1 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 說明書 牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 者： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日期： 2007 年 1 月 6 日 2 目 錄 一課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù) 二工作原理與結(jié)構(gòu)組成 三設(shè)計(jì)方案確定 四 擬訂傳動(dòng)系統(tǒng)方案 五 確定 機(jī)構(gòu) 尺寸 參數(shù) 六 運(yùn)動(dòng)分析及 參數(shù)計(jì)算 七 .對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)果分析 ,本機(jī)的優(yōu)缺 點(diǎn)和改進(jìn)意見 八 .收獲體會(huì)和建議 九 參 考文獻(xiàn) 3 牛頭刨床機(jī)構(gòu)的分析與綜合 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、工作原理與結(jié)構(gòu)組成 牛頭刨床的簡介 牛頭刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金屬切削機(jī)床，多用于單件或小批量生產(chǎn)。 為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件 刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。刨刀可隨小刀架作不同進(jìn)給量 的垂直進(jìn)給；安裝工件的工作臺(tái)應(yīng)具有不同進(jìn)給量的橫向進(jìn)給，以完成平面的加工，工作臺(tái)還應(yīng)具有升降功能，以適應(yīng)不同高度的工件加工。 4 三、設(shè)計(jì)方案的確定 方案（ a）采用偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。結(jié)構(gòu)最為簡單，能承受較大載荷，但其存在有較大的缺點(diǎn)。一是由于執(zhí)行件行程較大，則要求有較長的曲柄，從而帶來機(jī)構(gòu)所需活動(dòng)空間較大；二是機(jī)構(gòu)隨著行程速比系數(shù) K的增大，壓力角也增大，使傳力特性變壞。方案（ b）由曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成。該方案在傳力特性和執(zhí)行件的速度 變化方面比方案（ a）有所改進(jìn)，但在曲柄搖桿機(jī)構(gòu) ABCD 中，隨著行程速比系數(shù) K的增大，機(jī)構(gòu)的最大壓力角仍然較大，而且整個(gè)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)所占空間比方案（ a）更大。 5 （ C） 方案（ c）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。該方案克服了方案（ b）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緩慢。 比較以上三種方案，從全面衡量得失來看，方案 (c)作為刨削主體機(jī)構(gòu)系統(tǒng)較為合理 。 四 擬定傳動(dòng)系統(tǒng)方案 傳動(dòng)系統(tǒng)的作用通常是實(shí)現(xiàn)減速、增速和變速，有時(shí)也用作實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換，并且 在傳遞運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，將原動(dòng)機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)矩傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 通常要把原動(dòng)機(jī)的輸出運(yùn)動(dòng)傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，僅選用一種傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)的情況較少見，大多數(shù)情況是選擇若干種傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)合理地加以組合布置，構(gòu)成一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的工作要求。在進(jìn)行傳動(dòng)裝置和機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問題： (1) 設(shè)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 nd，執(zhí)行機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為 nr，則傳動(dòng)裝置系統(tǒng)的總傳動(dòng)比 rdnni如果傳動(dòng)裝置系統(tǒng)由 n個(gè)傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)串聯(lián)組成，其每個(gè)傳 動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比分別為 i1， i2， in， 則 i =i1.i2.i3. in 每種傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比的取值可參閱表 3.1。若 i 大于推薦值時(shí)，通常應(yīng)該用兩級(jí)或兩級(jí)以上的傳動(dòng)裝置或機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合來進(jìn)行傳動(dòng)。 常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理取值范圍 6 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)種類 平帶 V帶 摩擦輪 齒輪 蝸桿 鏈 圓周速度 m/s 525 530 1525 15120 1535 1540 減速比 5 815 710 48 80 610 最大功率 kw 2000 7501200 150 250 50000 550 3750 (2) 當(dāng)系統(tǒng)為減速傳動(dòng)時(shí)，宜使 i1 i2 i3 in，并使相鄰兩級(jí)傳動(dòng)比相差不要太大。這樣可使中間各級(jí)軸有相對(duì)較高的轉(zhuǎn)速和較小的扭矩，轉(zhuǎn)軸及軸上的零件可以設(shè)計(jì)得尺寸較小，從而獲得較為緊湊的結(jié)構(gòu)。 (3) 因?yàn)閭鲃?dòng)軸及軸上的傳動(dòng)零件的尺寸，主要取決于所傳遞的扭矩。