牛头刨毕业设计

1 / 20 牛头刨毕业设计 已知：电机的功率 W=,电机的高速转动牛头刨床曲柄转速 50r/min,工作行程 310mm,行程速比系数连杆与导杆之比LDE/LCD= 曲柄与水平线的夹角 120 设计要求： 电动机轴与曲柄轴 2平行，刨刀刀刃 D点与铰链点 C的垂直距离为 50mm，使用寿命 10 年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄 2 转速偏差为 5。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值 之内，摆动从动件 9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效 率按计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。 1、 确定传动装置的类型，画出机械系统传动简图。 2、 选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。 3、 传动装置中的传动零件设计计算。 4、 绘制传动装置中减速器装配图一张。 5、 绘制减速器箱体、齿轮及轴的零件图各一张。 6、 编写设计计算说明书一份。完成以上工作后准备机械设计部分的答辩。 牛头刨床机构的分析与综合 一、课程设计的目的和任务 2 / 20 1、目的 机械原理课程设计是培养学生掌握机械系统运动方案设计能力的技术基础课程，它是机械原理课程学习过程中的一个重要实践环节。其目的是以机械原理课程的学习为基础，进一步巩固和加深所学的基本理论、基本概念和基本知识，培养学生分析和解决与本课程有关的具体机械所涉及的实际问题的能力，使学生熟悉机械系统设计的步骤及方法，其中包括选型、运动方案的确定、运动学和动力学的分析和整体设计等，并进一步提高计算、分析，计算机辅助设计、绘图以及查阅和使用文献的综合能力。 2、任务 本课程设计的任务是对牛头 刨床的机构选型、运动方案的确定；对导杆机构进行运动分析和动态静力分析。并在此基础上确定飞轮转惯量，设计牛头刨床上的凸轮机构和齿轮机构。 二、工作原理与结构组成 牛头刨床的简介 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3 / 20 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。 图 1 为其参考示意图。电动机经过减速传动装置带动执行机构完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头 6由曲柄 2带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程 H中，前后各有一段的空刀距离，工作阻力 F 为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮 8 通过四杆机构带动棘轮机构，棘轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨 刀继续切削。 图 1 三、设计方案的确定 方案采用偏置曲柄滑块机构。结构最为简单，能承受较大载荷，但其存在有较大的缺点。一是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；二是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。 方案由曲柄摇杆机构与摇杆滑块机构串联而成。该方案在传力特性和执行件的速度变化方面比方案有所改进，但在曲柄摇杆机构 ABCD 中，随着行程速比系数 K的增大，机构的最大压力角仍然较大，而且整个机构系统所4 / 20 占空间比方案更大。 方案由摆动导杆机构和摇杆滑块机构串联而成。该方案克服了方案的缺点，传力特性好，机构系统所占空间小，执行件的速度在工作行程中变化也较缓慢。 比较以上三种方案，从全面衡量得失来看，方案 ?作为刨削主体机构系统较为合理。 四、减速方案的确定 1. 构思一个合理的传动系统。它可将电机的高速转动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，最后绘出机构传动示意图。 齿轮箱中齿轮的齿数 Z1=10； Z2=20； Z3=10； Z4=20； 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 i14=20x20/10x10=4 所以总的传动比 i=4X4=16 符合条件要求 五、确定传动机构的尺寸 已知条件：刨刀的行程 H=310 mm； 行程速比系数K=；最大切削阻力 Pr=6000； 1） .根据所给数据确定机构尺寸 极位夹角： 导杆长度： mm 5 / 20 连杆长度： = =150mm 曲柄长度 : mm 为了使机构在运动过程中具有良好的传动力特性；即要求设计时使得机构的最大压力角具有最小， ,应此分析得出 :只有将构件 5即 B点移到两极限位置连线的中垂线上 ,才能保证机构运动过程的最大压力角具有最小值。