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牛头刨床执行机构及部件设计【优秀含7张CAD图纸+proe三维建模】

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关键词：: 牛头刨床执行机构部件机械设计三维建模机械机构毕业设计牛头刨床执行机构及部件设计机械机构全套课程毕业设计

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牛头刨床执行机构及部件设计【优秀含7张CAD图纸+机械机构全套课程毕业设计】

【带任务书】【30页@正文8500字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609 】

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牛头刨床参考文献

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洛阳理工学院

任务书

题目牛头刨床执行机构及部件设计

主要研究

目标

(或研

究内容)(1) 了解牛头刨床的结构组成和工作原理。

(2) 设计牛头刨床执行机构，确定主、从运动机构方案，保证刨刀和工作台进给运动协调性；进行执行机构零部件设计。

(3) 运用PRO/E软件对牛头刨床进行三维样机设计，并进行零件图绘制。

课题要求、主要任务及数量(1) 确定各执行机构方案并设计，满足行程速比系数K和行程范围等，并实现各部分合理的运动协调性。进行运动、力分析，计算零件受载荷大小和特性。

(2) 以受力分析结果为载荷计算依据，通过强度计算进行各部分零部件设计，对刨头、滑枕、及工作台进给等执行零部件进行结构设计，并确定结构尺寸。

(3) 英文翻译一篇、撰写12000字左右的毕业设计论文。

进度计划第3-4 周：调研、收集资料,完成开题报告。

第5 周：进行机构选型，确定执行机构的结构方案。

第6-7 周：对执行机构进行设计，满足行程速比系数、工作行程等。采用PRO/E三维建模进行运动协调分析。进行运动、力分析，计算零件受到的载荷。

第8-9 周：对执行机构零部件进行强度计算，确定零件结构参数尺寸。

第10-11周：进行零部件结构设计，绘制执行部件装配图。

第12-13周：进行PRO/E三维样机设计，同时绘制执行部分零部件图纸。

第14周：完成论文初稿。

第15-16周：修改毕业论文，定稿、打印。

第17周：毕业答辩。

主要参考文献(1) 具备专用设计资料：

《机床设计手册》、《牛头刨床产品目录》、《机械设计手册》；

(2) 配备设计分析软件：

(1) PRO/E三维设计软件一套；

(2) CAD制图软件一套；

(3) 牛头刨床样机（实训中心指导）。

牛头刨床执行机构及部件设计

摘要

本论文首先介绍了牛头刨床的工作原理，在满足运动协调的条件下，设计了刨床机构系统的运动尺寸，然后运用PRO/E软件对牛头刨床主要结构进行三维实体建模并装配，并通过该软件对牛头刨床机构的运动协调性进行仿真，进一步得出滑枕的位移、速度、和加速度随时间的变化曲线,从而验证牛头刨床机构系统运动尺寸的合理性。其次，根据MATLAB软件对刨床主运动仿真得出的受力分析结果，对部分杆件进行强度计算校核。

关键词：牛头刨床，协调运动，PRO/E，建模，运动仿真，校核

The Actuator And Component Design Of Shaper

ABSTRACT

The working principle of shaping machine were introduced simply,the master-slave motion mechanism of shaper must meet its coordination , using Pro/ENGINEER ,the 3D solid model and assembly of the kinematic Mechanism in shaping machine were made,using Pro/ENGINEER software in the coordination of various institutions module for shaping machine movement simulation,the relation curves that displacement,velocity,and acceleration varies with time are obtained.According to stress analysis was carried out on the part of the bar intensity .