當(dāng)系統(tǒng)傳遞的功率一定時(shí)，軸的轉(zhuǎn)速愈高，其扭矩愈小，傳動(dòng)軸與傳動(dòng)零件的尺寸可以設(shè)計(jì)得愈小，故宜將傳動(dòng)能力小的機(jī)構(gòu)安排在高速級(jí)。如帶傳動(dòng)和摩擦傳動(dòng)宜布置在高速級(jí)；需要密封的齒輪傳動(dòng)宜布置在高速級(jí)，這 樣因齒輪尺寸小，可減小密封箱體的外廓尺寸；生產(chǎn)成本高、加工困難的零件宜布置在高速級(jí)，如錐齒輪傳動(dòng)宜布置在高速級(jí)。 (4) 為了使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，減少震動(dòng)沖擊和噪音，宜將帶傳動(dòng)布置在高速級(jí)，從而可利用傳動(dòng)帶的彈性吸振、打滑，防止過載時(shí)損壞基它零件。鏈傳動(dòng)沖擊、振動(dòng)大，宜布置于中、低速膜的形成，從而提高蝸桿傳動(dòng)的效率。 (5) 蝸桿傳動(dòng)宜布置在高速級(jí)，以便提高齒面的相對(duì)滑動(dòng)速度，有利于液體動(dòng)力潤滑油膜的形成，從而提高蝸桿傳動(dòng)的效率。 (6) 為了減少能耗、減輕振動(dòng)，宜將轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)，如凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等布置在與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連的低速級(jí)一端。 (7) 選擇盡可能短的傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@樣作可減少機(jī)械的構(gòu)件、零件數(shù)目，降低制造成本，提高機(jī)械效率和系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和可靠性，同時(shí)也關(guān)系到設(shè)備的使用、保養(yǎng)和維修的簡便程度。 7 五確定機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù) 1.尺寸參數(shù)確定依據(jù) 行程速比系數(shù)或壓力角確定。尺度綜合過程如下： 由 K=1.5求得極位夾角 ； 由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)特性知道，導(dǎo)桿擺角等于極位 夾角， 即 max=； 由行程 H和 可求出導(dǎo)桿長； 由 LAC(例如為 500mm)和 可求出曲柄長 LAB； 由 LDE / LCD=0.20.3 可求出連桿長 LDE； 為使 RRP桿組的壓力角較小，滑塊 5的導(dǎo)路與 DD 連線的距離應(yīng)等于導(dǎo)路線與 DD弧水平切線的距離， 以此確定 L。 牛頭刨床主執(zhí)行機(jī)構(gòu)尺度 2.尺寸參數(shù)計(jì)算 皮帶傳動(dòng)比 i0=1.9 齒輪傳動(dòng)比 i12=3.2 i34=3.9 由電動(dòng)機(jī)傳出的轉(zhuǎn)速為 1440轉(zhuǎn) /分，經(jīng)過皮帶輪 減速度變?yōu)?40，再經(jīng)過齒輪減速最后輸出的速度為 60轉(zhuǎn) /分。 A B 1 C E D 2 4 5 3 8 極位夾角： 1 1 . 6 11 8 0 1 8 0 4 1 . 5 3 8 51 1 . 6 1kk 導(dǎo)桿長度：41 5 0 0 1 7052 2 s i n 2 0 . 7 6 9 2 5s i n2BOHl mm 連桿長度：BCl=0.28 4BOl=197.4mm 曲柄長度 :2 2 4 s i n 4 2 0 * s i n 2 0 . 7 6 9 2 5 1 4 92A O O Oll mm 六運(yùn)動(dòng)分析及 參數(shù)計(jì)算 1.導(dǎo)桿的運(yùn)動(dòng)分析 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。根據(jù)已定出的尺寸參數(shù)及原動(dòng)件轉(zhuǎn)速 n,用解析法求出當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角 從刨頭處于最左側(cè)起，沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向沒隔 20度計(jì)算一組運(yùn)動(dòng)參數(shù)，其中包括各構(gòu)件的角位置，角速度，角加速度以及刨頭的位移（以最左側(cè)為零點(diǎn)），速度和加速度；并用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算并在同一副圖中繪出刨頭的位移曲線，速度曲線和加速度曲線 . 運(yùn) 動(dòng) 分 析 圖 2.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算程序 : 9 10 3.計(jì)算數(shù)據(jù)輸出 Excel 角度 ( ) 位移 (m) 速度 (m/s) 加速度 (m/s ) 0 0.148635 -0.952589 -18.451421 20 0.085789 -1.250686 -10.885106 40 0.013635 -1.32517 -5.220814 60 -0.059741 -1.304687 -1.310262 80 -0.130202 -1.222444 1.459828 100 -0.194507 -1.0826 3.353826 120 -0.249329 -0.879976 4.32992 140 -0.291026 -0.609921 4.053101 160 -0.316016 -0.283183 1.882557 180 -0.322793 0.01923 -2.276337 200 -0.31979 0.51 -4.127426 220 -0.322835 -0.007496 -3.415398 240 -0.0304161 0.807526 7.486176 260 -0.225563 2.008221 14.31502 280 -0.092653 2.607385 3.553644 300 0.045583 2.236436 -15.066774 320 0.145377 1.282357 -26.184367 340 0.180378 -0.051292 -23.740743 4. 圖象輸出 11 速 度 圖 象-2-1.5-1-0.500.511.522.530 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360角度( )速度(m/s)位 移 圖 象-0.4-0.35-0.3-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.250.30 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360角度( )位移(m)加 速 度 圖 象-30-25-20-15-10-5051015200 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360角度( )加速度