牛头刨床机械设计.doc

最终评定成绩 设计日期：2014 年 1 月 30 日机械原理课程设计说明书设计题目：牛头刨床学 院、系： 机电学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2012 级 学 生 姓 名： 马宝成 学 号： 20120841021022 指导教师姓名： 姚贵英 职称 教授 目 录目录1、 牛头刨床简介11.1简介31.2特点32、 运动分析53、 动态静力分析104、 结束语195、 参考文献191牛头刨床简介1、1简介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。 图1-1 B6065牛头刨床的外形图1、2特点它的主要五大特点有：1、牛头刨床的工作台能左右回转角度，工作台具有横向和升降的快速移动机构；用以刨削倾斜的平面，从而扩大了使用范围。2、刨床的进给系统采用凸轮机构，有10级进给量。改变走刀量，也非常方便。3、牛头刨床在走刀系统内装有过载安全机构，当由于操作不慎或者受到外力影响与切削超载时，走刀自行打滑，无损机件保证机床的正常运行。4、滑枕和床身导轨间以及具有速度的齿轮付和主要的滑动导轨面，均有油泵打出的润滑油进行循润滑。5、牛头刨床装有离合器及制动停车机构，所以在变换速度，启动机床及停车时，可不必切断电源，制动停车机构能使滑枕当离合器脱开时之惯性冲程量不大于10毫米。 2运动分析2.1第二个位置的速度分析2.1.1对2号位置进行速度分析取曲柄位置“1”进行速度分析。因构件“2”和“1”在A处的转动副相连。故VA3=VA2，其大小等于W2*LAO2，方向垂直于LAO2，指向于W2相同W2=2n/60=2*3.14*25/60=2.6rad/s因为K=1.5 LO4O2=400根据公式可求得LAO2=123.6mmVA3=VA2=W2*LAO2=2.6*123.6*10-3=0.32m/sLAO4=442mm对2,3位置进行分析构件3与构件2的速度如图8所示，根据重合点法，其速度运动方程为： VA4 = VA3 + VA4*A3 方向 ：AO4 AO2 O4B 大小 ： ？ ？由上图可知，UV=0.01(m/s)/mmVA4=UV*PA4=0.15m/sVA3A4=PA3A4*UV=0.30m/sW4=VA4/LAO4=0.34m/sVB=W4*LBO4=0.20m/s对于c点的分析VB4=PB*UV=22*0.01=0.22m/sVCB=PCB*UV=6*0.01=0.06m/sW5=VBC/LCB=0.41rad/s2.1.2对2号位置进行加速度分析（1）构件1与构件2的加速度方程为： aA2 = aA1 + aA2A1 + ac 大小 ： ？ =0 =0 方向 ：AO2 AO2 AO2 AO2（2） 构件2与构件3的速度如图8所示，其加速度运动方程为： aA2 = aA3 + aA3n + aA2A3 + ac 大小 ： ？ ？ 方向 ： AO2 O4B O4B O4B O4B （3）构件4与构件5的速度如图9所示，其速度运动方程为： ac5= ac4 = aB4 + aB5 = aB4 + aB4 + aB4n 大小 ： ？ ？ ？ 方向 ：EF ? BC BC（4）设速度比例尺为：a=0.5（m/s2）/mm，确定极点P，量取PA3的长度为4mm，得出速度大小：aA3 =|PA3|a=2m/s2；根据速度影像原理，aB3/aA3 =O4B/AO4 ,得到aB3=2.64m/s2 。（5）根据重合点法，aC5=aC4 ，aB3=aB4 ，量取PC4的长度为7.91mm,得出速度大小aC4 =|PC4|a=3.96m/s2 。2.2对8号位置（图10）的牛头刨床进行运动分析2.2.1对8号位置进行速度分析VA3=VA2=W2*LAO2=2.6*123.6*10-3=0.32m/s因为O2AO4B,所以VB=0=VC5.1.2对2号位置进行加速度（1） 构件1与构件2的加速度方程为： aA2 = aA1 + aA2A1 + ac 10 大小 ： ？ =0 =0 方向 ：AO2 AO2 AO2 AO2（2）构件2与构件3的速度如图16所示，其加速度运动方程为： aA2 = aA3 + aA3n + aA2A3 + ac 11 大小 ： ？ ？ 方向 ： AO2 O4B O4B O4B O4B （3）构件4与构件5的速度如图17所示，其速度运动方程为： ac5 = ac4 = aB4 + aB5 = aB4 + aB4 + aB4n 12 大小 ： ？ ？ ？ 0 方向 ：EF ? BC BC（4）设速度比例尺为：=1.44a=0.01（m/s）/mm，确定极点P，an=0.84m/s2 PE=0.76mm所以 aE=0.76m/s2三、动态静力分析3.1对2号位置（图5）的牛头刨床进行动力分析 3.1.1 机构动态静力分析牛头刨床的运动给进部分可分为基本杆组5-4、3-2和原动件1对于基本杆组5-4，不计构件4的重量及惯性力，其为二力杆，R54=-R34，方向沿构件4。构件5的受力如图15所示，其力的平衡方程式为： F=0 Pr + G5 + P5 + R45 + R05=0 13 方向：x轴 y轴 x轴 y轴 大小： ? ?(2)对于基本杆组3-2，构件2为滑块，构件1为二力杆，R23=RO1，构件3的受力如图16所示，列其力平衡条件和力静定条件如下：MO4=0 R54h2 + M3 + G3h1 - R23h2 = 0 14 大小： ？ F=0 P3 + G3 + R23 + R34 + R03x + R03y=0 15 方向： 大小： ? ?图16（3） 对于构件1，R23=-R21=RO1，如图17，其力平衡条件为：MO4=0 M1- R21h4 = 03.69*图17（4）设力的比例尺为：F=100（N/mm），=4.53 M=*JC4=7.25N*M确定极点P，量取PR21的长度为43.02mm，得出速度大小：R11 =|PR05|F=4302N；，得到R45=3809N,R25=5602.49N,。