KEY WORDS: shaping,coordinated movement,Pro/E,modeling,motion simulation

目　录

前　言1

第1章确定执行机构主从运动尺寸3

1.1 确定六连杆机构的尺寸3

1.2 确定执行机构运动循环图4

1.3棘轮机构的设计5

1.4 确定曲柄摇杆机构的尺寸5

第2章执行部分主传动轴的设计及校核7

2.1 轴设计的简介7

2.2 设计前的数据准备7

2.2.1 计算传动主轴的功率P、转速n和转矩T7

2.2.2 求作用在齿轮上的力8

2.2.3 初步确定轴的最小直径及长度8

2.3 轴的结构设计8

2.3.1 拟定轴上零件的装配方案8

2.3.2 确定轴的各段长度和直径9

2.3.3 求轴上的载荷9

2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度10

第3章摆杆的强度校核12

3.1 摆杆的力学分析12

3.2 摆杆的校核13

第4章执行机构的三维建模及装配15

4.1 六连杆机构的三维建模15

4.1.1 为执行部分摇杆机构中摆杆的三维实体建模16

4.1.2 图3.2为六杆机构中连杆的三维实体建模16

4.1.3 图3.3为与摆杆配合的滑块三维实体建模17

4.1.4 图3.4为主传动轴上大齿轮的三维实体建模17

4.2 四杆机构的三维建模18

4.2.1 图3.5为曲柄摇杆机构中直齿轮的三维实体建模18

4.2.2 图3.6为曲柄摇杆机构中连杆的三维实体建模19

4.2.3 图3.7为曲柄摇杆机构中摇杆的三维实体建模20

4.3 执行机构的三维装配20

4.3.1 图4.8为牛头刨床传动机构的三维装配建模21

第5章执行机构的运动学仿真22

5.1 滑枕行程的仿真输出结果22

5.2 滑枕速度的仿真输出结果23

5.3 滑枕加速度的仿真输出结果23

结论24

谢辞26

参考文献27

前　言

牛头刨床是最早应用在生产实际中的金属切削机床之一。机床的技术水平直接影响到它所加工零件的产品质量。制造业是一个国家的现代化的源动力，是一个国家经济的支柱，是一个国家实现工业化之本，而评价一个国家制造业的高低，首先取决于工作母机的加工质量，也就是说机床的技术水平直接影响到制造业。刨床因其结构简单，造价低廉，相对其他机床来说，其加工平面的效率很高，所以一直到现在其在工厂的加工应用很广泛。

近年来随着电子技术的发展，牛头刨床迎来了新时代，各种类型的刨床相继研发出来，其类型主要由机械牛头刨床，液压牛头刨床，数控牛头刨床，等。每种类型的牛头刨床都有其自身的特点和加工优势，但与国外同种类型的的牛头刨床相比，我国的牛头刨床的技术水平在某些方面仍然很有限，其加工精度与和效率与国外的机床相比还有一定的差距，很多核心技术还没有完全国产化。在提高技术方面，我国的科研人员还需奋起直追，要走很长的路。通过对传统牛头刨床基础机构的研究，加深了对刨床运动机构的运动特性和力学特性的理解，从而为研究高精度的牛头刨床打下基础。

参考文献

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[15]徐灏，邱宣怀，蔡春源，汪恺，徐俊.机械设计手册第三卷.北京：机械工业出版社，1991

