牛头刨床机构设计.docx

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牛头刨床机构设计

西安科技大学高新学院

课程设计报告

学院机电信息学院

课程机械原理课程设计

专业机械设计制造及其自动化

班级机单1101班

姓名刘亚娟

学号08

指导教师程安宁

日期2013年7月19日

任务书

姓名

刘亚娟

学号

08

专业班级

机单1101班

题目：

牛头刨床的设计

完成时间：

2013年7月19日

具体内容及进度要求：

具体内容：

1）根据牛头刨床的工作原理，拟定2～3个其他形式的执行机构（连杆机构），并对这些机构进行分析对比。

2）根据给定的数据确定机构的运动尺寸。

要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。

3）导杆机构的运动分析。

将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型，编程分析出刨头6的位移、速度、加速度及导杆4的角速度和角加速度，画出运动曲线，并打印上述各曲线图。

要求将主程序编制过程详细地写在说明书中。

4）导杆机构的动态静力分析。

通过建立机构仿真模型，并给系统加力，编制程序，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。

5）凸轮机构设计。

根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸（基圆半径ro、机架lo2o9和滚子半径rr），并将运算结果写在说明书中。

将凸轮机构放在直角坐标系下，编制程序，求出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。

6）编写设计说明书一份。

应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。

进度要求：

7月8日查阅资料、熟悉题目

7月9,10日方案分析、比较

7月11,12日平面机构尺度综合、运动分析

7月15，16日平面动态静力分析

7月17,18日绘制方案图、整理设计说明书

7月19日答辩

指导教师程安宁

2013年7月19日

成绩

教师

牛头刨床机构设计

牛头刨床是平面切削加工机床，如图1。

电动机经皮带和齿轮驱动曲柄2和固结在其上的凸轮8带动刨头6和刨刀7作往复运动。

切削，要求速度较低并且均匀，以减少电动机容量和提高切削质量，刨头左行时为空回行程，要求有急回作用以图1牛头刨床结构及阻力线图提高生产率。

回程时，

凸轮8通过四杆机构1-9-10-11与棘轮带动螺旋机构（图中未画），使工作台连同工件作进给，以便刨刀继续切削。

刨头在工作行程H中，受到很大的切削阻力，前后各有一段的空刀距离，工作阻力F为常数；而空回行程中则没有切削阻力。

如图2，因此刨头图2牛头刨床工作阻力线图

在整个运动循环中，受力变化是

程时很大的，这就影响了主轴的匀速运转，故需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。

一．牛头刨床执行机构

牛头刨床的执行机构由导杆机构和凸轮机构组成，完成刨刀的往图3牛头刨床执行机构

复运动和间歇移动。

如图3

刨床工作时，刨头6由曲柄2带动右行，刨刀切削。

刨刀空回行程时，凸轮8通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，其运动循环如图4。

图4运动循环图

二．执行机构方案选择

牛头刨床主机构的形态学矩阵

功能元

局部解

标记

目标

1

2

3

4

5

6

7

A

急回加工

摆动导杆机构+摇杆滑块机构

凸轮机构+摇杆滑块机构

偏置曲柄滑块机构

导杆机构+对心曲柄滑块机构

曲柄摇杆机构+摇杆滑块机构

双曲柄机构+曲柄滑块机构

摆动导杆机构+齿轮齿条机构

B

工作台间歇移动

曲柄摇杆机构+棘齿条机构

曲柄摇杆机构+棘轮机构+齿轮齿条

不完全齿轮机构+齿轮齿条

槽轮机构+齿轮齿条

凸轮间歇运动+齿轮齿条

方案一：

有两个四杆机构组成。

使b＞a，构件1,2,3,6，便构成摆杆导杆机构，基本参数b/a=λ。

构件3,4,5,6，构成摇杆滑块机构。

该方案结构简单，加工方便，能承受较大载荷，且具有急回特性，其形成速比系数k=（180+θ）/（180-θ），其中θ=2arcsin（1/λ）。

只要正确选择合适的摇杆CD长度，即可满足行程H的要求。

导杆机构有较大的转动角，传动性能良好；机构横向与纵向运动尺寸都不太大，比较合理。

工作行程中，刨刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合要求。

方案二：

由凸轮机构和摇杆滑块机构组成。

虽然该方案中凸轮机构可使从动件获得任意的运动规律，但是凸轮制造复杂、表面硬度要求高，因此加工和热处理费用较大。

方案采用了高副接触，只能承受较小载荷，且表面磨损较快，磨损后凸轮的廓线形状即发生变化。

由于滑块具有急回运动性质，凸轮机构受到的冲击较大。

滑块的行程H比较大，调节比较困难，必然使凸轮机构的压力角过大；而为了减小压力角，必须增大基圆半径，导致凸轮和整个机构十分庞大。

为保持凸轮和从动件始终接触，需用力封闭或几何封闭，结构复杂。

方案三：

为表中A3方案，为偏置曲柄滑块机构，机构的基本尺寸a，b，e。

该方案结构较第一种方案简单，也具有急回特性，由于θ=arcos[e/（a+b）]-arccos[e/（b-a）]，增大a和e或者减小b均使增大K。

但是，增大e或减小b会使滑块速度变化剧烈，最大速度、加速度和动载荷增加，且会使最小传动角γ减小，传动性能变差。

方案四:

为表中A方案，有两个四杆机构组成。

构件1、2、3、4组成双曲柄机构，构件3、4、5、6构成曲柄滑块机构。

该方案具有急回作用，由于β=arctan（c/d），而2β=180-θ,因此K=（180-β）/β，可见增大c或者减小d都能使K减小，而a与b的尺寸与K无关。

机构的横向与纵向尺寸均较大，且A与D传动轴均应悬臂安装，否则机构运动时，轴与曲柄将发生干涉。

作往复运动的滑块6以及做平面复杂运动的连杆EF和BC动平衡困难。

比较上述刨刀急回加工方案可知，实现给定的刨刀运动要求以采用方案一为宜。

工作台间歇移动距离调整采用B1方案，即可调曲柄尺寸的曲柄摇杆机构+棘齿条机构，最后可得到系统解为A1+B1。

如图5

图5最终选择方案

三．尺寸选择

牛头刨床的原始数据:

刨削平均速度（mm/s）=580；行程速度变化系数K=；

刨刀冲程H（mm）=400；切削阻力（N）=4000；

空行程摩擦阻力（N）=200；刨刀越程量（mm）=20；

刨头重量（N）=620；杆件比重（N/m）=300；

机器运转速度许用不均匀系数=；

机构的尺寸

θ

H

36

647mm

120mm

162mm

389mm

400mm

=

=min

四．主机构尺度综合及运动分析

机构位置划分简图

等分为12等分，取上述方案的第2位置和第7位置进行运动分析

1）、曲柄位置“2”做速度、加速度分析（列矢量方程、画速度图、加速度图）

“2”位置速度分析“2”位置加速度分析

取曲柄位置“4”进行速度分析。

取构件3和4的重合点A进行速度分析。

有ω1=rad/s其转向为逆时针方向。

a）速度分析用速度影像法

对A点：

=+（4-1）

方向：

0.6048m0.3902m0.5676m0.4789m0.1064m4.064m0.830m0.346m2.190m3.224m0.084m3.065m3.139m0.6048m0.064m0.199m0.181m0.064m4.064m0.368m0.038m4.109m4.064m0.064m6.311m机机构的动力分析

取上述方案一的第2位置和第7位置进行受力分析

“2”位置的力的多边形“7”位置的力的多边形

1）对“2”位置进行受力分析

取“2”点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析：

已知：

G6=520N

FI6=-G6/g×ac（1-1）

∑Fx=FI4+Fr-FR45=0（1-2）

由此可得：

FR45=

由分离3,4构件进行运动静力分析：

已知：

FR54=FR45

由此可得：

FI4=-G4/g×a4（1-3）MS4=-JS4·αS4=×=（1-4）

（1-5）

其中，，，分别为,,,作用于的距离（其大小可以测得），可以求得：

=

由力的多边形可知：

Fox=,Foy=

对曲柄2进行运动静力分析,作用于的距离为h，其大小为0.15m

由此可得曲柄上的平衡力矩为：

M=×h=（1-7）

方向为逆时针

2）对位置“7”进行受力分析

取“7点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析：

已知：

G6=520N

FI6=-G6/g×ac（1-8）

由此可得：

FR45=

由分离3,4构件进行运动静力分析：

已知：

FR54=FR45

由此可得：

FI4=-G4/g×a4（1-9）

MS4=-JS4·αS4=.m（1-10）

方向与α4运动方向相反（逆时针）

（1-11）

其中，，，分别为,,,作用于的距离（其大小可以测得），可以求得：

=281N

由力的多边形可知：

Fox=,Foy=

对曲柄2进行运动静力分析，作用于的距离为h，其大小为0.08m

由此可得曲柄上的平衡力矩为：

M=×h=

方向为逆时针

六．求刨头的位移，速度和加速度曲线

位移与时间，速度与时间，加速度与时间曲线

a,位移图线

由以上三条曲线，位移与时间，速度与施加，加速度与时间曲线，可以看出牛头刨床的运行过程，c点的运动情况。

九．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。

作为一名机械设计制造及其自动化大二的学生，我觉得有这样的实训是十分有意义的。

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这样的实训为我们提供了良好的实践平台。

两周的机械原理课程设计就这样结束了，在这次实践的过程中学到了很多东西，既巩固了上课时所学的知识，又学到了一些课堂内学不到的东西，还领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质，更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制，最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化。

其中在创新设计时感觉到自己的思维有一条线发散出了很多线，想到很多能够达到要求的执行机构，虽然有些设计由于制造工艺要求高等因素难以用于实际，但自己很欣慰能够想到独特之处。

这个过程也锻炼了自己运用所学知识对设计的简单评价的技能；而手工画图时认识到了一件事情中的每个环节的认真都是重要的，哪怕是一个数的马虎或粗略那都会给以后的任务带来更大的误差甚至错误，所以作为一个设计人员来说细心是最重要的，之后才可以谈其他；当用TB设计时让自己熟悉了一种新的软件，为以后的设计打下了基础；用CAD画机构运动简图、速度图、加速度图、力分析图时不仅要求准确无误的画出来，还要根据每步的画图来算出下一个结果，虽然这个工程量比较大，花的时间最多，但这对我来说也是一个考验与检验，其中用到了自己课外学习CAD的很多知识，并且对其进行了巩固，让自己水平和速度更上一层楼。

除了自己的个人提高，团队的合作是最重要的。

在社会这样一个大群体里面，沟通自然是为人处世的基本，如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会。

在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大，有些人很有责任感，把这样