牛头刨床设计说明书

西安工业大学机电工程学院2007级课程设计牛头刨床设计说明书机械子系统综合设计与分析牛头刨床的设计说明书学校名称：西安工业大学 设 计 者： XXXXXX 学 号：XXXXXXXX 指导教师：XXXXXXXXXX 二一年六月十日目录机械子系统综合设计与分析1牛头刨床的设计说明书1摘要3关键词3第一章：绪论31）课程设计目的32）课程设计的任务33）牛头刨床简介44）参数设计4第二章：方案设计5运动要求5方案（1）5方案（2）6方案（3）7方案确定9第三章：结构设计91）电动机选型92）V带设计与计算103）齿轮校核134）支撑件设计165）键联接的选型与验算196）联轴器的选择20第四章：分析与验证21第五章：参考文献24第六章：致谢25摘要：牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。本文介绍一种牛头刨床最大刨削长度320mm，详细完成了牛头刨床方案设计、结构设计、Adams和Ansys分析与验证、装配图以及主要零部件。其中详细进行了刨床电动机选择、V带选型与校核、齿轮选型与点蚀校核、滚动轴承选型与校核对牛头刨床推动到最远处臂的弯曲进行了Ansys有限元分析。作为本科生课程设计达到了其目的，完成了书本理论到实践的转型。关键词：牛头刨床、课设设计、Ansys第一章：绪论1）课程设计目的课程设计目的在于进一步加深学生所学的理论知识，培养学生的独立解决有关课程实际问题的能力，使学生对于机械运动学和动力学的分析和设计有一个比较完整的概念，具备计算和使用科技资料的能力。2）课程设计的任务1.设计牛头刨床的参数，要求包括加工范围和动力。2.进行至少2种传动方案对比的设计。3.结构的设计，包括：电动机选择、V带的选择与校核、齿轮选型并进行点蚀校核等等。4.对牛头刨床进行设计并要求运用Adams和Ansys分析与验证。根据给定的机器的参数，在此基础上对各个机构进行结构和运动设计。5.绘制A1装配图、2张A2主要零件零件图图纸、1张彩印Adams或Ansys的图纸；编写小四25页左右说明书等。3）牛头刨床简介牛头刨床是用于加工中小尺寸的平面或直槽的金属切削机床，多用于单件或小批量生产。为了适用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主执行构件刨刀能以数种不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往复直线移动，且切削时刨刀的移动速度低于空行程速度，即刨刀具有急回现象。刨刀可随小刀架作不同进给量的垂直进给；安装工件的工作台应具有不同进给量的横向进给，以完成平面的加工，工作台还应具有升降功能，以适应不同高度的工件加工。牛头刨床机构简图4）参数设计牛头刨床参数表名称参数名称参数最大刨削长度L 320工作台上平面T形抽宽度A（按GB/T158-1996）14工作台最大横向行程360工作台上平面T形摘中心距80滑枕底面至工作台上平面的最大距离300主电机功率(kw)4工作台上平面长度1320最大切削力（kN）3.2工作台上平面宽度b 270外形尺寸（mm架最大工作行程100工作台最大承载重 kg 100第二章：方案设计运动要求（1） 刨刀速度平稳，在空回行程时，刨刀快速退回，行车速比系数K要在1.4左右。（2） 切削阶段刨刀应近似匀速运动，刨刀行程要在320mm左右。方案（1）说明：杆件1为主动件方案（1）如上图所示采用偏置曲柄滑块机构。1） 结构最为简单，能承受较大载荷。但其存在有较大的缺点。2） 由于执行件行程较大，则要求有较长的曲柄，从而带来机构所需活动空间较大。3） 机构随着行程速比系数K的增大，压力角也增大，使传力特性变坏。方案（2）说明：杆件1为主动件方案（2）如上图所示由凸轮机构和摇杆滑块机构组成。方案特点如下：1） 凸轮机构虽可使从动件获得任意的运动规律，但凸轮制造复杂，表面硬度要求高，因此加工和热处理费用较大。2） 凸轮与从动件为高副接触，只能承受较小的载荷，且表面磨损较快，磨损后凸轮的廓线形状即发生变化。3） 由于滑块的急回运动性质，凸轮机构受到的冲击较大。4） 滑块的行程H比较大调节困难，必然使凸轮机构的压力角过大，为了减小压力角，必须增大基圆半径，从而使凸轮和整个机构的尺寸十分庞大。5） 需用力封闭或几何封闭的方法，保持凸轮和从动件始终接触，使机构复杂。方案（3）说明：杆件1为主动件方案（3）如上图所示有两个四杆机构组成。使ba，构件1,2,3,6便构成了摆动导杆机构，基本参数为。构件3,4,5,6构成摇杆滑块机构。方案特点如下：1）为一种平面连杆机构，机构简单，加工方便，能承受较大载荷。2）具有急回作用，其行程速比系数，而。只要正确选择，即可满足行程速比系数k的要求。3）滑块的行程，已经确定，因此只需选择摇杆CD的长度，即可满足行程H的要求。4）曲柄主动，构件2和3之间的传动角始终为。摇杆滑块机构中，当E点的轨迹位于D点所作圆弧高度的平均线上时，构件4和5之间有较大的传动角，该方案传力性能良好。5）机构横向与纵向运动尺寸都不大，比较匀称合理。