牛头刨床说明书

1、机械原理课程设计任务书姓 名:赵卫朝学 号：设 计 题 目牛头刨床总体设计设计方案或型号:方案3原始参数刨头行程：H=600mm机架高度：AC=380mm；行程速比系数：K=1.8；连杆与导杆长度比（ED/DC）系数：S=0.3;曲柄转速:n=60rpm；摆动导杆质量:G4=21.6kg（质心在杆中点处）；摆动导杆对质心转动惯量：JC4=3.5kgm2；滑枕质量：G651kg（质心坐标hg=0mm）；刨削阻力：Pr=13230N（刨削阻力坐标hr=0mm）；设计内容：1、了解牛头刨床的功能和设计基本要求；2、机械系统运动方案的拟定（1）原动机型式选择；（2）执行机构的选择;（3）传动机构的选择

2、；（4）制定机械运动循环图；（5）运动方案布置简图3、机构尺度设计（1）确定构件尺寸；（2）画机构运动简图4、机构运动分析，画机构运动曲线图5、机构动力分析，画M-曲线图6、完成1图一张，撰写设计说明书一份。 指 导 教 师 第一章 牛头刨床总体设计的任务1.1 设计的目的和任务 本设计的目的在于巩固和加深机械原理课程中课堂所讲授的基础理论和基本技能，培养学生进行机构分析和机构设计的能力，力求使所学知识通过课程设计而系统化，为机械设计奠定基础。牛头刨床总体设计包括：摆动导杆机构运动分析和动态静力分析，以及在此基础上计算飞轮转动惯量，并设计凸轮机构，齿轮机构，双摇杆机构，棘轮螺旋机构，绘图若干张

3、，计算说明书一份1.2牛头刨床基本机构的组成和工作性能简介牛头刨床是一种用刨削方式加工平面的一种机床。此种机床分为机械传动式和液压传动式两种。图1所示为常见的机械传动式牛头刨床基本机构组成示意图。电动机经由三角皮带轮2、3，齿轮4、5，齿轮6、7，带动与齿轮7（飞轮）相固联的曲柄13和凸轮8而将运动分为二路。一路是通过曲柄13，滑块14，导杆15，连杆16带动滑枕12作往复运动，从而使刨刀切削工件。另一路运动是通过凸轮8带动双摇杆机构，从而使棘轮9间歇转动，棘轮的间歇转动使与其固联的螺旋副(未画出)间歇传动，从而使工件间歇横向进给。 刨刀右行时刨刀切削工件，称为工作行程。刨刀左行时不切削工件，

4、称为空回行程。当刨刀在工作行程时，为了减小电动机容量和提高切削质量，要求刨削速度较低，且接近匀速切削；在空回行程时，为了节约时间和提高劳动生产率，要求采用有急回特性的摆动导杆机构。此外，当刨刀每切削完一次而进行空回行程时，希望工件在此时实现横向进给以供刨刀下一个工作行程切削。图1 牛头刨床机构组图示意图在工作行程时，刨刀受到工件相当大的工作阻力，为使工作平稳，在工作行程的开始和结束各有一段空刀距离一般空刀距定为工作行程的，即0.05H（如图2）， 图2 在上图中假设工件的工作阻力为常数，在空回程中切削阻力等于零。显然在一个工作循环中，刨刀受力变化是很大的，必然会造成系统的速度波动。为减小主轴的

5、速度波动，需采用飞轮调速，以利于减少电动机容量和提高切削质量。牛头刨床总体方案设计的机械传动方框图如下图3。电动机传动系统主导轴摆动导杆机构刨刀切削运动凸轮机构双摇杆机构工作台进给运动螺旋机构棘轮机构图3 机械传动方框图第二章 牛头刨床简介与数据2.1设计数据牛头刨床是一种用于平面切削加工的机床。电动机经皮带和齿轮传动，带动曲柄13和固结在其上的凸轮8。刨床工作时，由导杆机构13-14-15-16带动刨头16和刨刀17作往复运动。刨头右行时，刨刀进行切削，称工作切削。此时要求速度较低且均匀，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，以提高生产效率。为

