辽宁工业大学课程设计 牛头刨床14 9点.docx

辽宁工业大学课程设计 牛头刨床14 9点.docx

《辽宁工业大学课程设计 牛头刨床14 9点.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《辽宁工业大学课程设计 牛头刨床14 9点.docx（46页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

辽宁工业大学课程设计牛头刨床149点

一、牛头刨床示意图…………………………………………………………………1

二、设计题目和原始数据……………………………………………………………2

三、导杆机构设计………………………………………………………………………3

四、机构的运动分析……………………………………………………………………3

五、机构的动态静力分析………………………………………………………………9

六、飞轮设计………………………………………………………………………………14

七、凸轮设计………………………………………………………………………………15

八、齿轮设计………………………………………………………………………………15

九、解析法…………………………………………………………………………………16

1.导杆机构设计………………………………………………………………………………16

2.机构的运动分析……………………………………………………………………………17

3.机构的动态静力分析………………………………………………………………………19

4.凸轮设计……………………………………………………………………………………21

十、本设计的思想体会…………………………………………………………………24

十一、参考文献……………………………………………………………………………33

十二、附录…………………………………………………………………………………24

一、牛头刨床示意图

图1

机构简介

牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图1-（a）所示，电动机经行星齿轮减速器（图中未画出）和齿轮Z1和Z2固联在一起的曲柄2和凸轮7。

刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5带动刨头6及刨刀6’作往复直线运动。

刨头右行时，刨刀进行切削，称为工作行程。

此时要求刨刀的速度较低且近似做等速运动，以减小冲击和提高加工质量；刨刀左行时，刨刀不进行切削，称为空回行程。

此时要求有较高的速度，以提高生产率。

根据以上要求刨床采用了具有极回运动的导杆机构，此时，刨刀每切削一次，利用空回程的时间凸轮通过摇杆8带动棘爪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进给运动，由于刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程没有切削阻力，因此机构在一个运动循环中受力变化很大，引起主轴转速的波动，并影响了加工质量，为此在O1轴上安装一个飞轮（图中未画出），实现调速。

