要求：做機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，并作機(jī)構(gòu)兩位置的速度、加速度多邊形以及刨頭的運(yùn)動(dòng)線(xiàn)圖。以上內(nèi)容與后面的動(dòng)靜力分析一起畫(huà)在 1號(hào)圖紙上。 曲柄位置圖的作法為取 1和 8為工作形成起點(diǎn)和終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的曲柄位 置， 1和 7為切削起點(diǎn)和終點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的位置，其余 2， 312 等，是由位置 1起順 2方向?qū)⑶鷪A周作 12等分的位置。 機(jī)構(gòu) 位置 2 和 9 的 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 4 1、選擇表中方案 2、曲柄位置“ 2”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫(huà)速度圖，加速度圖） 取曲柄位置“ 2”進(jìn)行速度分析。 取構(gòu)件 3和 4的重合點(diǎn) 有 2=2 72/60=s ，其轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?2l l =10m/s ， 方向 :A 列速度矢量方程，得 小 ? ? 方向 速度極點(diǎn) P，速度比例尺 v=m/s)/速度多邊形如圖。 圖 1由圖 1 A4=v=20m/s = m/s 方向 p v=36s=s 方向 4= l =s 其 轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?4l l =10s 方向 p 5 取 5構(gòu)件為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得 C = + 小 ? ? 方向 速度多邊形如圖 1 C=v=m/s =s 方向 p c v=m/s =s 方向 c 取曲柄位置“ 2”進(jìn)行加速度分析 . 取曲柄構(gòu)件 3和 4的重合點(diǎn) 列加速度矢量方程 ,得 a a a + a + a 小 ? ? ? 方向 ? A A 右） 42l l=68a 22l l =10s2 4方向 k 取加速度極點(diǎn)為 P ,加速度比例尺 a=m/,作加速度多邊形圖 6 圖 1由圖 1 2知， a a =85向 a 4 a a=向 k a 4 a pa = m/p a 4 a a 4a=m/向 a 4 取 5 構(gòu)件的研究對(duì)象，列加速度矢量方程，得 n + 小 ? ? 方向 B A CB BC 42 l=10向 pn l 10/472=向 na l= 向 n 其加速度多邊形如圖 1 2所示，有 a pa = m/ s2 a =m/向 n c 7 pCa = 向 p C 2、 曲柄位置“ 9”做速度分析，加速度分析（列矢量方程，畫(huà)速度圖，加速度圖） 取曲柄位置“ 9”進(jìn)行速度分析。 取構(gòu)件 3和 4的重合點(diǎn) 有 2=22/60=s 其轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?2l l =10s 方向 :A 速度矢量方程，得 小 ? ? 方向 速度極點(diǎn) P，速度比例尺 v=m/s)/速度多邊形如圖。 圖 1由圖 1 A4=v=m/s =m/s 方向 p v=s=0. 7000m/s 方向 4= l =s 其轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?8 B =4l l =s 方向 p b 取 5構(gòu)件為研究對(duì)象，列速度矢量方程，得 C = B + 小 ? ? 方向 速度多邊形如圖 1 C=v=m/s =0. 9360m/s 方向 p c CB=v=m/s =s 方向 b c 取曲柄位置“ 9”進(jìn)行加速度分析 . 取曲柄構(gòu)件 3和 4的重合點(diǎn) 列加速度矢量方程 ,得 a a a + a + a 小 ? ? ? 方向 ? A A 左） 42l l= 方向 pn a 22l l =10方向 pa 3 4 v=2. 7000=方向 k 取加速度極點(diǎn)為 P ,加速 度比例尺 a=m/,作加速度多邊形圖 9 圖 1由圖 1 4知， a a =n a a=k a pa =向 p a a=m/向 取 5 構(gòu)件的研究對(duì)象，列加速度矢量方程 ，得 小 ? ? 方向 B BC a A4l 10/m/s2 m/加速度多邊形如圖 1 4所示，有 pCa = m/m/10 2）導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)“ 2”位置動(dòng)態(tài)靜力分析 已知 各構(gòu)件的重量 G（曲柄 2、滑塊 3、導(dǎo)桿 4 和連桿 5的重量都可忽略不計(jì)）及切削力 求 求各運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)分析的同一張圖紙上。 動(dòng)態(tài)靜力分析過(guò)程： 取“ 2”點(diǎn)為研究對(duì)象，分離 5、 6構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作阻力體如圖 1 5所示， 選取長(zhǎng)度比例尺 l=4mm/取力比例尺 P=100N/ 1 5 已知 P=8000N， 20N，又 么我們可以計(jì)算 m6a c =- G6/g F = P + + + 0 方向： x 軸 y 軸 與 向 y 軸 大?。?8000 620 ? ? 