机械原理课程设计_牛头刨床说明书.doc

提供全套，各专业毕业设计机械原理课程设计牛头刨床说明书 负 责 人： 学 院： 机电工程学院 班 级： 学 号： 日 期： 2013年 7 月 11 日 目录第1章 设计任务 1.1 设计任务3 1.2 原始参数4第2章 运动方案设计 2.1 主机构方案（选型）5 2.2 齿轮传动机构方案7第3章 电动机的选择 3.1 电动机的功率8 3.2 电动机的型号8第4章 齿轮机构设计 4.1 传动比的分配10 4.2 齿轮机构的设计10第5章 主机构的设计 5.1 主机构运动分析12 5.2 主机构受力分析16第6章 速度波动调节 6.1 的计算26 6.2 飞轮的设计26第7章 总结 7.1 体会心得30 7.2 参考文件32第1章 设计任务1.1 设计任务中小型牛头刨床的主运动(见机床)大多采用曲柄摇杆机构(见曲柄滑块机构)传动，故滑枕的移动速度是不均匀的。大型牛头刨床多采用液压传动，滑枕基本上是匀速运动。滑枕的返回行程速度大于工作行程速度。由于采用单刃刨刀加工，且在滑枕回程时不切削，牛头刨床的生产率较低。机床的主参数是最大刨削长度。牛头刨床主要有普通牛头刨床、仿形牛头刨床和移动式牛头刨床等。普通牛头刨床(见图)由滑枕带着刨刀作水平直线住复运动，刀架可在垂直面内回转一个角度，并可手动进给，工作台带着工件作间歇的横向或垂直进给运动，常用于加工平面、沟槽和燕尾面等。仿形牛头刨床是在普通牛头刨床上增加一仿形机构，用于加工成形表面，如透平叶片。移动式牛头刨床的滑枕与滑座还能在床身(卧式)或立柱(立式)上移动，适用于刨削特大型工件的局部平面。 牛头刨床一种刨床，利用住复运动的刀具切割已固定在机床工作平台上的工件一般用来加工较小工件)。机床的刀架状似牛头，故名。1.2 原始参数 牛头刨床传动装置原始参数：方案平均数度(mm/s)变化系数k刨刀冲程h(mm)切削阻力(n)空行程摩擦阻力（n）iv5801.504004000200方案越程量s(mm)刨头重量（n）杆件线密度（kg/m）不均匀系数iv206203000.05第2章 运动方案设计2.1 主机构方案主机构方案图：主机构尺寸计算： (2-1) (2-2) (2-3) (2-4) (2-5) (2-6) (2-7) (2-8) (2-9) 2.2 齿轮传动机构方案 电动机的转速大概是n=1440r/min，而 ,所以总传动比大概是，所以采用三级减速装置，第一级采用皮带，后两级采用展开式二级圆柱齿轮减速器。减速装置如图：第3章 电动机的选择3.1 电动机的功率 通过综合比较分析，从电动机的功率、转速以及电动机运行时需注意使其负载的特性与电机的特性相匹配，避免出现飞车或停转等因素考虑。电动机部分选择交流异步电动机（又称感应电动机 ）。它具有使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固等特点。刨床刨刀的有效功率： (3-1) (3-2) 已知皮带传动的效率为，圆柱齿轮传动的效率为，一对轴承传动的效率为，弹性联轴器传动的效率，整个机构的传动效率为。所以总的效率为： (3-3) (3-4) 3.2 电动机的型号所选电动机要满足条件，同时要考虑到经济性。查表可得：选用型号为y100l1-4电动机，其基本参数如下表所示：电动机型号额定功率（kw）满载转速（r/min）启动转矩最大转矩y100l1-42.214302.22.2第4章 齿轮机构设计4.1 传动比的分配已知电动机的转速为n=1430r/min，曲柄ab的转速为,所以总的传动比为： (4-1) 取v带的传动比为。查书知：二级展开式圆柱齿轮减速器的两级传动比要满足=(1.31.5),所以取,可得： 4.2 齿轮机构的设计 标准齿轮传动具有设计简单、互换性好等一系列优点。但是也有一些不足之处。比如会发生根切，小齿轮强度低等。所以这次齿轮机构采用变位齿轮，以改善上述不足之处。取变位系数同时：( ) (4-2) 编号类型变位系数x模数m齿数z分度圆直径d(mm)齿轮厚度b(mm)1变位齿轮0.241560242变位齿轮-0.246325224标准齿轮0620120483标准齿轮066539048第5章 主机构的设计5.1 主机构运动分析如图所示，利用三角形abc和四边形cdef，可得到： (5-1)改成投影方程式得： (5-2)由上式可得四个运动变量，易知滑块的方位角也是。