（5）根据 M1- R21h4 = 0，得到曲柄上的平衡力矩M1=692.47Nm 。3.2 对8号位置（图10）的牛头刨床进行动力分析3.2.1机构动态静力分析牛头刨床的运动给进部分可分为基本杆组5-4、3-2和原动件1（1） 对于基本杆组5-4，不计构件4的重量及惯性力，其为二力杆，R54=-R34，方向沿构件4。构件5的受力如图18所示，其力的平衡方程式为： F=0 G5 + P5 + R45 + R05=0 .16 方向：y轴 x轴 y轴 大小： ? ? 图18(2)对于基本杆组3-2，构件2为滑块，构件1为二力杆，R23=RO1，构件3的受力如图19所示，列其力平衡条件和力静定条件如下： MO4=0 -R43h2 + M3 - G3h1 + R23h2 = 0 大小： ？ F=0 P3 + G3 + R23 + R34 + R03x + R03y=0 .15 方向： 大小： ? ? 图19（3） 对于构件1，R23=-R21=RO1，如图20，其力平衡条件为：MO4=0 M1- R21h4 = 0图20（4）设力的比例尺为：F=100（N/mm），=1.44 J*=M=2.31确定极点P，量取PR05的长度为44.92mm，得出速度大小：R11 =|PR05|F=4492N；同理，得到R45=3980N,R25=6122.08N, （5）根据 M1- R21h4 = 0，得到曲柄上的平衡力矩M1=756.89Nm 。1、3牛头刨床总体方案设计的机械传动示意图摆动倒杆机构刨刀切削运动发动机传动系统主导轴凸轮机构双摇摆机构工作台进给运动螺旋机构棘轮机构 图31、4机构参数运动方案布置简图（图4）、 A点位置与曲柄转过的角度一览表（表一）及机构基础尺寸参数参数一览表（表二） 图4 表一、A点的位置和曲柄转过的角度一览表A点的位置1234567角度0306090120150180A点的位置7891011121角度195210240270300330345 表二、机构基础尺寸参数参数一览表导杆机构运动分析曲柄转速为n1（r/mi）25刨刀的刀程H（mm）360机架AC的高度（mm）400从动件行程速比系数K1.5连杆与导杆长度比（ED/DC）系数s0.25导杆机构动态静力分析摇摆导杆质量G4（质心在杆长中点）（kg）22摇摆导杆转动惯量Jc4 (对质心)（kg）1.6滑枕质量M6（kg）50刨削阻力Pr（KN）4.5表三、E点运动参数一览表（VE、aE向右为正、滑块最右端为零点）位置12345Se(mm)2.520.8771.59137.24208.61Ve(m/s)0.320.22O.2450.330.344ae(m/s)0.5370.3960.6330.3240.244位置67789Se(mm)277.73330.39342358.76344.19Ve(m/s)0.3210.1260.01700.032ae(m/s)0.7880.670.5580.760.531位置1011121Se(mm)260.56129.628.590Ve(m/s)0.2850.3370.3030ae(m/s)0.1660.1950.4431.19表四、摆动导杆质心速度、加速度一览表（、以顺时针为正）位置12345(rad/s)0.730.340.450.60.6(rad/s)0.74.530.210.2290.41位置67789(rad/s)0.5640.6210.73400.595(rad/s)1.320.9320.6651.440.765位置1011121(rad/s)0.5260.580.5450.32(rad/s)0.2643.071.2851.37表五、惯性力与惯性力偶距一览表 位置数据项目位置代号12345P3（N）-19.3-4.65-2.43-2.728-4.62M3（Nm）1.127.254.12215.62.1H3（m）0.0581.561.69 79.30.45P5（N）-31.15-184-15.4-16.3 -12.2 位置数据项目位置代号67789P3（N）-5.32-8.4137.232.531.1M3（Nm）0.760.641.061.231.12H3（m）0.240.830.0270.0380.036P5（N）-33.4-31.05-27.9-25.3-23.4 位置数据项目位置代号1011121P3（N）-2.45-41.8-113.25-9.51M3（Nm）0.4224240.6540.735H3（m）0.20.570.0050.08P5（N）-8.32-9.75-22.15-38.4表六、动态静力分析结果汇集表 位置数据项目位置代号12345R45(N)4504.5380945344527.84530R03(N)4298.64298.64527.84534988R23(N)8556.35602.4987639074.974976R01(N)-8556.3-5602.49-8763-9074.97-4976曲柄上的平衡力矩M1（N-m）-623.8-692.47-907.3-1131.1-613 位置数据项目位置代号67789R45(N)4678330021.839807.23R03(N) 43262885.5208.032832.3 198.3R23(N)9065330097.496122.0865.2R01(N) -9065 -3000-97.49-6122.08-65.2曲柄上的平衡力矩M（N-m）7.87103.265.12756.8914.3 位置数据项目位置代号1011121R45(N)8.3210.422.163300R03(N)216.3232194.28 2392.5R23(N)11.10985107.283300R01(N)-11.109-85-107.28 -3300曲柄上的平衡力矩M（N-m）1.371719103.26四、结束语花费了一周时间，终于完成了这篇课程设计。总得感觉就是很难，而且无从下手。通过老师耐心的指导，同学们热情的帮助，总算是磕磕绊绊的完成了这次的作业。通过这次作业让我完成了一次cad的具体训练，并复习了曾经的知识。