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工作台2.gif

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内容简介：: 洛阳理工学院毕业设计（论文）任务书填表时间：年月日（指导教师填表）学生姓名贺海南专业班级 B110206 指导教师张莉洁课题类型工程设计题目牛头刨床执行机构及部件设计主要研究目标 (或研究内容 ) (1) 了解牛头刨床的结构组成和工作原理。 (2) 设计牛头刨床执行机构，确定主、从运动机构方案，保证刨刀和工作台进给运动协调性；进行执行机构零部件设计。 (3) 运用 PRO/E 软件对牛头刨床进行三维样机设计，并进行零件图绘制。课题要求、主要任务及数量 (1) 确定各执行机构方案并设计，满足行程速比系数 K 和行程范围等，并实现各部分合理的运动协调性。进行运动、力分析，计算零件受载荷大小和特性。 (2) 以受力分析结果为载荷计算依据，通过强度计算进行各部分零部件设计，对刨头、滑枕、及工作台进给等执行零部件进行结构设计，并确定结构尺寸。 (3) 英文翻译一篇、撰写 12000 字左右的毕业设计论文。进度计划第 3-4 周：调研、收集资料 ,完成开题报告。第 5 周：进行机构选型，确定执行机构的结构方案。第 6-7 周：对执行机构进行设计，满足行程速比系数、工作行程等。采用 PRO/E三维建模进行运动协调分析。进行运动、力分析，计算零件受到的载荷。第 8-9 周：对执行机构零部件进行强度计算，确定零件结构参数尺寸。第 10-11 周：进行零部件结构设计，绘制执行部件装配图。第 12-13 周：进行 PRO/E 三维样机设计，同时绘制执行部分零部件图纸。第 14 周：完成论文初稿。第 15-16 周：修改毕业论文，定稿、打印。第 17 周：毕业答辩。主要参考文献 (1) 具备专用设计资料：机床设计手册、牛头刨床产品目录、机械设计手册； (2) 配备设计分析软件： (1) PRO/E 三维设计软件一套； (2) CAD 制图软件一套； (3) 牛头刨床样机（实训中心指导）。指导教师签字：系主任签字：年月日 ntsnts nts nts nts nts洛阳理工学院毕业设计（论文） I I 牛头刨床执行机构及部件设计摘要本论文首先介绍了牛头刨床的工作原理，在满足运动协调的条件下，设计了刨床机构系统的运动尺寸，然后运用 PRO/E 软件对牛头刨床主要结构进行三维实体建模并装配，并通过该软件对牛头刨床机构的运动协调性进行仿真，进一步得出滑枕的位移、速度、和加速度随时间的变化曲线 ,从而验证牛头刨床机构系统运动尺寸的合理性。其次，根据 MATLAB软件对刨床主运动仿真得出的受力分析结果，对部分杆件进行强度计算校核。关键词：牛头刨床，协调运动， PRO/E，建模，运动仿真，校核 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） II II The Actuator And Component Design Of Shaper ABSTRACT The working principle of shaping machine were introduced simply,the master-slave motion mechanism of shaper must meet its coordination , using Pro/ENGINEER ,the 3D solid model and assembly of the kinematic Mechanism in shaping machine were made,using Pro/ENGINEER software in the coordination of various institutions module for shaping machine movement simulation,the relation curves that displacement,velocity,and acceleration varies with time are obtained.According to stress analysis was carried out on the part of the bar intensity . KEY WORDS: shaping,coordinated movement,Pro/E,modeling,motion simulation nts洛阳理工学院毕业设计（论文） III III 目录前言 . 1 第 1 章确定执行机构主从运动尺寸 . 3 1.1 确定六连杆机构的尺寸 . 3 1.2 确定执行机构运动循环图 . 4 1.3 棘轮机构的设计 . 5 1.4 确定曲柄摇杆机构的尺寸 . 5 第 2 章执行部分主传动轴的设计及校核 . 7 2.1 轴设计的简介 . 7 2.2 设计前的数据准备 . 7 2.2.1 计算传动主轴的功率 P、转速 n 和转矩 T . 7 2.2.2 求作用在齿轮上的力 . 8 2.2.3 初步确定轴的最小直径及长度 . 8 2.3 轴的结构设计 . 8 2.3.1 拟定轴上零件的装配方案 . 8 2.3.2 确定轴的各段长度和直径 . 