牛头刨床课程设计----牛头刨床主运动机构的设计.doc

成 绩 机械原理课程设计（2010-2011学年第二学期）论文题目 牛头刨床主运动机构的设计 课程名称 机 械 原 理 班 级 机 械 四 班 学 号 0901104031 姓 名 吴加成 指导老师 刘江平 华侨大学厦门工学院机械工程系2011年 6 月 24 日机械原理课程设计任务书学生姓名：_ 专业班级：_ 指导教师：_设计题目：牛头刨床主运动机构设计设计任务：1.主运动机构的选型及分析2.主运动机构的尺度综合计算未知尺寸，定长度尺寸比例尺l ，画机构工作循环图（绘制在一张3号图纸上）。3.主运动机构的运动分析按学号要求分组，绘制两位置机构运动简图，并用矢量方程图解法做这两个位置的运动分析；绘制机构位移线图、速度线图和加速度线图。此部分绘制在一张1号图纸上。4.主运动机构的力分析按学号要求做一个位置的力分析，绘制机构运动简图，用图解法求各运动副中反作用力及曲柄上所需的平衡力矩。此部分绘在一张2号图纸上。编写设计说明书1.简要介绍设计任务并根据设计任务，结合牛头刨床的特点及要求，至少提出3种能实现牛头刨床运动基本要求的机构型式，绘制所选机构的机构简图，阐述所选机构的特点，并进行比较。2.将设计任务中2、3、4的设计计算过程书写在说明书上并对设计过程进行总结。时间安排： 设 计 阶 段 时间安排 备注1. 看懂指导书并完成主运动机构的尺度综合 第1天2. 主运动机构的运动分析 第2 天3. 主运动机构的力分析 第3天4. 编写设计说明书 第4天5. 设计答辩 第5天 设计资料成绩： 指导教师签名： 目录1、概述32、牛头刨床设计任务的拟定43、牛头刨床工作原理的确定64、牛头刨床机构运态静力分析115、牛头刨床工作位移 速度 加速度曲线146、牛头刨床一样的机构简图157、心得体会168、参考文献17概述牛头刨床： 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1犬似牛头，故名。滑枕带着刨刀，作直线住复运动的刨床，因滑枕前端的刀架形似牛头而得名。牛头刨床主要用于单件小批生产中刨削中小型工件上的平面、成形面和沟槽。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。工件安装在工作台上,牛头刨床的主运动是装夹在刀架上的刨刀沿着工件机所作的往复直线运动。当刨刀向前运动时(工作行程),刀具在工件表面切削金属;当刨刀作返回运动时(空行程),刀具在工件的上面滑回原来的位置。牛头刨床的进给运动,是工件在工作台上的横向移动。主运动和给运动反复进行,就能在工件表面切除多余的金属,从而得到所要求的加工表面。 3.牛头刨床的组成 牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、横梁、进给机构和变速机构等组成。 (1)床身 床身内部有变速机构和曲柄摇杆机构。床身的顶面有水平导轨,滑枕沿水平导轨作往复直线运动。在床身前面有垂宜导轨,横梁带动工作台沿垂直导轨升降。 (2)滑枕 滑枕的前端有环状t形槽,用来安装刀架和调节刀架的偏转角度:滑枕的内部装有调整滑枕行程位置的机构,它是由一对锥齿轮和丝杠组成。滑枕的下部有两条燕尾型导轨,它与床身上部的水平导轨配合。在曲柄摇杆机构的带动下,滑枕在床身水平导轨上作往复直线运动。 (3)横梁与工作台 校梁安装在床身前部垂直导轨上。横梁的底部装有升降丝杠,使校梁能沿着床身前部的垂直导轨作上下移动。工作台和滑板连接在一起,安装在横梁水平导轨上,转动安装在校梁凹框内的横向进给丝杠,工作台就沿着横梁的水平导轨作横向移动。工作台的前部底下装有支架,以防止工作台在刨削过程中产生向下倾斜和振动现象。工作台的上平面和两侧面均制有t形槽、v形槽和圆孔,用来固定不同形状的工件或夹具。 (4)刀架 刀架用于装夹刨刀,并使刨刀沿着垂直方向和倾斜方向移动。刀架由手柄、丝杠、刻度转盘、夹刀座、拍板、拍板座、滑板等组成。刻度转盘6用t形职栓5紧固在滑枕前端的“环”状t形槽内。可按加工的需要作160的回转。刻度转盘6与滑板13通过导轨相配合,只要摇动丝杠3上端的手柄1,就可使滑板13沿着刻度转盘6上的导轨移动,通过刻度环2来控制背吃刀量的大小。