然后，将上式分别对时间取一次、二次导数，即可得到速度和加速度的矩阵方程式:速度矩阵：cos -sin 0 0 -sinsin cos 0 0 cos 0 -sin -sin -1 = 0 0 cos cos 0 0加速度矩阵：cos -sin 0 0 sin cos 0 0 0 -sin -sin -1 0 cos cos 0 -sin -sin-cos 0 0 cos cos-sin 0 0 = - 0 -cos -cos 0 0 sin -sin 0 -cos -cos + 0 0 (5-3) 用matlab画出的图像为：matlab的源程序代码为:clear all;clc;l1=120.00;l3=647.21;l4=161.80;l6=388.33;l61=621.32;w1=5.47;for m=1:3601o1(m)=pi*(m-1)/1800;o31(m)=atan(l6+l1*sin(o1(m)/(l1*cos(o1(m);if o31(m)=0 o3(m)=o31(m);else o3(m)=pi+o31(m);end;s3(m)=(l1*cos(o1(m)/cos(o3(m);o4(m)=pi-asin(l61-l3*sin(o3(m)/l4);se(m)=l3*cos(o3(m)+l4*cos(o4(m);if o1(m)=pi/2 o3(m)=pi/2; s3(m)=l1+l6; endif o1(m)=3*pi/2 o3(m)=pi/2; s3(m)=l6-l1; enda1=cos(o3(m),-s3(m)*sin(o3(m),0,0;sin(o3(m),s3(m)*cos(o3(m),0,0;0,-l3*sin(o3(m),-l4*sin(o4(m),-1;0,l3*cos(o3(m),l4*cos(o4(m),0;b1=w1*-l1*sin(o1(m);l1*cos(o1(m);0;0;d1=a1b1;e1(:,m)=d1;ds(m)=d1(1);w3(m)=d1(2);w4(m)=d1(3);ve(m)=d1(4);a2=cos(o3(m),-s3(m)*sin(o3(m),0,0;sin(o3(m),s3(m)*cos(o3(m),0,0;0,-l3*sin(o3(m),-l4*sin(o4(m),-1;0,l3*cos(o3(m),l4*cos(o4(m),0;b2=-w3(m)*sin(o3(m),(-ds(m)*sin(o3(m)-s3(m)*w3(m)*cos(o3(m),0,0;w3(m)*cos(o3(m),(ds(m)*cos(o3(m)-s3(m)*w3(m)*sin(o3(m),0,0;0,-l3*w3(m)*cos(o3(m),-l4*w4(m)*cos(o4(m),0;0,-l3*w3(m)*sin(o3(m),-l4*w4(m)*sin(o4(m),0*ds(m);w3(m);w4(m);ve(m);c2=w1*-l1*w1*cos(o1(m);-l1*w1*sin(o1(m);0;0;b=b2+c2;d2=a2b;e2(:,m)=d2;dds(m)=d2(1);a3(m)=d2(2);a4(m)=d2(3);ae(m)=d2(4);end;o11=o1*180/pi;y=o3*180/pi;o4*180/pi;w=w3;w4;a=a3;a4;figure;subplot(221);h1=plotyy(o11,y,o11, se); axis equal;title(位置线图);xlabel(ittheta1);ylabel(ittheta3,theta4,se);subplot(222);h2=plotyy(o11,w,o11,ve);title(速度线图);xlabel(ittheta1);ylabel(itomega3,omega4,ve);subplot(212);h3=plotyy(o11,a,o11,ae); title(加速度线图);xlabel(ittheta1);ylabel(italpha3,alpha4,alphae);f=o11;o3./pi*180;o4./pi*180;se;w3;w4;ve;a3;a4;ae;g=f(1:100:3601,:)5.2 主机构受力分析5.2.1 解析法分析 角度 力矩180.190887059360.55412675554425.053082372524.748898490585.4765868108610.790559126605.1914245144572.8994216162515.3627816180428.716799198302.2447184216-0.3659625612340.3854108712521.9004870432703.4480750472882.483305456306-1.734630065324-3.743933032342-2.216581063360-0.52901474用matlab画出的力矩图像以及部分数据的表格： 由matlab软件所得所有数据可以算出等效阻力矩为：matlab的源程序代码为:clear all;clc;%初始条件theta1=linspace(-25.72,334.28,100);%单位度theta1=theta1*pi/180;%转换为弧度制w1=52.2*pi/30;%角速度 