二、设计题目与数据

1．题目

牛头刨床的综合设计与分析

2．原始数据

刨头的行程H=550mm

行程速比系数K=1.6

机架长LO2O3=400mm

质心与导杆的比值LO3S4/LO3B=0.5

连杆与导杆的比值LBF/LO3B=0.3

刨头重心至F点距离XS6=160mm

导杆的质量m4=15kg

刨头的质量m6=58kg

导杆的转动惯量JS4=0.7kgm

切割阻力FC=1300N

切割阻力至O2的距离YP=175mm

构件2的转速n2=80rpm

许用速度不均匀系数[δ]=1/40

齿轮Z1、Z2的模数m12=15mm

小齿轮齿数Z1=18

大齿轮齿数Z2=46

凸轮机构的最大摆角φmax=16º

凸轮的摆杆长LO4C=140mm

凸轮的推程运动角δ0=60º

凸轮的远休止角δ01=10º

凸轮的回程运动角δ0'=60º

凸轮机构的机架长Lo2o4=150mm

凸轮的基圆半径ro=55mm

凸轮的滚子半径rr=15mm

三、导杆机构设计

1、已知：

行程速比系数K=1.6

刨头的行程H=550mm

机架长度LO2O3=400mm

连杆与导杆的比LBF/LO3B=0.3

2、各杆尺寸设计如下

A、求导杆的摆角：

ψmax=180°×（K-1）/（K+1）=180°×（1.6-1）/（1.6+1）=42°

B、求导杆长：

LO3B1=H/[2sin（ψmax/2）]=550/[2sin（42°/2）]=767mm

C、求曲柄长：

LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）=400×sin21°=143mm

D、求连杆长

LBF=LO3B×LBF/LO3B=767×0.3=230mm

E、求导路中心到O3的距离

LO3M=LO3B-LDE/2=LO3B{1-[1-cos（ψmax/2）]/2}=742mm

F、取比例尺

μL=0.005m/mm

在A1图纸中央画机构位置图，图形如牛头刨床设计与分析中央部分。

四、机构的运动分析

已知：

曲柄转速n2=80rpm

各构件的重心：

构件6的重心：

XS6=160mm

第1点：

A、速度分析

求VA3

VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.143×80π/30=1.20m/s

求VA4

VA4=VA3+VA4A3

大小：

？

1.20？

方向：

⊥O3A⊥O2A∥O3A

取μV=VA3/Pa3=0.03

在A1图的左下方画速度多边形

求VB

用速度影像求VB=0×0.03=0m/s

求VF

VF=VB+VFB

大小：

？

0？

方向：

水平∥导路⊥BF

接着画速度多边形

由速度多边形求得：

VF=

μV=0m/s

方向水平向右

求ω4

ω4=ω3=VA4/LO3A=0rad/S

求VA4A3

VA4A3=

×μV=0m/s

方向如速度图所示

B、加速度分析

①求aKA4A3

aKA4A3=2ω4VA4A3=0m/s2

②求aA3

aA3=aA2=ω22×LO2A=10.03m/s2方向：

A→O2

③求anA4

anA4=ω23×LO3A=0m/s2方向：

A→O3

④求aA4

anA4+anA4=aA3+akA4A3+arA4A3

大小：

0？

10.030?

方向：

A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A

取μa=aA3/pa3=0.2

在A1图的左下方画加速度多边形

大致图形如A1图左下方

aA4=pa4×μa=10.03m/s2

⑤求aB

方向如A1图所示

用加速度影像求aB=2.04m/s2

⑥求af

aF=aB+anFB+atFB

大小：

？

20.46.8?

方向：

水平√F→B⊥BF

接着画加速度多边形

由加速度多边形求得：

aF=p’f’×μa=20.02m/s2方向水平向右

第4点：

A、速度分析

求VA3

VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.142×80π/30=1.20m/S

求VA4

VA4=VA3+VA4A3

大小：

？

1.20？

方向：

⊥O3A⊥O2A∥O3A

取μv=VA3/Pa3=0.03

在A1图的左下方画速度多边形

大致图形如牛头刨床设计与分析左下部分所示

求VB

用速度影像求VB=1.575m/s

求VF

VF=VB+VFB

大小：

？

1.575？

方向：

水平如图⊥BF

VF=

μV=1.59m/s方向如图

求ω4

ω4=ω3=VA4/LO3A=1.95rad/s方向如图

求VA4A3

VA4A3=

×μV=0.3m/s方向如速度图所示

B、加速度分析

①求aKA4A3

aKA4A3=2ω4VA4A3=1.17m/s2

②求aA3

aA3=aA2=ω22×LO2A=10.03m/s2方向：

A→O2

③求anA4

anA4=ω23×LO3A=2.05m/s2

④求aA4

anA4+anA4=aA3+akA4A3+arA4A3

大小2.05？

10.031.17?

方向：

A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A

取μa=aA3/

=0.2

在A1图的左下方画加速度多边形图形如牛头刨床设计与分析左下方

aA4=pa4×μa=-2.6m/s2

⑤求aB

用加速度影像求aBaB=4m/s2

⑥求aF

aF=aB+anFB+atFB

大小：

？

40?

方向：

水平√F→B⊥BF

接着画加速度多边形

由加速度多边形求得：

aF=

×μa=2.6m/s2方向：

水平向左

第9点：

A、速度分析

求VA3

VA3=VA2=LO2Aπn/30=0.142×80π/30=1.20m/S

求VA4

VA4=VA3+VA4A3

大小?

1.200

方向：

⊥O3A⊥O2A∥O3A

取μV=VA3/Pa3=0.03

在A1图的左下方画速度多边形

图形如牛头刨床设计与分析左下部分

求VB

用速度影像求VBVB=1.05m/s

求VF

VF=VB+VFB

大小：

?