6、此刨床采用急回作用得导杆机构。刨刀每切削完一次，利用空回行程的时间，凸轮8通过四杆机构棘轮机构带动螺旋机构，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，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，故需装飞轮来减小株洲的速度波动，以减少切削质量和电动机容量。已知数据 （见表1）表一 项目方案序号名称代号计算式1行程长度H(mm)-6002机架高度AC(mm)-3803行程速比系数K -1.84连杆长度DE(mm)0.3CD2075摆动导杆长度CD(mm)H/2/SIN6916曲柄长度AB(mm)AC

7、SIN1657机床有效高度h(mm)(1+ COS )6568曲柄转速n(rpm)-60第三章 牛头刨床设计要求与位置的确定3.1导杆机构的运动分析 已知曲柄每分钟转数n，各构件尺寸及重心位置，切刨头导路x-x位于导杆端点E所作圆弧高的平分线上。 要求作机构的运动简图，并作机构两个位置的速度、加速度多边形以及刨头的运动线图。以上内容与后面动态静力分析一起画在1号图纸上。3.2设计的基本要求 对于摆动导杆机构的运动分析和动态静力分析，要求对所要求分析的机构位置，绘制机构运动简图。用相对运动图解法求刨刀速度和加速度。汇集本组全部位置的运动分析结果，绘制机构位移线图、速度线图、加速度线图。将本组各个

8、位置的运动分析数据汇总、列表，绘制运动曲线图；另外，在不考虑摩擦的情况下，用力多边形法对二个位置进行动态静力分析，求各运动副反力和需要作用在曲柄上的平衡力矩。力多边形和隔离体构件受力分析均与运动分析画在同一张绘图纸上，将本组各个位置的平衡力矩汇总，绘制M曲线图。3.3曲柄位置的确定 曲柄位置图的作法为：取1和8为工作行程起点和终点所对应的曲柄位置，1和7为切削起点和终点所对应的曲柄位置，其余2、312等，是由位置1起，顺2方向将曲柄圆作12等分的位置（如下图4）。备注：(l=0.005m/mm)AB杆表示1号构件，B滑块表示2号构件，CD杆表示3号构件，DE杆表示4号构件，E滑块表示5号构件，

9、机架表示6号构件。图4取第三方案的第10位置和第12位置（如下图5）图5第四章 牛头刨床机构运动分析41 对机构运动简图分析的相关数据比例以速度比例尺=(0.01m/s)/mm和加速度比例a=(0.05m/s)/mm用相对运动的图解法作该两个位置的速度多边形和加速度多边形如下图1-4，1-5，并将其结果列入表格（1-1、1-2）4.2 列机构运动分析方程式： 表格 1-1位置未知量方程 10和12 VB3 B3=B2+B3B2大小 ? ?方向 BC AB CDVE5 E5=D4+E5D4大小 ? ?方向 XX CD EDaB3 aB3 = + aB3= aB2n + aB3B2K + aB3B

10、2r大小: 42lO4A ? 24A4 A3 ?方向：BA O4B AO2 O4B（向左） O4B aE4aE4= aD4+ ac5B5n+ a c5B5大小 ? ?方向 XX CB BC10号位置速度图，如图6a.、b图6 a图6 b由图解的10点速度：VE5=1.88m/s10号位置加速度图，如7图a、b图7a图7b由图解的10号位置加速度为：ae5=1.5m/s212号位置速度图如图8a、b： 图8a图8b由图解的12号位置速度为：VE5=1.32m/s12号位置加速度图如9图a、b：图9a图9b由图求的12号位置加速度为：aE4=6.4m/s2表格（1-2）位置要求图解法结果10点VE