作力多邊行如圖 1取力比例尺 N=100N/ 11 圖 1圖 1 F D N=00N=8420N N=00N=1120N 取構(gòu)件 6為受力平衡體，并對(duì) 分離 3,4構(gòu)件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，桿組力體圖如圖 1 12 圖 1已知 ： F 420N 取構(gòu)件 4為受力平衡體， 對(duì) A 點(diǎn)取矩得： F = + =0 方向 : （三力匯交可得） 大小 ： ? ？ 作力的多邊形如圖 1選取力比例尺 N=100N/ 13 圖 1由圖 1 N=00N=14058N N=00N=6254N 因?yàn)榍?2滑塊 3的重量可忽略不計(jì)，有 F F 曲柄 2進(jìn)行運(yùn)動(dòng)靜力分析，作組力體圖如圖 1 圖 1圖 1曲 柄 2為受力平衡體， 對(duì) 取矩得： F l l=0 即 M 14 （一） 已知條件、要求及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 1、已知：擺桿為等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其推程運(yùn)動(dòng)角，遠(yuǎn)休止角 s，回程運(yùn)動(dòng)角 ，如圖 8 所示，擺桿長(zhǎng)度 大擺角 用壓力角（見(jiàn)下表）；凸輪與曲柄共軸。 2、要求：確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸，選取滾子半徑 T，畫(huà)出凸輪實(shí)際廓線(xiàn)。 3、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)： 設(shè)計(jì)內(nèi)容 符號(hào) 數(shù)據(jù) 單位 凸輪機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì) 5 30 42 75 S 10 65 3.5 mm 50 二） 設(shè)計(jì)過(guò)程 選取比例尺，作圖 l= 1、取任意一點(diǎn) 圓心，以 45基圓； 2、再以 圓心，以 l 9/ l =150半徑作轉(zhuǎn)軸圓； 3、在轉(zhuǎn)軸圓上 上方任取一點(diǎn) 4、以 圓心，以 l=130基圓交于 D 點(diǎn)。 為擺動(dòng)從動(dòng)件推程起始位置，再以逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)并在轉(zhuǎn)軸圓上分別畫(huà)出推程、遠(yuǎn)休、回程、近休，這四個(gè)階段。再以 對(duì)推程段 6 等分、 回程段等分（對(duì)應(yīng)的角位移如下表所示），并用A 進(jìn)行標(biāo)記，于是得到了轉(zhuǎn)軸圓山的一系列的點(diǎn)，這些點(diǎn)即為擺桿再反轉(zhuǎn)過(guò)程中依次占據(jù)的點(diǎn)，然后以各個(gè)位置為起始位置，把擺桿的相應(yīng)位置 畫(huà)出來(lái)，這樣就得到了凸輪理論廓線(xiàn)上的一系列點(diǎn)的位置，再用光滑曲線(xiàn)把各個(gè)點(diǎn)連接起來(lái)即可得到凸輪的外輪廓。 5、凸輪曲 線(xiàn)上最小曲率半徑的確定及滾子半徑的選擇 （ 1）用圖解法確定凸輪理論廓線(xiàn)上的最小曲率半徑 ：先用目測(cè)法估計(jì)凸輪理論廓線(xiàn)上的 的大致位置（可記為 A 點(diǎn)）；以 A 點(diǎn)位圓心，任選較小的半徑 r 作圓交于廓線(xiàn)上的 B、 C 點(diǎn)；分別以 B、 C 為圓心，以同樣的半徑 r 畫(huà)圓，三個(gè)小圓分別交于 D、 E、F、 G 四個(gè)點(diǎn)處，如下圖 9 所示；過(guò) D、 E 兩點(diǎn)作直線(xiàn)，再過(guò) F、 G 兩點(diǎn)作直線(xiàn)，兩直線(xiàn)交于 O 點(diǎn)，則 O 點(diǎn)近似為凸輪廓線(xiàn)上 A 點(diǎn)的曲率中心，曲率半徑 OA；此次設(shè)計(jì)中，凸輪理論廓線(xiàn)的最小曲率半徑 。 15 圖 1 2）凸輪滾子半徑的選擇（ 凸輪滾子半徑的確定可從兩個(gè)方向考慮： 幾何因素 應(yīng)保證凸輪在各個(gè)點(diǎn)車(chē)的實(shí)際輪廓曲率半徑不小于 15于凸輪的凸曲線(xiàn)處TC r ， 對(duì)于凸輪的凹輪廓線(xiàn)TC r （這種情況可以不用考慮，因?yàn)樗粫?huì)發(fā)生失真現(xiàn)象）；這次設(shè)計(jì)的輪廓曲線(xiàn)上，最小的理 論曲率半徑所在之處恰為凸輪上的凸曲線(xiàn)，則應(yīng)用公式： T m i nm i n ； 力學(xué)因素 滾子的尺寸還受到其強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的限制，不能做的太小，通常取0)及 。綜合這兩方面的考慮，選擇滾子半徑為 得到凸輪實(shí)際廓線(xiàn)，如圖 1示。 16 圖 1 機(jī)械原理 孫恒，陳作模，葛文杰主編 七版、 高等教育出版社 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 羅洪田主編 理論力學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室編 六版 四 本次設(shè)計(jì)試驗(yàn)我們主要以牛頭刨床的設(shè)計(jì)為主，囊括個(gè)構(gòu)件在任意兩個(gè)角度的速度分析，加速度分析，各個(gè)構(gòu)件的受力情況，動(dòng)態(tài)的靜力分析，凸輪的設(shè)計(jì)。將各種常見(jiàn)的機(jī)械設(shè)計(jì)整體復(fù)習(xí)與整理了一遍。不僅加強(qiáng)了對(duì)本學(xué)期機(jī)械原理基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固與運(yùn)用，還在本次課程設(shè)計(jì)中學(xué)到了查詢(xún)各種資料，參考各種