牛头刨床课程设计.doc

牛头刨床机械原理课程设计说明书 设计题目：牛头刨床学院：机械工程学院班级：机英104班设计者：宋鹏同组人：林祥 隋晓阳指导老师： 李玉光 时祖光设计日期：2012年6月22日 目 录1.设计题目.32. 牛头刨床机构简介.33.机构简介与设计数据.44. 设计内容.85. 传动比分析.156. 体会心得.16 7. 参考资料.17 1设计题目：牛头刨床1. ）为了提高工作效率，在空回程时刨刀快速退回，即要有急会运动，行程速比系数在1.4左右。2. ）为了提高刨刀的使用寿命和工件的表面加工质量，在工作行程时，刨刀要速度平稳，切削阶段刨刀应近似匀速运动。3）曲柄转速在50,刨刀的行程h在300mm左右为好，切削阻力约为41100n，其变化规律如图所示。2 机构简介与设计数据2.1牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床，如图4-1。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄2和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨头6和刨刀7作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作行程，此时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，刨刀不切削，称空回行程，此时要求速度较高，以提高生产率。为此刨床采用有急回作用的导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，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一次进给运动，以便刨刀继续切削。刨头在工作行程中，受到很大的切削阻力（在切削的前后各有一段约5h的空刀距离，见图4-1，b），而空回行程中则没有切削阻力。因此刨头在整个运动循环中，受力变化是很大的，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。2.2设计数据设计数据设计数据设 计内 容导 杆 机 构 的 运 动 分 析导杆机构的动态静力分析符号n2l0204l02al04blbcl04s4xs6ys6g4g6pypjs4单位r/minmmnmmkgm2方案523601105400.33l04b0.5l04b240502008004000801.250370905800.3l04b0.5l042484001108100.32l04b0.5l04b1804022090052001001.3凸轮机构设计从动件最大摆角从动件杆长lo9d/mm许用压力角 推程远动角远休止角回程远动角151224560106015123437010701512444751075 3 执行机构的选择与比较机构一：曲柄滑块机构（1）机构简图：（2）机械功能分析 该构件中完成主运动的是由杆1、2、3、6组成的四连杆机构，杆4带动该构件中与其铰接的5杆完成刨床的刨削运动。在由杆1、2、3、6所组成的曲柄摇杆机构中，曲柄1在原动机的带动下做周期性往复运动，从而连杆4带动滑块5作周期性往复运动实现切削运动的不断进行。（3）工作性能分析从机构简图中可以看出，该机构得主动件1和连杆4的长度相差很大，这就是的机构在刨削的过程中刨刀的速度相对较低，刨削质量比较好。杆1和杆4 在长度上的差别还是的刨刀在空行程的急回中 ，有较快的急回速度，缩短了机 门口械的运转周期，提高了机械的效率。（4）传递性能和动力性能分析杆1、2、3、6所组成的曲柄摇杆机构中 其传动角是不断变化 传动性能最好的时候出现在a，b，c，d四点共线与机构处于极位时两者传动角相等该机构中不存在高副，只有回转副和滑动副，故能承受较大的载荷，有较强的承载能力，可以传动较大的载荷。当其最小传动角和最大传动角相差不大时，该机构的运转就很平稳，不论是震动还是冲击都不会很大。从而使机械又一定的稳定性和精确度。机构二： 凸轮机构与摇杆滑块机构串联机构简图： (1)运动是否具有确定的运动该机构中构件n=5，在各个构件构成的的运动副中pl=6，即配合 ph=1。 构中存在虚约束、高副。由以上条件可知:机构的自由度f=3n-2p1=1机构的原动件是凸轮机构，原动件的个数等于机构的自由度，所以机构具有确定的运动。(2)机构传动功能的实现原动件凸轮带动杆2在一定的角度范围内摆动，通过连杆3、杆4推动刨刀， 从而实现滑块(刨刀)的往复运动。(3)主传动机构的工作性能原动件凸轮的角速度恒定，推动杆2摇摆，在原动件凸轮 1随着角速度转动时，连杆3也随着杆2的摇动不断的改变角度 ，使滑块4的速度变化减缓，即滑块4的速度变化在切削时不是很快，速度趋于匀速；在4的回程时，只有惯性力和摩擦力，两者的作用都比较小，因此，机构在传动时可以实现刨头的工作行程速度较低，而返程的速度较高的急回运动。