9 2.3.3 求轴上的载荷 . 9 2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度 . 10 第 3 章摆杆的强度校核 . 12 3.1 摆杆的力学分析 . 12 3.2 摆杆的校核 . 13 第 4 章执行机构的三维建模及装配 . 15 4.1 六连杆机构的三维建模 . 15 4.1.1 为执行部分摇杆机构中摆杆的三维实体建模 . 16 4.1.2 图 3.2 为六杆机构中连杆的三维实体建模 . 16 4.1.3 图 3.3 为与摆杆配合的滑块三维实体建模 . 17 4.1.4 图 3.4 为主传动轴上大齿轮的三维实体建模 . 17 4.2 四杆机构的三维建模 . 18 4.2.1 图 3.5 为曲柄摇杆机构中直齿轮的三维实体建模 . 18 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） IV IV 4.2.2 图 3.6 为曲柄摇杆机构中连杆的三维实体建模 . 19 4.2.3 图 3.7 为曲柄摇杆机构中摇杆的三维实体建模 . 20 4.3 执行机构的三维装配 . 20 4.3.1 图 4.8 为牛头刨床传动机构的三维装配建模 . 21 第 5 章执行机构的运动学仿真 . 22 5.1 滑枕行程的仿真输出结果 . 22 5.2 滑枕速度的仿真输出结果 . 23 5.3 滑枕加速度的仿真输出结果 . 23 结论 . 24 谢辞 . 26 参考文献 . 27 外文资料翻译 . 错误 !未定义书签。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 1 1 前言牛头刨床是最早应用在生产实际中的金属切削机床之一。机床的技术水平直接影响到它所加工零件的产品质量。制造业是一个国家的现代化的源动力，是一个国家经济的支柱，是一个国家实现工业化之本，而评价一个国家制造业的高低，首先取决于工作母机的加工质量，也就是说机床的技术水平直接影响到制造业。刨床因其结构简单，造价低廉，相对其他机床来说，其加工平面的效率很高，所以一直到现在其在工厂的加工应用很广泛。近年来随着电子技术的发展，牛头刨床迎来了新时代，各种类型的刨床相继研发出来，其类型主要由机械牛头刨床，液压牛头刨床，数控牛头刨床，等。每种类型的牛头刨床都有其自身的特点和加工优势，但与国外同种类型的的牛头刨床相比，我国的牛头刨床的技术水平在某些方面仍然很有限，其加工精度与和效率与国外的机床相比还有一定的差距，很多核心技术还没有完全国产化。在提高技术方面，我国的科研人员还需奋起直追，要走很长的路。通过对传统牛头刨床基础机构的研究，加深了对刨床运动机构的运动特性和力学特性的理解，从而为研究高精度的牛头刨床打下基础。 1.国外的研究状况牛头刨床在国外应用比较早，所以研究也更深入。随着计算机技术的发展使得数控技术蓬勃发展，数控刨床完全靠程序控制，调整时只需改变程序即可，无需人的参与，因此适应性更强，加工范围更广，生产效率更高。国外各种数控刨床的类型非常齐全，加工精度高，因此广泛应用于各种柔性自动化生产线中。 2.我国的研究状况我国最早的牛头刨床是 60 年代从苏联引进的，随着工业加工技术的发展，传统机械牛头刨床加工出零件的精度，已远远不能满足产品在装配精度和产量上的要求，近年来我国牛头刨床的研究形势喜人，硕果累累，不同类型的刨床相继研发出来，数控伺服系统也应用其中。例如双向数控曲nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 2 2 面刨床，它既不像牛头刨床，由不像传统的龙门刨床，工作时刀具在双向往复的切削曲面零件，这种刨床彻底颠覆了我们对传统刨床的认识，开创了刨床的新时代。但是和国外同种类型的刨床相比，我国的刨床在稳定性、效率和加工精度方面还有欠缺。因此，应用新兴的先进技术改造在线设备，优化结构设计势在必行。通过查阅资料及在实训中心参观现有的刨床，确定了牛头刨床的工作原理为：滑枕带动刨头作往复直线切削运动，和工作台做间歇直线进给运动来实现平面的切削加工。工作台的间歇送进运动与刨头的往复切削运动必须协调配合，工作台的送进应在刀具非切削时间内进行，其余时间保持不动。牛头刨床主要由床身、滑枕、刀架、工作台、和横梁等部分组成。其中床身用来支撑和连接刨床的各个部件，滑枕在其顶面的导轨上作往复直线运动，横梁在其侧面的竖直导轨上作升降运动。床身内部装的变速机构用来改变滑枕的往复运动的速度，摆杆机构则是通过改变曲柄的长短来改变滑枕的行程长度。滑枕主要的作用是用来带动刨刀作直线往复运动（即主运动）。滑枕前端装有刀架，内部装有丝杠螺母传动装置，可用来改变刨刀相对工件的往复行程位置。刀架的作用是夹持刀具，，同时带动刨刀作进给运动。刨刀安装在刀架上，在回程时，刨刀可绕 A 轴自由上抬，减少了刀具和工件的摩擦。工作台用来安装工件，其台面上的 T 型槽可穿入螺栓来装夹工件或夹具，工作台可随横梁在床身的垂直导轨上作上下调整，同时也可在横梁的水平导轨上作水平方向移动和间歇的进给运动。根据要求及给出的数据参数确定牛头刨床六连杆机构的基本尺寸数据，由于执行机构有协调性运动关系，设计出从运动四连杆的尺寸及形状，且要满足其强度要求，应用 Pro/E 软件中的仿真模块对其进行三维建模和仿真，根据仿真结果修改相应的尺寸，优化结构设计，直至满足要求。