简易牛头刨床机构设计.docx
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简易牛头刨床机构设计
湖南农业大学
机械原理课程设计
简易牛头刨床机构设计说明书
06级机械设计及自动化专业
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学号：
2
2008年5月
第一部分：
设计任务书——————————————————————2
1.设计课题
2.运动要求与基本数据
3.设计任务
第二部分：
机构方案的确定————————————————————3
1.机床往复运动方案的确定
2.传动方案的确定
3.总传动比
1）各级传动比的分配
2）传动方案示意图
第三部分：
运动循环图设计————————————————————6
第四部分：
主要机构的设计计算——————————————————7
1.往复运动机构设计和运动误差分析
1）检验rmin≥70o
2）运动分析
3）往复运动H的调整措施
2.进击运动的驱动机构——凸轮机构的设计
1）根据运动循环图确定δo、δs、δo’、δs
2）确定r0、A、L、φmax
3）凸轮轮廓曲线设计
3.传动系统的低速级齿轮设计计算
4.进给机构的间歇运动机构运动设计（棘轮机构＋螺旋机构）
第五部分：
对整机设计对结果分析————————————————14
第六部分：
收获体会、建议————————————————————14
第七部分：
参考文献———————————————————————14
第八部分:
附程序————————————————————————16
第九部分:
附A3的图纸—————————————————————15
第一部分：
设计任务书
设计主题
简易牛头刨床机构设计
运动要求与基本数据
1）刨刀运动为往复水平纵向运动，每分钟往复次数为n1三级可调，行程为H，左行程为切削工作行程，速度均匀，右行程为回程，回程速度较快，行程速比系数为K。
2）进给运动为工作台的间歇横向直线进给，工作台进给应在刨刀非切削时间内进行，进给量fz可调节，共6级（设为n），按等差级数分布。
参数
n1（str/min）
H（mm）
K
fz（mm/str）
数据
60、64、72
650
1.7
0.3～1.8
设计任务
设计一种简易牛头刨床，列出几种不同的组合方案，对组合方案进行定性分析，从中选出最佳方案。
接下来从传动系统来设计三联滑动齿轮机构，从而实现三种速度的转变；设计出运动循环图，最后对主要机构进行设计计算：
分别从往复运动（构件尺寸、运动误差分析、检验rmin、运动分析、往复行程H的调整措施）；进给机构的驱动机构——凸轮机构的设计（摆动从动件的运动规律、运动循环图来确定δo、δs、δo’、δs’、确定r0、A、L、φmax等参数、凸轮轮廓的曲线设计、凸轮安装角的设计简图及说明）；传动系统齿轮设计的计算；进给机构的间歇运动机构运动设计（棘轮机构+螺旋机构）。
最后对整体机构设计结果的分析、个人收获和建议及参考文献。
用A1号图纸来绘画该小型插床的运动简图以及构件组合的位移、速度、加速度的曲线和构件的运动分析图及计算结果；凸轮的设计图和运动循环图。
第二部分：
机构方案的设计
设计内容
满足要求的机构示意图
方案特点
方案一
该方案工作效率高，结构简单，力学性能好。
方案二
该方案结构简单，工作效率也较高，但执行滑块处的力学性能不高。
方案三
该方案结构复杂，执行滑块处力学性能较差。
综合分析
通过工作效率，力学性能以及机构结构的复杂程度综合分析，机构方案确定为方案一。
传动方案示意图
设计内容
传动方案示意图
传动方案示意设计
简要说明
该传动方案是由电动机的转动带动皮带轮转动，从而使三联滑移齿轮转动，通过齿轮的啮合实现了从动件的转动，其中三联滑移齿轮能实现三种不同速度的从动件转动。
此机构在运动过程中运转较平稳，传动效率高、功率大。
设计内容
计算结果
设计结果
传动方案的确定
i1总=n电/n1=1440/60=24
i2总=n电/n2=1440/64=22.5
i3总=n电/n3=1440/72=20
i1总=24
i2总=22.5
i3总=20
当n执＝60r/min时取i1＝2、i3=6从而i2=2取z1＝32
就有z2＝64、m=5
得a12=m×（z1+z2）/2=240mm