传动过程中会出现最小传动角的位置，设计过程中应注意增大基圆半径，以增大最小传动角。机构中存在高副的传动，降低了传动的稳定性。（4） 机构的传力性能要实现机构的往返运动，必须在凸轮1和转子间增加一个力，使其在回转时能够顺利的返回，方法可以是几何封闭或者是力封闭。几何封闭为在凸轮和转子设计成齿轮形状，如共扼齿轮，这样就可以实现其自由的返回。机构在连杆的作用下可以有效的将凸轮1的作用力作用于滑块4。但是在切削过程中连杆3和杆2也受到滑块4的作用反力。杆2会受到弯力，因此对于杆2的弯曲强度有较高的要求。同时，转子与凸轮1的运动副为高副，受到的压强较大。所以该机构不适于承受较大的载荷，只适用于切削一些硬度不高的小型工件。该机构在设计上不存在影响机构运转的死点，机构在运转过程中不会因为机构本身的问题而突然停下。（5)机构的合理性设计简单，维修，检测都很方便。同时，机构的尺寸要把握好，如杆3太长的话，弯曲变形就会很大，使杆3承受不了载荷而压断，如果太短的话，就不能有效的传递杆2的作用力和速度。 （6)机构的经济性该机构使用的连杆不是精密的结构，不需要特别的加工工艺，也不需要特别的材料来制作，也不需要满足特别的工作环境，所以该机构具有好的经济效益，制作方便，实用。不过机器的运转可能会造成一定的噪音污染。但其耐磨性和平面度相对要求高些机构三：扇形机构（2）机械功能分析 根据机构图可知，整个机构的运转是由原动件1带动的。杆1通过滑块2带动扇形齿轮3的运动。扇形齿轮3和与刨头连接的齿条啮合。从而实现刨刀的往复运动。 （3）工作性能分析 该机构中原动件1对滑块2的压力角一直在改变。但是原动件1的长度较小，扇形齿轮的半径较大，即原动件1的变化速度对于 扇形齿轮3的影响不是很大，同时机构是在转速不大的情况下运转的，也就是说，在扇形齿轮作用下的齿条的速度在切削过程中变化不大，趋于匀速运行。原动件1在滑块2上的速度始终不变，但是随着原动件1的运转，在一个周期里，bc的长度由小到大，再变小。而bc的长度是扇形齿轮3的回转半径，也就是说，在机构的运行过程中，推程的速度趋于稳定，在刨头回程时，由于扇形齿轮受到齿条的反作用力减小。还有扇形齿轮3的回转半径减小，使扇形齿轮的回程速度远大于推程时的速度。即可以达到刨床在切削时速度较低，但是在回程时有速度较高的急回运动的要求。在刨头往返运动的过程中，避免加减速度的突变的产生。 （4）机构的传递性能动力性能分析该机构中除了有扇形齿轮和齿条接触的两个高副外，所有的运动副都是低副，齿轮接触的运动副对于载荷的承受能力较强，所以，该机构对于载荷的承受能力较强，适于加工一定硬度的工件。同时。扇形齿轮是比较大的工件，强度比较高，不需要担心因为载荷的过大而出现机构的断裂。在整个机构的运转过程中，原动件1是一个曲柄，扇形齿轮3只是在一定的范围内活动，对于杆的活动影响不大，机构的是设计上不存在运转的死角，机构可以正常的往复运行。该机构的主传动机构采用导杆机构和扇形齿轮，齿条机构。齿条固结于刨头的下方。扇形齿轮的重量较大，运转时产生的惯量也比较大，会对机构产生一定的冲击，使机构产生震动。（5） 机构的合理性与经济性能分析该机构的设计简单，尺寸可以根据机器的需要而进行选择，不宜过高或过低。同时，扇形齿轮的重量有助于保持整个机构的平衡。使其重心稳定。由于该机构的设计较为简单。所以维修方便。，除了齿轮的啮合需要很高的精确度外没有什么需要特别设计的工件，具有较好的合理性。 该机构中扇形齿轮与齿条的加工的精度要求很高，在工艺上需要比较麻烦的工艺过程，制作起来不是很容易。此方案经济成本较高。 4、设计内容（以方案二数据设计参数）4.1. 凸轮机构设计 已知 摆杆9为等加速等减速运动规律，其推程运动角f，远休止角fs，回程运动角f，摆杆长度lo9d=123mm，最大摆角cmax=158，许用压力角a=208；凸轮与曲柄共轴。要求 确定凸轮机构的基本尺寸，选取滚子半径，划出土轮世纪轮廓线。以上内容做步骤：1） 根据从动件运动规律，按公式分别计算推程和回程的（），然后用几何作图法直接绘出（）及（）线图。2） 求基圆半径r及凸轮回转中心o至从动件摆动中心o的距离l oo。按（）线图划分角时，可将其所对的弧近视看成直线，然后根据三角形相似原理，用图解法按预定比例分割角所对应的弧，自从动件摆动中心o作辐射线与各分割点想连，则角便按预定比例分割。作图时，如取= l od*，则可直接根据（）线图上各纵坐标值，在o点的相应辐射线上由d点分别向左或右截取各线段，线段所代表的实际长度就等于等于l od* 。截取方向可根据d点速度方向顺着凸轮转向转过90后所指的方向来确定。然后按许用压力角作出凸轮轴心的安全区，求出凸轮的基圆半径r和中心距loo。3）根据凸轮转向，摆杆长l od，角位移线图=（）图和以上求得的r，l oo，画出凸轮理论廓线，并找出其外凸轮曲线最小曲率半径p。然后，再选取滚子半径r，画出凸轮的实际廓线。