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 3 第 1 章确定执行机构主从运动尺寸 1.1 确定六连杆机构的尺寸牛头刨床六杆机构的运动数学模型如下图 1。 1 所示，其中曲柄 1 位原动件，动力提供经由齿轮减速机构传递过来，各连杆的结构尺寸的确定如下：图 1.1 六杆机构简图由已知条件 n1=60 str/min H=650 K=1.7 Fr=9000N 得：极为夹角 =180（ k-1/(k+1)=46.7 由公式知导杆长度 CDL =H/2 )2/sin( =820 取 ACL / CDL =0.6 则 ACL =492 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 4 4 曲柄 L ABL 在极限位置时 ABL / ACL = )2/(SIN 则 ABL =195 连杆 DEL 与滑枕夹角去 25 得 DEL =H/2 )25( COS =360 又由三角函数知 CEL =890 1.2 确定执行机构运动循环图设摆杆 LCD 在右极限位置时，曲柄 ABL 开始转动，其转角为 0，且逆时针位正。由运动协调关系知：滑枕在工作行程时即曲柄 ABL 在（ 0226.7）内转动时，工作台静止，当滑枕回程时，工作台必须在曲柄 ABL 在（ 226.7 360）内转动时完成进给，设工作台在 240时开始进给，刀具在切削前后各有一段约 0.05H 的空刀距离，其运动循环图如图 1.2。图 1.2 机构运动循环图 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 5 5 1.3 棘轮机构的设计进给棘轮的齿数 Z 可根据工作台的最小进给量 min2f 和所选择的丝杠导程予以确定，取丝杠导程 P=6 又 min2f =0.3 max2f =1.8 则棘轮齿数 Z=P/ min2f =20 进给机构中曲柄摇杆机构的摆角可以根据工作台的最大进给量确定，棘轮所拨过的最多齿数 Z= max2f / min2f =6 则摆杆摆角 =360 /20*z=108 选取棘轮的模数 m =2 则棘轮外径 D棘 =m*z=80 1.4 确定曲柄摇杆机构的尺寸由运动循环图 1.2 可知，主轴曲柄在（ 0 240）转动时工作台不动，主轴曲柄在（ 240 360）转动时，工作台移动，即曲柄摇杆机构在（ 240 360）时急回，则其极位夹角 =240-180=60，行程速比系数 K=180 180 =2。显然摇杆长度应大于棘轮半径，即 LC D D棘 /2 取摇杆 LC D=250 又因摆杆 LCD 在左极限位置时 2/H =325 ，所以主从机构的两主轴不应距离太近，取 L =470 。根据急回运动的要求设计从运动四杆机构，利用机构在极限位置时的几何关系作图 1.3,其中图中 A、 C 是图 1.1 六杆机构中的一部分。根据摇杆长度 LCD及摆角作出摇杆的两极位 1C D 及 2C D ，分别作 C M 1C 2C 和 1C 2C P=90- =30， 1C M 与 2C N 交于点 P；作P 1C 2C 的外接圆，在圆上任意一点 A都满足 1C A 2C =60，连接 A A ,取 LA A =280 ，再连接直线 2C A 与 1C A ，故铰链 A的位置已确定。由几何关系知： LA 2C =LB C LA B =471.91 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 6 6 LA 1C =LB C LA B =220.54 求得四连杆的结构尺寸为： LA D =228 LC D =250 LB C =343 LA B =125 且 LA B LB C LC D LB C 满足杆长条件。图 1.3 曲柄摇杆的极限位置图 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 7 7 第 2 章执行部分主传动轴的设计及校核 2.1 轴设计的简介轴的设计主要包括结构设计和工作能力校核两方面的内容。轴的结构设计首先要考虑到轴上零件的安装、定位，还需考虑轴的材料和制造工艺，合理地确定轴的结构形式和尺寸。如果轴的结构设计不合理，不仅会增加轴上零件安装定位的难度，还会对整个组件的工作能力造成影响，从而会降低轴和轴上安装定位零件的寿命，增加成本，使机床的整体性价比降低。轴的工作能力的校核，是指对轴进行强度、刚度和震动稳定性等方面的计算。大多数情况下轴的工作能力取决于轴的强度，这时只需进行轴的强度计算，以防断裂和塑性变形，对于高速旋转的轴，不仅需要进行强度校核，还需考虑其工作时震动的稳定性，进行震动稳定性校核，以防发生共振。 2.2 设计前的数据准备 2.2.1 计算传动主轴的功率 P、转速 n 和转矩 T 根据牛头刨床刨头每分钟的往复次数为 n1=60str/min 可知， n=n1=60r/min 又根据前面减速机构的传动方案设计、电动机的选择得出传到执行主轴的功率为 P=2.323kW 于是 T=9550000nP=9550000*60323.2N. 369744N. nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 8 8 2.2.2 求作用在齿轮上的力已知低速级圆柱斜齿轮的分度圆直径为 d2=mZ2=4*131=524mm 则 Ft=22dT =1411 N Fr=Ftcostan n=1411*686.13cos 20tan=529 N Fa=Fttan =1411*tan13.686 =345 N 2.2.3 初步确定轴的最小直径及长度选取轴的材料为 45 钢，调质处理。