6）工作行程中，能使刨刀的速度比较慢，而且变化平缓，符合切削要求。7）当时，得构件2和3间的传动角为，构件4和5间的最小传动角，机构横向运动尺寸为446.5mm，纵向运动尺寸为540mm。可见此方案加工简单，占面积小，运动部分灵活，传动省力。方案确定从以上方案比较中可知，为了实现给定的刨刀运动要求（刨刀速度平稳，在空回行程时，刨刀快速退回，行车速比系数K要在1.4左右。切削阶段刨刀应近似匀速运动，刨刀行程要在320mm左右。），以采用第（3）方案较宜。第三章：结构设计1）电动机选型选择电动机类型按已知工作条件和要求，选用Y系列一般用途的三相异步电动机选择电动机的容量工作机所需功率：传动装置总效率：由机械设计手册查得各部分效率如下：V带传动效率，齿轮（8级精度）效率，一对滚动轴承效率，万向联轴器效率；所需电机功率：查Y系列电动机技术数据，选电动机额定功率为4kW的Y112M-4电动机。确定电动机转速电机转速可选范围可选同步转速1500r/min和1000r/min。选用同步转速1000r/min的电动机，查表10-2额定功率为为4kW的Y132M1-6电动机,其满载转速。2）V带设计与计算 确定计算功率由机械设计表8-7查=1.2选择V带型号由Pca和n1机械设计图8-11选用A型V带。 选择带轮、由表8-8，查取A型带轮，应使，小带轮转速较低，选。验算带速v带速在525m/s之间，选择合适。参考表8-8给出的带轮直径系列，取。转速误差 确定中心距a和带长查机械设计初定中心距初选 带长 查表8-2取中心距 a的调整范围验算小带轮上的包角大于满足小带轮包角要求 确定V带根数按式（8-26） 由表8-4a 由表8-4b查得由表8-5查得由表8-2查得代入求根数公式（5-21），得取z=4确定初拉力查表8-3得A型V带的单位长度质量，所以应使带的实际初拉力。计算压轴力3）齿轮校核齿轮传动的设计计算选择齿轮材料和热处理、精度等级由表10-1选择小齿轮40Cr（调质），齿面硬度280HBS，大齿轮45钢（调质），齿面硬度240HBS，两者材料硬度差为40HBS；精度等级为7级。初选，取，传动比不变。按齿面接触疲劳强度设计。（1） 确定式中各项数值： 1） 因载荷有轻微冲击，初选=1.32） 计算小齿轮传递的转矩。3）由表10-7选取齿宽系数，4）由表10-6，选5）由图10-21d按齿面硬度查的小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮接触疲劳强度极限。6）由式10-13计算应力循环次数。7）由图10-19取解除疲劳寿命系数，；8）计算解除疲劳许用应力。（2）计算。1）试算小齿轮分度圆直径，代入设计齿轮参数将确定后的各项数值代入设计公式，求得：2） 计算圆周速度。3） 计算齿宽b4） 计算齿宽与齿高之比。模数齿高5） 计算载荷系数。查机械设计表得到则6）按实际的载荷系数校正系数校正所得的分度圆直径，由式（10-10a）得7)计算模数m。选取第一系列标准模数几何尺寸计算1） 计算分度圆直径，选取2） 计算中心距3） 计算齿轮宽度取4）支撑件设计滚动轴承的选择计算(1)选择轴承类型和型号选择圆锥滚子轴承30207。查机械设计表13-5，30207轴承的，e=0.37,Y=1.6（2） 计算轴承的径向载荷。计算外力：圆周力 径向力轴向力 轴承受力分析图水平面支反力垂直方向支反力合成支反力(3) 计算轴承的轴向载荷因为 ，故轴承1压紧，轴承2放松,(4) 计算动载荷对于轴承1对于轴承2（5）计算轴承寿命 因为，该对轴承的最短寿命为故该对轴承寿命足够。5）键联接的选型与验算齿轮周向定位采用A型普通平键联接，由机械设计表6-1查得平键截面。键联接的强度计算：根据平键联接的挤压强度条件k=0.5h=0.511mm=5.5mm,l=L-b=70mm-12mm=52mm,d=64mm, 由表4-1查得，所以平键联接的强度足够。6）联轴器的选择根据轴的计算转矩，转速和三轴的最小直径，从机械设计课程设计表16-2查得，采用弹性柱销联轴器,其公称转矩，许用转速。由于 ，可知联轴器满足要求。第四章：分析与验证按照选用的方案设计做出的Adams分析如下图所示：位移曲线图由图可以看出刨销的行程约为480mm，机床设计的刨销长度L=320mm，满足设计要求。速度曲线图加速度曲线图按照设计的要求用Ansys校核主要传动机构中的摇杆部分。摇杆Ansys分析图第五章：参考文献1濮良贵,纪名刚.机械设计. M.北京：高等教育出版社，2009.2牛鸣歧，王保民，王振甫. 机械原理课程设计手册. M.重庆：重庆大学出版社，2001.3孙恒，陈作模,葛文杰.机械原理. M. 北京：高等教育出版社，2009.4区继方.机械原理课程设计. M.北京：机械工业出版社，1989.5刘鸿文. 材料力学M.第四版. 北京：高等教育出版社，2008.6哈尔滨工业大学理论力学研究室. 理论力学. M. 六版. 北京：高等教育出版社，2007.7大连理工大学工程图学教研室.机械制图M.第六版.北京：高等教育出版社，2008.8廖念钊、莫雨松等.