设计过程：1）根据给定的r0和摆杆位置画出从动件的初始位置o9d0，再根据c-w线图画出从动件的一系位置o9d1 、o9d2 、o9d3 、o9d4 、o9d5、o9d6 、o9d7、o9d8、o9d9 、o9d10 、o9d11 、o9d12 、o9d13 、o9d14，使得d0o9d1 =c1、d0o9d2 =c2 、d0o9d3 =c3、d0o9d4 =c4 、d0o9d5 =c5、d0o9d6 =c6 、d0o9d7 =c7、d0o9d8 =c8、d0o9d9 =c9 、d0o9d10 =c10 、d0o9d11 =c11 、d0o9d12 =c12、d0o9d13 =c13 、d0o9d14 =c14。2）从基圆上任一点c0开始，沿（-v）方向将基圆分为与图c-w线图横轴对应的等份，得c1、c2、c3、c4、c5、c6、c7、c8、c9、c10、c11、c12、c13、c14。过以上各点作径向射线oc1、oc2、oc3、oc4、oc5、oc6、oc7、oc8、oc9、oc10、oc11、oc12、oc13、oc14。以o为中心及od1为半径画圆弧，分别交oc0和oc1于e1和e1，在圆弧上截取e1d1= e1d1得点d1。用同样方法，在以od2为半径的圆弧上截取e2d2= e2d2得点d2，在od3为半径的圆弧上截取e3d3= e3d3得点d3 ，在od4为半径的圆弧上截取e4d4= e4d4得点d4 ，在od5为半径的圆弧上截取e5d5= e5d5得点d5 ，在od6为半径的圆弧上截取e6d6= e6d6得点d6 ，在od7为半径的圆弧上截取e7d7= e7d7得点d7 ，在od8为半径的圆弧上截取e8d8= e8d8得点d8 ，在od9为半径的圆弧上截取e9d9= e9d9得点d9 ，在od10为半径的圆弧上截取e10d10= e10d10得点d10 ，在od11为半径的圆弧上截取e11d11= e11d11得点d11 ，在od12为半径的圆弧上截取e12d12= e12d12得点d12 ，在od13为半径的圆弧上截取e13d13= e13d13得点d13。将d0、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8、d9、d10、d11、d12、d13连成曲线便得到凸轮轮廓。 导杆位置划分区域：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） （a） 速度分析 用速度影像法对a点： = + 方向： / 大小： ？ ？式中： = = = v= 对于c点： = + 方向： / 大小： ？ ？ 式中： = = = “2”位置速度分析(b)加速度分析 用加速度影像法对于a点： = + = + + 方向： a a / 大小： ？ ?式中： = =2 = = = = = 对于c点: = + + 方向：/ b cb 大小： ？ ？ 式中： = = 4.3刨头位移 ，速度 ，加速度分析曲线图由导杆的运动分析，根据相同的方法得出刨头的运动状态，并绘制刨头位移 ，速度 ，加速度分析曲线图4.4原动件功率与型号的确定 1由刨刀刨削运动的功率为1470. 2w，考虑到机械摩擦损失及共建横向进给运动所需功率，按照=1.7kw，查资料可知转速应为中等转速比较好，减速机构齿轮齿数不会太大，根据牛头刨床的工况为低速轻载，速度比较稳定，具有飞轮调速，冲击较小等特点，初步定为六级三相异步交流电动机电机型号功率（kw）转速（r/s）y2-100l1-42.21403y2-112m-62.2940y2-132s-82.2710y2-112m-6e2.2940综上所述得：应选型号为y2-112m-6的电动机，其额定功率为2,2kw，转速为940r/s，符合基本要求2构思一个合理的传动系统，它可将电机的高速转动（750 转/分）变换为执行机构的低速转动。构思机构传动方案时，能较为合理地分配各部分的传动比。传动装置的总传动比及其分配:由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为：inm/nw nw50 nm=940 i=18.8 （理论值）皮带传动比：i0=3由电动机传出的转速为940转/分，经过皮带轮减速度变为313，再经过齿轮减速最后输出的速度为50转/分。如下图： 齿轮箱中齿轮的齿数z1=12；z2=40；z3=20；z4=30； 根据传动比i14=所有从动轮的齿数积/所有主动轮的齿数积 所以，齿轮传动比： i14=40x30/10x20=6（其中，一级传动比i1=z2/z1=4/1，二级传动比i2=z4/z3=3/2）所以总的传动比 i=3x6=18（实际值） nw=nm/i=940/18=52 r/min且（52-50）/50100%=4% 在允许转速偏差5% 内，所以基本符合要求。5机械系统运动循环图执行构件工艺动作刨刀工作行程空回行程工作台停止 进给停止 6，心得体会 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