拍板10与拍板座11的凹槽相配合,用铰链销7连接。在拍板10的孔内装有夹刀座8刨刀就装在它的槽孔内,拍板10可以绕铰链销7向前上方拾起,这样可避免滑枕回程时刨刀与工件已加工。 (5)进给机构 进给机构主要用来控制工作台横向进给运动的大小。 (6)变速机构 操纵变速机构的手柄,可以把各种不同的转速传递到曲柄摆杆机构而改变格杆在相同时间间隔内的摆动次数。 (7)曲柄摇杆机构 主要作用是把电动机的旋转运动转换为滑枕的往复直线运动牛头刨床外形图 （一）机械原理课程设计的目的和任务1课程设计的目的：机械原理课程设计是高等工业学校机械类学生第一次全面的机械运动学和动力学分析与设计的训练，是本课程的一个重要教学环节。起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。在次基础上，初步掌握电算程序的编制，并能使用电子计算机来解决工程技术问题。2课程设计的任务：机械原理课程设计的任务是对机器的主题机构进行运动分析。动态静力分析，并根据给定的机器的工作要求，在次基础上设计；或对各个机构进行运动设计。要求根据设计任务，绘制必要的图纸，编制计算程序和编写说明书等。（二）机械原理课程设计的方法机械原理课程设计的方法大致可分为图解法和解析法两种。图解法几何概念比较清晰、直观；解析法精度较高。（三）机械原理课程设计的基本要求1 作机构的运动简图，再作机构两个位置的速度，加速度图，列矢量运动方程；2作机构两位置之一的动态静力分析，列力矢量方程，再作力的矢量图；3.用描点法作机构的位移，速度，加速度与时间的曲线。（四）机械原理课程设计的已知条件设计数据：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n2l0204l02al04blbcl04s4xs6ys6g4g6pypjs460r/min380mm110mm540mm0.25lo4b0.5l04b240mm50mm2007007000801.11机构运动简图图 牛头刨床工作原理确定（一） 机构运动分析1、曲柄位置“5”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“5” 进行速度分析。因构件2和3在a处的转动副相连，故va2=va3，其大小等于w2lo2a，方向垂直于o2 a线，指向与2一致。 2=2n2/60 rad/s=6.28rad/sa3=a2=2lo2a=6.280.11m/s=0.69m/s（o2a）取构件3和4和点a进行速度分析。列速度矢量方程，得 a3= a4 + a4a3大小 w2ao2 ?方向 o2a3 o4a3 o4b3取速度极点p，速度比例尺v作速度多边形则知，a4=v=0.67m/s，a4a3=0.13m/s取5构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 c5=b5+c5b5大小 ? pb ?方向 水平 o4b bc取速度极点p，速度比例尺v作速度多边行则知， c5= v=0.73m/s， c5b5=0.07m/s，b5=0.75m/s 2.加速度分析：取曲柄位置“5”进行加速度分析。因构件2和3在a点处的转动副相连，故=,其大小等于22lo2a,方向由a指向o2。2=6.28rad/s, =22lo2a=6.2820.11 m/s2=4.34m/s2 取3、4构件重合点a为研究对象，列加速度矢量方程得： aa3 = + aa4 + aa4a3k + aa4a3r大小: 22lo4a 42lo4a ? 24a4 a3 ?方向： ao2 ao4 o4b o4b（向左） o4b（沿导路）取加速度极点为p,加速度比例尺a,作加速度多边形.则知, aa4 =pa4a = 1.5m/s2 ，aa3=4.34 m/s2，=0.93 m/s2 , aa4 =1.15 m/s2 aa4a3k =0.36 m/s2, aa4a3r=3.34 m/s2用加速度影象法求得ab5 = ab4 =1.64 m/s2取5构件为研究对象,列加速度矢量方程,得ac5= ab5+ ac5b5n+ a c5b5大小 ? ?