由查手册取 A0=112，于是得 dmin=A03 np=112*3 60323.2=37.9 当轴截面上开有键槽时，为了抵消键槽对轴的强度的削弱，应根据键槽的个数适当增加轴径。查得相关规定得知：有两个键槽时，应增大 10%15%。此轴有两个键槽，取 d - =44 应为此处安装斜大圆柱齿轮，取该段长度 L - =56 2.3 轴的结构设计 2.3.1 拟定轴上零件的装配方案根据轴上零件装配定位的要求作出走的装配图如下：图 2.1 轴的结构和装配 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 9 2.3.2 确定轴的各段长度和直径 1. 为了满足斜圆柱齿轮的轴向定位要求， -轴段右端需制出一轴肩，又 -轴段上装轴承，由轴上零件的装配方案知，轴承同时受到了径向和轴向的作用力，故选单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d -=44 ，查标准轴承产品目录，初步选取 0 基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承 30212，其尺寸为 d*D*T=60 *110 *23.75 ,故查表取d - =60 ，而 L - =70 。由定位方案知：左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得30212 型轴承的定位轴肩高度 h=8 ，因此取 d - =76 ，根据设计要求轴环宽度要 b 1.4h,取 L - =12 。 2. 因考虑到润滑的作用，中间轴的直径应该小一些，取 d - =72 ，L - =70 ；剩余段还要安装滚动轴承，因为轴承相同，所以取 d - =76 ,L - =12 ； d - =60 ， L - =200 ；在轴端最右端安装一个齿轮取L - =28 ， d - =44 。 3. 轴向零件的周向定位齿轮与轴的周向定位均采用平键连接。按 d - 由查表得平键截面b*h=12*8,根据齿轮宽度 B=56 ，取平键长度为 44 ，按 d - 由查表平键截面 b*h=12*8,键槽用专用键槽铣刀洗削加工，由和它配合的齿轮宽度B=28 ，取键槽长度为 24 。滚动轴承与轴的轴向定位是由过度配合来保证的。 2.3.3 求轴上的载荷根据轴的结构和装配图（图 5.1）做轴的计算简图如图 5.2 。由于轴承选用的是圆锥滚子轴承，其轴端支点不在轴承的中心位置时，应从手册查取值。对于 30212 型圆锥滚子轴承，由手册中查得 =22 。根据轴的机构尺寸及装配关系得：轴的支撑跨距 L=110 +12 +12 +1.75*2 =137.5 。由轴的计算简图做轴的弯矩图和扭矩图见图 5.2 ： nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 10 10 图 2.2 轴的载荷分析图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面是轴危险截面。现将计算出的截面处的 MH、 MV、及 M 的值列于下表。表 5-1 载荷水平面 H 垂直面 V 支反力 F FNH1=-4134N,FNH2=5334N FNV1=1020N,FNV2=470N 弯矩 M MNH1=149919N ,MNH2=224494N MV1=146596N ,MV2=79084N 总弯矩 M1= 22 1 4 6 5 9 61 4 9 9 1 9 =209680N M2= 22 79 08422 449 4 =238016N 扭矩 T T=369744N 2.4 按弯扭合成应力校核轴的强度根据分析得知，此轴处于减速机构的末端，考虑到工作需要及设计要求，此轴转速不是太高，属于低速旋转的轴，只需进行轴的强度计算。校nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 11 11 核时，通常只校核最大危险截面的强度。根据公式及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =0.6，轴的计算应力为 ca =WTM 232 )(2 根据危险截面轴的形状由查表得知： W 31.0 d 故 ca =WTM 232 )(2 =15.1MPa 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表查得 1 =60MPa。因此ca 1 ，故安全。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 12 12 第 3 章摆杆的强度校核 3.1 摆杆的力学分析根据图 1.1 所建立的执行机构主运动的结构数学模型，及六杆机构尺寸数据，利用 MATLAB 强大的数据计算功能，建立模型的数学方程并求解，得出模型的位置方程，其中以曲柄逆时针旋转为正值，设水平方向是转角为 0。