i2=24
z1=32、z2=64
m=5
当n执＝64r/min时取i1’＝2、i3’=6从而i2’=1.875取z1’＝32
就有z2’＝60、m=5
得a12’=m×（z1’+z2’）/2=230mm
变位系数：
x1+x2=2.2768
i2’=1.875
z1’=32、z2’=60
m=5
当n执＝72r/min时取i1”＝2、i3”=6从而i2”=1.67取z1”＝36
就有z2”＝60m=5
得a12”=m×（z1”+z2”）/2=240mm
i2”=1.67
z1”=36、z2”=60
m=5
V带轮的设计
取Dmin＝60
D/Dmin=i=2
D=60*2=120
取标准V带轮的直径：
有D＝120mm
D1=60
D2=120
第三部分：
运动循环图设计
简要说明：
插刀的初始运动为刨刀前进方向，即起始位置为推程起始点，即摇杆与曲柄相互垂直时，（摇杆约为67°时）。
当曲柄开始逆时针转动（约-23°）时，刨刀快速进刀，当（摇杆转到约135°），摇杆开始带动刨刀进入回程段。
同时由凸轮带动工作台进给，在完全退刀以前完成进给，以便于进刀的正常的工作。
刨刀工作时工作台静止。
当刨刀完成完一次进刀和退刀后回到初始位置。
然后重复以上过程。
第四部分：
主要机构的设计计算
主要机构的设计计算过程：
尺度综合：
已知，①要求设计的机构压力角最小
②机架长400—450mm，取CA机架=450mm
③K=1.7,H=650mm
计算过程：
∵机架长度在400—450mm之间
∴确定CA机架=450mm
∵K=1.7，K=（360-Φ1）/Φ1，Φ1=400/2°
∴Φ3=200/2°，Φ2=90-200/2°
在直角三角形ABC中，SinΦ2=0.3961
∴AB=178.245mm
又∵要求H=650mm∴CE=820.4999mm
∴ED=325/Cos20=349.5
∴CD=753.3964mm
误差分析
误差分析
分析过程
齿轮传动比
由公式i总＝i1×i2×i3…ik
Δi/i理＝|（i理－i实）|/i理≤30‰
一级变速时：
i理＝24
i带=2.02
i1=2
i2=6
i实＝i带×i1×i2=24.24
就有：
Δi/i理＝10‰<30.0‰
二级变速时：
i理＝22.5
i带=2.02
i1=1.875
i2=6
i实＝i带×i1×i2=22.725
就有：
Δi/i理＝15‰<30.0‰
三级变速时：
i理＝20
i带=2.02
i1=1.67
i2=6
i实＝i带×i1×i2=20.2404
就有：
Δi/i理＝12‰<30.0‰
由以上可得：
此变速系统的齿轮合理
行程数比、运动机构
K实＝（1800+θ）/（1800－θ）=1.7213K理=1.7
就有：
ΔK/K理=|（K理－K实）|/K理=12.5‰<30.0‰H实＝648.23mm
H理=650mm
就有：
ΔH/H理=|（H理－H实）|/H理=2.723‰<30.0‰
由以上可得：
此行程数比K和运动机构合理
检验rmin≥70o，即压力角α﹤20°由几何法解得α﹤20°故符合要求。
运动分析
点位
曲柄转角
刨刀位移（mm）
刨刀速度（mm/s）
刨刀加速度a（mm/s2）
1
140°
－73.3624
－629.032
5381.41
2
260°
－48.8041
907.496
6375.14
速度，加速度，位移计算由C语言程序得出。
（详见第八部分程序）
凸轮机构的设计
1）摆动从动件运动规律
推程：
正弦运动规律
α1=α0×sin[90×3.14×（δ－15）/85]
回程：
余弦运动规律
α2=α0×cos[90×3.14×（δ－120）/60]
2）确定r0=60mmA=120mmL=100mmΦmax=18°
3）确定δ0=85°δs=20°δ’0=60°δ’s=180°δ’’s=15°
4）凸轮轮廓曲线设计
根据推程角度计算公式和回程角度计算公式可求出一系列数值
数据列表如图所示
凸轮转角δ
推程α1
0°
0°
9°
0.836°
18°
1.500°
27°
3.736°
36°
7.176°
45°
10.254°
54°
11.986°
63°
12.473°
凸轮转角δ
回程α2
63°
12.473°
54°
11.986°
45°
10.254°
36°
7.176°
27°
3.736°