方向 xx cb bc其加速度多边形如手绘图所示,有ac5 =p c5a =1.18 m/s2 a c5b5=0.93 m/s2 ac5b5n=0.06 m/s22、曲柄位置“11”速度分析，加速度分析（列矢量方程，画速度图，加速度图）取曲柄位置“11”进行速度分析，其分析过程同曲柄位置“1”。取构件3和4的重合点a进行速度分析。列速度矢量方程，得ab= a4 + a4a3大小 w2ao2 ? ?方向 o2a o4a o4b取速度极点p，速度比例尺v作速度多边形。则知，a4=pa4v=0.0.65m/sa4a3=a3a4v=0.22 m/s b5=b4=a4o4b/ o4a=1.28m/s取5构件为研究对象，列速度矢量方程，得c5=b5+c5b5大小 ? ?方向 xx o4b bc有c5= v01=1.27m/s b5=1.28 m/s c5b5=0.08 m/s取曲柄位置“11”进行加速度分析，取曲柄构件3和4的重合点a进行加速度分析.列加速度矢量方程,得aa3 = a a4n + a a4+ a a4a3k + a a4a3大小 a02w22 42ao4 ? ? 24a4 a3方向 ao2 ao4 o4b o4b（沿导路） o4b取加速度极点为p,加速度比例尺a加速度多边形.则知， a a4= a4a4a =2.30m/s2 a a4n = 0.45 m/s2 a a4 = pa4a = 3.9911 m/s2 aa3 =4.34 m/s2 a a4a3=3.65 m/s2用加速度影象法求得a b5 = a b4 = a a4 lo4b/lo4a=4.66 m/s2 取5构件的研究对象，列加速度矢量方程，得ac5= ab5+ ac5b5n+ ac5b5大小 ? ?方向 xx cb bc有ac5b5= c5c5a =0.06 m/s2 ac5 = pc5a =4.0 m/s2 ac5b5=1.31 m/s2 机构运态静力分析取11点为研究对象，分离5、6构件进行运动静力分析。已知g6=-700n，又ac=ac5=4.0m/s2,那么我们可以计算 又f= g6+fir+fr45+fr16=0，作为多边行，取n=10n/m。由力多边形可得： fr45=-afr45n=-290n fir=280n fr16= fi6 fr16n=710n 分离3,4构件进行运动静力分析，杆组力体图所示， 已知： fr54=-fr45=290n，g4=200n 由此可得： mi4=-ji4a4/o4a= -10.nm对a点取矩得： ma=fr54h54-mi4-fi4hi4-g4li4-r34h34=0h54=270mm h34=138mm hi4=135mm h4=10mm代入数据， 又 f=fr54+fr34+fi4+g4+r14 =0,作力的多边形取n=10n/m。 可得：fr34 =540n r14=260n 对构件3 进行运动分析，得r34=r34=-r23=600n 对曲柄2进行运动静力分析，作组力体图所示，l=10n/m。 r32=-r12 r32l=mb l=53mm解得 mb=320 n/m 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b,速度图线图1-11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。 参考文献1、机械原理/孙恒，陈作模主编七版高等教育出版社，20002、机械原理课程设计指导书2011-6-243、百度文库总结这次课程设计，由于理论知识掌握的不够扎实，再加上没有设计经验，刚开始拿到设计题目的时候有些手忙脚乱，不知道从何入手。但是通过指导老师指导帮助下，以及所有同学的讨论学习下，使我们很快的理解了设计内容，掌握了方法。完成各自的数据计算和图形绘制，专心在教室加班加点做自己的设计同时大家积极与其他人交流讨论，与别人讨论出结果后再反复对自己的结果进行核算复查，尽量避免自己的数据出现错误。 说实话，课程设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这1周的心路历程，一种少有的成功喜悦即