11、5（m/s）1.88ae5 (m/s)1.512点VE5 (m/s）1.32aE4(m/s)6.4各点的速度，加速度分别列入表1-3，1-4中表1-3项目位置134VBVDVE106.282.882.511.041.991.88126.282.112.711.041.461.32单位rad/srad/srad/sm/s表1-4 项目位置aB2aB3aD4naD4taE4106.512.078.25.732.161.5126.511.181.53.13.96.4单位第五章 动态静力学分析5.1 导杆机构的动态静力分析相关设计数据见下表导杆机构的动静态分析G3G5PJ03Nkg.m22165101

12、32303.5已知 各构件的重量G（曲柄3、滑块4和连杆5的重量都可忽略不计），导杆5绕重心的转动惯量Js4及切削力P的变化规律。5.2 动态静力分析要求要求 ： 求各运动副中反作用力及曲柄上所需要的平衡力矩。以上内容做在运动分析的同一张图纸上。5.3 对10点动态静力分析1、矢量图解法：取10号位置为研究对象： 4-5杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、Fi5、N、R34, 其中R34和N 方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G5和支座反力N均垂直于质心， R34沿杆方向由E指向D，惯性力Fi5大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺= (70N)/mm，作力的多边

13、形。将方程列入表2-1U=70N/mm已知P=13230N，G5=510N，又aE=aE4=1.5m/s2,那么我们可以计算FI5=- G5/gaE =-5101.5=-765N 又F=P + G5 + FI5 + F34 + FRI5=0，方向 /x轴 BC 大小 13230 510 ？ ？作为多边行如图10所示图10图11图11力多边形可得： F34=13090N N=140 N在图11中，对D点取距，有 MC=-PyP-G6XS6+ FR16x-FI6yS6=0 代入数据得x=1.m2、对2-3杆组示力体分析分离1,2构件进行运动静力分析，杆组力体图如图12所示图12u=70N/mm已知

14、： F43=-F34=13090NG3=m3*g=216NFI3=-m3* a3*L/2=-244.8N 由此可得： M3=-J03a3=-114.8Nm 在图1-8中，对C点取矩得：M C= F43lh1+FI3lh2+G3lh3-FR23lo4A+M=0代入数据， 得MC=-114.8-244.80.346-2160.06-130900.655+ FR120.245=0 故 :FR12=7830.2N做力的矢量多边形如图13：图133、 对曲柄分析，共受2个力，分别为R61,R21和一个力偶M1，由于滑块2为二力杆，所以R61= R21，方向相反，因为曲柄1只受两个力和一个力偶，所以FR6

15、1与FR21等大反力，如图14，由此可以求得:图14h2=0.095m,则对曲柄列平行方程有，MO2=M-F21h2=0 即M-0.0957830.2=0， 即M=743.9NM5.3 对12点动态静力分析1、矢量图解法：取12号位置为研究对象： 4-5杆组示力体共受五个力，分别为P、G6、Fi5、N、R34, 其中R34和N 方向已知，大小未知，切削力P沿X轴方向，指向刀架，重力G5和支座反力N均垂直于质心， R34沿杆方向由E指向D，惯性力Fi5大小可由运动分析求得，方向水平向左。选取比例尺= (70N)/mm，作力的多边形。将方程列入表2-1。U=100N/mm已知P=13230N，G5

16、=510N，又aE=aE4=6.4m/s2,那么我们可以计算FI5=- G5/gaE =-5101.5=-765N 又F=P + G5 + FI5 + F34 + FRI5=0，方向 /x轴 BC 大小 13230 510 ？ ？作为多边行如图15所示图15图16图15力多边形可得： F34=12950N N=350 N2、对2-3杆组示力体分析分离1,2构件进行运动静力分析，杆组力体图如图17所示图17u=100N/mm已知： F43=-F34=-12950NG3=m3*g=216NFI3=-m3* a3*L/2=-42.17N 由此可得： M3=-J03a3=-19.8Nm 在图17中，对C点取矩得：M C= F43lh1+FI3lh2+G3lh3-FR23lo4A+M=0代入数据， 得MC=-19.8-42.170