在已知各构件质心位置、质量和转动惯量、原动件均匀角速度 1 以及构件 5 的切削力 Fr 情况下，根据力平衡和力矩平衡方程编写程序，经计算得出各运动副中的反力及平衡力矩分析线如下图： 1.图 3.1 为摆杆受到构件 2 和 3 随曲柄转角变化的约束反力图 3.1 摆杆受到的约束反力 F23 和 F34 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 13 13 2.图 3.2 摆杆受到的惯性力矩随曲柄转角的变化图图 3.2 惯性力矩 M13 3.2 摆杆的校核根据约束反力及惯性力矩图可以看出，当曲柄转到约 260时，摆杆受到的约束反力和惯性力矩都是最大，由于忽略了摩擦、重力等因素，不考虑动态特性的影响，根据轴向受力平衡及弯矩平衡，求得约束反力 63F 的大小与方向，作摆杆的受力简图如图：图 3.4 摆杆受力简图 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 14 14 根据摆杆的受力简图，把力分解为沿杆 CD 轴线的分量 FN 和垂直于 CD杆的分量 FV，此时摆杆受到拉伸和弯曲组合变形力的作用，作摆杆 CD 的弯矩图和轴力图如下：图 3.5 摆杆弯矩图图 3.6 摆杆所受轴向力由图 3.5 可以看出在质心位置惯性力矩的大小与模型输出结果基本吻合。取摆杆材料为 Q235 钢，经查表知 =100Mpa,计算时先不考虑轴向力FN的作用，只根据弯曲强度计算工字钢，有公式得： W maxM=610*1001200 mN =12*103 mm3 查型钢表，选取 8 号工字钢， W=12.83*103 mm3 ,A=1230 2 。选定工字钢后，考虑轴力和弯矩的作用，进行强度计算， | maxc |=|WMAFN max|=|3624 10*.121 20 010*3.12 1 10 0 mmNmN|=100.8*106pa=100.8Mpa 由结果得知：最大压应力与许用应力接近相等，故无需重新选择。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 15 15 第 4 章执行机构的三维建模及装配 Eo/Pr 软件是美国参数技术公司 (简称 PTC)开发的，并于 1988 年推出第一个版本，其后经过 20 多年的改进和发展，新的技术不断应用到软件中，版本逐步更新，目前最新版本的 Creo5.0 包含了三维实体建模、磨具设计、电缆与管道布线、动态模拟及仿真、有限元分析等等实用模块，其内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、分析计算、工程图输出，到生产加工的全部过程。 Eo/Pr 因其强大的功能，以及和其他软件接口的完美兼容性，特别是其提出的参数化设计、单一数据库等三维设计概念，使 PTC 公司成为三维 CAD/CAE/CAM 领域最优秀的公司之一，是该领域里最亮丽的一面旗帜。 4.1 六连杆机构的三维建模启动 Eo/Pr 5.0 进入工作区，击“新建”命令，弹出新建类型对话框，选择新建类型为“零件”，子类型为“实体”，点击命令，在弹出的新文件选项对话框中选择，点击确定按钮，在系统新弹出的对话框中，单击系统界面右侧工具栏中的拉伸按钮，在拉伸操控板中点击放置，选择合适的草绘界面，参照和方向选择默认值，做出零件的草绘图，击完成图标，生成所需要的三维实体。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 16 16 4.1.1 为执行部分摇杆机构中摆杆的三维实体建模图 4.1 摆杆 LCD 三维造型 4.1.2 图 3.2 为六杆机构中连杆的三维实体建模图 4.2 连杆三维 LDE 造型 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 17 17 4.1.3 图 3.3 为与摆杆配合的滑块三维实体建模图 4.3 三维滑块造型 4.1.4 图 3.4 为主传动轴上大齿轮的三维实体建模由结构原理知：曲柄 LAB 连接在大传动齿轮上，根据减速机构的传动比分配及齿轮尺寸参数设计数据生成三维模型。 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 18 18 图 4.4 主传动轴上大齿轮的三维造型 4.2 四杆机构的三维建模牛头刨床执行机构主从运动的连接靠两个完全相同的齿轮啮合来传动，从曲柄摇杆尺寸设计图 1.3 得知：齿轮的分度圆直径为 D=280 ，选取模数 m =5，其三维模型如下。 4.2.1 图 3.5 为曲柄摇杆机构中直齿轮的三维实体建模 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 19 19 图 4.5 直齿轮的三维造型 4.2.2 图 3.6 为曲柄摇杆机构中连杆的三维实体建模图 4.6 连杆 LB C 的三维造型 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 20 20 4.2.3 图 3.7 为曲柄摇杆机构中摇杆的三维实体建模图 4.7 摇杆 LC D 三维造型 4.3 执行机构的三维装配根据前面的数学模型，利用 Pro/E 的虚拟装配功能，在组件模式下作出牛头刨床传动机构主从运动的装配模型。