分析如下： 解：当导杆摆到左边最大位置时，最大压力角为 ，刨头可能的最大压力角位置是导杆 B和 ，设压力角为 ， 。根据几何关系 = 。由于 与 ， 呈背离关系，即 增加则 ， 减小且 。则要使机构整体压力最小，只要有 = ，当刨头处于导杆摆弧平均置处 = ，则 所以 牛头刨床曲柄转速 50r/min,工作行程 310mm,行程速比系数怎样设计进给丝杠呢？ 一、工作原理： 牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。下图为其参考示意图。电动机经过减速传动装置带动执行机构完成刨刀的往复运动和间歇移动。刨床工作时，刨头 6由曲柄 2 带动右行，刨刀进行切削，称为工作行程。在切削行程 H 中，前后各有一段的空刀距离，工作阻力 F 为常数；刨刀左行时，即为空回行程，此行程无工作阻力。在刨刀空回行程时，凸轮6 / 20 8 通过四杆机构带动棘轮机构，棘 轮机构带动螺旋机构使工作台连同工件在垂直纸面方向上做一次进给运动，以便刨刀继续切削。 二、设计要求： 电动机轴与曲柄轴 2平行，刨刀刀刃 D点与铰链点 C的垂直距离为 50mm，使用寿命 10 年，每日一班制工作，载荷有轻微冲击。允许曲柄 2 转速偏差为 5。要求导杆机构的最大压力角应为最小值；凸轮机构的最大压力角应在许用值 之内，摆动从动件 9的升、回程运动规律均为等加速等减速运动。执行构件的传动效率按计算，系统有过载保护。按小批量生产规模设计。 三、设计数据 四、 设计内容及工作量： 机械原理部分 1、根据牛头刨床的工作原理，拟定 2 3 个其他形式的执行机构，并对这些机构进 行分析对比。 2、根据给定的数据确定机构的运动尺寸。要求用图解法设计，并将设计结果和步骤写在设计说明书中。 3、导杆机构的运动分析。将导杆机构放在直角坐标系下，建立参数化的数学模型。利用 ADAMS软件分析出刨头6 的位移、速度、加速度及导杆 4 的角速度和角加速度运动7 / 20 曲线，并打印上述各曲线图。要求将参数化建模过程详细地写在说明书中。 4、导杆机构的动态静力分析。通过参数化的建模，细化机构仿真模型，并给系统加力，写出外加力的参数化函数语句，打印外加力的曲线，并求出最大平衡力矩和功率。 5、凸轮机构设计。根据所给定的已知参数，确定凸轮的基本尺寸，并将运算结果写在说明书中。将凸轮机构放在直角坐标系下，在 ADAMS软件中建模，画出凸轮机构的实际廓线，打印出从动件运动规律和凸轮机构仿真模型。要求将从动件运动规律的 IF函数语句写在说明书内。 6、编写设计说明书一份。应包括设计任务、设计参数、设计计算过程等。以上工作完成后准备机 械原理部分的答辩。 机械设计部分 1、 确定传动装置的类型，画出机械系统传动简图。 2、 选择电动机，进行传动装置的运动和动力参数计算。 3、 传动装置中的传动零件设计计算。 4、 绘制传动装置中减速器装配图一张。 5、 绘制减速器箱体、齿轮及轴的零件图各一张。 6、 编写设计计算说明书一份。完成以上工作后准备机械设计部分的答辩。 8 / 20 机械原理课程设计 牛头刨床待续 XX-11-21 02:14 源程序及计算结果 1）程序 #include #include #include const double PI=; double L10; double X10,Y10; double V10,U10; double A10,B10; double F10,W10,E10; double S10,C10; double Sgn double Resf; if Resf=; if Resf=-; return Resf; double Angle double Resf; 9 / 20 if1e-10) Resf=atan; Resf=Resf-1)*PI/2; else Resf=PI/2; Resf=Resf-1)*Resf; return; void mcrank Fj= Fj+F9; Si=Li*sin; Ci=Li*cos; Xb=Xa+Ci; Yb=Ya+Si; Vb=Va-Wj*Si; Ub=Ua+Wj*Ci; Ab=Aa-Wj*Wj*Ci-Ej*Si; Bb=Ba-Wj*Wj*Ci+Ej*Si; int mrpr 10 / 20 double A0,B0,C0,X1,Y1,F1,Ar,Ak; double G1,G4,G5,G6,s1,v1,a1; A0=Xb-Xd; B0=Yb-Yd; C0=Li+Lk; G1=A0*A0+B0*B0-C0*C0; if return; s1=sqrt; X1=C0-B0; Y1=A0+m*s1; F1=Angle; if Fj=2*PI/2); if Fj=2*PI); if Si=Li*sin; Ci=Li*cos; Sk=Lk*sin; Ck=Lk*cos; Sj=Lj*sin; Cj=Lj*cos; Xc=Xb-Si; Yc=Yb+Ci; Xe=Xc+Cj-s1*cos; 11 / 20 