单位rad/sh=0.4;%行程 单位ml1=0.12;%o2a的长度 单位ml3=0.64721;%o3b的长度 单位ml4=0.1618;%bf的长度 单位ml6=0.38833;%o2o3的长度 单位ml6u=0.62132;%o3d的长度 单位mz=pi/180;%角度与弧度之间的转换dt=(theta1(3)-theta1(2)/w1;%时间间隔for j=1:100 t(j)=dt*(j-1);%时间因素end %求解s3、theta3、theta4和se四个变量s3=(l6)2+(l1)2-2*l6*l1*cos(theta1+pi/2).0.5;%求出o3a的值for i=1:100%求解角度theta3、theta4和se的长度 theta3(i)=acos(l1*cos(theta1(i)/s3(i); theta4(i)=asin(l6u-l3*sin(theta3(i)/l4); se(i)=l3*cos(theta3(i)+l4*cos(theta4(i);end%求解完成%求解完成%求解vs3、w3、w4和ve四个变量for i=1:100 j= inv(cos(theta3(i),-s3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),s3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-l3*sin(theta3(i),-l4*sin(theta4(i),-1; 0,l3*cos(theta3(i),l4*cos(theta4(i),0); k=j*w1*-l1*sin(theta1(i);l1*cos(theta1(i);0;0; vs3(i)=k(1); w3(i)=k(2); w4(i)=k(3); ve(i)=k(4);end%求解完成%求解as3、a3、a4、ae四个变量for i=1:100 j= inv(cos(theta3(i),-s3(i)*sin(theta3(i),0,0; sin(theta3(i),s3(i)*cos(theta3(i),0,0; 0,-l3*sin(theta3(i),-l4*sin(theta4(i),-1; 0,l3*cos(theta3(i),l4*cos(theta4(i),0); p=w1*w1*-l1*cos(theta1(i);-l1*sin(theta1(i);0;0; m=-w3(i)*sin(theta3(i),-vs3(i)*sin(theta3(i)-s3(i)*w3(i)*cos(theta3(i),0,0; w3(i)*cos(theta3(i),vs3(i)*cos(theta3(i)-s3(i)*w3(i)*sin(theta3(i),0,0; 0,-l3*w3(i)*cos(theta3(i),-l4*w4(i)*cos(theta4(i),0; 0,-l3*w3(i)*sin(theta3(i),-l4*w4(i)*sin(theta4(i),0; n=vs3(i);w3(i);w4(i);ve(i); k=j*(-m*n+p); as3(i)=k(1); a3(i)=k(2); a4(i)=k(3); ae(i)=k(4);end%求解完成%动态静力分析%初始条件m4=194.1;m5=48.54;m6=62;js4=6.775;js5=0.106;fc=4000;ls4=0.5*l3;ls5=0.5*l4;%给切削阻力赋值for i=1:100 if(abs(se(1)-se(i)0.05*h&abs(se(1)-se(i)0.95*h)&(theta1(i)1.05*h&abs(se(1)-se(i)1.95*h)&(theta1(i)0.05*h&abs(se(1)-se(i)0.95*h)&(theta1(i)1.05*h&abs(se(1)-se(i)1.95*h)&(theta1(i)pi) fc(i)=200; else fc(i)=0; end endend%赋值完成%求解平衡力矩j4=js4+m4*(0.5*l3)*(0.5*l3);%导杆对点o3的转动惯量for i=1:100 ekk(i)=(m6*ve(i)*ve(i)+js5*w4(i)*w4(i)+m5*ve(i)*ve(i)+j4*w3(i)*w3(i)/2;%计算总动能enddekk(1)=ekk(1)-ekk(100);%动能的改变量for i=2:100 dekk(i)=ekk(i)-ekk(i-1);%动能的改变量endfor i=1:100 mm(i)=(dekk(i)+fc(i)*abs(ve(i)/w1;%求平衡力矩endfigure(1);plotyy(theta1,ekk,theta1,se);xl