1.050.33

方向：

水平∥导路⊥BF

VF=VB=

μV=-1.036m/s方向水平向左

求ω4

ω4=ω3=1.38rad/s方向：

逆时针

求VA4A3

VA4A3=1.05m/s方向如速度图所示

B、加速度分析

①求akA4A3

AkA4A3=-3.06m/s2

②求aA3

aA3=aA2=ω22×LO2A=-10.03m/s2方向：

A→O2

③求anA4

anA4=ω23×LO3A=-0.62m/s2方向：

A→O3

④求aA4图8

anA4+anA4=aA3+akA4A3+arA4A3

大小：

√-0.62-10.033.064.02

方向：

A→O3⊥O3A√⊥O3A∥O3A

取μa=aA3/pa3=0.2

在A1图的左下方画加速度多边形图形如牛头刨床设计与分析左下方所示

aA4=

×μa=-12.4m/s2

⑤求aB

用加速度影像求aBaB=-29.4m/s2方向如A1图所示

⑥求aF

aF=aB+anFB+atFB

大小：

？

-29.40.47?

方向：

水平√F→B⊥BF

接着画加速度多边形

由加速度多边形得：

aF=

×μa=-23.2m/s2方向：

水平向右

在A1图纸左上角绘制刨头的运动线图。

大致图形如A1图左上方所示

将计算结果汇总在表1中

曲柄位置

名称结果

1

2

3

4

4’

5

6

SF

0

0.035

0.1

0.2

0.27

0.305

0.405

VF

0

1.08

1.175

1.59

1.72

1.81

1.2

aF

20.2

13.2

7.8

2.6

-0.38

-1.08

-2.8

曲柄位置

名称结果

7

8

8’

9

10

10’

11

12

SF

0.49

0.530

0.543

0.525

0.425

0.27

0.21

0.05

VF

1.176

0.48

0

-1.036

-2.67

-3.5

-3.37

-1.775

aF

-8.6

-14.42

-19.2

-23.2

-24.4

-1.6

15.9

29.7

表1

五、机构的动态静力分析

已知:

导杆的质量m4=15Kg

刨头的质量m6=58Kg

（其余质量忽略不计）

导杆绕重心的转动惯量JS4=0.7kgm

切削阻力为常数大小为FC=1300N

1.确定惯性力、惯性力矩

第4点：

PI6=-m6×aF=-58×2.6=-150.8N

PI4=-m4×as=-15×2=-30N

MI4=-0.7×α4=-1.81Nm

h=M14/F14=-1.81/-30=0.06m

第9点：

PI6=-m6×aF=-58×（-23.2）=1345.6N

PI4=-m4×aS=-15×-14.7=220.5N

M14=-JS4×α4=-14.03Nm

h=M14/F14=-14.03/-112.35=0.1255m

将计算结果汇总在如下表2中：

曲柄

位置

导杆4

刨头

PI4

M14

Lh4

PI6

4点

-30

-1.81

0.06

-150.8

9点

-360

-14.03

0.125

1700

表2

2.确定齿轮2的重量

查指导书得齿轮2的重量G2=500N

3.确定各运动副反力

第4点:

A、取构件5、6为示力体

在机构位置图上方绘制示力体图，如牛头刨床设计与分析图中央上方

比例尺为：

μL=0.005m/mm

图形如1号图：

FC+G6+PI6+R45+R76=0

上式中只有FR45、FR76的大小未知

取力比例尺：

μP=Fc/

=20N/mm在机构位置图下面画力多边形大致图形如A1图右下方

求得：

R45=

×μP=1460N

方向与力多边形中

的方向一致

R76=

×μP=23×20=460N方向：

垂直导路向上

∑MF=0：

FC（LO2M-YP）+G6×XS6=FR76h76

h76=[Fc×（LO2M-YP）+G6×XS6]/R76=0.696m

B、取构件3、4为示力体

在机构位置图右侧绘制示力体图,比例尺为：

μL=0.005m/mm图形如A1图

其平衡方程为：

R54+G4+R23+P’I4+R74=0

∑MO3=0（确定R23的大小）：

R23h23+PI4hI4+G4h4=R54h54

量得:

hI4=0.05m；hP=0.305m；h54=0.765m

R23=（FR54h54+F'14hP+G4h4）/h23=2136N

矢量式中R74的大小和方向未知仍取力比例尺μP=10N/mm

接着画力多边形图求得:

R74=eh×μP=39×20=780N

方向与力多边形中eh的方向一致

C、取构件2为示力体

在机构位置图右下方绘示力体图，比例尺为:

μL=0.005m/mm

大致图形如A1图右下方

其平衡方程为：

R32+Pb+G2+R72=0

∑MO2=0（确定Pb的大小）：

FR32h32=Pbrb

量得:

h32=0.14m

算得:

rb=0.324m

Pb=FR32h32/rb=935N

式中的R72大小和方向未知

仍然取力比例尺μP=20N/mm

接着画力多边形图，求得：

FR72=

×μP=110×20=2200N

方向与为多边形中ij的方向一致

第9点:

A、取构件5、6为示力体

在机构位置图上方绘制示力体图,如图牛头刨床设计与分析所示：

比例尺为：

μL=0.005m/mm

G6+PI6+R45+R76=0

上式中只有R45、R76的大小未知

取力比例尺：

μP=PI6/

=20N/mm

在机构位置图下面画力多边形图，大致图形如A1图

求得：

R45=

×μP=85×20=1700N

方向与力多边形中

的方向一致

R76=ad×μP=25×20=500N方向：

垂直导路向上

∑MF=0：

G6×XS6=R76h76

h76=G6×XS6/R76=0.202m

B、取构件3、4为示力体

在机构位置图右侧绘制示力体图,比例尺为：

μL=0.005m/mm大致图形如A1图

其平衡方程为：

R54+G4+R23+P’I4+R74=0

∑MO3=0（确定FR23的大小）：

R54h54+PI4hI4+G4h4=R23L23

量得:

hI4=0.51m；h4=0.14m；h54=0.75m图15

R23=（R54h54+P’I4hP+G4h4）/LO3A=3560.72N

矢量式中FR74的大小和方向未知仍取力比例尺μP=20N/mm

接着画力多边形图,求得:

R74=

×μP=79×20=1580N方向与力多边形中dg的方向一致

C、取构件2为示力体

在机构位置图右下方绘示力体图比例尺为:

μL=0.005m/mm

图形如A1图：

其平衡方程为：

R32+Pb+G2+R72=0

∑MO2=0（确定Pb的大小）：

R32h32=Pbrb

量得:

h32=0.01m

算得:

rb=0.324m

Pb=FR32h32/rb=51.8N

仍然取力比例尺μP=20N/mm

接着画力多边形图,求得：

R72=if×μP=182×20=3640N

方向与为多边形中if的方向一致

4、将各运动副反力汇总如下：

位置

反力

指定的两个位置

第4点

第9点

R72

2200

3640

R74

780

1580

R76

460

500

R45

1460

1700

R23

2136

3560.72

R32

2136

3560.72

5、计算平衡力偶矩并汇总如下：

曲柄位置

1

2

3

4

5

6

Mb

0

215

293

360

295

219

曲柄位置

7

8

9

10

11

12

Mb

129

-16.78

117

511

-423

-399

6、绘制平衡力偶矩曲线Mb-δ2

该曲线在A1图的右上角

纵坐标比例尺：

μMb=10Nm/mm

横坐标比例尺：

μδ2=2度/毫米

图形见牛头刨床设计与分析右上方

六、飞轮设计

已知：

许用速度不均匀系数[δ]=1/40

平衡力矩曲线Mb-δ2

驱动力矩为常数

曲柄的转数n2=80rpm

飞轮装在齿轮Z1的O1轴上

1、作等效阻力矩曲线Mr-δr

由于飞轮准备装在Z1的O1轴上，

因此|Mr|=|Mb/i12|可由Mb-δ2曲线直接画出Mr-δ1曲线（见A1图I）。

为了使图形适当，其比例尺选为：

μMr=μMb/i12=3.9Nm/mm

2、求功曲线Wr-δ1

取极距H=40mm

图解积分Mr-δ1得Wr-δ1曲线。

纵坐标比例尺为：

μWr=μMr×μδ2×H=13.9J/mm

3、求功曲线Wd-δ1

根据一个稳定运转循环中能量变化为零，以及Md=常数的条件

可作出Wd-δ1曲线。

比例尺仍为：

μWd=13.9J/mm

4、求驱动力矩曲线Md-δ1仍取极距H=40mm

图解微分Wd-δ1得Md-δ1曲线。

纵坐标比例尺为：

μMr=3.9Nm/mm

得驱动力矩：

Md=h×μM=13×3.9=50.7Nm

5、确定最大盈亏功为：

[W]=34×13.9=472.6J

6、求飞轮的转动惯量JF=900[W]/π2n12[δ]=（900×472.6×40）/（3.142×802）=269.62Kgm

7、确定飞轮尺寸b=4gJF/πD3Hγ

材料用灰铸铁γ=7×104N/m3

取飞轮直径D=0.5m

取轮缘的高宽比为H/b=1.5

b2=4gJF/πD3Hγ=（4×10.0×269.62）/（3.14×1.5×0.53×7×104）

b=0.511m=511mm

H=1.5b=1.5×511=766.5mm

凸轮形状如图2

七、设计凸轮轮廓曲线

已知：

推杆的运动规律为等加速等减速上升和等加速等减速下降,凸轮与曲柄共轴,顺时

图2

凸轮机构的最大摆角φmax=16°

凸轮的摆杆长LO4C=140mm

凸轮的推程运动角δ0=60°

凸轮的远休止角δ01=10°

凸轮的回程运动角δ0'=60°

凸轮机构的机架长Lo2o4=150mm

凸轮的基圆半径ro=55mm

凸轮的滚子半径rr=15mm

摆杆的角位移曲线以及凸轮轮廓曲线的设计已绘制见A2图纸上。

八、齿轮设计及绘制啮合图

已知：

齿轮1的尺数Z1=18

齿轮2的尺数Z2=46

模数m12=15

压力角α=20°

齿顶高系数h*a=1

径向间隙系数C*=0.25

1、列表计算集合尺寸如表3

名称

符号

计算公式

计算结果

小齿轮分度圆直径

d1

d1=mz1

270

大齿轮分度圆直径

d2

d2=mz2

690

小齿轮齿顶圆直径

da1

da1=d1+2ha

300

大齿轮齿顶圆直径

da2

da2=d2+2ha

720

小齿轮齿根圆直径

df1

df1=d1-2hf

232.5

大齿轮齿根圆直径

df2

df2=d2-2hf

652.5

小齿轮基圆直径

db1

db1=d1cosα

253.72

大齿轮基圆直径

db2

db2=d2cosα

648.39

分度圆齿距

P

P=πm

47.12

基圆齿距

pb

pb=pcosα

44.28

分度圆齿厚

s

s=p/2

23.56

分度圆齿槽宽

e

e=p/2

23.56

径向间隙

c

c=c*m

3.75

标准中心距

a

a=m（z1+z2）/2

480

实际中心距

a’

a=a’

480

传动比

i

i=z2/z1

2.56

重合度

ε

ε=B1B2/Pb

1.57

表3

齿轮啮合图见A2图纸。

九、解析法

1．导杆机构设计

已知：

（1）行程速比系数K；

（2）刨头和行程H；

（3）机架长LO2O3

（4）连杆与导杆的比LBF/LO3B

求解:

（1）求导杆的摆角：

ψmax=180°×（K-1）/（K+1）

（2）求导杆长：

LO3B1=H/[2sin（ψmax/2）]

（3）求曲柄长：

LO2A=LO2O3×sin（ψmax/2）

（4）求连杆长：

LBF=LO3B×LBF/LO3B

（5）求导路中心到O3的垂直距离LO3M：

从受力情况（有较大的传动角）出发，刨头导路O3B线常取为通过B1B2 挠度DE的中点M.

即：

LO3M=LO3B-LDE/2

将上述已知条件和公式编入程序见附录

与图解法比较，误差在毫米以下。

不用修改。

2．机构运动分析

已知：

（1）曲柄转速ｎ2；

（2）各构件的长度。

求解：

①、建立机构的运动方程式

如图所示：

选定直角坐标系XOY。

标出各杆的矢量和转角。

各构件矢量所组成的封闭矢量

方程式为:

图22

+

=

a

b

其中令：

Ll=LO2O3；Y=L03M；S=L03A；

将a式分别投影在x和y轴上得

L2cosF2=ScosF4c

Ll+L2sinF2=SsinF4d

两式相除则得

tgF4=（Ll+L2sinF2）／L2cosF2

（1）

在三角形A0203中

S2=LlLl+L2L2－2L1L2cos（90+F2）

（2）

将cd两式对时间求导一次得

－L2W2