18°
1.500°
9°
0.836°
0°
0°
根据表中的数据用图解法可以求出凸轮的轮廓曲线。
凸轮的轮廓曲线的作图步骤如下：
1以O为圆心，分别以A和r0为半径作同心圆，摆杆取L=100mm。
2用反转法在大圆上取相应的推程运动角、远休止角、回程运动角、近休止角。
将推程运动角平均分成9份，回程运动角平均分成9份，以每个等分点为圆心，摆杆长度为半径画圆弧，与小圆交于一系列的点，连接这一系列的点与相应的等分点，再根据相应的Φ将摆杆偏转，与刚才所画的圆弧的交点即为凸轮理论轮廓上的点，用光滑的曲线将各点连接起来，得到凸轮的理论轮廓线。
在轮廓线上取一系列的点为圆心以r滚为半径的小圆，这些小圆的内包络线就是凸轮的实际轮廓曲线。
传动系统的低速级齿轮设计计算及Sa、εa的校核
已知：
6>m≥4Zmin﹤17
齿轮参数表
齿轮
尺寸
名称
1
2
3
4
5
6
7
8
i
6
2.0
1.875
1.67
x1+x2
0
0
2.276
0
x
0
0
0
0
1.130
1.146
0
0
m
5
z
16
96
32
64
32
60
36
60
d
80
480
160
320
168.6
311.2
180
300
ha
5
5
5
5
5
hf
6.25
6.25
6.25
6.25
6.25
a
280
240
240
240
da
490
90
170
330
178.6
321.2
190
310
df
467.5
67.5
147.5
307.5
156.1
298.7
167.5
287.5
db
451.05
75.17
150.35
300.70
151.83
280.25
169.14
281.91
s
7.85
7.85
7.85
7.85
e
7.85
7.85
7.85
7.85
α
20°
20°
25.771°
20°
αa
23.00
33.35
27.82
24.33
27.49
24.43
27.10
24.58
Sa
εa
1.66
1.70
y
△y
对以上数据进行校核都符合要求。
进给机构的间歇运动机构运动设计（棘轮机构＋螺旋机构）
1）计算棘轮机构齿数Z，齿顶圆直径Da
已知棘轮模数m=2，丝杆螺距t＝6mm,单头
Z=总级数（n）/进给量（fz）=6/0.3=20
Da=mZ=20×2=40mm
2进给机构的间歇运动机构示意图
机构实际组装图
第五部分：
对整机设计的结果分析
总体评价：
该设计方案基本满足机械原理的功能和要求，有较好的稳定性，合理性，经济性等优点，大体上能够满足工作要求，但仍然存在不足的地方有待改进。
设计结果的主要不足：
1.在机构方案确定的过程中，由于缺乏实践经验，以及对所学知识不牢，所确定的机构可能不是最佳方案。
2.在求速度、加速度等运动分析计算过程中用的是C语言编的程序，由于编程能力有限，无法时确保精度与准确率，或者，可能由于语法出错，逻辑不严谨，存在一定的误差。
3.在传动比的设计过程中，采用的是计算和拼凑的方法，计算出的齿轮传动方案不是最佳，存在设计上的缺陷。
4.在设计凸轮驱动进给机构时，推程有加速度突变，存在柔性冲击。
设计结果的改进：
1）设计传动齿轮过程中，改善传动质量，减少磨损，尽可能设计成变位齿轮。
齿轮的传动比设计也不是很理想。
2）在设计过程中应多应用计算机，进行计算和仿真等功能。
3）凸轮的设计应尽量使其在不同的运动过程中采用不同的运动规律，避免行程中的突变，减少冲击。
第六部分：
收获体会、建议
在本次课程设计中，发现自己在机械原理这门课上还有很多的不足，但是此次在进行与完成设计的同时，也给了自己一次查漏补缺的的机会，巩固了前面所学的知识。
而且此次设计是一次团队的合作，锻炼了我们团队协作能力。
再者，通过查阅资料，增加了见识，开拓了视野，激发了我们思维，锻炼了我们的创新能力。
建议在以后的学习中多开设有关设计和动手实践的课时，以及对同学们的创新设计提供一个更好的平台。
第七部分：
参考文献
【1】孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].7版.北京：
高等教育出版社，2006.
【2】高英武，杨文敏.机械原理机械原理课程设计.湖南农业大学工学院，2008.
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