Ye=Yc+Sj-s1*sin; G6=*cos+*sin; Wj=*cos-*sin)/G6; v1=*+*)/G6; Vc=Vb-Wj*Ci; Uc=Ub-Wj*Si; Ve=Vd-Wj*; Ue=Ud+Wj*; G4=Ab-Ad+Wj*Wj*+2*Wj*v1*sin; G5=Bb-Bd+Wj*Wj*-2*Wj*v1*cos; Ej=-G4*sin)/G6; a1=+G5*)/G6; Ar=a1; Ak=2*Wj*v1; Ae=Ad-Ej*-Wj*Wj*; Be=Bd+Ej*-Wj*Wj*; Res0=s1; Res1=v1; Res2=a1; return; int mrrp 12 / 20 double B0,C0,Z1,S1,X1,Y1,F1; double Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,A1,V1; B0=2*cos+2*sin; Sj=Lj*sin; Cj=Lj*cos; C0=pow,2)+pow,2)+ pow- pow-2*Sj+2*Cj; if return; Z1=sqrt; S1=/2; Xc=Xr+S1*cos-Sj; Yc=Yr+S1*sin+Cj; X1=Xc-Xb; Y1=Yc-Yb; F1=Angle; Fi=F1; Si=Li*sin; Ci=Li*cos; Q1=Vr-Vb-Wj*+Cj); Q2=Ur-Ub+Wj*-Sj); Q3=Si*sin+Ci*cos; Wi=+Q2*cos)/Q3; 13 / 20 V1=-/Q3; Vc=Vb-Wi*Si; Uc=Ub+Wi*Ci; Q4=Ar-Ab+Ci*pow-Ej*+Cj)-pow*-Sj)-2*Wj*V1*sin; Q5=Br-Bb+Si*pow+Ej*-Sj)-pow*+Cj)+2*Wj*V1*cos; A1=/Q3; Ei=+Q5*cos)/Q3; Ac=Ab-Ei*Si-Ci*; Bc=Bb+Ei*Ci-Si*; return; 河南理工大学 机 械 原 理 课程设计计算说明书 设计题目 学院械 10升 2 班 专业班级 机 学生姓名 学 号指导教师 14 / 20 月 日 至 日 共 1 周 年 月日 牛头刨床中导杆机构的运动分析及动态静力分析 第一章 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。 第二章、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。 15 / 20 第三章、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。 第四章 机械原理课程设计的已知条件 设计数据： 第五章 选择设计方案 1机构运动简图 x C x 2 A 4 图 2、选择表中方案。 第六章 机构运动分析 1、曲柄位置“ 1”速度分析，加速度分析 取曲柄位置“ 1”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。 16 / 20 2=2 n2/60 rad/s=/s A3= A2= 2 lO2A= /s=/s 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 A4= A3+ A4A3 大小 ? ? 方向 O4A O2A O4B 取速度极点 P，速度比例尺 v=/mm ,作速度多边形如图 1-2 P 图 1-2 则由图 1-2 知， A3=Pa4 v=69 /s= m/s A4A3=0 m/s 用速度影响法求得， B5= B4=0 m/s 又 4= A4/ lO4A=0 rad/s 取 5 构件作为研究对象，列速度矢量方程，得 C5= B5+ C5B5 大小 ? ? 方向 XX O4B BC 取速度极点 P，速度比例尺 v=/mm, 作速度多边行如图 1-2。 则由图 1-2知， C5= Pc5 v=0m/s C5B5=0m/s CB=0 rad/s 17 / 20 2.加速度分析： 取曲柄位置“ 1”进行加速度分析。因构件 2 和 3 在A 点处的转动副相连， 故 aA2=aA3,其大小等于 22lO2A,方向由 A指向 O2。 n n 2=/s, anA3=anA2= 22 LO2A= m/s2=/s2 取 3、 4构件重合点 A为研究对象，列加速度矢量方程得： aA4 =aA4 n + aA4 = aA3n+ aA4A3K + aA4A3v 大小 : ? 42lO4A ? 2 4 A4 A3 ? B A O4B A O2 O4B O4B 2 方向： ? 取加速度极点为 P ,加速度比例尺 a=/mm, b图 3 机械原理课程设计 课题教师姓名 本科生姓名 本科生学号 班号 设计说明书 一、课题 -牛头刨床机构设计 18 / 20 设计任务 1、对牛头刨导杆机构的运动综合、运动分析和动态静力分析； 2、对牛头刨床的传动装置中的行星轮机构、齿轮机构进行综合。 机构工作原理 牛头刨床是一种用于平面加工的机床。其工作原理如图所示，电机通过行星轮系及齿轮 Z4、 Z5减速带动曲柄 2转动。刨床工作时，由导杆机构带动刨头及刨 刀作往复运动。刨头向左时，刨刀进行切削，这个行程称为工作行程，此时要求刨头的速度低些，且做近似的等速运动。在工作行程，刨头受较大的切削力，如图所示。