装配设计就是按照一定的顺序把各个零件组装成模型的过程，各零件之间通过一定的装配约束来连接，从而确定个零件之间的空间关系，常用的装配连接形式有销钉连接、圆柱连接、滑动杆连接、平面连接、轴承连接、刚性连接和焊接等。其中传动轮分别刚性连接在悬臂轴上，两悬臂轴销钉连接在箱体上，滑块与摆杆采用滑动杆连接，滑块和传动轮之间采用销钉连接，连杆和导杆之间同样采用销钉连接，摇杆和丝杠之间采用销钉连接，外啮合的两个齿轮采用齿轮nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 21 21 副连接。 4.3.1 图 4.8 为牛头刨床传动机构的三维装配建模图 4.8 牛头刨床执行机构主从运动装配模型 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 22 22 第 5 章执行机构的运动学仿真打开 Pro/E5.0 软件，在组件的装配模式下，打开菜单栏中的模块，点击机构树中的按钮，添加伺服电动机，在伺服电动机定义对话框的轮廓选项中选择速度，给模数 A 赋一固定值，让轴以固定转速旋转；点击机构树中的按钮，选择新建，在分析定义对话框类型中选择运动学，然后设置时长、帧频和帧数等参数，点击运行按钮，让机构运动起来，查看运行效果，点击确定按钮完成运行，并保存运动结果；点击右侧运动工具条中的测量按钮，选择上一步回放的运动结果文件，点击按钮创建新测量，选择滑枕的顶点作为测量对象，分别测量其位移、速度、加速度分析图，同时输出测量结果。 5.1 滑枕行程的仿真输出结果图 5.1 牛头刨床滑枕行程随时间的变化曲线 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 23 23 5.2 滑枕速度的仿真输出结果图 5.2 牛头刨床滑枕速度随时间的变化曲线 5.3 滑枕加速度的仿真输出结果图 5.3 牛头刨床滑枕加速度随时间的变化曲线 nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 24 24 结论本设计首先根据经验公式及已知参数对牛头刨床六连杆机构的尺寸进行初步的确定，牛头刨床执行机构主从运动有协调性要求，在已知六连杆尺寸的基础上，设计了四连杆机构的尺寸，并对部分杆件进行强度计算校核。然后运用 Pro/E 软件进行了主从机构的三维建模和装配，并进行运动协调性仿真，得出主要结论如下：（ 1）通过 Pro/E 软件对机构的运动仿真输出的图像可以看出：牛头刨床滑枕的行程长度满足要求，工作行程时时间长、速度慢、较平稳，加速度值较小；回程时速度快、加速度较大，满足行程速比要求。（ 2）运用作图法分析牛头刨床执行机构的运动状况，特别是加上从机构的协调运动时，过程复杂繁琐，且准确率低，不直观，从以上分析可知，运用 Pro/E 软件进行运动仿真，具有很大的优越性，不仅可以直观地看清楚机构的造型和装配关系，而且使整个仿真过程更精确，更直观，可视化程度高。（ 3）在 Pro/E 装配环境下，可以对组件进行直观的干涉检验，可以帮助设计人员及时查漏，提高了工作效率，节省了大量的人力物力。（ 4）根据运动仿真输出的图像和数据，方便设计人员对牛头刨床机构运动进行优化设计，使其快速高效地设计出理想的机构。（ 5）在使用 Pro/E 软件进行装配和仿真时发现，虽然此款软件在数据库，和参数化设计等方面具有无与伦比的优势，但它并不是万能的，有好多东西仿真不出来，例如棘轮和棘爪的配合就无法做出来，缺少接触副等连接，其功能也受到很大的限制。要想出色的设计出符合要求的、完美的机构，还需和其他软件配合，这样取长补短，优势互补，才能发挥其强度的功能。（ 6）本次设计运用 Pro/E 软件中的仿真模块，只是仿真了牛头刨床执行机构的运动学分析，机构中的重力、摩擦力、机构的作用反力等都没有考虑进去。要想精确的分析出机构的动力学结构，还需要和专门的有限元软件结合使用。nts洛阳理工学院毕业设计（论文） 26 26 谢辞首先，我要深深地感谢我的指导老师张莉洁老师，在这半年的学习中，张老师为我们无私的奉献了她个人宝贵的业余时间，并给予了我很多热心的鼓舞和支持。本论文正式在张老师的悉心指导下完成的。无论是在论文选题、搜集数据还是在理论研究方面，张老师全程参与，悉心指导，帮我们找出错误，解决了我们遇到的一系列问题，提出了好多宝贵的意见，倾注了很多心血。张老师严谨的治学态度，渊博的知识，虚怀若谷的品格给我留下了深刻的印象，使我受益终生。其次，我要感谢给予我无私帮助的常云鹏老师，在设计过程中，每当我在软件方面遇到困难向常老师咨询时，常老师都是一丝不苟的解答我的疑惑，无论是在电话里聊，还是面谈中，常老师循序渐进的教导给了我很大的启发，更令人动容的是，当我的软件出现问题时，常老师亲自找到她代的学生帮我解决问题。常老师无私的品格，渊博的专业知识是我学习的榜样。最后，感谢我的小组成员贾亚洲同学和沈金星同学对我的鼓舞和鞭策，在毕业设计的整个过程中，我们密切配合

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